Реагентная очистка сточных вод от шестивалентного хрома. Расчет насадочного абсорбера. Основы процесса хромирования. Расчет годового расхода химикатов и воды на промывку деталей. Влияние покрытия на усталостную прочность стали и антифрикционные свойства.
Аннотация к работе
В современном развитии технологий и процессов деталям приходится часто контактировать с различными реагентами. Одним из металлов, применяемым для данных процессов, является хром, а сам процесс осаждения хрома на деталь называется хромирование. Электролитический хром - металл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком. Твердость его, выраженная в единицах Бринеля, достигает 1000-1100 НВ, что значительно превышает твердость закаленной стали. На воздухе и под действием окислителей хром пассивирует за счет окисной пленки. Хромовые покрытия сохраняют свой вид, не окисляясь, при нагревании до 450-500 °С. Целью данного проекта служит создание линии хромирования стальных деталей и очистки сточных вод с наименьшим воздействием на окружающую среду. Теория получения хромового покрытия 1.1 Подготовительные операции Перед тем как поступить в гальванический цех детали должны пройти особую обработку. От качества очистки напрямую зависит результат покрытия защитным слоем металла. Жиры минерального происхождения, к которым относится полировочные пасты, минеральные масла, не растворяются в воде, и для их удаления применяют специальные органические растворители. Под воздействием горячего щелочного раствора, содержащего эмульгаторы и вещества, понижающие межфазное натяжение на границе раствор - жир и раствор - металл, происходит разрыв жировой пленки, уменьшение ее толщины, образование отдельных капель места и отрыв их от поверхности металла. Если на хромируемой поверхности нет заметных загрязнений, то можно, не производя специального дополнительного обезжиривания, освежить хромируемую поверхность шкуркой непосредственно перед загрузкой деталей в ванну. В проекте используется электролит представленный в таблице 1.1. При обработке меди и ее сплавов перед нанесением на них медных покрытий из цианистых электролитов допускается вводить 5-15 г/дм3 цианистого натрия; обработку проводят только на катоде при температуре 30-40 °С, плотность тока до 5 А/дм2. Таблица 1.1 - Состав ванны обезжиривания Состав электролита Режим обработки наименование компонентов количество, г/дм3 температура, °С плотность тока, А/дм2 продолжительность, мин катод анод Тринатрийфосфат 20-40 30-80 2-10 0,5-10 1-5 Сода кальцинированная техническая 20-40 Второй стадией обработки является травление. Так окалина на железе состоит, если рассматривать ее от внешнего слоя к внутреннему, из окислов Fе2О3, Fе3О4, а у поверхности металла - из закиси FеО. Процессы, происходящие при травлении в серной кислоте, на поверхности которого имеется окалина, выражаются следующими реакциями: FеО H2SО4 = FеSО4 H2О 1.2 Fе2О3 3H2SО4=Fе2(SО4)3 ЗН2О 1.3 Fе3О4 4H2SО4 = FеSО4 Fе2(SО4)3 4H2О 1.4 Так как слой окалины пористый, неравномерный по толщине, а на отдельных участках вообще отсутствует, то при травлении вместе с окислами происходит и частичное растворение металлического железа по реакции: Fе H2SО4 = FеSО4 H2 1.5 Одновременное растворение металла и окислов можно представить следующими реакциями: 2Fе Fе2О3 4H2SО4 = 4FеSО4 ЗН2О H2 1.6 2Fе Fе3О4 5H2SО4 = 5FеSО4 4H2О H2 1.7 Для травления черных металлов используются в основном растворы серной и соляной кислот. Выделение хрома производится из растворов хромовых кислот (смесь кислот Н2Сr2О7 и Н2СrО4), а не из солей хрома. Во время хромирования на катоде происходят следующие основные процессы: осаждение хрома, выделение водорода, восстановление аниона хромовой кислоты, где хром шести валентен, до соединений, в которых хром имеет меньшую валентность, в основном, трехвалентного хрома, образование на поверхности катода тонкой пленки состоящей из активного аниона и продуктов восстановления хромовой кислоты. Концентрация хромового ангидрида в электролитах с добавкой серной кислоты может изменяться в широких пределах (от 100 до 500 г/л). Восстановление Сr6 до Сr3 происходит по реакциям: Сr2О72- 3SО32- 8Н = 2Сr3 3SО42- 4Н2О 3.1 Сr2О72- 3HSО3- 5Н = 2Сr3 3SО42- 4Н2О 3.2 2Сr2О72- 3S2О52- 10Н = 4Сr3 6SО42- 5Н2О 3.3 Сr2О72- S2О42- 6Н = 2Сr3 2SО42- 3Н2О 3.4 Наибольшая скорость восстановления этими ионами достигается при рН 2-2,5, что обычно требует дополнительного подкисления сточных вод 10-15 % раствором серной кислоты.