Файл: Бучило Э. Очистка сточных вод травильных и гальванических отделений.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.07.2024
Просмотров: 116
Скачиваний: 1
растворах применяется следующей концентрации: в све жем растворе 15—20%, а в использовании 4—5%. Ра створ считается непригодным,, если концентрация FeS04 достигает 300—400 г/л. По мере уменьшения концентра ции H2S 0 4 и возрастания концентрации FeS04 посте пенно повышается температура раствора от 40 до 80°С.
Серная кислота в процессе травления действует наи более активно на FeO и значительно слабее на Fe30 4 и Fe203. Так как скорость растворения железа в соляной кислоте значительно больше, чем в серной, процесс тра вления ведут при комнатной температуре или в слегка подогретой ванне, что предупреждает потери легко ле тучей кислоты. Травильный раствор соляной кислоты ха рактеризуется тем, что образующееся в процессе травле ния хлористое железо не замедляет протекание процес са, а, наоборот, ускоряет его [1]. Соляная кислота зна чительно активней, чем серная, растворяет все три вида окислов железа, входящих в состав окалины.
Всвежем травильном растворе концентрация НО достигает 12—18%, а в отработанном около 2—4%. Ме ханизм травления стали в серной и соляной кислоте идентичен, различие состоит лишь в разном соотношении количества растворенной окалины к растворенному ме таллу, что является следствием химических свойств этих кислот.
Весовые потери стали после ее травления в кислот-- ном растворе колеблются в пределах 0,8—2%, причем это не только удаленные окислы, но и растворенное же лезо [2]. Указанные потери зависят от толщины слоя окислов, величины окисленной поверхности и кинетики процесса травления.
Впоследние годы значительно повысился интерес к травлению стали фосфорной кислотой, что определяется высоким качеством поверхности, очищенной с помощью этого метода. Из-за более высокой стоимости фосфорной
кислоты при применении этого метода ее регенерируют в замкнутой системе травильной ванны [3, 4].
Для очистки и полирования поверхности специальных сталей и цветных металлов используют травильный ра створ из смеси таких неорганических кислот, как серная кислота, фосфорная, азотная или плавиковая.
Травильные процессы делятся на химические и элект рохимические. Отличаются эти процессы устройствами ванны и химическим составом травильных растворов,
12
Химическое травление
Химическое травление проводят с целью удаления с поверхности металлических заготовок окисных загрязне ний, образовавшихся во время термомеханической обра ботки. Различают травление в кислотных и щелочных (основных) растворах, а также в расплавленных солях.
Процессы травления бывают периодическими и не прерывными. В периодическом процессе после определен ного времени из ванны удаляют использованный тра вильный раствор и на его место заливают свежий. При непрерывном процессе химический состав травильного раствора обновляется непрерывно. Недостаток периоди ческого процесса — постепенное ухудшение условий тра вления, связанное с изменением химического состава тра вильного раствора, что приводит к замедлению процесса травления. Это неблагоприятное явление частично мо жет быть нейтрализовано добавлением в травильный ра створ определенного количества свежей кислоты или по вышением температуры раствора.
В больших травильных отделениях для травления стальных заготовок применяют травильные растворы на основе серной кислоты. Интенсификация процесса трав ления достигается применением трехванной системы с противотоком травильного раствора (рис. 1). Указанная
z
рис. 1. Травление >в ванне с |
проги вюто-чной подачей |
||
1 — отработанный |
травильного -раствора: |
|
|
травильный |
раствор; |
2 — травимый |
|
материал; |
3 — свежий травильный |
раствор |
|
система позволяет перемещать обрабатываемый матери ал с постоянной скоростью благодаря поддержанию в каждой ванне почти одинаковых условий травления.
В первой ванне, содержащей свежий травильный ра створ, поддерживается температура около 40°С, во вто рой ванне — около 60°С, а в третьей, содержащей исто щенный травильный раствор, — на уровне 80°С. В про мышленном масштабе применяют также и другие техни-
13
ческие решения, с целью максимального использования свойств травильных растворов при интенсивной работе оборудования. В качестве примера можно привести ус тройство Рутнера для травления листа по башенной схеме [5].
Травильные растворы, кроме кислот, являющихся ос новными составляющими, часто содержат различные до бавки, которые снимают отрицательное влияние тра вильного раствора на очищенную поверхность металла, либо придают ей специальные свойства. Добавки состо ят из смеси различных органических веществ, химиче ский состав которых обычно не раскрывается.
Электрохимическое травление
Заготовки из легированных и, в частности, из хромис тых и хромоникелевых сталей подвергают в основном электрохимическому травлению, так как лишь с помо щью этого процесса можно получить хорошо очищенную поверхность.
В зависимости от состояния поверхности и назначе ния электрохимическое травление может быть анодным или катодным.
Сущность анодного травления состоит в механичес ком удалении окислов выделяющимися мелкими пузырь ками кислорода и путем электрохимического растворе ния металла [2]. В качестве электролита в основном применяют серную кислоту и ее смесь с хромовой, фос форной или плавиковой кислотой. Температура электро лита в отдельных случаях колеблется от 20 до 60°С.
Катодное травление, основанное на механическом и химическом влиянии водорода на слой окислов, очень редко применяют при травлении стали и ее сплавов из-за значительного насыщения водородом травимых загото вок. В качестве анода в этом процессе применяют свин цовые или чугунные плиты с большим содержанием кре мния. Обычно после окончания катодного травления за готовки в течение короткого периода подвергают анод ному травлению для удаления с поверхности случайно попавшего постороннего металла.
Благодаря простой регулировке параметров тока электрохимическое травление хорошо поддается автомЭ’ тизадии в непрерывных процессах.
2.КОЛИЧЕСТВО
ИХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СТОЧНЫХ ВОД
Количество травильных сточных вод
Независимо от вида химической обработки поверхно сти в процессе травления осуществляют различные вспо могательные операции, проводимые с целью очистки и сохранения поверхности обрабатываемых заготовок.
После травления всегда применяют промывку водой
для удаления с поверхности металла остатков |
кислоты |
и продуктов травления, которые могут быть |
причиной |
точечной коррозии. В современных травильных |
отделе |
ниях, как и в гальванических, часто применяют противо точную многованную промывку, что обеспечивает раци ональное использование воды. Иногда протравленные и промытые заготовки подвергают пассивированию, чтобы защитить их поверхность от неблагоприятного влияния атмосферных условий.
Исходя из технологических операций, связанных с хи мической очисткой поверхности металлических загото вок, можно принять, что в каждом травильном отделе нии существует два вида сточных вод: концентрирован ные и разбавленные. Первые являются отходами тра вильных ванн (отработанные растворы), в то время как последние — промывными водами.
В травильных отделениях, где травильный реактив состоит из серной кислоты, среднее количество сточных концентрированных вод достигает 10 м3 на 1000 кг рас ходуемой кислоты или около 0,3-—0,6 м3 на 1 т протрав ленной стали.
Количество промывных вод в значительной степени зависит от применяемой системы промывки и вида заго товок. В обычных технических условиях количество об разуемых промывных вод на 1 т протравленных сталь ных заготовок следующее [6]:
Сортамент профи- |
Лист и |
Трубы |
Трубы один- |
Прутки и |
л е й ........................ |
полоса |
черные |
кованные |
проволока |
Объем воды, м3 . |
2,5—8,5 |
2—30 |
20—50 |
0,4 |
Во всех случаях, когда применяют регенерацию тра вильных растворов, а также рациональную систему про мывки, количество сточных вод, как концентрированных, так и разбавленных, значительно уменьшается, что при водит к значительной экономии в потреблении свежей воды.
15
Химический состав сточных вод
Травильные растворы, как правило, состоят из одной или нескольких минеральных кислот. Для травления стальных заготовок травильный раствор обычно состоит из серной или соляной кислоты. В табл. 1 и 2 приведен примерный химический состав концентрированных и разбавленных сточных вод, образующихся при травле нии стальных заготовок в серной и соляной кислотах. Конечно, это лишь общая характеристика некоторых ви дов загрязнений, так как необходимо помнить о часто применяемых различных добавках, так называемых ин гибиторах, вводимых с целью замедления растворения чистого металла.
|
|
|
|
Таблица I |
|
|
|
Средний состав сточных вод |
|
|
|
|
|
после травления стали в H2SO4 |
|
|
|
Показатели |
загрязнения |
Отработанный тра |
Промывные воды |
||
вильный раствор |
|||||
Температура, ° С .......................... |
30—80 |
15—25 |
|||
Реакция, p H ................................... |
|
1—2 |
4—5 |
||
Взвесь, |
г / л ......................................... |
і г / л |
0,5—50 |
0,1 |
—0,3 |
Сухой |
остаток, |
— |
0,5 |
—1,2 |
|
Сульфаты, г / л |
.............................. |
100—300 |
0,5 |
—5 |
|
FeS04, г / л ........................................ |
|
100—300 |
0,5—5 |
||
H 2 S O 4 , |
г / л ........................................ |
|
30—100 |
0,5 |
—3 |
В сточных водах, образующихся при травлении цвет ных металлов или их сплавов, кроме остатков кислот, входящих в состав травильного раствора, содержатся также и катионы металлов из протравленных заготовок.
