一种热镀锌复合型锌液除铁剂及其使用方法

摘要

本发明涉及一种热镀锌复合型锌液除铁剂及其使用方法，所述除铁剂按质量百分含量计包括：起泡剂10‑50％；防潮成型剂2‑15％；还原剂2‑20％；活化剂7‑30％；造渣剂10‑40％。本发明得到的热镀锌复合型锌液除铁剂能够有效除去锌液中的铁，除铁率达到35％以上；同时其能够除去锌液中80％以上的悬浮悬渣及含铁锌渣。该热镀锌复合型锌液除铁剂还能够提高锌液流动性、改善镀件表面质量、减少镀件表面锌溜，使镀件表面更光洁度，同时降低上锌量，使镀层厚度至少降低25％，节约热镀锌成本。本发明方法简单，产品使用效率高，具有防潮、保存时间长等功能，具有良好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及热浸镀技术领域，具体涉及一种热镀锌复合型锌液除铁剂及其使用方法。

背景技术

热浸镀锌即热镀锌，是将钢、铸铁等金属制品浸入熔融的锌液中获得锌镀层的方法。进行热镀锌时，首先将锌锭放在锌锅内加热熔化，然后将经过预处理的钢铁制品，浸在450℃左右熔融的锌液中，经过短时间的锌铁反应在被镀件表面形成锌镀层，从而起到耐蚀防腐的作用。

在批量热镀锌过程中，锌锅与锌液之间的扩散、钢铁基体的熔解、助镀剂中的铁离子及基体表面的铁盐都会增加锌液中的铁含量。当锌液中铁含量达到或超过0.02％时，一方面锌液中将形成锌渣，使得镀件表面出现锌堆积和微小锌渣颗粒，镀层表面变得粗糙不平，耐腐蚀性降低，锌液流动性降低，镀层变厚，锌耗增大成本增加；另一方面随着锌液中铁含量的增加锌渣也会越来越多，在热浸镀锌过程中随着锌渣不断增多浪费的锌料也就越来越多，造成了资源的浪费，增加了企业的成本压力。

随着热镀锌行业对产品表面质量及成本的重视，锌液的净化处理也受到了重视。例如CN102418062A公开了一种锌液净化剂，其原料重量百分比组成是：CaF₂40-72％、ZnCl₂3-15％、C₆Cl₆3-5％、MgCl₂·KCl>22-10％。但是该净化剂只注重去除杂质和热镀熔体的处理，不能满足热镀锌企业对处理悬渣以及除铁的要求，而且易潮解不便于保存较长时间。CN103060736A公开了一种热镀锌锌液净化剂，该净化剂的成分及重量百分比为：分解剂15-50％；助熔剂10-30％；吸附剂30-70％。该发明只注重锌液中悬渣的处理，不能达到生产中降低铁含量的要求，而且其制备复杂、易潮解不便于保存较长时间。

因此，综合考虑上述问题，当前热镀锌行业急需开发新型的，性能更全面、更优异的热镀锌除铁剂。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种热镀锌复合型锌液除铁剂及其使用方法，能够有效控制锌液中铁含量以及去除悬渣，除铁率达到35％以上，除渣率在80％以上，同时提高镀件表面质量和耐蚀性，镀层厚度至少降低25％，降低了上锌量，节约热镀锌成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种热镀锌复合型锌液除铁剂，所述除铁剂按质量百分含量含有以下组分：

本发明提供的复合型锌液除铁剂由特定含量的起泡剂、防潮成型剂、还原剂、活化剂和造渣剂组成。

起泡剂加入到热镀锌液中产生大量气体，增加了后续还原剂、活化剂、造渣剂与锌液的接触面积，为后续反应以及原本锌液中的锌渣的去处提供可持续性动力；防潮成型剂的加入使得该复合型锌液除铁剂在易于压块成型的基础上具备防潮解新功能，提高保存时间；还原剂的作用在于与锌液中固溶的游离铁及含铁锌渣中的铁锌化合物反应生成比重小于锌液的化合物便于在造渣剂产生的多孔渣体和起泡剂动力带动下被带出锌液表面；活化剂增加该复合型锌液除铁剂的分散性和流动性提高除铁剂的利用率；造渣剂在加入锌液后迅速形成比重小于锌液多孔渣体，搭载还原剂与固溶的游离铁反应产生的产生的化合物、锌液中的含铁锌渣及其余杂质。

防潮成型剂是本发明的关键，其能够起到使锌液除铁剂易于成型、方便运输、增强防潮性以及延长保存时间的作用，在浸入锌液后还能够通过助燃增加锌液除铁剂整体的放热量。防潮成型剂投放到锌液中会迅速融化成液态，覆盖在锌液表面进一步阻止锌液除铁剂的挥发，延长反应时间、提高产品利用率的同时在一定程度下提高除铁率。经过大量实验可知，加入防潮成型剂的除铁剂在锌液中反应持续的时间较不加入防潮成型剂的除铁剂反应持续的时间延长1.5min，除铁率提高5％以上。

