Очистка сточных вод гальванического производства ОАО «Красноярского завода лесного машиностроения»

Содержание Введение

1. Общие сведения о предприятии

2. Современные технологии гальванических производств

2.1 Оборудование для нанесения гальванических покрытий

2.2 Подготовка поверхности деталей перед нанесением покрытий

2.3 Нанесение гальванических покрытий — хромирование

2.3.1 Способы и технология хромирования.

2.3.2 Свойства хромированных сталей и сплавов

3. Техническое описание линии хромирования

3.1 Состав механизированной линии

3.2 Устройство и принцип работы

4. Системы водного хозяйства гальванических производств

4.1 Общая характеристика систем водоснабжения и водоотведения

4.2 Классификация сточных вод

4.3 Токсикологическая характеристика загрязнений сточных вод цехов гальванопокрытий

4.4 Требования к качеству воды, используемой для технологических целей

4.5 Общие положения реагентных методов очистки

4.5.1 Очистка кисло-щелочных сточных вод

4.5.2 Очистка хромсодержащих стоков

5. Очистка производственных сточных вод на станции нейтрализации

5.1 Общая характеристика производства

5.2 Технология процесса очистки сточных вод

5.3 Характеристика сточных вод на выходе со станции нейтрализации

5.4 Контроль производства

5.5 Характеристика материалов

5.6 Нормы расхода реагентов

6. Предлагаемая схема очистки хромсодержащих сточных вод

6.1 Описание технологической схемы

6.2 Расчет основного оборудования

6.2.1 Расчет решеток

6.2.2 Расчет скорого напорного фильтра

6.2.3 Расчет усреднителя

6.2.4 Расчет сорбционного фильтра

6.2.5 Расчет электродиализатора

6.2.6 Расчет анионообменных колонн для сорбции хрома (VI)

6.2.7 Расчет катионообменной колонны для сорбции ионов цинка, никеля и меди

6.2.8 Расчет количества реагентов для десорбции ионитов

6.2.9 Расчет количества получаемых элюатов

6.3 Контроль за технологическим процессом

6.4 Выводы

7. Технико-экономические расчеты

8. Нормативно-правовая база

8.1 Закон РФ «Об охране окружающей природной среды»

8.2 Водный кодекс РФ Заключение

Список использованных источников

Введение

Гальванотехника — одно из производств, серьезно влияющих на загрязнение окружающей среды, в частности ионами тяжелых металлов, наиболее опасных для биосферы. Главным поставщиком токсикантов в гальванике (в то же время и основным потребителем воды и главным источником сточных вод) являются промывные воды. Объем сточных вод очень велик из-за несовершенного способа промывки деталей, который требует большого расхода воды (до 2 м³ и более на 1 м² поверхности деталей).

На очистных сооружениях наиболее распространенным методом обезвреживания гальваностоков является реагентный метод, в частности, осаждение металлов гидроксидом кальция, не обеспечивающий доведение содержания ионов тяжелых металлов в стоках до современных ПДК. Основным недостатком этого метода является большое количество шламов, содержащих токсичные соединения тяжелых металлов. Утилизация и переработка образующихся шламов — очень сложное и дорогостоящее производство, а в некоторых случаях шламы не поддаются переработке. В таких случаях возврат химреактивов и металлов в цикл производства практически исключен. Основным методом обезвреживания таких отходов является захоронение их на специальных площадках, если таковые предусматриваются. Однако чаще всего эти шламы либо складируются на территории предприятия, либо неконтролируемо сбрасываются в овраги, водоемы, леса, а в лучшем случае на городские свалки. Лишь часть гальваношламов находит применение в строительстве при производстве строительных материалов.

Аналогичная проблема присуща и производству завода ОАО «Краслесмаш». Это предприятие предпринимает определенные меры по изменению технологии гальванопокрытий: сокращение цианистых загрязнений, сокращение хромовых стоков на 70%. Однако внедрение задерживается на неопределенное время в связи с необходимостью больших капитальных вложений. Поэтому проблема очистки сточных вод остается актуальной для данного предприятия. В настоящей работе решаются вопросы очистки хромсодержащих сточных вод и извлечения ценных компонентов, так как операции хромирования предполагается осуществлять и при внедрении перспективных технологий.

1. Общие сведения о предприятии Предприятие ОАО «Краслесмаш» изготавливает навесное оборудование на базовый трактор, что позволяет использовать его в лесопромышленном комплексе на заготовке древесины и других технологических операциях.

ОАО «Краслесмаш» расположено между Транссибирской железнодорожной магистралью и частным жилым сектором Октябрьского района.

Территория предприятия расположена в двух уровнях общей площадью 13,2 га. В том числе:

площадь застройки — 50 450 кв. м.

площадь усовершенствованных покрытий — 13 100кв. м.

площадь зеленых насаждений — 1600 кв. м.

Нижняя часть, где расположено основное производство имеет спокойный рельеф, асфальтное покрытие.

Промплощадка завода граничит с восточной стороны с ул. Челюскинцев, с западной — ул. Мелькомбинатской, с северной — частным жилым сектором ул. Энгельса, с южной — с железной дорогой.

В соответствии с СанПиН 2.2.½.1.1.1031−01 «Санитарно-защитные зоны и санитарная квалификация предприятий. Сооружений и иных объектов» предприятие относится к 4 классу с размерами санитарно-защитной зоны 100 м.

На территории предприятия имеются две промплощадки:

— склад угля;

— отходы металлического лома и стружки.

