Reducering av kromater
Ytforum 8-1995
stop.gif (1869 bytes)
Artikelindex
next.gif (1862 bytes)
Elektrolytisk förzinkning
Efter 20 års tid av utveckling för användandet av 3-värt krom har tyvärr trenden svängt och idag kan vi se ett ökat intresse av att basera nya passiveringsprocesser på 6-värt krom. Inriktningen att hitta alternativ har i viss mån ersatts av att kontrollerar urlakningen av 6-värt krom från kromaterade produkter. Denna i mitt tycke icke önskvärda utveckling har uppkommit på grund av marknadens i många stycken konservativa hållning till utseendet ho den kromaterade produkten samt strävan att öka korrosionsmotståndet i saltdimkammare. T ex den ökande användningen av zinklegeringsprocesser med efterföljande silverfria svartkromaterings passivering belyser detta. Det skriver Ulf Ericsson vid Tecol AB i Kungsbacka.
     Ytbehandlingsbranschen skiljer sig inte grundläggande från andra fungerande marknader i det mottot att det är kunden som bestämmer. Så tills vidare får man acceptera denna utveckling och försöka förena dessa önskemål med t ex de ökade miljökraven som Parcom innebär.
     Den sedan länge helt dominerande metoden att reducera krom-VI i sköljvatten samt förbrukande akromateringsbad är med tillsats av Na-bisulfiten och svavelsyra med redox- respektive pH-mätning.

Redoxmätning en relativ mätning
     Redoxmätning visar inte vilka koncentrationer man har utan talar om vilken reaktionsaktivitet som förekommer i lösningen. Denna reaktionsaktivitete är beroende av flera faktorer, givetvis koncentrationen av bisulfit, koncentrationen av 3- och 6-värt krom med även förekomsten av andra ämnen och framförallt pH men observera att den aldrig ens vid optimalt pH sker momentant
Diagram 1

Diagram 1
crvi.gif (16342 bytes)
Reduktion med väteperoxid
     Reduktionsmedel respektive oxidationsmedel är uttryck som beskriver hur ett ämne reagerar med ett annat. Väteperoxid som i flera reaktioner verkar som oxidatioinsmedel är i förhållande till krom VI ett reduktionsmedel. Väteperoxid kan   dock ge ett stigande utslag vid redoxmätning i ett blandat vatten som innehåller även andra metaller än krom, vilket omöjliggör en redoxstyrd dosering av väteperoxid för reducering. Detta innebär också om man doserar t.ex. bisulfit styrd över redoxmätning utan att krom VI är närvarande men däremot ett överskott av väteperoxid (eventuell Cr VI har då reducerats till Cr III av väteperoxiden) kallar doserutrustningen på ytterligare bisulfit tills det att all väteperoxid är reducerad.

Reduktion med järn II
     Surt sköjlvatten t.ex. efter en bet innehåller ofta järn i tvåvärd from. Fe II är ett reduktionsmedel i förhållande till Cr VI. Fe II oxideras till  Fe III samtidigt som Cr VI reduceras till Cr III. Fe III ger dock ett liknande utslag vid redoxmätning som Cr VI vilket ger liknande problem som vid förekomst av väteperoxid.
     Vid satsvis avgiftning kan järn II vara ett både ekonomiskt och effektivt reduceringsmedel. Vad man dock måste beakta vid en ekonomisk kalkyl av ett sådant förfarande är kostnaden för deponering av det uppkomna kromhaltiga järnhydroxid slammet.

Reduktion med bisulfit.
     För att uppnå tillräcklig reducering av kromaterna vid olika förutsättningar behövs följaktligen en väsentlig överdosering av bisulfit. En alltför stor överdosering kan dock ge flera negativa bieffekter såsom en sulfat komplexbildning av tungmetaller. Dessa komplexer har en högre löslighet varför det kan ske en återlösning av metallerna. Stora olägenheter med utveckling av SO2-gas föreligger även. Ett stort överskott av bisulfit innebär också ett redoxmätnings problem. mV kan öka när ett visst överskott föreligger detta innebär att doserutrustningen tvärt emot vad som borde ske, kallar på ytterligare bisulfit.

Optimering av kromreducerings-processen.
     Kemikalieförbrukningen vid reduktion av 1 kg kromsyra är teoretiskt 3,2 kg natriumbisulfit och 1,5 kg svavelsyra. Den praktiska förbrukningen är dock mångdubbelt större. En förbrukning om 100-200 kg bisulfit per kg kromsyra är därför ej ovanligt.
     Med tanke på redoxmätningens begränsningar bör givetvis genomströmningsanläggningar vid reducering av krom undvikas vid nyprojektering eller större ombyggnader. Tyvärr ställs man ofta inför faktum att man har en befintlig anläggning utan någon större flexibilitet. Det finns dock flera smärre förändringar som var för sig kan ge en väsentlig minskning av behovet att överdosera reduktionsmedlet.