防潮成型剂在复合型锌液除铁剂中起到不可或缺的作用，但加入量应控制在合理的范围内，如防潮除铁剂剂量过大，反应后形成大块难以处理的锌渣，在打捞反应渣时会提高打捞锌渣的难度还会将锌液带出锌锅造成额外的经济损失；如加入防潮成型剂剂量过小，锌液锌液除铁剂难以压块成型、防潮性变差、保存时间缩短。

本发明中，还原剂的加入与锌液中固溶的游离铁及含铁锌渣中的铁锌化合物反应生成比重小于锌液的化合物便于在造渣剂产生的多孔渣体和起泡剂动力带动下被带出锌液表面。活化剂的加入降低该复合型除铁剂的熔点，增加该复合型锌液除铁剂的分散性和流动性。发明人发现，当除铁剂中同时加入还原剂和活化剂时，不但该除铁剂流动性和分散性提高、锌液中铁含量降低，而且还原剂的使用率和除铁剂的除铁率得到大幅度提升。经过研究发现，当该复合型锌液除铁剂中不加入活化剂，加入10％的还原剂的除铁效果与加入0.5％的活化剂和4％的还原剂的除铁效果一致。这说明在该复合型锌液除铁剂中同时加入还原剂和活化剂，还原剂和活化剂在起到了自身的效果的同时，还提高了除铁率，以及活化剂的使用率，降低该除铁剂成本。因此，还原剂和活化剂在本发明中具有一定的协同作用。

根据本发明，按质量百分含量计，本发明所述除铁剂中起泡剂的含量为10-50％，例如可以是10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，按质量百分含量计，本发明所述除铁剂中防潮成型剂的含量为2-15％，例如可以是2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，按质量百分含量计，本发明所述除铁剂中还原剂的含量为2-20％，例如可以是2％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％或20％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，按质量百分含量计，本发明所述除铁剂中活化剂的含量为7-30％，例如可以是7％、9％、10％、12％、15％、18％、20％、23％、25％、28％或30％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，按质量百分含量计，本发明所述除铁剂中造渣剂的含量为10-40％，例如可以是10％、13％、15％、18％、20％、23％、25％、28％、30％、33％、35％、37％或40％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

作为优选的技术方案，本发明所述除铁剂按质量百分含量含有以下组分：

作为进一步优选的技术方案，本发明所述除铁剂按质量百分含量含有以下组分：

根据本发明，所述起泡剂为(NH4)₂CO₃、(NH4)₂SO₄、NH₄Cl、Na₂SO₄、NaHCO₃、Ca(HCO₃)₂、Li₂CO₃、Ca(NO₃)₂或H₂C₂O₄中的任意一种或至少两种的组合；例如可以是(NH4)₂CO₃、(NH4)₂SO₄、NH₄Cl、Na₂SO₄、NaHCO₃、Ca(HCO₃)₂、Li₂CO₃、Ca(NO₃)₂或H₂C₂O₄中的任意一种，典型但非限定性的组合为：(NH4)₂CO₃和(NH4)₂SO₄；NH₄Cl和Na₂SO₄；Ca(HCO₃)₂和Ca(NO₃)₂；Na₂SO₄和NaHCO₃；Li₂CO₃和Ca(NO₃)₂；(NH4)₂CO₃、(NH4)₂SO₄和NH₄Cl等，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，所述防潮成型剂为石蜡粉、凡士林或甘油中的任意一种或至少两种的组合；例如可以是石蜡粉、凡士林或甘油中的任意一种，典型但非限定的组合为：石蜡粉和凡士林；石蜡粉和甘油；凡士林和甘油；石蜡粉、凡士林和甘油。

根据本发明，所述还原剂为活性铝粉、活性镁粉、镁铝合金、铝镍合金、铝铬合金、硼砂或醋酸中的任意一种或至少两种的组合；例如可以是活性铝粉、活性镁粉、镁铝合金、铝镍合金、铝铬合金、硼砂或醋酸中的任意一种，典型但非限定性的组合为：活性铝粉和活性镁粉；镁铝合金和铝镍合金；铝镍合金和铝铬合金；硼砂和醋酸；镁铝合金、铝镍合金和铝铬合金等，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，所述活性铝粉的粒径为300目；所述活性镁粉的粒径为200目。