Все основное производство предприятия находится на нижней площадкеглавный производственный корпус, административный, блок вспомогательных цехов, котельная, компрессорная, столовая, гараж, деревообрабатывающий участок.

2. Современные технологии гальванических покрытий В данной главе представлено описание современных технологий гальванических покрытий. Широкий спектр назначений покрытий определяет столь же широкое разнообразие специальных технологических процессов с обеспечения высокого качества покрытия, точности исполнения защитного слоя, гибкости основных операций за счет их технологической избыточности и автоматизации; эффективного использования материальных и энергетических ресурсов; экологической безопасности.

2.1 Оборудование для нанесения гальванических покрытий Гальванический процесс состоит из ряда последовательно проводимых операций, включающих механическую подготовку поверхности изделий (шлифование, полирование, галтовка), химическую или электрохимическую обработку поверхности изделий (обезвреживание, травление, активация, полирование), собственно операции нанесения покрытия и операции заключительной обработки покрытий (сушка, нейтрализация, пропитка, фосфатирование, осветление). Важной составляющей процесса нанесения гальванических покрытий являются межоперационные промывки, цель которых при экономном расходе воды — удалить с поверхности изделий растворы и продукты от предыдущих операций /1,6/.

Нанесение покрытий на детали может осуществляться в стационарных, колокольных, полуавтоматических ваннах и автоматических линиях. Размещение деталей может производиться на подвесках, в барабанах, колоколах и корзинах. Для покрытия ленты и проволоки используются специальные автоматы. По схеме расположения ванн автоматы могут быть прямолинейными с загрузкой и выгрузкой в начале и конце линии и на промежуточных этапах покрытия, однорядные и многорядные, овальные и кольцевые.

По механизму передвижения кореточные автоматы могут быть тележные и бестележные; автооператорные автоматы — тельферные, портальные, консольные.

Автоматические гальванические линии используются для нанесения покрытия на детали на подвесках, в барабанах, колоколах и корзинах. Производительность серийно выпускаемых автоматических линий составляет от 1−500 м²/час площади покрываемых деталей. Автоматические линии оборудуются приборами и датчиками, обеспечивающими автоматическое поддержание всех основных технологических параметров (продолжительность процесса, плотность тока, температура, состав и уровень электролита и другие).

Гальванические автоматизированные линии различаются конструктивным исполнением и системой управления, вид их определяется характером производства, номенклатурой и серийностью выпускаемых изделий.

Одним из современных направлений развития гальванотехники, способствующих развитию гибких автоматизированных процессов (ГАП) гальванопокрытий, является внедрение специализированных модулей обслуживаемых универсальными манипуляторами, составленными из ряда типовых стандартных моделей (транспортный модуль, подъемный модуль, модуль грузозахватов и так далее). Модули в ГАП гальванопокрытий рассматриваются в широком диапазоне: от элементарного модуля (нагреватель, корпус ванны) до модуля инфрастуктуры (участок корректировки электролитов и так далее).

2.2 Подготовка поверхности деталей перед нанесением покрытий Подготовка поверхности деталей перед нанесением покрытий имеет большое значение для получения высококачественных изделий. При подготовке деталей с поверхности удаляются жировые вещества, смазки, масла, окалина, ржавчина, продукты коррозии, окисные пленки и другие.

Подготовка заключается в обезжиривании, травлении, активации, химическом и электрохимическом полировании поверхности деталей.

Кратко остановимся на каждой из этих операций.

Обезжиривание. Поверхность деталей обычно покрыта пленкой жира или смазочного масла. Эта пленка появляется на детали в результате предшествующей обработки с применением жиров и масел, а также от прикосновения рук. Она не смачивается электролитом и препятствует осаждению металла. Поэтому все изделия перед нанесением покрытия обезжириваются. Обезжиривание может осуществляться щелочами, органическими растворителями и электрохимическим путем.

Методы очистки поверхности деталей от жировых загрязнений определяются их природой. Для удаления неомыляемых минеральных масел применяют специальные органические растворители. Для удаления омыляемых жиров — щелочные обезжиривающие растворы.

После обезжиривания органическими растворителями на поверхности деталей остается тонкая жировая пленка, ухудшающая сцепление покрытия с материалом детали. Для ее удаления, как правило, производится дополнительное химическое или электрохимическое обезжиривание.

Обезжириванию в щелочных растворах подвергается основное количество деталей.

Для обезжиривания цветных металлов составы растворов имеют некоторые отличия. При обезжиривании цинка и его сплавов концентрация растворов значительно ниже, для предотвращения коррозии вводится жидкое стекло 25−30 г/л. Медь и алюминий обезжиривают в растворах, не содержащих щелочь /1,6/.

Для подготовки черных металлов иногда одновременно производят травление и обезжиривание.

Травление и активирование поверхности. Травление производится для удаления окалины и оксидов с поверхности металла. Травление производят в растворах кислот различной концентрации. Для уменьшения растворения материала деталей в травители вводятся ингибиторы (катапин. ПБ-5. БА-5, БА-6. ЧМ. ПКУ. И-1-А. И-1−3, И-1-Е, КПН. уротропин и другие). При введении ингибиторов предотвращается выделение водорода и образование водородной хрупкости.

Травление черных металлов производят в смеси соляной и серной кислот до 200 г/л. что ускоряет процесс очистки, уменьшает расход кислот и увеличивает срок службы раствора.

Для травления высоколегированных сталей используются смеси серной, соляной, азотной и фтористоводородной кислот более высокой концентрации.

