Создание малоотходного производства нанесения защитных покрытий цинка и фосфатов на стальные изделия электрохимическим и химическим методами - Дипломная работа

В современном развитии технологий и процессов деталям приходится часто контактировать с различными реагентами и окружающей средой. Нанесение покрытий - весьма важная область промышленного производства, без которой немыслимы решения многих задач новой техники. Гальваническое производство является одним из крупных потребителей цветных металлов и достаточно дорогих химикатов и воды. Большое место занимают покрытия цинком и нерастворимыми фосфатами, т.е. цинкование и фосфатирование. Защитные свойства фосфатированием ограничены из-за пористости слоя, но этот слой обладает хорошими адгезионными свойствами и в сочетании с масляной или лакокрасочной пленкой это будет эффективной защитой металла от коррозии. Для создания любого покрытия необходимы подготовительные операции, а после них использование воды для промывки. Т.о., гальваническое производство потребляет большое количество воды, а его СВ - токсичны и вредны для человека. Основным отходом в гальваническом производстве являются промывные воды смешанного состава, которые могут содержать ионы тяжелых металлов, а также кислотные и щелочные. Для снижения количества СВ используют замкнутую систему водоснабжения и применяют современные методы очистки, т.е. промывные воды, подвергшиеся удалению примесей, возвращают в технологический процесс, а извлеченные примеси отправлять на захоронение или переработку. Целью проекта является создание малоотходного производства нанесения защитных покрытий цинка и фосфатов на стальные изделия электрохимическим и химическим методами соответственно, а также локальной очистки СВ и воздуха. Создание технологической схемы малоотходной технологии производства покрытий; 2. Расчет материальных балансов процессов; 4. Расчет платы за сбросы и выбросы ЗВ. 1. Характеристика объекта и исходные данные проектирования Местом проектирования является город Киров Кировской области. Климат обусловлен возможностью вторжения холодного воздуха со стороны Северного Ледовитого океана и является умеренно континентальным. Среднегодовая роза ветров (рисунок 1.1) показывает, что преобладающее направление ветра для г. Кирова, где разместились предприятия машиностроения и металлообработки, химической промышленности, лесопромышленного комплекса, легкой, местной и пищевой промышленности. С севера, запада и юга он ограничена ул. Герцена, Горького и Молодой Гвардии соответственно, а с востока - Октябрьским проспектом. Завода, как и любое предприятие, является потенциальным загрязнителем ОС и имеет территорию с особым режимом использования - СЗЗ. Жиры органического происхождения (животные и растительные) почти не растворяются в воде, но, взаимодействуя с водными растворами щелочей или солей щелочных металлов, образуют растворимые в воде мыла. При введении ПАВ в щелочные растворы, усиливается эмульгирующее действие последних. Типичная реакция омыления представляет собой гидролиз сложного эфира с образованием спирта и кислоты (или её соли, когда для омыления берут раствор щёлочи): R?СО?ОR НОН > R?СООH R?ОН 2.1 В ГОСТ 9.305-84 [7] для каждой технологии и для каждой стадии процесса записаны условия их проведения. В проекте используются электролиты представленные в таблице 2.1. Таблица 2.1 - Состав ванн обезжиривания Состав электролита Режим обработки наименование компонентов количество, г/дм3 температура, °С продолжительность, мин Цинкование NaOH 20-40 50-70 2-5 Na3PO4 5-15 обезжириватель ДВ-301 1,4-1,9 Na2SiO3 10-30 Фосфатирование средство моющее Лабомид 20-30 60-80 3-10 Травление - вторая стадия обработки. Состав окисного слоя, образующегося на металле под воздействием окружающей среды, неодинаков по толщине. 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 изделия, у которого имеется окалина, выражаются следующими реакциями: FеО H2SО4 = FеSО4 H2О 2.2 Fе2О3 3H2SО4=Fе2(SО4)3 ЗН2О 2.3 Fе3О4 4H2SО4 = FеSО4 Fе2(SО4)3 4H2О 2.4 Так как слой окалины пористый, неравномерный по толщине, а на отдельных участках вообще отсутствует, то при травлении совместно с окислами протекает частичное растворение металлического железа по реакции: Fе H2SО4 = FеSО4 H2 2.5 Одновременное растворение металла и окислов можно представить следующими реакциями: 2Fе Fе2О3 4H2SО4 = 4FеSО4 ЗН2О H2 2.6 2Fе Fе3О4 5H2SО4 = 5FеSО4 4H2О H2 2.7 Для травления черных металлов используются растворы серной и соляной кислот. Таблица 2.2 - Состав ванн травления Состав электролита Режим обработки Наименование компонентов Количество, г/дм3 Температура, °С Продолжительность, мин Н2SO4 150-250 40-80 5-10 ингибитор КИ-1 3-5 2.2 Основы процесса цинкования [2, 8] Содержание цинка в земной коре в среднем 8,3*10-3 % (масс.), в водах морей и океанов концентрация составляет около 0,01 мг/л. Известно более 60 минералов, которые содержат цинк, из них важнейшими являются: сфалерит (ZnS); смитсонит (ZnCO3); каламин (Zn4(OH