根据本发明，所述活化剂为AlF₃、NaF、SnCl₂、CeCl₃或ZnCl₂中的任意一种或至少两种的组合；例如可以是AlF₃、NaF、SnCl₂、CeCl₃或ZnCl₂中的任意一种，典型但非限定性的组合为：AlF₃和NaF；SnCl₂和CeCl₃；SnCl₂和ZnCl₂；AlF₃、NaF和SnCl₂等，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，所述造渣剂为B₂O₃、膨润土、MnO₂、CaO、Fe₂O₃或ZnO中的任意一种或至少两种的组合；例如可以是B₂O₃、膨润土、MnO₂、CaO、Fe₂O₃、ZnO中的任意一种；典型但非限定性的组合为：B₂O₃和膨润土；MnO₂和CaO；Fe₂O₃和ZnO；B₂O₃、MnO₂和ZnO等，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的热镀锌复合型锌液除铁剂的使用方法，该方法为：按上述的配方量将起泡剂、防潮成型剂、还原剂、活化剂和造渣剂进行完全混合，混合均匀后得到除铁剂，再加入该除铁剂质量5-6％的水，搅拌均匀，然后直接用压块机压制成块状产品，将该产品压入锌液中进行除铁。

根据本发明，若配方中防潮成型剂含石蜡粉和/或凡士林，需要在除铁剂加入水搅拌均匀后加热至70-80℃，使石蜡粉和/或凡士林融化，然后使用压块机压制成块状产品。

与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明得到的热镀锌复合型锌液除铁剂具有优异的性能，除铁率达到35％以上，能够去除80％以上锌液中悬浮悬渣及含铁锌渣，且镀层厚度至少降低25％。

(2)本发明得到的热镀锌复合型锌液除铁剂能够提高锌液流动性、改善镀件表面质量、减少镀件表面锌溜，镀件表面更光洁度，降低上锌量、节约热镀锌成本。

(3)本发明除铁剂的制备方法简单，产品使用效率高，具有防潮、保存时间长的新功能，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1得到的除铁剂对锌液除铁后热浸镀得到的镀件的外观图；

图2是本发明实施例2得到的除铁剂对锌液除铁后热浸镀得到的镀件的外观图；

图3为不使用除铁剂，直接在含铁量0.025wt％的锌液中进行热浸镀得到的镀件的外观图；

图4为不使用除铁剂，直接在含铁量0.035wt％的锌液中进行热浸镀得到的镀件的外观图；

图5是测试镀件镀层厚度的取点分布图。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

一种热镀锌复合型锌液除铁剂，按质量百分含量计，所述除铁剂的配方为：Na₂SO₄15％；(NH₄)₂SO₄15％；石蜡粉6％；活性Al粉13％；活性Mg粉4％；AlF₃20％；膨润土12％；CaO>

按配方量称取上述原料放入烧杯中，完全混合均匀后，加入除铁剂总质量5％的水，搅拌均匀后在恒温加热炉中加热到70℃使石蜡粉融化后再用压块机压制成块状产品。该产品直接用于出售、运输、存储及锌液除铁使用。

实施例2

一种热镀锌复合型锌液除铁剂，按质量百分含量计，所述除铁剂的配方为：NaHCO₃30％；活性Al粉8％；CH₃COOH>312％；CeCl₃5％；MnO₂8％；B₂O₃12％；CaO>

按配方量称取上述原料放入烧杯中，完全混合均匀后，加入除铁剂总质量5％的水，搅拌均匀后在恒温加热炉中加热到75℃使石蜡粉融化后再用压块机压制成块状产品。

实施例3

一种热镀锌复合型锌液除铁剂，按质量百分含量计，所述除铁剂的配方为：NH₄Cl14％；Ca(NO₃)₂>26％；CeCl₃19％；MnO₂14％；CaO>

按配方量称取上述原料放入烧杯中，完全混合均匀后，加入除铁剂总质量5％的水，搅拌均匀后在恒温加热炉中加热到75℃使石蜡粉融化后再用压块机压制成块状产品。

实施例4

一种热镀锌复合型锌液除铁剂，按质量百分含量计，所述除铁剂的配方为：Na₂SO₄16％；(NH₄)₂SO₄11％；Li₂CO₃5％；石蜡粉6％；铝镍合金5％；CH₃COOH>312％；ZnCl₂9％；B₂O₃7％；CaO>

按配方量称取上述原料放入烧杯中，完全混合均匀后，加入除铁剂总质量6％的水，搅拌均匀后在恒温加热炉中加热到75℃使石蜡粉融化后再用压块机压制成块状产品。

实施例5

一种热镀锌复合型锌液除铁剂，按质量百分含量计，所述除铁剂的配方为：H₂C₂O₄20％；甘油7％；铝铬合金2％；活性Mg粉10％；AlF₃26％；CaO>

按配方量称取上述原料放入烧杯中，完全混合均匀后，加入除铁剂总质量6％的水，搅拌均匀后用压块机压制成块状产品。

实施例6

一种热镀锌复合型锌液除铁剂，按质量百分含量计，所述除铁剂的配方为：Na₂SO₄12％；Ca(NO₃)₂30％；凡士林8％；石蜡粉3％；铝镍合金4％；ZnCl₂8％；AlF₃7％；CaO22％；ZnO>

