Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Цеха оснащены современными импортными и отечественными оборудованиями, высокоточной технологической оснасткой собственного изготовления, что позволяет производить трубопроводную арматуру и оборудование для атомных стаций, нефтяной, газовой и химической промышленности. Исходя из технологических процессов разных гальванических производств (линия цинкования, никелирования, хромирования, аножирования и др.), основными наиболее опасными ингредиентами гальванических отходов являются цинк, никель, хром, олово, висмут, свинец, кадмий, ртуть, железо, медь и др.

В связи с разнообразием химических элементов, обнаруживаемых в гальванических отходах производств разных отраслей возникает гигиеническая проблема обращения с ними с целью предупреждения влияния их агентов на окружающую среду и здоровье населения.

Гальванические отходы, как правило, содержат относительно невысокие концентрации цветных ценных металлов. Кроме того, форма их нахождения в составе гальванических отходов и близость их химических свойств требуют понимания специальных химических методов выделения. Поэтому рециркуляция металлов из гальванических отходов является экономически не выгодным мероприятием. Единственным, перспективным, получившим развитие в других странах способом утилизации гальванических отходов, является их применение в качестве добавок в различных строительных материалах

Одним из цехов заготовительного производства является гальванический участок, который занимается гальваническим и химическим покрытием металла, чтобы предать особые механические и физико-химические свойства: повышенную твердость, износоустойчивость, жаростойкость, электропроводность.

Защита металла от коррозии одна из важнейших задач гальваники. Ежегодно экономические убытки от коррозионного разрушения металлических конструкций, преждевременного выхода из строя приборов, машин составляют с выше 35% всего вырабатываемого металла. Увеличение количества выпускаемой продукции, повышение ее качества требуют совершенствования существующих и создание новых надежных методов контроля. Поскольку гальваническое покрытие используются в основном, как защитные и защитно-декоративные, их качество определяет конечный результат изделия. Поэтому надежные методы контроля электролитов после покрытий, имеет особое значение для обеспечения надежности долговечности изделий. Трудно назвать отрасль производства, в которой не применялись бы электрохимические покрытия металлов и, поэтому важное значение следует придавать обеспечению и контролю их качества.

Цель выполнения квалификационной работы:

Выполнить мониторинг качественных показателей состава электролита ванн цинкования на содержание в нем ZnCl2 и NH4Cl2.

Для достижения цели необходимо выполнить следующие задачи:

1) отобрать пробу электролита с ванны цинкования

2) выполнить анализ отобранной пробы на содержание в ней ZnCl2 и NH4Cl2

3) произвести расчет массовой концентрации ZnCl2 и NH4Cl2 в выполненной пробе.

4) сравнить полученные результаты, с предельно допустимыми нормами, содержанияZnCl2 и NH4Cl2 в электролите.

1. Теория гальванических процессов

Основной целью гальванического производства является нанесение покрытия металлических предметов слоем другого металла, производимое с помощью электрического тока из раствора соли наносимого металла. Иначе говоря, электролитическое осаждение металлов.

Гальваника -- электролитическое осаждение тонкого слоя металла на поверхности какого-либо металлического предмета для защиты его от коррозии, повышения износоустойчивости, предохранения от цементации, в декоративных целях и т. д. Получаемые гальванические покрытия -- осадки -- должны быть плотными, а по структуре -- мелкозернистыми. Чтобы достигнуть мелкозернистого строения осадков, необходимо выбрать соответствующие состав электролита, температурный режим и плотность тока.

Нанесение на поверхность металлического изделия слоя другого металла может использоваться, например, для защиты стальных изделий от разрушения (коррозии) под действие влаги, газов и паров, содержащихся в атмосфере, применяются покрытия цинком, кадмием, никелем, оловом и др. Для придания изделиям красивого декоративного вида применяется чаще всего покрытие хромом или никелем. Для восстановления размеров изношенных или испорченных при обработке стальных деталей на них наращивается в нужных местах слой железа или хрома.

Гальваническое покрытие металла - это прекрасный способ избежания многих проблем и увеличить срок службы оборудования, агрегатов и прочих устройств. Нанесение гальванических покрытий методом хромирования или никелирования требует специального производственного процесса и квалифицированного персонала.

Нанесение гальванических покрытий представляет собой электрохимический процесс, при котором происходит осаждение слоя металла на поверхности изделия. В качестве электролита используется раствор солей наносимого металла. Само изделие является катодом, анод - металлическая пластина. При прохождении тока через электролит соли металла распадаются на ионы. Положительно заряженные ионы металла направляются к катоду, в результате чего происходит электроосаждение металла.

Толщина, плотность, структура гальванических покрытий могут быть разными в зависимости от состава электролита и условий протекания процесса - температура, плотность тока. Так, например, варьируя соотношением этих двух параметров можно получить блестящее или матовое хромовое покрытие, для блестящего никелирования в электролит добавляют блескообразователи - сульфосоединения.

Декоративные покрытия имеют небольшую толщину, мелкозернистую структуру и достаточную плотность. Для обеспечения прочности сцепления покрытия с изделием необходимо проводить тщательную подготовку поверхности, которая включает механическую обработку (шлифовка и полировка), удаление окислов и обезжиривание поверхности. После нанесения покрытия изделие промывают и нейтрализуют в щелочном растворе.

Несмотря на разнообразие применяемых видов покрытий, рецептов электролитов и режимов, можно наметить общую схему, по которой строится технологический процесс нанесения всякого гальванического покрытия. В этом процессе, состоящих из многих, иногда нескольких десятков операций, можно различить три стадии:

1 стадия. Подготовка изделия к нанесению покрытия. Хорошее качество всякого покрытия может быть достигнуто только в том случае, если металлическая поверхность изделия хорошо очищена от загрязнений, жиров, масла, окислов и т.п. Если покрытие должно быть блестящим, поверхность изделия предварительно шлифуют и полируют.