Травление меди и ее сплавов осуществляют в растворах, содержащих азотную кислоту. Алюминий и его сплавы травят как в кислотных, так и щелочных растворах. Щелочное травление производят в 5 — 10% растворе едкого натра с добавлением ПАВ при 50 — 60 ⁰С. Для кислотного травления применяют растворы, содержащие азотную, фосфорную, фтористоводородную или кремнефтористую кислоты /1/.

Химическое и электрохимическое полирование производится для удаления микронеровностей перед нанесением гальванических покрытий пли как самостоятельный процесс для удаления заусениц и повышения качества поверхности вместо механического полирования.

Химическое полирование применяется для обработки деталей сложной формы, тонкостенных и мелких деталей. Используются смеси кислоты с различными органическими добавками. Химическое полирование по сравнению с электрохимическим менее трудоемко, но имеет больший расход химикатов и требует постоянной корректировки электролита /6/.

2.3 Нанесение гальванических покрытий — хромирование Нанесение покрытий производиться для придания изделиям защитных, защитно-декоративных свойств, повышения твердости, износоустойчивости, жаропрочности, коррозийной стойкости и других.

Наиболее распространенными видами покрытий являются цинкование, никелирование, хромирование, меднение, кадмирование и другие.

В нашей работе рассматривается вид покрытий хромирование. Хромирование — это процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев сплава хромом.

Хромовое покрытие применяется как самостоятельное покрытие и как верхний слой многослойных покрытий, для повышения износостойкости и восстановления размеров деталей, для декоративной отделки.

Хромированию подвергаются изделия, работающие: а) в условиях износа, в том числе кавитационного, и эрозии при низких и высоких температурах; б) под напряжением (или без него) при высоких и криогенных температурах в средах, вызывающих химическую коррозию; в) под напряжением (или без него) в средах, вызывающих электрохимическую коррозию; г) на усталость — механическую, термическую, коррозионную; д) в условиях действия магнитных и электрических полей.

Для осаждения хромового покрытия применяются электролиты, содержащие от 150 до 400 г/л хромового ангидрида и от 1,5 до 4 г/л серной кислоты. Процесс ведут при температуре до 60 ⁰С при плотности тока от 10 до 100 А/дм², выход по току составляет 10 — 25% /13/.

В качестве добавок в хромовый электролит используется большое количество различных соединений. Для уменьшения образования хромового аэрозоля используются хромин и хромоксан. Для улучшения рассеивающей способности — добавки ДХТИ — 10, ДХТИ — 11, «ЛимедаХ80», «Лидема Х-2». Саморегулирующие добавки для поддержания анионного состава — соли стронция, кремниефториды, фториды и другие в количествах, превышающих их растворимость.

В настоящее время находят применение электролиты хромирования с высоким содержание трехвалентного хрома, с добавками цинка и кадмия. Покрытия из этих электролитов имеют большую пластичность и меньшую пористость. Ведутся работы по созданию электролитов на основе соединений трехвалентного хрома.

2.3.1 Способы и технология хромирования В зависимости от физико-химических характеристик активной фазы (или среды), содержащей хром, различают четыре метода диффузионного хромирования твердый, из паровой фазы, газовый и жидкий.

На данном предприятии осуществляется хромирование методом: твердый и жидкий.

Твердый метод применяют тогда, когда упругость паров насыщаемого металла при температуре процесса меньше, чем у хрома.

Этот метод осуществляется при контакте твердых кусочков (или порошка) хрома с поверхностью изделия. Поступление элемента на поверхность изделия происходит через места контактирования взаимодействующих металлов.

Хромирование из паровой фазы проводят двумя способами контактным и неконтактным. Благодаря возможности передачи вещества через паровую фазу неконтактный способ целесообразнее, так как при этом образуется более качественное покрытие, хотя глубина насыщения меньше. Наличие вакуума в данном случае необязательно. Роль вакуума сводится лишь к облегчению испарения и переноса хрома к обрабатываемой поверхности.

Газовый метод хромирования основан на взаимодействии газовой фазы, которая содержит хром, связанный в химические соединения, с поверхностью насыщаемого металла. В качестве активной газовой фазы служат различные галогениды хрома (CrCl₂, CrF₂, Crl₂ и другие). Газовый метод осуществляют контактным и неконтактным способами. При контактном способе газовая фаза, генерируясь в непосредственной близости от поверхности изделия, возникает в результате взаимодействия твердых фракций порошкообразного хрома с одним из галоидных газов (НС1, HF, HI, HBr и другие). При неконтактном способе изделия находятся в окружении одной только газовой фазы, содержащей галогенид хрома.

При жидком методе хромирования активной фазой, участвующей в передаче хрома к обрабатываемой поверхности, является расплав соли, содержащей хром, или расплав хрома. В первом случае на границе раздела металл — расплав соли происходит электрохимическая реакция, благодаря которой оказывается возможным процесс насыщения; во втором — насыщение осуществляется непосредственно из расплава жидкого металла Результаты хромирования жидким методом во многом зависят от условий смачиваемости поверхности стали солевым расплавом, состава, вязкости среды, реакций взаимодействия жидкого расплава с обрабатываемым металлом и так далее.

На смачиваемость поверхности стали солевым расплавом и, следовательно, на ее способность удерживать атомарный хром ощутимо влияют температура ванны, движение тепловых потоков внутри ее и другое. Применение для хромирования изделий ванн с расплавленным металлом весьма ограниченно в связи с высокой температурой плавления хромистых сплавов. Реализация жидкого метода хромирования оказалась возможной благодаря использованию различных солей хрома, прежде всего хлористых (СгС1₂, СгС1₃).

Основные положения газового метода насыщения поверхности хромом справедливы и для хромирования в жидкой среде. Однако в последнем случае хромирование происходит по реакции замещения. Галогенидхрома в жидком состоянии реагирует по обменной реакции с металлом изделия, в результате чего образуется хлорид металла изделия.

Жидкое хромирование, почти невозможное в среде соли СгС1₃, успешно протекает в среде СгСl₂ или смести этих двух солей. Скорость образования слоя зависит от скорости протекания реакции обмена и скорости диффузии хрома. Но так как скорость реакции обмена очень высока, основным фактором, определяющим скорость хромирования жидким методом, является скорость диффузии хрома.

При хромировании необходимо поддерживать высокую активность хлоридов хрома и низкую активность хлорида железа. С этой целью, при насыщении стали, в ванну с солевым расплавом обычно добавляют кусочки хрома или ферродобавочных порций хлорида хрома.

Солевой расплав, состоящий из одних хлоридов хрома, отличается большой активностью, поэтому скорость насыщения стали хромом в этом случае высока. Однако расплавленная соль СгС1₂ весьма интенсивно испаряется уже при 900 °C вследствие повышения давления паров хлорида над поверхностью ванны. Поэтому применение расплавов высокой активности нерационально.

Активность расплава искусственно снижают, вводя соли-стабилизаторы — хлористый барий, хлористый магний, хлористый кальций (5 — 30%). Благоприятное воздействие оказывает также СгС1₃. Его добавление в солевой расплав CrCl₂ позволяет понизить температуру плавления до 800 °C.

Хромирование ведут в ванне, содержащей 20% СгСl₂, СгС1₃, а также соли-стабилизаторы (ВаС1₂, СаС1₂, MgCl₂). Результаты процесса во многом зависят от соотношения солей СгС1₂ и СгС1₃ в расплаве. При содержании СгС1₃ в семь раз больше, чем СгС1₂, глубина хромирования армко-железа при 1100 °C достигает за 4 часа 0,14 мм. Оптимальные составы ванны зависят от состава хромируемого металла. Например, чтобы получить слой толщиной 0,14 мм отношение СгСl₃: СгС1₂ при хромировании чистого железа должно быть равно семи и при хромировании низкоуглеродистой кремнистой стали (5% Si) — пяти. Эта сталь хромируется на большую глубину, чем чистое железо.

Таким образом, при хромировании в жидких средах регулировать глубину насыщения относительно легко. Это особенно важно в тех случаях, когда хромированию подвергают стали различного состава. Например, влияние углерода, тормозящего диффузию хрома, можно значительно нейтрализовать, если ввести в солевой раствор небольшое количество хлористого ванадия. Его присутствие замедляет диффузию углерода к поверхностным зонам, то есть понижает его содержание на поверхности изделия и, следовательно, способствует увеличению общей толщины слоя.

Жидкий метод хромирования еще не нашел широкого применения, однако заслуживает внимания. Возможность управлять процессом диффузии, изменяя состав ванны, неоднократно использовать его и проводить процесс непрерывно, обрабатывать внутренние поверхности изделий, несложность технологических операций, высокое качество покрытий — все это выгодно отличает жидкий метод хромирования от газового в порошках. Существенное достоинство жидкого метода состоит также в том, что он позволяет производить закалку малогабаритных изделий непосредственно из ванны, без повторного нагрева. Последний фактор наряду с малой продолжительностью процесса является большим экономическим преимуществом жидкого метода.

При выборе метода хромирования следует руководствоваться не только толщиной слоя, но и концентрацией хрома на его поверхности, качеством, равномерностью слоя, технологичностью процесса, удобством осуществления его, экономической рентабельностью и другое.

2.3.2 Свойства хромированных сталей и сплавов. В результате хромирования сплавы, как правило, приобретают комплекс высоких физико-химических свойств.

Загрязненность стали различного рода примесями не позволяет получить равномерно распределенный хромированный слой. Наличие на поверхности изделий коррозионных питтингов, окалины, жировых пятен также вызывает образование слоя различной толщины. Формирование слоя одинаковой толщины зависит в основном от степени равномерности доступа хромсодержащей среды к различным местам хромируемой поверхности, что в свою очередь зависит от метода хромирования. Поверхность сплавов в большинстве случаев становится серебристо-серого цвета с различными оттенками.

Равномерное распределение хрома по поверхности и высокое ее качество достигаются при хромировании газовым и жидким методами, которые обеспечивают беспрепятственный доступ газовой или жидкой фазы ко всем точкам хромируемой поверхности (в том числе и к внутренним полостям) независимо от сложности формы изделия. Наиболее высокая равномерность хромирования наблюдается при насыщении неконтактным способом (газовый и из паровой фазы). При контактном способе (в порошках), если правильно соблюдать технологию процесса, также обеспечивается одинаковая толщина слоя по поверхности изделия.

Особенно трудно достигается равномерность насыщения при хромировании внутренних полостей и отверстий. В этом случае наилучшие результаты получаются также при газовом хромировании неконтактным способом и в порошках, если смесь можно ввести в насыщаемые полости. Менее качественно хромирование из паровой фазы (вакуумный способ) и жидким методом. Поэтому высококачественное хромирование внутренних каналов капиллярных трубок и длинных труб малого диаметра возможно только газовым методом неконтактным способом.