按配方量称取上述原料放入烧杯中，完全混合均匀后，加入除铁剂总质量6％的水，搅拌均匀后在恒温加热炉中加热到80℃使石蜡粉和凡士林融化后再用压块机压制成块状产品。

实施例7

一种热镀锌复合型锌液除铁剂，按质量百分含量计，所述除铁剂的配方为：NH₄Cl34％；石蜡粉13％；硼砂16％；AlF₃11％；ZnO>

按配方量称取上述原料放入烧杯中，完全混合均匀后，加入除铁剂总质量6％的水，搅拌均匀后在恒温加热炉中加热到80℃使石蜡粉融化后再用压块机压制成块状产品。

对比例1

一种锌液除铁剂，按质量百分含量计，所述除铁剂的配方为：NH₄Cl>315％；ZnO>

按配方量称取上述原料放入烧杯中，完全混合均匀后，加入除铁剂总质量6％的水，搅拌均匀后用压块机压制成块状产品。

对比例2

一种锌液除铁剂，按质量百分含量计，所述除铁剂的配方为：NH₄Cl>

按配方量称取上述原料放入烧杯中，完全混合均匀后，加入除铁剂总质量6％的水，搅拌均匀后在恒温加热炉中加热到80℃使石蜡粉融化后再用压块机压制成块状产品。

对比例3

一种锌液除铁剂，按质量百分含量计，所述除铁剂的配方为：NH₄Cl>311％；ZnO>

按配方量称取上述原料放入烧杯中，完全混合均匀后，加入除铁剂总质量6％的水，搅拌均匀后在恒温加热炉中加热到80℃使石蜡粉融化后再用压块机压制成块状产品。

对比例4

一种锌液除铁剂，按质量百分含量计，所述除铁剂的配方为：NH₄Cl>30.1％；ZnO>

按配方量称取上述原料放入烧杯中，完全混合均匀后，加入除铁剂总质量6％的水，搅拌均匀后在恒温加热炉中加热到80℃使石蜡粉融化后再用压块机压制成块状产品。

性能测试：

在相同的实验条件下，按照相同的添加比例，将本发明实施例1-7以及对比例1-4得到的除铁剂产品投入铁含量为0.035wt％的锌液中除铁，然后在460℃下对镀件进行热浸镀。按GB/T 12689.5-2004《锌及锌合金化学分析方法铁量的测定》测定除铁率，测试结果如表1所示。

表1

从上述实施例1-7可以看出本申请除铁剂的除铁率均在35％以上，

图1为使用本发明实施例1得到的除铁剂对锌液除铁净化后热浸镀得到的镀件的外观图(锌液含铁量0.035wt％)，图2为使用本发明实施例2得到的除铁剂对锌液除铁净化后热浸镀得到的镀件的外观图(锌液含铁量0.035wt％)。由图1、图2可见，镀件表面平整均匀，没有产生漏镀、针孔、脱落和锌瘤等缺陷，表面质量很好。

图3为不使用除铁剂，直接进行热浸镀得到的镀件的外观图(锌液含铁量0.025wt％)，图4为不使用除铁剂，直接进行热浸镀得到的镀件的外观图(锌液含铁量0.035wt％)。由图3、图4可见，镀件表面遍布锌瘤与残余物，镀层不均匀，表面质量极差。与图1、2比较后可知，本发明提供的除铁剂对锌液净化后，能够大幅提高镀件的表面质量。

将图1中的镀件用涂层测厚仪按图5中给出的取点分布测量各点镀层厚度，即将镀件表面按照3*3矩阵进行分割，以每个分割块中取一个点作为镀层厚度测量点，按照图5由左到右、由上至下依次标注为：点1、点2、点3、点4、点5、点6、点7、点8、点9。结果如表2所示。

表2

将图2中的镀件用涂层测厚仪按图5中给出的取点分布测量各点镀层厚度，结果如表3所示。

表3

将图3中的镀件用涂层测厚仪按图5中给出的取点分布测量各点镀层厚度，结果如表4所示。

表4

将图4中的镀件用涂层测厚仪按图5中给出的取点分布测量各点镀层厚度，结果如表5所示。

表5

通过表2、表3与表4、表5对比可知，在实验条件相同的情况下，加入复合型锌液除铁剂后，镀件镀层均匀，镀层厚度降低25％以上，一定范围内降低了上锌量，进而降低了热镀锌成本。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。