Шлифование - процесс удаления с поверхности детали рисок, мелких раковин, царапин и других небольших неровностей. Полирование заключается в более тонкой обработке металла с целью удаления мельчайших неровностей с поверхности детали и придания ей зеркального блеска. Подготовительная стадия состоит из таких операций, как дробеструйная очистка (обработка струей чугунной молотой дроби с помощью сжатого воздуха), обезжиривание в органических растворителях или в щелочах, травление в кислотах.

Процесс удаления с деталей значительного слоя окалины и ржавчины при помощи серной и соляной кислоты называется ускоренным травлением. Травящие вещества, применяют для растворения имеющихся на поверхности изделия окислов и создания так называемой «активной» поверхности для того, чтобы сцепление ее с покрытием происходило как можно лучше. Когда же используется одна кислота- травление химическое.

Последней подготовительной стадией обычно является декапирование, т. е. протравливание поверхности в слабом растворе кислоты для окончательного удаления окисной пленки и создания более активной поверхности металла. В зависимости от характера изделий, а так же вида покрытия некоторые из перечисленных операций могут не производится или заменяться другими, имеющими тоже назначение. После каждой из операций изделия подвергаются тщательной промывке в горячей или холодной проточной воде или последовательно в той и другой. 2 стадия. Нанесение покрытия. Если покрытие однослойное, то эта стадия состоит из операций: загрузки изделий в ванну, выдержки под током при заданной его плотности и выгрузке. Время выдержки в ванне определяется толщиной покрытия, которую хотят получить. При многослойных покрытиях, например при защитно-декоративном хромировании, изделие последовательно проходит через соответствующие ванны (например, меднение в цианистой ванне, меднение в кислой ванне, никелирование, хромирование). После каждой операции, как правило, производится промывки в некоторых случаях полирование промежуточных слоев покрытия.

Рассмотрим наиболее распространенные гальванические покрытия.

Никелирование применяется как защитно-декоративное покрытие в целях защиты изделий от коррозии в атмосферных условиях и щелочных средах. На воздухе при обычной температуре на поверхности никеля образуется тончайшая пассивная пленка, приостанавливающая процесс дальнейшего окисления. Никелевые покрытия применяются весьма широко для окончательной отделки изделий в самых различных областях промышленности. В гальванической паре железо - никель последний, как более электроположительный металл, является катодом по отношению к железу и, следовательно, электрохимически не может защищать железо от коррозии. В качестве защитно-декоративного покрытия никель способен надежно защитить железо от коррозии в атмосферных условиях лишь при полной беспористости покрытия. Для уменьшения толщины никеля, так как он является дефицитным и дорогостоящим металлом, его наносят на подслой меди. Кроме защитно-декоративной отделки никелирование получило широкое применение в химической промышленности для защиты рабочих поверхностей оборудования от воздействия различных агрессивных сред. В этих случаях толщина осажденного никеля без подслоя меди достигает 200 - 300 мкм.

Цинкование применяется как защитное покрытие для предохранения стальных изделий от коррозии в обычных атмосферных условиях, в условиях повышенной влажности и при работе деталей в пресной воде. Цинкование - разновидность гальванического покрытия. Заключается в покрытии металлического изделия тонким слоем цинка. Перед процессом цинкования деталь подвергается тщательной обработке, которая включает в себя обезжиривание, промывку, травление, а также последующей обработке после непосредственного цинкования: осветлению, пассивации и окончательной промывке и сушке детали. В гальванической паре цинк-железо слой цинка является анодом по отношению к железу и поэтому защищает основу не только механически, но и электрохимически. В сухом воздухе цинковое покрытие почти не изменяется; во влажной атмосфере, загрязненной различными промышленными газами, слой цинка, будучи анодом, постепенно растворяется, защищая основной металл от коррозии до тех пор, пока не оголится от покрытия значительная часть поверхности изделия.

Хромирование - это процесс нанесения на металлическое изделие тонкого слоя хрома, путем погружения обрабатываемой детали в электролитическую ванну. Под воздействием электрического тока и повышенной температуры ионы хрома осаждаются на поверхности детали плотной пленкой. [3] В отличие от большинства гальванических процессов, применяющихся только с целью защиты металлов от коррозии и для придания изделиям красивого внешнего вида, хромирование широко используется для повышения износостойкости стальных деталей, а так же для восстановления размеров деталей при их ремонте.

Хромовые покрытия отличаются высокой твердостью, низким коэффициентом трения, свойством прочно сцепляться с основным металлом, а также хорошей химической и термической стойкостью. Хром относится к числу электроотрицательных металлов и в контакте с железоуглеродистыми сплавами должен был бы служить анодом. Однако, обладая склонностью к пассивированию, хром в атмосферных условиях приобретает свойства благородных металлов и в паре железо - хром является катодом. Поэтому покрытие хромом защищает стальные изделия от коррозии только механически при условии полной беспористости осадка. Крупным недостатком отложений хрома как раз и является их значительная пористость, которая в условиях воздействия агрессивной среды может привести к разрушению основного металла. Поэтому для более надежной защиты железоуглеродистых сплавов от коррозии применяется подслой меди, никеля или обоих металлов вместе.