     1. Om det inte är möjligt att tillämpa satsvis behandling, försök att förläng uppehållstiden i reaktionskärlet. En förlängd uppehållstid kan erhållas genom att man minimerar flödet i sköljarna efter kromateringen alternativt att man ökar volymen hos reaktionskärlet.

     2. Eftersök ett så jämnt flöde med så lik sammansättning som möjligt. Undvik att nysätta och dumpa kromateringsbad. Försök att hålla kromateringsbadets sammansättning konstant genom regelbundna tillsättningar och justeringar. Härigenom uppnås även en högre ytbehandlingskvalitet. Komplettera gärna med en bufferttank.

     3. Förbättra flödet genom reaktionssteget. Försäkra dig om att hela vätskan bytts ut och att det inte förekommer strömning som går rakt från inlopp till utlopp.

     4. Reaktionstiden är givetvis även beroende av hur god inblandningen av reduktionsmedlet är, en god inblandning kan förkorta reaktionstiden väsentligt.

     5. Mätelektroderna bör placeras så att reduktionsmedlet har hunnit inblandats och att reaktionen har skett. Kontrollera regelbundet elektrodernas reaktionshastighet samt kalibrera dem.

     6. Byt reduktionsmedel till något som är mer lämpat för ändamålet.

     För reduktion av kromater kan man även använda ditionit, sulfider eller organiska sulfinsyror. Ur arbetsmiljö och säkerhetssynpunkt är det tvivelaktigt om man överhuvudtaget kan rekommendera ditionit eller sulfider. Framförallt sulfider har på senare tid rönt ökat intresse vad gäller tungmetall fällning. En sulfidmetallfällning är mycket mer svårlöslig än motsvarande metallhydroxidfällning vid ett bredare pH-område. För att nå ner till de gränsvärden som PARCOM rekommenderar, vid ett blandat vatten innehållande flera olika metalljoner kan det krävas att sulfider tillförs. De flesta sulfidfällningsmedlen som idag finns på marknaden har dock sådana nackdelar vad gäller säkerhet, arbetsmiljö, tillverkning samt transporter att de bör användas med största försiktighet och restriktion. Följderna vid fel hantering av ditionit och sulfid är ödesdigra.

Reduktion med organisk sulfinsyra.
     För snart 20-år sedan tog Korrosionsforskning AB fram en organisk sulfinsyra som lämpade sig mycket väl för reducering av kromater. Denna första produkt även om den ur hanteringssynpunkt fick anses som vida överlägsen ditionit och sulfid hade en nackdel, tillverkningssyntesen lämnade en liten resthalt av formalin. Vi har idag en förbättrad produkt, kallad Corrint 1035 som inte innehåller någon resthalt av formalin. Produkten är inte märkningspliktig ej heller ADR-klassad och den levereras i flytande form för enkel och säker hantering.
     Om vi jämför denna organiska sulfinsyra med bisulfit så erbjuder den flera uppenbara fördelar.
     Svavlet förekommer i den organiska sulfinsyran som S II, vilket innebär att reduktionen kan ske i neutral eller t.o.m. alkalisk miljö.
     Redoxpotentialen sjunker även vid kraftiga överdoseringar varför doserutrustningen inte kallar på mer reduktionsmedel.
     Vid överdosering bildas inga lösliga metallkomplexer utan istället sulfid som minskar lösligheten. Vid användande av Corrint 1035 som kromreduceringsmedel visar den slutliga utgående klarfasen på väsentligt lägre halter inte bara av krom utan även övriga tungmetaller.
     Corrint 1035 lämpar sig även som fällningsmedel vid ett eventuellt efterfällningssteg för att nedbringa lösligheten hos förekommande tungmetaller.
     Inga olägenheter med att SO2-gas bildas vid överdosering.
     Tack vare att reduktion sker över ett större pH-område reduceras inte bara kromaterna i kromreduktionssteget utan hela vattenbehandlingsanläggningen fungerar mer eller mindre som ett reduktionssteg. Detta är ovärderligt när kromhaltigt vatten går förbi reduktionsteget, t.ex. när krom förekommer i avfettningsbaden. Det innebär även att uppehållstiderna i kromreduktionssteget ej är lika kritiskt.
     Beredning av bisulfitlösning innebär en hälsorisk om inte rätt skyddsåtgärder vidtas. En god ventilation kombinerat med andningsskydd krävs för att förhindra inandning av bisulfit damm samt SO2-gas. (hygienisktnivågränsvärde för SO2 i luft är 5mg/m3). Corrint 1035 kan doseras direkt från leveranskärl ingen beredning är nödvändig. För att förbättra doserinblandningen kan i vissa fall en spädning rekommenderas.
     Vid dosering av sulfinsyra kan samma utrustning användas som vid bisulfit reduktion, en smärre justering av börvärdet rekommenderas för att optimera doseringen. Även om sulfinsyra erbjuder dessa fördelar jämfört med bisulfit är det givetvis av stor vikt att anläggningen är intrimmad enligt tidigare nämnda tips och rekommendationer.

