Beitsen

Procesbeschrijving

Beitsen is één van de mogelijke bewerkingen die worden toegepast als voorbehandeling voor het aanbrengen van een deklaag of als eindreiniging (zie tabel 'Overzicht klassieke reingings- en voorbehandelingstechnieken' voor een situering van beitsen t.o.v. andere reinigingsbewerkingen).

Het doel van beitsen is het verwijderen van roest, walshuid en andere vormen van metaaloxides. De term activeren wordt soms gebruikt voor het verwijderen van een zeer dunne oxidefilm die altijd aanwezig is op een metaaloppervlak, onmiddellijk voorafgaand aan het aanbrengen van een metaaldeklaag.

De typische beitsreactie wordt beschreven door de volgende chemische reactie:

metaaloxide + beitsoplossing ⇒ metaalion + water

Beperkte erosie van het metaaloppervlak is wenselijk, maar in een zuur milieu is er een sterke ongewenste nevenreactie, waarbij het basismateriaal gedeeltelijk oplost:

metaal + beitsoplossing ⇒ metaalion + waterstof

Deze nevenreactie kan onderdrukt worden door het toevoegen van beitsremmers.

Het te beitsen stuk moet vooraf volledig ontvet zijn, zoniet gebeurt het beitsen onregelmatig. Voor een aantal toepassingen kan dit opgevangen worden door aan het beitsmiddel additieven (bevochtigers, emulgatoren) toe te voegen, waardoor oliën en vetten ook in sterk zuur milieu van het stuk kunnen verwijderd worden.

Het beitsen kan gebeuren in verschillende oplossingen (zie onderstaande tabel 'Indeling van de beitsoplossing o.b.v. het gebruikte substraat'), afhankelijk van het type substraat. Gezien de aanrijking met opgeloste metaalionen, dient na verloop van tijd het bad vervangen te worden ofwel continu vers zuur erbij en oud zuur afgelaten te worden. Beitsen wordt versneld door het aanpassen van de samenstelling, door het verhogen van de temperatuur, door mechanische agitatie en door elektrolyse. Elektrolytisch ondersteund beitsen is een gevoelige bewerking met een hoog risico op aantasting van het basismetaal. De meest voorkomende toepassing is het activeren voorafgaand aan het elektrolytisch of stroomloos aanbrengen van een metaaldeklaag

Tabel: Indeling van de beitsoplossing o.b.v. het gebruikte substraat

Milieuaspecten

Water

Het beitsen is een belangrijke stap in een aantal oppervlaktebehandelingsprocessen. Indien aanwezig, ontstaan daarbij aanzienlijke afvalwaterstromen (concentraten, half-concentraten en de uitsleep van badinhoud naar spoelwaters).

Relevante stoffen in deze afvalwaterstromen zijn:

• extreme pH;
• hoog gehalte aan opgeloste metalen;
• in sommige gevallen opgeloste zware metalen;
• in sommige gevallen fosfor, fluoride, nitraat/nitriet.

­

De geconcentreerde afvalwaterstromen bestaan hoofdzakelijk uit uitgewerkte beitsbaden die gekenmerkt worden door een hoog metaalgehalte. Zonder voorzorgs-maatregelen ontstaat er bij de ontgifting van deze afvalstromen zeer veel metaalhoudend slib.

De ontgifting wordt gekenmerkt door een hoog chemicaliënverbruik en dito kosten. Bovendien gaan in de ontgifting waardevolle zuren voor het proces verloren.

Om die reden wordt in veel bedrijven gestreefd naar een combinatie van één of meer van:

• ­standtijdverhoging;
• het afvoeren van het concentraat naar een externe verwerker die deze stroom geheel of gedeeltelijk recycleert;
• een behandelingstechniek waarbij een slib ontstaat dat op zijn beurt geschikt is voor recyclage door een externe verwerker.

Deze technieken worden verder besproken in Beitsen.

Spoelwaters zijn veel minder geconcentreerd.

Daarnaast kunnen ook de gaswassers en demisters afvalwaterstromen veroorzaken (zie hieronder, Lucht).

Bodem

Indien beitsvloeistof in de bodem terechtkomt, kan dit aanleiding geven tot ernstige bodemverontreiniging:

• De meeste beitsmiddelen zijn als grondstof, tijdens het gebruik en in de afvalfase zwaarder dan water. Een lek van een beitsmiddel zal zich dus ook versneld in de diepte van een grondwaterlaag verspreiden
• Een aantal beitsmiddelen bevatten zelf schadelijke stoffen (bv. HF, HNO₃, …) of worden in een aantal gevallen tijdens het gebruik aangerijkt met zware metalen (dit is niet het geval bij de meest gebruikte metalen nl. staal en aluminium alhoewel deze ook kleine hoeveelheden zware metalen als legeringselement kunnen bevatten).
• Zelfs indien de beitsmiddelen zelf niet schadelijk zijn en ook de opgeloste metalen niet schadelijk kan de lage pH een ongunstig effect hebben. Hierdoor kunnen een aantal in de bodem aanwezig stoffen oplossen en in het grondwater aanrijken tot boven de kwaliteitsnormen.

­

Beitsvloeistoffen en spoelwaters na de beitsstap zijn in staat om klassiek toegepaste bouwmaterialen voor inkuipingen en afvoerbuizen, zoals beton en staal, versneld op te lossen, waardoor deze na een aantal jaren kunnen lekken.

Lucht

Tijdens het beitsen kunnen zowel nevels (aërosolen) als dampen ontstaan.

Nevels ontstaan bij het gebruik van alle zuren, en zijn met een demister te verwijderen. Dampen zijn gassen die niet met een demister te verwijderen zijn.

Dampen ontstaan enkel bij gebruik van HCl (HCl-damp), HF (HF-damp) en HNO₃ (NO_X-dampen). Bij het gebruik van NaOH, H₂SO₄ en H₃PO₄ ontstaan eventueel. aërosolen; dampen zijn hierbij verwaarloosbaar.

Afval

Bij het beitsen ontstaan er afvalzuren, die als afvalstof kunnen afgevoerd worden. In veel gevallen worden deze dan door een externe verwerker geheel of gedeeltelijk herwonnen.

Daarnaast ontstaat er ook slib, zie Water.