Фосфатирование. Процесс получения на поверхности металла нерастворимых фосфатных пленок при обработке стальных изделий в растворе кислых фосфорнокислых солей называется фосфатированием. Фосфатные пленки являются прекрасным грунтом под лакокрасочное покрытие, обеспечивают хорошую приработку трущихся поверхностей, и, наконец, служат надежной защитой от коррозии при условии последующего промасливания смазки. В качестве защитного покрытия фосфатные пленки в несколько раз более стойки против коррозии, чем пленки, полученные при химическом оксидировании в щелочных растворах. Сочетая фосфатирование с последующим окрашиванием, можно достигнуть высокой стойкости стали против коррозии даже в морской воде и в условиях тропического климата. Фосфатное покрытие обладает высокими электроизоляционными свойствами. Свойство фосфатного покрытия хорошо удерживать смазку широко используется при холодной штамповке. Наличие фосфатного слоя облегчает штамповку и холодную вытяжку металлов. Цвет фосфатной пленки при получении покрытия в стационарных ваннах темно-серый или черный. При фосфатировании мелких деталей во вращающихся барабанах фосфатная пленка имеет светло-серый оттенок.

Оксидирование - покрытие окисными пленками, применяется для защиты сталей, медных и алюминиевых сплавов от атмосферной коррозии. При оксидировании стали ее поверхность приобретает черный цвет, поэтому процесс оксидирования называют также воронением. Наиболее распространенным способом оксидирования стали является обработка в концентрированных щелочных растворах с добавлением окислителей, но существуют также и другие способы. Оксидная пленка обладает защитными свойствами только при условии пропитки ее маслами или лаками, причем жировая смазка при эксплуатации изделий в атмосферных условиях должна систематически возобновляться. Оксидирование алюминия и его сплавов, называемое также анодированием, производится чаще всего путем электрохимической обработки в растворе серной, хромовой или щавелевой кислот. С помощью анодирования толщину окисной пленки, которая всегда имеется на поверхности алюминия, удается увеличить в десятки раз. Полученная пленка обладает высокой твердостью, жаростойкостью, электроизоляционными свойствами, хорошо сцепляется с поверхностью алюминия. Имея значительную пористость, пленка способна окрашиваться в различные цвета органическими и минеральными красителями.

3 стадия. Обработка покрытия. Эта стадия может включать разные операции в зависимости от вида и назначения покрытия, например: полирование осадка, пассивирование с целью повышения коррозионной стойкости, оплавление осадка, кварцевание стальными щетками, пропитку лаками и др.

Пассивность - состояние повышенной коррозионной стойкости металла или сплава (в условиях, когда с термодинамической точки зрения они являются вполне реакционноспособными), вызванное преимущественным торможением анодного процесса.

Кварцевание. Этот процесс представляет собой очистку поверхности изделий металлическими щетками для удаления травильного шлама, окислов, а также для нанесения гальванических покрытий.

Для некоторых видов покрытий обязательной так же является операция обезводороживания, т. е. удаление находящегося в порах осадка газообразного водорода. Это достигается нагреванием изделий и выдержкой их при определенной температуре в специальных шкафах.

На всех или некоторых стадиях обычно производится контроль качества выполнения основных операций. Например, проверяется внешний вид осадка, его толщина, отсутствие непокрытых мести т.д. Вид покрытия, последовательность и продолжительность операций, состав растворов, плотность тока и другие особенности ведения процесса указываются в операционно-технологических картах, которые должны составляться на каждую группу деталей, а в ответственных случаях и на отдельные детали.

Ирина К.А в своем учебнике по производству гальваники, высказывает свою точку зрения: «Гальваническое цинкование - эффективный и недорогой, а потому распространенный способ защиты черных металлов от коррозии. Чаще всего его используют при производстве метизов и крепежных изделий, а также стальной сетки.»

Автор предлагает рассмотреть все способы нанесения цинкового покрытия:

Антикоррозионное цинкование выполняется различными способами, а срок службы покрытия зависит от толщины защитного слоя. Способ нанесения покрытия зависит от его необходимых свойств, размеров изделия, условий его дальнейшей эксплуатации. Самый простой и технологичный, но недостаточно обеспечивающий стойкость к механическим воздействиям защитного слоя, - это холодное цинкование с помощью грунтов, в которых в большом количестве содержится высокодисперсный цинковый порошок. По объему цинковальных производств второе место занимает горячее цинкование. Покрытие, получаемое таким способом, качественное и долговечное, но экологически небезопасное, так как используется расплав цинка, да еще на поддержание его температуры немногим меньше 500 °С необходимо большое количество электроэнергии, химические методы подготовки поверхности.

Очень похож на горячее цинкование более технологичный, но менее производительный метод термодиффузионного нанесения защитного слоя. Он используется, когда задаются высокие требования к толщине и внешнему виду покрытия. Еще один способ цинкования - это газо-термическое напыление, которое используется для защиты крупногабаритных изделий и конструкций, которые в ванну просто невозможно поместить. Гальваническое цинкование лишено многих недостатков других способов нанесения покрытия и имеет свои положительные стороны.

Автор считает, что способ нанесения цинкового покрытия путем электролиза наиболее распространен. Основным достоинством, из-за которого применяется именно гальваническое цинкование металла, является высокая степень защищенности поверхности материала от коррозии. Тонкий слой цинка увеличивает срок службы изделий в несколько раз, а значит, и снижает затраты на их техническое обслуживание и замену. Покрытие получается ровным, без потеков и капель, сохраняется и форма, и размер изделия. Нанести его можно на предметы любой, даже самой сложной формы. Гладкие и блестящие декоративные покрытия не требуют в большинстве случаев дополнительной обработки. Кроме того, сам процесс нанесения цинкового покрытия требует незначительных расходов, а гальванические агрегаты обладают высокой производительностью. Недостатки гальванического цинкования Способ нанесения защитного покрытия электролизом не лишен недостатков. Основной недостаток - низкая адгезия цинка с металлом, из-за которой поверхность изделия необходимо тщательно зачищать. Минусом также является образование в процессе нанесения покрытия ядовитых отходов, требующих серьезной очистки. Несоблюдение режимов может привести к наполнению водородом основного металла, что приводит к хрупкости самого изделия и к нарушению качества покрытия.