|
|
|
Средний состав сточных вод |
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
после травления стали в НСІ |
|
|
Показатели |
загрязнения |
Отработанный тра |
Промывные воды |
||
вильный раствор |
|||||
Температура, ° С ........................... |
20—30 |
15—25 |
|||
Реакция, |
p H ................................... |
|
1—2 |
4—5 |
|
Взвесь, |
|
г / л .................................... |
г / л |
0,4—30 |
0,1—0,3 |
Сухой |
остаток, |
— |
0,5—1,3 |
||
Хлориды, |
г / л |
.............................. |
120—250 |
0,3—5 |
|
FeCl2, |
г / л ......................................... |
|
200—350 |
0,4—5 |
|
НСІ, г |
/ л ......................................... |
|
20—60 |
0,1—2 |
|
16
В металлургической и машиностроительной промыш ленности сточные воды травильных ванн особенно гряз ные и в неочищенном состоянии не могут быть сброше ны в городскую канализационную сеть, либо в водохра нилища. Они разрушают каналы и сточные коллекторы и, уничтожая бактериальную флору, делают невозмож ным правильную работу станций биологической очистки сточных коммунальных вод.
Глава ІИ
ХАРАКТЕРИСТИКА СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ
1.ГАЛЬВАНОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Впромышленности гальванотехнические методы при меняют прежде всего для получения медных, никелевых,
хромистых, оловянных, цинковых и кадмиевых покрытий, а также серебряных, золотых и из других благородных или редких металлов. Часто встречается также и электро химическая полировка алюминиевых покрытий, так на зываемое анодирование.
Каждый технологический процесс гальванического нанесения металлических покрытий состоит из ряда от дельных операций, которые в большинстве случаев мож но разделить на следующие три группы:
1) подготовительные работы — их цель состоит в подготовке поверхности металла для нанесения покры тия гальваническим путем; на этой стадии технологиче ского процесса проводят шлифование, обезжиривание и травление;
2) основной процесс — образование соответствующе го металлического покрытия с помощью гальванического метода;
3) отделочные операции— служат для облагораж вания и защиты гальванических покрытий; наиболее ча сто для этой цели применяют пассивирование, окраску, полирование и лакирование.
Для нужд технологии очистки сточных вод гальвано технические операции чаще всего классифицируют, ис ходя из реакции и химического состава электролитов, служащих источником образования (ТПЧҢЩ. {Щ'^'.'ДРжггб'
й
Ж
ванические операции делят на три группы, соответствую щие трем видам сточных вод.
1.Операции, при которых образуются растворы или промывные воды, содержащие цианистые соединения: к ним относятся основные процессы электрохимического вы деления металла из их цианистых солей (цинкование, кадмирование, меднение, серебрение), а также операции промывки после этих процессов.
2.Операции, при которых растворы или промывные воды содержат хромистые соединения: к ним относятся процессы хромирования, хромистой пассивации и опера ции промывки после этих процессов.
3.Операции, при которых растворы и промывные
воды не содержат упомянутых соединений: к ним отно сятся некоторые вспомогательные работы (обезжирива ние и травление), основные процессы и отделочные ра боты.
Во многих случаях сточные воды можно классифици ровать и по другому, в особенности когда из них утили зируют некоторые ценные химические соединения или внедряется частично замкнутая система циркуляции (оборота) воды.
Технология промывки
Одной из наиболее важных работ, в значительной сте пени влияющей на качество наносимых гальванических покрытий, является межоперационная промывка, прово димая с целью сохранения химического состава и чисто ты электролитических растворов, применяемых в отдель ных операциях.
Различают два основных способа промывки загото вок, подвергаемых гальванотехническим операциям: про мывка под душем и погружение. Каждый из этих спосо бов имеет свои преимущества и недостатки.
Промывку под душем применяют для деталей или за готовок простой формы, не имеющих пустот, так называ емых карманов. Очень часто этот способ промывки при меняют в различных автоматических линиях, предназ наченных для нанесения гальванопокрытий, химической и электрохимической полировки, фосфатирования и дру гих процессов. Сточные воды, образующиеся при этой схеме промывки, обычно отправляют в канализационную систему.
18