Прочность связи хромированного слоя с основным сплавом, или так называемая сцепляемость покрытия со сплавом, имеет большое значение. Особенно она важна для изделий, которые подвергаются действию статических и динамических напряжений (например, матрицы, фильеры, пуансоны различный режущий инструмент, болты и другое) или резким колебаниям температуры (например, при закалке) Прочная связь слоя с подложкой обнаруживается не только у хромированного железа, когда структура слоя соответствует пластичному твердому раствору хрома в железе, но и у стали, имеющей на поверхности очень твердый карбидный слой.

Остаточные напряжения в поверхностных слоях сплавов после хромирования возникают вследствие структурных и фазовых превращений, происходящих в процессе насыщения. Известно, что диффузия хрома в железоуглеродистые сплавы сопровождается возникновением на их поверхности карбидной или карбонитридной фазы, удельный объем которой значительно больше удельного объема сердцевинных зон сплава. Это и приводит к образованию на поверхности стали сжимающих остаточных напряжений.

Вопрос о влиянии хромирования на размеры, массу и форму изделии очень важен, так как в большинстве случаев изделия изготовляют с жестко ограниченными допусками и требования к их геометрии высоки.

Степень изменения размеров и массы изделий после хромирования в основном зависит от качества покрытия, которое определяется правильностью технологии процесса.

Коробление изделий после хромирования происходит вследствие действия остаточных сжимающих или термических напряжений в слое и в изделии. Особенно сильно коробление проявляется при хромировании изделий сложной конфигурации, поэтому нагревать и охлаждать контейнер рекомендуется медленно. Степень поводки (эллиптичности) изделий также зависит от метода хромирования.

Хромированная сталь отличается также чрезвычайно высокой эрозийной стойкостью и сопротивлением кавитационному износу. Например, хромирование с успехом применяют для увеличения сопротивления эрозии деталей топливной аппаратуры, в частности форсунок, распиливающих топливо.

При насыщении поверхности элементами, в частности хромом, происходит изменение ее структурно-энергетического состояния (увеличиваются силы межатомной связи, кристаллическая структура становится менее дефектной). Это оказывает положительное влияние не только на физико-химические свойства поверхности изделия, но и на объемную прочность сплава, причем слой не столько влияет на абсолютную величину прочности, сколько на ресурс работы изделия.

Увеличение глубины хромирования у стали 40 приводит к понижению временного сопротивления, к увеличению относительного сужения, особенно заметному у стали после отжига, а также к уменьшению сопротивления разрушению у стали после термообработки. Хромирование мало влияет на пределы пропорциональности и текучести.

Длительная прочность хромированной стали 40 при 500 ⁰С значительно выше прочности не хромированной после отжига, а также после закалки и отпуска. Например, если при = 240 МПа время разрушения не хромированной отожженной стали 38 минут, то уже после 15 минут хромирования оно увеличивается до 2 часов 10 минут, после 6 часов хромирования — до 31 часа 40 минут, а после 8 часов — до 59 часов. После термообработки не хромированная сталь разрушается при = 240 МПа через 17 часов, а разрушение термообработанной стали, предварительно хромированной в течение 15 минут, 6 и 8 часов, происходит соответственно через 22, 100 и 147 часов.

Таким образом, увеличение хромированного слоя способствует повышению длительной прочности стали 40 и после термообработки.

Значительное понижение пластичности (относительного удлинения и относительного сужения) наблюдается и при кратковременном, и при длительном испытании хромированной стали при высокой температуре, причем с ростом хромированного слоя понижение пластичности заметнее. В отличие от не хромированных образцов, которые всегда имеют вязкий характер разрушения, у хромированных образцов оно носит хрупкий характер.

Хромирование уменьшает склонность сплавов к ползучести.

3. Техническое описание линии хромирования

3.1 Состав механизированной линии Механизированная линия МЛГ-372 предназначена для твердого и молочного хромирования стальных деталей на подвесках.

Линия предназначена для эксплуатации в гальванических цехах различных отраслей машиностроения.

Расположение составных частей линии показано на рисунке 3.1, а перечень в таблице 3.1.

Таблица 3.1 — Перечень составных частей линии

3.2 Устройство и принцип работы Компоновка линии — однорядная, прямолинейная с загрузкой и выгрузкой с одного конца линии (рисунок 3.1).

Технологические ванны (позиция 2−11), сушильная камера (позиция 12), стойки подготовительные (позиция 13,14), расположены по оси линии.

Над ними по подвесному пути (позиция 18) перемещается автооператор (позиция15), к которому крепиться захват (позиция 16) для транспортирования рам подвесочных (позиция 17) с обрабатываемыми деталями.

Справа относительно позиции загрузки-выгрузки располагается площадка обслуживания (позиция 19).

Линия комплектуется выпрямительными агрегатами (позиции 20,21,22).

Принцип работы состоит в следующем: в ванны, расставленные с учетом минимальных холостых пробегов автооператора и удобства выполнения технологического процесса, опускаются и выдерживаются в течении необходимого времени подвески с деталями.

Подвески транспортируютя автооператором, который перемещается по подвесному двухрельсовому пути.

Линия позволяет обрабатывать детали по двум процессам:

1) твердое хромирование

2) молочное хромирование Ванны (позиции 2−11) предназначены для осуществления технологических операций и представляют собой емкости прямоугольной формы.

Ванны анодные активации, твердого и молочного хромирования выполнены с рубашкой (внутренний корпус из титана), остальные ванны из стали.

Все ванны установлены на опорные изоляторы и оборудованы опорами — ловителями для фиксации рам подвесочных.

Ванны электрохимического обезжиривания имеют буферный отсек и устройства для отчистки зеркала раствора от пены и жировых загрязнений.

Ванны с нагревом оборудованы блоком электронагревателей.

В ваннах холодной активации, твердого и молочного хромирования электронагреватели установлены в водяной рубашке.

Время разогрева не более шести часов. Температура растворов (воды) в заданных пределах поддерживается автоматически с помощью температурных датчиков ТСМ.

В ваннах твердого хромирования, охлаждение осуществляется посредством водяной рубашки.

Для перемешивания растворов и воды в процессе обработки деталей ванны химического обезвреживания, каскадной промывки в теплой и холодной воде и каскадной промывки в холодной воде оборудованы барботерами. Включение барботажа производится от датчика ВПБ при погружении в ванну подвески.

Ванны хромирования и анодной активации снабжены барботерами для периодического перемешивания растворов.

Сушильная камера (позиция 12) состоит из корпуса, сваренного из листовой стали, блоков электронагревателей, вентилятора, воздуховодов и шиберного устройства.

Детали сушатся горячим воздухом, который нагнетается вентилятором через блоки нагреватели. В сушильной камере применяется замкнутая циркуляция воздуха с удалением его части через шиберное устройства в систему вытяжной вентиляции. Корпус сушильной камеры теплоизолирован матами из стекловолокна.

Температура воздуха в сушильной камере контролируется с помощью стеклянного термометра.

Автооператор (позиция 15) предназначен для погружения подвесок с деталями в ванны, извлечения их из ванн, транспортировки в соответствии с технологическим процессом. Питание к автооператору подводится через гибкий кабель, подвешенный в виде шлейфа к рельсовому пути.

Рельсовый путь (позиция 18) состоит из двух, параллельно расположенных швеллеров, которые крепятся к элементам перекрытия цеха. По верхним полкам рельсов перемещается автооператором, а книжным полкам крепятся позиционные и зонные конечные выключатели автооператора.

На концах швеллеров установленный кронштейны с натяжным устройством для проволоки, на которою навешиваются держатели кабеля, подводящего питания к автооператору.

Стойкие подогревательные (позиции 13, 14) служат для загрузки и разгрузки подвесок. Стойки изготовленный из швеллеров гнутого профиля и оборудованный опорами — ловителями для фиксации рам с подвесками.

Площадка обслуживания (позиция 19) состоит из отдельных секций, скрепленных между собой болтами. Секции лестницы изготовленный из уголков и облицованный сверху рифленой листовой сталью. Для удобства обслуживания и монтажа трубопроводов и арматуры, размещенных под площадкой, облицовочные листы имеют шарниры.

Вентиляция: ванны с вредными выделениями оборудованы бортовыми отсосами, которые в зависимости от агрессивности выделений выполнены из нержавеющей стали и стали марки ст. 3. Бортовые отсосы установленный на длинных бортах ванн и имеют фланец для соединения с патрубками магистрального воздуховода.

Количество воздуха, отсасываемого бортовыми отсосами, регулируются шиберами.

Разводка трубопроводов (позиция 1) включает в себя магистральные, подводящие и отводящие трубопроводы воды, сжатого воздуха, канализации, запорную и регулирующую трубопроводную арматуру.

Магистральные трубопроводы расположены на крюках под площадкой обслуживания вдоль всей линии.

Один конец магистральных трубопроводов заглушен, на другом конце установлены запорные вентили, необходимые для перекрытия подачи воды, сжатого воздуха в случаи ремонта и временного останова линии.

Запорная и регулирующая арматура ванн монтируется под площадкой обслуживания и у бортов ванн.

Из магистрального трубопровода вода подается ко всем ваннам. В промывочные ванны налив воды осуществляется с помощью наливных труб. Подвод воды к ваннам хромирования и анодной активации производится с помощью стояков.

Регулирование расхода воды производится вручную при помощи вентилей, расположенных на подводящих трубопроводах.

Для автоматического включения барботажа в ваннах на подводящих трубопроводах установлены электромагнитные вентили.

В ваннах хромирования и анодной активации барботаж включают периодический ручным вентилем.

Растворы в ваннах нагреваются электронагревателями. Контроль и регулирование температуры осуществляется с помощью датчиков ТСМ.

Раствор ванн твердого хромирования охлаждается оборотной водой через рубашку ванны. Вода в рубашку подается автоматически с помощью электромагнитного вентиля по сигналу датчика ТСМ.

Для ванн твердого, молочного хромирования и анодной активации предусмотрена запасная емкость.

В качестве запасной емкости рекомендуется использовать сборник стальной эмалированный с нижним спуском, с номинальным объемом 2,5 м³.

Указанная емкость в состав по «Гальванотехника» не входит.

Для перекачивания электролита по схеме: ваннанасосзапасная емкость должны быть открыты вентили а, б, в. Для возврата электролита из запасной емкости в ванну открывают вентили г, д, е.

Этим же насосам производится возврат электролита из ванны промывкиулавливания в ванну хромирования, для этого должны быть открыты вентили ж, з, д, е.

Ванны анодной активации, твердого и молочного хромирования, промывкиулавливания, каскадной промывки в холодной воде, нейтрализации и промывки в горячей воде подключены к хромосодержащей канализации. Остальные ванны — к кислощелочной.

Образующие в процессе эксплуатации линии сточные воды должны быть предварительно подвергнуты регенерации, либо очистки, отработанные растворы-регенерации, либо обезвреживанию.

После очистки и обезвреживания сточные воды и отработанные растворы подлежат сбросу в канализацию с концентрацией не превышающей ПДК по данному региону /13/.

Рисунок 3.1 — Основные составные части линий

4. Системы водного хозяйства гальванических производств Водное хозяйство гальванических производств многие годы является объектом повышенного внимания ученых и инженеров. Сложно найти в промышленности производственные процессы, совершенствованию которых было бы посвящено столько научных публикаций, конференций, симпозиумов и семинаров. Мотивацией этих усилий главным образом является стремление специалистов обеспечить экологическую безопасность гальванических производств. Сточные воды гальванических цехов токсичны, содержат высокоопасные для окружающей природной среды загрязнения — ионы тяжелых металлов. Широкий спектр основных производственных процессов требует адекватного по специфике решения задач обезвреживания сточных вод.

За последние 20−25 лет в мировой практике в этих производственных процессах широко внедряются замкнутые системы водопользования гальванических производств, обеспечивающие экономию водных и других ресурсов и исключающие загрязнение гидросферы.

Создание таких систем основано на технологиях, использующих ионообменные смолы, ультра фильтрационные и обратноосмотические полимерные мембраны, специальные реагенты, сорбенты, электрохимические процессы: электролиз, электродиализ, термическое разделение и так далее.

4.1 Общая характеристика систем водоснабжения и водоотведения Водоснабжение гальванических цехов, как правило, осуществляется из городского водопровода или из водопровода технической воды. Вода, используемая для промывных операций, нормируется по содержанию растворенных и нерастворенных веществ: взвешенных веществ, рН, жесткости, сухого и прокаленного остатков сульфатов, хлоридов, тяжелых металлов и других показателей /1/.

Для особо ответственных промывных операций, приготовления технологических растворов, заполнения ванн-улавливателей используется дистиллированная или деионизированная вода. Снижение солесодержания достигается дистилляцией, обратным осмосом, электродиализом или ионным обменом. Применение обессоленной воды повышает качество покрытий, увеличивает срок службы электролитов, позволяет осуществлять регенерацию и возврат вынесенных электролитов. Полный или частичный переход на промывку обессоленной воды экономически целесообразен при внедрении мероприятий по сокращению расхода воды на промывку и использование замкнутых локальных систем промывки-регенерации в отдельных технологических процессах.

В связи с внедрением доочистки сточных вод получают распространение замкнутые системы водоснабжения гальванических цехов, где до 70% воды возвращается на промывные операции. Практика показала экономическую и технологическую целесообразность этих систем /20/.

Основное количество стоков гальванических цехов поступает от промывки деталей после обезжиривания, травления, нанесения защитных и декоративных покрытий; периодического сброса отработанных концентрированных растворов.

Как правило, в цехах гальванопокрытий образуются следующие категории сточных вод: циансодержащие; хромсодержащие; кислые стоки от ванн предварительного травления изделий в кислотах, содержащие, кроме кислот, растворенные катионы тяжелых металлов и щелочные стоки от ванн обезжиривания. Иногда кислые и щелочные стоки объединяют в общий поток /20/.

Промывка деталей производится практически на всех стадиях нанесения гальванического покрытия. Промывка не выполняется в том случае, если перенос раствора из одной ванны в другую допускается по технологии, например, из ванны декапирования в ванну покрытия.

Обычно промывка производится погружением деталей в воду в стационарных ваннах. Для сокращения расхода воды и повышения качества промывки используется многокаскадная противоточная промывка /1/.

Для отмывки щелочных растворов обезжиривания и травления применяется промывка горячей водой (50 — 60 °С).

Основное количество загрязнений поступает в сточные воды в результате выноса электролита на поверхности деталей и оснастки. Этот вынос составляет от 0,25 до 0,75 л электролита на 1 м² обрабатываемой поверхности /1/.

Уменьшение выноса электролитов из рабочих и промывных ванн может быть достигнуто за счет рационального размещения деталей на подвесках, выдержки обработанных деталей над ваннами, встряхивания деталей, обдувки сжатым воздухом, газом или паром. Такие мероприятия позволяют снизить вынос электролита на 75- 85%.

Значительное снижение выноса тяжелых металлов может быть достигнуто на стадии выбора технологического электролита. Разработаны и применяются малоконцентрированные электролиты никелирования, цинкования, хромирования и другие.

В настоящее время до 85% обрабатываемых в гальванике деталей промывается путем окунания в стационарных ваннах. Такая промывка технически наиболее проста и пригодна для деталей различной сложности. Качество промывки характеризуется кратностью разбавления или критерием промывки (отношением концентрации загрязнений в вынесенном электролите к концентрации загрязнений в промывной ванне после промывки). Кратность разбавления зависит от чувствительности к загрязнению раствора следующей за промывкой технологической ванны. При промывке после окончательной операции обработки (перед сушкой деталей) кратность разбавления определяется требованиями коррозионной стойкости внешнего вида покрытий.

4.2 Классификация сточных вод В современном производстве используется широкая номенклатура технологических процессов, связанных с использованием воды и образованием загрязненных стоков, основная масса которых не может быть сброшена в городскую систему канализации или в водоем без предварительной очистки на локальных очистных сооружениях.

Сточные воды гальванических производств подразделяются на следующие основные категории:

1 — чистые, от охлаждения технологического оборудования (50 — 80% общего количества);

2 — загрязненные механическими примесями и маслами (10 — 15%);

3 — загрязненные кислотами, щелочами, солями, соединениями хрома, цинка, меди, никеля, циана и другими химическими веществами (50 — 80%);

4 — отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) или эмульсии (1 — 2%);

5 — загрязненные пылью вентиляционных систем и горелой землей литейных цехов (10 — 20%);

6 — поверхностные (дождевые, талые, поливочно-моечные) /15/.

Соединения тяжелых металлов могут находиться в сточных водах практически всех категорий, но наибольшее их количество находится в водах третьей и четвертой категорий. Тяжелые металлы могут попадать в сточные воды из технологических растворов, как продукты деструкции обрабатываемых деталей и инструмента, при промывке оборудования и изделий.

Сточные воды третьей категории образуются в процессе химической и электрохимической обработки изделий. Они содержат тяжелые металлы преимущественно в виде химических соединении, как правило, растворимых.

Сточные воды четвертой категории образуются при механической обработке изделий. Основная масса тяжелых металлов находится в них в виде мелкодисперсных взвесей, но часть может находиться в виде растворимых соединений.

По объему, составу загрязнений третья категория сточных вод является преобладающей. По существующей классификации, сточные воды этой категории делят на следующие группы: кисло-щелочные, хромсодержащие, циансодержащие, фторсодержащие.

Химические и электрохимические процессы обработки изделий являются основными источниками загрязнений сточных вод гальванических производств. Вода загрязняется в процессе охлаждения и мойки оборудования и тары, на основных и вспомогательных технологических операциях. Расход сточных вод достигает 500 м³/сутки с 1000 м² производственных площадей. Сточные воды, как правило, разделяются на промывные воды и отработанные концентрированные растворы. Их характеристики приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 — Характеристика сточных вод цехов гальванопокрытий

Нанесение химических и электрохимических покрытий включает в себя набор технологических операций, сопровождающихся промывкой. Это, как правило, химическое и электрохимическое обезжиривание, травление, декапирование, непосредственное нанесение покрытий, пассивация. Сточные воды содержат кислоты (промывки после травления и декапирования), щелочи (после обезжиривания), цианиды, хроматы, соединения тяжелых металлов (состав определяется материалом изделия и наносимого покрытия). Количество отработанных концентрированных растворов по отношению к объему промывных вод незначительно (5 — 7%).

Гальванопластика — процесс изготовления изделий сложной формы электрохимическим осаждением металла на форму. Этим методом производят изделия из меди, никеля, кобальта, железа, золота, серебра, сплавов: никель-кобальт, никель-железо, кобальт-железо, никель-марганец — и других металлов и сплавов. Сточные воды образуются на промывных операциях при подготовке поверхности форм, нанесении разделительных и электропроводных слоев, электролитическом осаждении металлов и сплавов. Периодически производится сброс отработанных растворов травления диэлектриков, активации и химической металлизации поверхности.

Травление (химфрезерование) — процесс изготовления изделий сложной формы из тонкомерных листовых материалов и получения заданного рельефа поверхности. Методом травления изготавливаются изделия из меди, никеля, кобальта, железа и различных сплавов. Промывные сточные воды характеризуются большим содержанием кислот (серной, азотной, плавиковой), тяжелых металлов, перекисных соединений. Образуется большое количество отработанных травильных растворов, которые, как правило, не регенерируются. Исключение составляют растворы травления меди, для которых разработана и широко применяется электрохимическая peгенерация с извлечением металлической меди. Отработанные от травления других металлов и сплавов растворы, содержащие до 120 г/л свободных кислот и до 400 г/л солей тяжелых металлов, направляются на реагентную обработку или утилизацию.

Большое количество сточных вод образуется на операциях по подготовке поверхностей перед нанесением покрытий. Для очистки поверхности изделий используются обычно щелочные растворы, содержащие гидроокиси, карбонаты, тетрабораты, фосфаты, цианиды щелочных металлов, ПАВ, этилендиаминтетрауксусную кислоту и другие вещества /1/.

Загрязнения, поступающие в воду в процессе нанесения гальванопокрытий, можно разделить на следующие виды:

· минеральные кислоты. Применяются для травления и декапирования деталей, входят в состав различных электролитов;

· щелочи. Входят в состав обезжиривающих растворов;

· соли тяжелых металлов. Содержатся в электролитах и отработанных травильных растворах;

· цианиды (простые и комплексные);

· соединения шестивалентного хрома;

· фторсодержащие соединения. Используются в электролитах и травильных растворах;

· синтетические поверхностно-активные вещества;

· нефтепродукты, жиры, масла, органические растворители;

· соли щелочных и щелочноземельных металлов;

· Органические вещества (блескообразующие добавки, красители и так далее).

· комплексообразующие вещества. Входят в состав электролитов и некоторых обезжиривающих растворов.

Количество загрязнений в сточных водах определяется технологией основного производства, концентрацией применяемых растворов, формой обрабатываемых изделий, расходом воды на межоперационных промывках.

Сгруппировав загрязнения по характерным признакам и специфическим способам их обезвреживания, сточные воды гальванопокрытий можно разделить на следующие потоки:

· кисло-щелочные, концентрированные и промывные (65 — 80%);

· хромсодержащие (5 — 40%);

· циансодержащие (5 — 10%);

· фторсодержащие (3 — 5%).

Состав загрязнений в стоках по этой классификации приведен в таблице 4.2.

Таблица 4.2 — Состав загрязнений сточных вод