Регион:

Отходы флюсования в процессе горячего цинкования

Отходы флюсования в процессе горячего цинкования

Флюс как таковой – это не просто смесь хлористого цинка, хлористого аммония и других компонентов. Это на самом деле новое вещество, представляющее, как уже выяснено выше, более сильную кислоту, способную в процессе разогрева изделия растворить окислы на поверхности изделия, которые, несмотря на все прилагаемые предосторожности, продолжают образовываться на последнем. Однако образование такой поликислоты возможно только в случае, если состав флюса не изменен (или не сильно изменен) посторонними веществами. К сожалению, одновременно с процессами расходования флюса происходят и процессы его выведения из рабочего состояния (отравления).

Во-первых, происходит отравление из-за переноса в ванну флюсования соляной кислоты, которая поступает в нее в заметных количествах, несмотря на наличие ванны промывки. Из-за этого возникает дополнительное подтравливание поверхности изделия, причем количество растворенного железа во флюсовом растворе, прилипшем к поверхности изделия, превышает то, которая допустимо для получения качественного цинкового слоя. После высыхания слоя он не в состоянии растворить оксид алюминия, с которым соприкасается офлюсованное железо при погружении в расплав. А отсюда – многочисленные мелкие непроцинковки, которые наблюдаются обычно при превышении концентрации растворенного алюминия в расплаве.

Во-вторых, происходит отравление из-за переноса в ванну флюсования хлористого железа. Войдя в состав высохшего на изделии покрытия, железо при опускании изделия в расплав взаимодействует с расплавленным цинком, при этом образуется дополнительное количество гартцинка, то есть удельный расход цинка на единицу веса изделия увеличивается, причем значительно. Увеличивается также и количество золки.

В начале промышленного использования процесса горячего цинкования флюс, как правило, готовили из отработанного раствора травления или соляной кислоты путем растворения отходов цинка, при этом, когда раствор флюсования переставал давать удовлетворительные результаты и количество железа во флюсе достигало 40-80 кг/м3, его просто заменяли на новый. Этот метод имеет то преимущество, что не требуются специальные площади для размещения оборудования по переработке или регенерации флюса, а избыточную кислотность флюсового раствора можно убрать добавлением во флюс определенного количества отходов металлического цинка. Однако  по  мере  возникновения  экологических  проблем  и

ужесточения экологического законодательства остро встал вопрос об уменьшении сброса такого типа растворов, то есть об их частичной или полной регенерации. Кроме того, наблюдения показали, что регенерация экономически выгодна из-за экономии цинка, о чем уже говорилось выше.

Предложен ряд способов аппаратурного оформления процесса регенерации, однако все они основаны на двух химических реакциях:

  • окисления хлористого железа в хлорное;
  • нейтрализации избыточной кислотности и переводе хлорида трехвалентного железа в гидроксид, который, поскольку он нерастворим в нейтральных и близких к ним по рН растворах и его можно отделить от флюсового раствора либо методом осаждения при отстаивании в ламинарном режиме, либо фильтрации.

Общепринятый способ изображен на рис. 13.16. Рядом с ванной флюсования 1 ставится небольшая емкость 2, которая находится на одном уровне с ванной, она все время заполнена раствором. Этот раствор перемешивается низкоскоростной мешалкой, в емкости закреплены датчики редокс и рН. Дозировочными насосами в емкость из емкостей 3, 4 и 5 подаются растворы H2O2 и NH4OH, а также полиакриламида.

В результате протекают следующие реакции:

Реакция перевода двухвалентного железа в трехвалентное:

2FeCl2 + 2H2O2 + 2HCl →2FeCl3+ 3H2O

Реакция нейтрализации избыточной кислотности:

HCl + NH4OH → NH4Cl + H2O

И, кроме того, перевод хлорида железа в гидроксид:

FeCl3 +3NH4OH→ Fe(ОН)3 + 3NH4Cl

Скорость подачи реагентов регулируется длиной хода поршня дозировочных насосов, а подача реагентов осуществляется по показаниям датчиков редокс и рН автоматически.