Ирина пишет, что гальваническое цинкование основано на принципе защитного действия, который определяется разностью электрохимических потенциалов цинка и железа. Поскольку цинк имеет меньший электрохимический потенциал, покрытие из него является протекторной защитой для черных металлов. То есть во влажной среде электрохимической коррозии подвергается именно он. При окислении железа образуются оксиды, имеющие больший объем, чем первоначальный металл. Оксидная пленка становится рыхлой и пропускает к еще не окисленному металлу кислород. А на цинке при окислении пленка образуется тонкая и плотная, она не пропускает кислород вглубь металла, защищая не только покрытие, но и основной металл под ним.

Цинкование гальваническое - технология, представляющая собой электролиз, т. е. электрохимические окислительно-восстановительные процессы в электролите под действием постоянного электрического тока. По составу электролита цинкование делится на три вида: кислотное, цианидное и щелочное. Чаще всего используется метод нанесения цинкового покрытия в слабокислых электролитах, особенно для чугунных и стальных деталей сложной конфигурации. Изделия из углеродистых и легированных сталей при этом виде цинкования меньше подвергаются возникновению водородной хрупкости, да и внешний вид получается превосходный, с замечательным декоративным эффектом в широкой цветовой гамме. Дополнительная защита при цинковании Защитное действие покрытий из цинка зависит от его толщины, которая при гальваническом нанесении всего 5 мкм, и характера электролита. В некоторых случаях защитные свойства цинкового покрытия увеличиваются пассивированием, фосфатированием или покраской. Пассивирование (хроматирование) - химическая обработка изделий в растворах с хромовой кислотой либо ее солями, в результате которой на поверхности образуются хроматные пленки. Это процесс усиливает не столько защитные свойства, сколько декоративные, потому что в результате усиливается блеск покрытия, и оно может быть окрашено в различные цвета. При фосфатировании (обработке в солях фосфорной кислоты) оцинкованных изделий на поверхности пленка образуется фосфатная. После фосфатирования может еще наноситься лакокрасочное покрытие.

На производстве гальваническое цинкование состоит из нескольких технологических процессов, каждый из которых завершается промывкой водой в проточной ванне или щеточно-моечным способом. Сначала изделия тщательно очищаются от ржавчины, окалины, технологической смазки, остатков охлаждающей жидкости или краски и обезжириваются в щелочных растворах. Затем происходит обезжиривание электролитическое. После него протравливаются в водном растворе соляной кислоты, при котором поверхность окончательно очищается без нарушения поверхностного слоя и происходит ее декапирование - активация перед нанесением цинкового покрытия. Только потом производится собственно цинкование. После него, при необходимости, изделия осветляются и очищаются от окисной пленки в водном растворе азотной кислоты, затем фосфатирование, пассивация и сушка. При цинковании различных изделий могут выполняться дополнительные операции. Например, полосу перед цинкованием разматывают, сваривают концы, правят, а после него промасливают и сматывают. Оборудование гальванического цинкования Гальваническая линия - это определенная последовательность промывочных и технологических ванн, в которых создаются одно- или многослойное цинковое покрытие с требуемыми функциональными свойствами. В соответствии с объемами производства используется оборудование с различной степенью механизации. На крупных предприятиях устанавливаются механизированные линии с автоматическим управлением.

Существуют линии с частичным или полным ручным управлением, а также мини-линии. Линия гальванического цинкования состоит не только из ванн. В нее входят транспортные системы различной конструкции, обязательно оборудование для очистки сточных вод, вспомогательное оборудование, к которому относятся приспособления для цинкования, ТЭНы, теплообменники, катодные и анодные штанги. В дополнительное оборудование входят системы вентиляции, сушильные камеры и шкафы, холодильное оборудование, фильтровальные установки, оборудование получения демиводы, насосы.

Для гальванического цинкования в зависимости от назначения изделия применяют электролиты, которые делятся на две основные группы. Электролиты, в которых цинк находится в виде простых гидратированных ионов, называют простыми кислыми. Это борфтористоводородные, сульфатные и хлоридные растворы. Сложные комплексные кислые и щелочные электролиты содержат цинк в комплексных ионах с положительным и отрицательным зарядом. Это аммиакатные, пирофосфатные, цианидные и другие растворы. От того, какой электролит применяется, зависит в первую очередь скорость осаждения, а затем качество осадков цинка на изделии (катоде). Из комплексных электролитов цинк оседает на катоде при высоком рассеивании ионов. При увеличении плотности тока выход металла снижается и увеличивается выход водорода. Поэтому цинкование в сложных электролитах производится при малой плотности тока, а покрытие получается очень качественное, мелкозернистое и равномерное. В слабокислых простых электролитах гальваническое цинкование, в домашних условиях в том числе, проходит при большой плотности тока, с большей, чем при использовании сложных растворов, скоростью. Внешний вид изделий получается хороший, но покрытие не очень качественное и подходит только для изделий достаточно простой формы.

Технологический процесс непосредственно цинкования происходит в ванне с электролитом. В нее опускаются изделия из черного металла, к которым через специальные электроды подводится электрический ток (катод), и чистый цинк в виде шаров или пластин, уложенных в специальные сетчатые секции (анод). В процессе электрохимической реакции под воздействием электрического тока плотностью от 1 до 5 А/дм цинк растворяется в электролите, затем его ионы оседают на катоде, образуя гальваническое покрытие толщиной 4-25 мкм.

Ирина К.А считает, что именно с использованием такой технологии получают крепежные изделия (болты и гайки) с равномерным и блестящим покрытием. Современная линия гальванического цинкования - это полностью автоматизированная линия, на которой осуществляются все этапы нанесения покрытия, включая сварку и качественное обезжиривание изделий разного назначения и конфигурации. Автоматическая линия в общем случае состоит из комплекта технологических гальванических ванн, модульных выпрямителей, стенда загрузки/разгрузки, транспортного оборудования, оборудования для вытяжной вентиляции, подвода воды и отвода канализационных стоков, металлокаркаса с трапом обслуживания. Гальванические ванны могут изготавливаться из нержавеющей стали, стали, футерованной полимерными материалами или резиной. Современные ванны, сваренные из листовых полимеров, все больше вытесняют металлические емкости. Выбор материала ванн зависит от состава и концентрации электролита и рабочей температуры. Коммуникации систем водоснабжения и канализации, и в большинстве случаев вентиляции располагаются под ваннами и также изготавливаются из полипропилена. Размеры линии определяются ее производительностью и габаритами гальванических ванн. Гальваническое цинкование происходит с образованием сточных вод с высокой концентрацией ионов тяжелых металлов. Поэтому их отстаивают, фильтруют, нейтрализуют, используют химическое осаждение, сорбцию и другие процессы в емкостях из инженерных полимеров.

Рассмотрим мнение еще одного автора Алексеев А.В, который пишет в своем учебнике: « производство гальваники»

Автор утверждает, что гальваническое цинкование - самый эффективный способ защиты металла

Нанесение на железо слоя цинка - самый распространенный способ его защиты от коррозии. Гальваническое цинкование получило наиболее широкое распространение благодаря преимуществам технологии и получаемых защитных покрытий.

Алексеев А.В, предлагает ознакомиться с особенностями защитных цинковых покрытий.

Автор считает, что Цинкование - самый распространенный способ защиты железа поверхностной металлизацией от атмосферной коррозии. Для этих целей расходуется около 40 % от общего объема мировой годовой добычи цинка. Цинкование получило широкое распространение благодаря анодному характеру создаваемой из цинка защиты.

Значение электрохимического потенциала цинка составляет - 0,763 В, что меньше такого же параметра для черных металлов (железа, стали, чугуна), поэтому он защищает последние от коррозии электрохимическим способом. Причем защитные свойства покрытий из цинка проявляются даже в случае незначительной их толщины и при наличии обнаженных участков, пор. Известно много примеров протекторного характера защиты цинком непокрытых им, оголенных фрагментов стальных изделий (например, обрезанные проволока в поперечном сечении и края оцинкованного листового железа, резьба гайки без покрытия, навинченной на оцинкованный болт).

Анодный характер взаимодействия цинкового покрытия с сталью и внешней средой в ряде случаев может смениться на катодный и тогда коррозионные процессы в железе происходят очень интенсивно. Подобное наблюдается, например, при воздействии на оцинкованные изделия горячей воды, нагретой до 70 °С и выше (в автоклавах, котельных установках).

Сам цинк, принимая "удар" на себя , пишет автор, от воздействия внешней среды, защищается следующим образом: при окислении этого металла на его поверхности образуется тонкая плотная оксидная пленка, препятствующая проникновению кислорода дальше вглубь цинка. Благодаря этому его окисление останавливается. У железа образующиеся при окислении оксиды имеют объем больший, чем первоначальный металл, и поэтому пленка из них сразу разрушается, становится рыхлой и пропускает кислород к неокисленному материалу. Так возникает ржавчина.

У цинковых покрытий химическая стойкость снижается при воздействии на них летучих продуктов, которые выделяются при старении следующих органических материалов:

· олифы;

· синтетических смол;

· хлорированных углеводородов.

Покрытия подвержены легкому разрушению, если они контактируют или находятся в закрытом объеме с промасленными или свежеокрашенными деталями.

Большое влияние на быстроту корродирования цинка оказывает показатель рН среды. При рН 7-12 (щелочная среда) этот металл практически не растворяется. Отклонение от указанных величин приводит к возрастанию скорости его коррозии. Особенно высока скорость коррозии цинковых покрытий в атмосфере тропиков и промышленных городов. Гальванический способ цинкования металлов.

Защитное действие покрытий из цинка в первую очередь определяется их толщиной, устанавливаемой исходя из конкретных условий эксплуатации металлических изделий и равномерности их нанесения. Возможности различных способов цинкования неодинаковы и позволяют получать толщину покрытия от 5 мкм (гальваническое) до 1,5 мм. В случае гальванического способа металлизации качество защитного слоя во многом зависит от характера используемого электролита для цинкования.

Защитные свойства цинка можно значительно увеличить разными способами, самые распространенные из которых следующие:

· пассивирование (хроматирование) - создание на его поверхности хроматных пленок химической обработкой изделий в растворах с хромовой кислотой либо ее солями;

· фосфатирование - образование на его поверхности фосфатной пленки посредством обработки оцинкованных заготовок в растворах солей фосфорной кислоты;

· покраска - нанесение лакокрасочных покрытий (лучшие результаты после предварительного фосфатирования).

Алексеев А.В, утверждает, что Гальваническое цинкование представляет собой электролитический метод нанесения тонкого защитного слоя цинка наизделие, поверхность которого должна быть предварительно подготовлена. Этот способ позволяет получать покрытия толщиной 5-40 мкм.

В условиях масштабного производства полосы, листа, штрипса толщина может быть увеличена до 500 мкм (0,5 мм). Непосредственно сам процесс образования покрытия заключается в осаждении на катоде (изделие, которое покрывают) положительно заряженных частиц (ионов) цинка из водных растворов его соединений (электролитов) при пропускании постоянного электротока через раствор. Применяемые аноды должны быть из цинка, так как их основное назначение - восполнять в электролите разряжающиеся на изделиях ионы. В зависимости от выбранного режима ток имеет катодную плотность в диапазоне 1-5 А/дм2.

Так же автор предлагает рассмотреть преимущества и недостатки цинкования гальваническим методом.

Электролитический способ нанесения цинка в сравнении с другими методами цинкования наиболее распространен и обладает следующими преимуществами:

· высокой производительностью;

· низкой себестоимостью;

· получение достаточно высокого уровня защиты изделий;

· равномерностью покрытия без потеков, капель, с сохранением формы и размеров изделия;

· возможностью нанесения цинка на все участки изделий с любой сложной формой, включая различные поры;

· получение декоративных защитных покрытий (гладких, блестящих), не требующих дополнительной обработки.

«Так же здесь есть и недостатки, говорит Алексеев А.В» и основным является - низкая адгезия (сцепление) образуемого покрытия с изделием, требующая особой тщательности подготовки (очистки) поверхности последнего. Еще следует отметить вероятность наводораживания защищаемого металла, особенно при несоблюдении режимов гальваники цинкования, что приводит к водородной хрупкости изделия и непривлекательному виду его поверхности. Существенным недостатком этого метода является образование ядовитых и вредных для окружающей среды отходов, которые необходимо подвергать тщательной очистке.

Автор так же предлагает технологию и оборудование гальванического цинкования на производстве. На производстве электролитическое цинкование включает следующие технологические процессы, производимые с изделиями:

1. Очистка их от окалины, ржавчины, смазочно-охлаждающих и лакокрасочных составов. Химическая обработка в обезжиривающих и щелочных растворах.

2. Промывка водой в проточной ванне.

3. Электролитическое обезжиривание.

4. Промывка.

5. Травление в растворе воды и соляной кислоты. Позволяет удалить оставшиеся окалину и ржавчину без растворения основного металла. При этом происходит декапирование поверхности - активация перед цинкованием.

6. Промывка.

7. Травление в растворе воды и соляной кислоты. Позволяет удалить оставшиеся окалину и ржавчину без растворения основного металла. При этом происходит декапирование поверхности - активация перед цинкованием

8. .Само цинкование.

9. Промывка.

10. Может проводиться осветление в растворе воды с азотной кислотой для снятия окисной пленки.

11. Промывка.

12. Может проводиться фосфатирование.

13. Промывка.

14. Может проводиться пассивация электролитическим хроматированием (и/или хроматирование распылением).

15. Сушка.

В зависимости от типа изделия и соответствующей технологии некоторые этапы промывки могут проводиться щеточно-моечным способом. Могут быть дополнительные операции. Например, гальваническое цинкование полосы начинают с ее разматывания, сварки концов, а затем правки. Заканчивают - промасливанием и сматыванием.

В соответствии с типом покрываемых изделий и объемом производства применяют различные гальванические линии и сопутствующее им дополнительное оборудование. Эти линии представляют из себя определенную последовательность промывочных и технологических ванн, необходимых для создания однослойных либо многослойных цинковых покрытий с требуемыми функциональными свойствами.

Все гальваническое оборудование по степени механизации классифицируется на:

· механизированные линии с полностью автоматическим управлением;

· с возможностью частичного ручного управления;

· линии с полностью ручным обслуживанием;

· мини-линии.

В комплект поставки линии, в зависимости от ее модели, помимо ванн входят:

· транспортные системы (автооператоры, манипуляторы);

· промышленное и локальное оборудование очищения сточных вод;

· вспомогательное оборудование: приспособления для цинкования (подвески, колокола, барабаны), катодные и анодные штанги, теплообменники, ТЭНы, другое;

· дополнительное оборудование: система вентиляции, выпрямительные агрегаты, компрессоры и воздуходувки, холодильное оборудование, сушильные камеры и шкафы, насосы, оборудование получения демиводы, фильтровальные установки;

· и другое.

Электролиты, используемые при гальваническом цинковании

На гальваническом производстве, исходя из назначения изделия, применяют различные электролиты для цинкования. Их условно делят на 2 основные группы:

· Простые кислые (хлоридные, сульфатные, борфтористоводородные) - в них цинк представляет собой гидротированные ионы.

· Сложные комплексные (цинкатные, цианидные, пирофосфатные, аммиакатные и другие) - цинк присутствует в составе комплексных ионов, которые заряжены положительно или отрицательно. Эти электролиты для цинкования делятся на кислые и щелочные.

Таблица 1

От состава и природы электролитов для цинкования зависят скорость осаждения и качество осадков цинка на катоде.

Рассмотрим еще одного автора - Кузнецова В.В, он пишет в своем справочке о гальваническом покрытии в машиностроении.

Гальваническое цинкование как способ защиты металла.

Гальваническое цинкование - это нанесение цинка на железо, производимое с помощью электрохимического процесса. Благодаря цинкованию, обработанная поверхность становится способна противостоять коррозийным процессам.

Антикоррозийные свойства цинка.

Кузнецова В.В, считает, что почти половина производимого на планете цинка используется именно для создания оцинкованной стали. Показатель электрохимического потенциала цинка равен 0,76 В, что выгодно отличает этот материал от черных металлов, у которых этот показатель выше. Механизм защиты цинка от коррозии действует таким образом: в результате окисления на оцинкованной поверхности появляется тонкая, но прочная оксидная пленка. Именно эта пленка и мешает кислороду продвигаться вглубь материала. В результате процесс тормозится. У черных же металлов оксиды характеризуются большими объемами и непрочной пленкой, которая в ходе реакции разрыхляется и разрушается. Вследствие разрушения пленки происходит проникновение кислорода в неокисленную поверхность, результатом чего становится развитие коррозии.

Так же автор предупреждает, что в некоторых случаях анодный тип взаимодействия цинка с черными металлами может измениться на катодный, что приводит к стремительному развитию коррозии. Это может произойти, к примеру, в случае, когда оцинкованный материал оказывается в горячей воде (более 70 градусов). Кроме того, на скорость развития коррозии влияет характер pH среды. Комфортный для металла показатель pH находится в рамках 7-12 (щелочная среда). При отклонении этого показателя в любую сторону, коррозийные процессы развиваются быстрее. Обратите внимание! Особенно комфортные условия для появления ржавчины имеются в тропическом и сильно загрязненном климате. Также следует отметить ухудшение химической устойчивости цинка при контакте с летучими элементами, выделяемыми из некоторых продуктов органического происхождения: синтетических смол; олифы; углеводородов с содержанием хлора.

Отрицательно влияют на оцинкованные поверхности пропитанные маслом и недавно окрашенные детали, если они расположены в одном закрытом пространстве. В таких случаях происходит разрушение защитной пленки. Гальваническая обработка поверхности Немаловажным достоинством цинка является и то, что даже самый тонкий его слой способен защищать металл от коррозии. Хотя толщина и равномерность покрытия, безусловно, имеют немалое значение для эффективной защиты поверхности. Гальваническое цинкование позволяет добиться толщины покрытия в пределах от 5 до 40 микрометров. В условиях широкомасштабного промышленного производства толщина защитного слоя может быть доведена до 500 микрометров (1/2 миллиметра).

На качество покрытия определяющее влияние оказывают характеристика применяемого электролита. Защитные особенности цинка можно усилить с помощью специальных методик, в числе которых можно выделить следующие: Хроматирование (другое название - пассивирование) представляет собой химическую обработку материала хромовой кислотой, в результате чего возникает хроматная защитная пленка. Фосфатирование - обработку деталей солями фосфорной кислоты, что приводит к появлению на металле фосфатной пленки. Окрашивание - обработку поверхности лакокрасочным материалом (обычно вслед за фосфатированием).

При гальванической оцинковке осуществляется осаждение положительно заряженных частиц цинка на поверхности (катоде). При этом используются водные растворы электролитов, через которые направляется постоянный ток. Аноды, применяемые в процессе, должны быть цинковыми, поскольку их предназначение состоит в восполнении разряжающихся на деталях ионов. В разных случаях может использоваться ток с катодной плотностью от 1 до 5 Ампер на квадратный дециметр.

Кузнецова В.В., привела свои достоинства и недостатки гальванической методики цинкования, гальванический способ характеризуется такими достоинствами: повышенной производительностью; невысокой себестоимостью; оптимальным уровнем защиты металла; равномерностью нанесения покрытия (отсутствием подтеков, капель и других дефектов); возможностью нанесения цинкового покрытия на изделие вне зависимости от его конструктивной сложности, даже если речь идет о мелких порах; декоративностью получаемых покрытий (гладкостью и блеском), в результате чего детали не нужно дополнительно обрабатывать.

Автор выделяет главный минус гальванической технологии - невысокие адгезивные качества (способность к сцеплению) цинкового покрытия с защищаемым металлом. Чтобы повысить адгезию, необходимо особенно тщательно готовить металл к цинкованию. Подготовка заключается в очищении поверхности, подлежащей обработке. Также существует риск наводороживания черных металлов, в особенности при нарушении правил гальваники. В результате возникает так называемая водородная хрупкость детали. К тому же и выглядит такое изделие непривлекательно. Нельзя не отметить и экологическую вредность производств, где применяется гальваническая методика. Для таких процессов характерно выделение ядовитых загрязняющих веществ, которые перед утилизацией нужно подвергать глубокой очистке. Цинкование в промышленных условиях

Электролитическое цинкование в производственных целях состоит из множества последовательных технологических этапов: Цинкование в промышленных условиях Электролитическое цинкование в производственных целях состоит из множества последовательных технологических этапов: очистки черного металла от следов коррозии, окалин, лаков, красок и смазок (процесс завершается обезжириванием в щелочном растворе); промывания проточной водой в специальной емкости; электролитического обезжиривания; промывания; травления в растворе соляной кислоты, чтобы удалить остатки следов коррозии; промывания самого цинкования - окунания детали в ванную с разогретым цинком, в результате чего на поверхности образуется защитный слой; промывания; возможного осветления поверхности за счет погружения в раствор азотной кислоты; промывания; затем возможного фосфатирования; промывания; также возможного хроматирования (электролитического или распылением); высушивания изделия. Промывание может осуществляться не только под проточной водой, но и с помощью щетки. Иногда необходимы дополнительные процедуры, к примеру, гальваническое цинкование может начаться с размотки металлической полосы, сварки ее концов и правки. Оканчивается процесс нанесением масла и сматыванием полосы.

В зависимости от вида деталей и масштабов производства используется разное оборудование, которое представляет собой набор технологических и промывочных емкостей. Ванны применяются для проведения как однослойного, так и многослойного цинкования с заданными параметрами. Гальваническое оборудование классифицируется по уровню механизации работ: автоматическое управление; частично автоматизированное управление; ручное управление; мини-линии. Кроме ванн в комплектацию технологической линии включаются: транспортные механизмы (операторы, манипуляторы); аппараты для очистки стоков; вспомогательные устройства (колокола, подвески, штанги, теплообменники и т.д.); дополнительное оборудование (вентиляционные системы, компрессоры, холодильники, сушильные камеры, насосные агрегаты, выпрямители фильтры и т.д.). Электролиты для гальванического цинкования В гальванике используются два типа электролитов: Простые кислые (хлориды, сульфаты, борфтористоводороды), в которых цинк является гидратированными ионами. Кислые и щелочные сложные комплексные (цинкаты, цианиды, пирофосфаты, аммиак), где цинк имеется в комплексных положительно или отрицательно заряженных ионах. Скорость и качество осаждения цинка на катоде определяется составом и происхождением электролитов. Наиболее популярный способ металлизации осуществляется с помощью простых слабокислых электролитов. В данном случае применяется более плотный ток, чем в случае с комплексными электролитами.

В результате темпы нанесения покрытий более высокие. Виды электролитов для цинкования Виды электролитов для цинкования Применение этого типа электролитов дает хорошую укрываемость и внешний вид обработанных изделий, а также позволяет избежать наводороживания. Однако у простых слабокислых электролитов имеется и недостаток - они дают непрочные покрытия, подходящие лишь для деталей в несложной конфигурации. При использовании комплексных электролитов наблюдается повышенное рассеивание ионов, рост выделения водорода и плотности электротока. Использование таких электролитов дает возможности получения равномерных и высококачественных покрытий на деталях любого уровня сложности.

Факторы, которые влияют на качество покрытия: Плотность тока должна составлять от 0,5 до 10 А (идеально - 1,5 А) на квадратный дециметр покрытия. Интенсивность реакции контролируется регулятором. Если пузырьков слишком много, покрытие будет неравномерным и рыхлым. Оптимальная температура электролита - от 20 до 25 градусов. Плотность электролита - от нуля до уровня растворения солей цинка. В зависимости от сложности геометрии детали могут быть существенные различия в толщине слоя на различных участках, когда в углублениях покрытие недостаточное, а на выпуклостях слишком толстое.

Таким образом, рекомендуется увеличить дистанцию до электрода, а также применять 2 цинковых анода и прокручивать изделие. Цинкование можно осуществлять не только в один слой, но и многослойно. При этом перед нанесением новых слоев необходимо удалять появившиеся наросты.

Выводы

Все Авторы советуют использовать Электролитическое цинкование, так как оно отличается:

· повышенной производительностью

· невысокой себестоимостью;

· оптимальным уровнем защиты металла;

· равномерностью нанесения покрытия (отсутствием подтеков, капель и других дефектов) ;

· возможностью нанесения цинка на все участки изделий с любой сложной формой, включая различные поры;

· получение декоративных защитных покрытий (гладких, блестящих), не требующих дополнительной обработки.

· Цинкование можно осуществлять не только в один слой, но и многослойно. При этом перед нанесением новых слоев необходимо удалять появившиеся наросты.

В результате рассуждения мы пришли к выводу о том, Электролитический метод цинкования наиболее подходящий. С чем я соглашаюсь.

2. Основная часть

ОАО «Контур» основано в 1978 году. Завод производит трубопроводную арматуру и оборудование для атомных стаций, нефтяной, газовой и химической промышленности. Изготовление изделий проводится в соответствии с действующей в рамках «Корпорации «СПЛАВ» системой менеджмента качества, сертифицированной по ISO 9001:2008.

На заводе организованы следующие виды производства:

· заготовительное;

· кузнечное и штамповочное;

· термообработка;

· гальваническое;

· мехобработка;

· сварка, наплавка;

· изготовление сильфонов и компенсаторов;

· сборка;

· испытания на предприятии имеется ряд цехов:

1) заготовительное производство (цех №5)

2) инструментальный цех

3) цех трансформаторов

4) цех сборки светотехники

5) цех магнитопроводов

6)печатные платы

2.1 Экологическая характеристика

Гальваническое производство является одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды, главным образом поверхностных и подземных водоемов, ввиду образования большого объёма сточных вод, а также большого количества твердых отходов, особенно от реагентного способа обезвреживания сточных вод.

Соединения металлов, выносимые сточными водами гальванического производства, весь а вредно влияют на екосистему водоем-почварастениеживотный мирчеловек.

Они обладают токсическим, канцерогенным (вызывают злокачественные новообразования -- As, Se, Zn, Pd, Cr, Be, Pb, Hg, Co, Ni, Ag, Pt.), мутагенным (могут вызвать изменения наследственности -- ZnS), тератогенным (способны вызвать уродства у рождающихся детей -- Cd, Pb, As, Co, Al и Li) и аллергенным действием (соединения Cr6+).

Кроме того, некоторые неорганические соединения оказывают губительное действие на микроорганизмы очистных сооружений, прекращают или замедляют процессы биологической очистки сточных вод и сбраживание осадков в метантенках. Токсичные металлы в водоймах губителько действуют на флору и фауну и тормозят процессы самоочищення водоемов.

При использовании воды загрязненных водоёмов для орошения цветные металлы выносятся на поля и концентрируются в верхнем наиболее плодородном гумусосодержащем слое почвы, снижая азот фиксирующую способность почвы и урожайность сельскохозяйственных культур, и вызывают накопление метало в выше допустимых концентраций в кормах и других продуктах.

При одновременном присутствии в сточных водах гальванопроизводства нескольких вредных компонентов проявляется их совместное, комбинированное действие на организм человека, теплокровних животных, флору и фауну водоемов, на микрофлору очистных сооружений канализации, выражающееся в синергизме (эффект действия больше простого суммирования); антагонизме (действие нескольких ядов меньше суммированного) и в аддитивности (простое суммирование).

Например, кадмий в сочетании с цинком и цианидами в воде усиливает их действие, мышьяк является антагонистом селена. Нередко наблюдаются и отступления от этой схемы.

Для оценки экологической опасности гальванического производства служит экологический критерий (ЭК), который определяется как отношение конечной концентрации компонента раствора в сбрасываемой (очищенной) воде (Скон) к его ПДК в воде рыбохозяйственных водоемов и прямо пропорционально зависит от концентрации компонента в технологическом растворе (С0), кратности разбавления промывными водами выносимого изванны раствора (q/Q) и обратнопропорционально зависит от степени очистки сточных вод ():

(1)

Чем больше экологический критерий, тем большую экологическую опасность представляет тот или иной технологический раствор, гальванический цех; суммарно по всему гальваническому цеху с учетом работы очистных сооружений экологический критерий не должен превышать единицы: ЭК1.

Представленная зависимость показывает, что снижение отрицательного воздействия гальванического производства на окружающую среду достигается снижением экологической опасности применяемых растворов и электролитов (С0/ПДК), рационализацией водопотребления (q/Q) и повышением эффективности очистки сточных вод ().