Val av börvärde, doserpunkt.
     Den vanligaste tillvägagångssättet vad gäller justering av redoxmätaren och val av börvärde, är att man tar lite krom-VI haltigt vatten i en bägare, tillsätter reduktionsmedel så att kromen reduceras, avläser instrumentet och väljer detta värde som doserpunkt. Ett sådant tillvägagångssätt har flera grova felkällor. Vattnet i kromreduceringssteget blir antagligen fritt från krom-VI men till en kostnad av en mycket stor överdosering.
     För att hitta ett acceptabelt doservärde bör flera prover på inkommande vatten till reduktionssteget uttagas för att kunna faställa en representativ sammansättning.
     Börvärde för dosering av svavelsyra ställs så att det kommer i närheten av det lägsta pH:et av de uttagna proverna dock högst pH 3,0. Är uppehållstiden kort i reduktionssteget bör pH inte överstiga 2,5 vid reducering med bisulfit, vid reducering med Corrint 1035 kan dock ett högre pH accepteras på grund av sulfinsyrans kortare reaktionstider vid högre pH.
     Börvärde för dosering av reduktionsmedel faställs genom snabbanalys av krom-VI, justering av pH till valt börvärde, tillsats av erforderlig mängd reduktionsmedel, kontroll av krom-VI med en snabbanalys, om provet är fritt från krom-VI avläses instrumentet och börvärdet justeras till visat värde.
     Vid användandet av bisulfit, blir redan vid en så pass liten feljustering som 50 mV överdoseringen över 100%.
     Det är viktigt att ha i åtanke att det valda doservärdet äger giltighet endast vid ett specifikt pH-värde. Reaktionstiden blir kortare vid ett lägre pH samtidigt som mV-talet blir högre. Detta kan innebära, att vid ett pH i reduktionssteget som ligger väsentligt under det pH som har använts vid justering av instrumentet, mV-talet aldrig kommer ner till det valda börvärdet hur mycket bisulfit som än tillsätts. Resultatet blir en överdosering på flera 1.000 % och kraftig utveckling av SO2-gas. Detta fenomen är orsakat av bisulfitens avsaknad eller ringa "egenvärde" där en överdosering på flera tusen procent endast motsvaras av ett fåtal mV.
     Den organiska sulfinsyran har ett "egenvärde" detta innebär att en eventuell överdosering, pågrund av ett felaktigt pH-värde aldrig blir oändlig. Diagram 2.

Diagram 2
diagr2.gif (22054 bytes)

Omotiverad stor förbrukning av produktions- och avgiftningskemikalier innebär alltid en icke önskvärd miljöbelastning och onödigt höga kostnader.

Val av kromateringsprocess
     Vid val av kromateringsprocess bör man inte bara efterfråga ett accepterat utseende och ett gott korrosionsskydd utan även en minimal avfrätning av zink, en låg koncentration av Cr VI och en process som kontinuerligt kan justeras så att badsammansättningen alltid hålls konstant.

Framtida passiveringsprocesser.
     I framtiden kan vi förvänta oss att flera alternativa passiveringssystem baserade på Cr III alternativt helt kromfria, kommer att erbjuda ett lika bra eller bättre korrosionsskydd än de i dag förekommande processerna baserade på Cr VI. Ett problem som antagligen uppkommer är att dessa passiveringar inte nödvändigtvis ser ut som en ordinär kromatering. Därmed inte sagt att utseendet är mer oatraktivt men annorlunda. Idag är de färger och utseende som vanliga kromateringar erbjuder så inarbetade att varje förändring motarbetas.
     För närvarande finns ett antal EU stödda projekt för att ersätta krom. Det man främst eftersöker i dessa utvecklingsarbeten är att erhålla lika bra eller bättre tekniska egenskaper som nuvarande kromaterings- och förkromningsprocesser. Problemet att realisera användandet av dessa processer har redan i protypstadiet ofta visat sig vara ett annorlunda utseende.