Поскольку образующийся осадок гидроксида железа является не только мелким, но и аморфным, он не в состоянии быстро осесть и быть отделенным в приемлемое технологическое время. Поэтому в систему добавляется очень разбавленный раствор высокомолекулярного полиакриламида. Это вещество, будучи длинноцепочечным (средний молекулярный вес молекулы полиакриламида более миллиона углеродных единиц), объединяет мелкие частицы гидроксида в более крупные гранулы, порядка нескольких миллиметров в диаметре. Однако и эта взвесь разделяется не очень быстро, поэтому она откачивается мембранным насосом (тип насоса обязателен, поскольку необходимо не нарушить образовавшиеся гранулы) в специальную разделительную емкость конусного типа 6, в среднюю ее часть.

Принципиальная схема установки по регенерации флюса

Рис. 13.16. Принципиальная схема установки по регенерации флюса.

На место извлеченного из реакционной емкости смеси в нее по закону сообщающихся сосудов из ванны флюсования поступает новая порция раствора, и наступает новый цикл обработки.

В разделительной емкости 6 происходит непрерывное разделение твердой и жидкой фаз – наверху скапливается осветленный раствор, а внизу – осадок скоагулированного гидроксида железа, постоянно уплотняющийся во времени.

Показано, что наиболее эффективно удалять этот осадок с использованием фильтр-пресса – в данном случае происходит наименьший захват ценного вещества – хлористого цинка, хотя имеются патенты на использование данного способа очистки флюсового раствора простым отстаиванием.

Одним из недостатков данного способа является разбавление флюса не только за счет переноса раствора из предыдущей ванны (что естественно), но и за счет того, что для нейтрализации используются относительно разбавленные (25-30%-ные) растворы нейтрализующих агентов (перекиси водорода и аммиака). Необходимо проводить определенные мероприятия, чтобы избежать переполнения ванны флюсования (либо за счет испарения избыточной воды, либо за счет отбора части раствора из ванны, что ведет к потере дорогих реагентов).

Другим недостатком является постепенное изменение состава флюса за счет того, что в систему при регенерации флюса добавляется только аммиак (образуется хлористый аммоний), но не цинк, и отношение аммиака и цинка постепенно увеличивается.

Третьим недостатком является невозможность поддержания относительно низких концентраций железа во флюсе при высокой производительности цеха. Поскольку метод основан на обработке части флюса в отдельной емкости и возврате очищенной части раствора обратно в ванну, скорость извлечения загрязнений из ванны зависит от отношения скорости отбора раствора из ванны и объема ванны по формуле:

C = C0 e(vt/V)

где C0 исходная концентрация, C - текущая концентрация ко времени t , v и V - скорость прокачки раствора (м3/час), t – время, час.

Если внимательно проанализировать эту формулу, то увидим, что практически при реальных концентрациях железа в ваннах травления 100 г/л невозможно добиться концентрации железа в ванне флюсования ниже 4-5 г/л, что превышает рекомендуемую величину (менее 3 г/л).

Имеется некоторое число патентов, где в качестве окисляющих средств используются другие  реагенты, предлагается комбинация окисляющих и осаждающих средств, но все это более дорогие и потому неиспользуемые способы.

Согласно вышеприведенным выкладкам, наиболее эффективная очистка будет происходить, если концентрация железа выше, то есть основные усилия по удалению железа и избыточной кислотности следует сосредоточить на ванне предфлюсования (промывки). Поэтому аналогичная схема очистки осуществляется и на ванне промывки (предфлюсования).

В связи с тем, что однократное удаление железа из всей ванны является более экономичной операцией (происходит меньший захват цинка осадком), в то же время этот метод требует больших площадей, но большую часть времени это оборудование простаивает, в последнее время для Западной Европы с ее высокой плотностью расположения цехов горячего цинкования предлагается использовать следующий достаточно неожиданный прием.Создана фирма, которая имеет транспортные емкости и оборудование по переработке флюса. В выходные дни (а для горячего цинкования в связи с необходимостью отстаивания и созревания осадка гартцинка в расплаве необходима пятидневная рабочая неделя с двумя выходными днями) это оборудование подвозится к цеху, и с его помощью осуществляется очистка флюса. Осадок гидроксида железа остается в цеху, таким образом, исключаются проблемы перевоза опасных отходов или технологических растворов из одной страны в другую.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments