Приготовление и корректировка рабочих растворов

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

Электролит для хромирования желательно готовить на дистиллированной воде. Применение водопроводной воды допускается при безусловном отсутствии механических загрязнений, следов органических соединении, ионов Сl^– и HNО₃.

В ванне, заполненной на 2/3 объема, при температуре 60–70°С растворяют СгО₃. После этого ванну доливают до установленного уровня и перемешивают. Молекулярная масса СгО₃ 100,01, удельная масса 2,7 г/см³, СгО₃ хорошо растворим в воде, и образующаяся при этом смесь полихромовых кислот имеет высокую электропроводимость.

В соответствии с техническими условиями допустимое содержание Н₂SO₄ в СrО₃ может быть порядка 0,35–0,4%, поэтому перед введением в электролит расчетного количества H₂SO₄ необходимо провести анализ раствора, полученного в результате растворения СrО₃.

Количество вводимой H₂SО₄ (см³) определяется из уравнения:

, (1.1)

где C₁ – необходимая концентрация H₂SO₄, г/дм³; С₂ – концентрация H₂SO₄, имеющейся в растворе, г/ дм³; V – объем электролита, дм³; ρ – плотность H₂SO₄, г/см³.

После добавления H₂SO₄ электролит перемешивают и ведут его проработку с целью накопления некоторого количества соединений Сr³⁺ (1–2% от количества СrO₃). Проработку осуществляют при температуре 45–50°С и соответствующих S_к_Fe и S_aPb, равных 4:1–6:1. В результате проработки окраска электролита изменяется от темно-красной до темно-коричневой.

В последнюю очередь вводят добавки, предварительно растворенные в воде или электролите. Первоначальная добавка хромина в ванну хромирования 2 г/дм³, а по истечении 1 недели добавку хромина производят 1 раз в неделю по 0,2 г/дм³. Таблетки хромина вводят небольшими порциями в нагретый до 30–40°С хромовый электролит в обесцвеченную ванну при включенной вентиляции. Загрузку таблеток хромина производят в защитных очках и специальной одежде.

Приготовление растворов обезжиривания. Их готовят последовательным растворением всех компонентов в тёплой воде. Твёрдый едкий натр растворяют, поместив его в отдельную емкость. В приготовленный раствор добавляют остальные вещества. Корректирование растворов проводят не реже одного раза в неделю по данным химического анализа на содержание NaOH, тринатрийфосфата и кальцинированной соды.

Контроль химического состава электролитов ванн обезжиривания, травления, хромирования, пассивирования проводят 1 раз в неделю в цеховой лаборатории.

Замена электролита проводится 4 раза в год.

Характеристика производственных отходов, стоков и вентвыбросов. Методы их обезвреживания, утилизации, регенерации

Гальванические цеха относятся к категории наиболее вредных производств вследствие запыленности воздуха в подготовительных отделениях механической обработки поверхности поступающих деталей, а также большого количества вредных веществ, опасных для организма человека, выделяющихся при химической и электрохимической обработках. Кроме того большую опасность представляют участки корректировки и раздачи электролитов, а также складские помещения для хранения химикатов. Жидкие отходы гальванического производства различают по составу загрязнений, режиму сброса, концентрации примесей. По составу загрязнений жидкие отходы делятся на кислотно-щелочные, хромосодержащие, содержащие ионы тяжелых металлов.

По режиму сброса жидкие отходы подразделяются на постоянно поступающие (промывные воды, образующиеся при промывке изделий в проточных ваннах после обработки их в основных) и сбрасываемые периодически (отработанные технологические растворы, стоки от промывки фильтров вытяжной вентиляции и технологической мойки оборудования). Основное количеств жидких отходов (90–95%) составляют постоянно поступающие промывные воды.

По концентрации загрязнений жидкие отходы подразделяются на слабоконцентрированные (промывные воды) и высококонцентрированные (отработанные концентрированные электролиты).

В гальванопроизводстве применяются технологические процессы с использованием электролитов и растворов, содержащих ряд токсичных химикатов. Часть растворов и электролитов в ходе технологического процесса (промывка, замена отработанных растворов, фильтрация и декантация) попадают в сточные воды. Кроме того, в процессах химической обработки (травление, активация, обезжиривание, хроматирование) поверхность обрабатываемых деталей частично растворяется [10]. Качественный и количественный состав сточных вод отражен в таблице 1.2. Контроль за стоками осуществляется как лабораториями самого завода, так и Горкамитетом природы, Минскводоканалом и Мингорисполкомом.

Контроль осуществляется по нескольким критериям: предельно-допустимая концентрация (ПДК), показатель рН, ПАВ, температура стоков, азотаммонийный показатель, химическое потребление кислорода (ХПК).

Таблица 1.2 – Качественный и количественный состав сточных вод.

Вид сточных вод	pH			Fe общ.					Количество стоков, /сут
Промывные кислощелочные	4–8	–	25	25	–	300	–	–	400
Промывные хромсодержащие	4,5–4,7	50	0,5	10	–	150	–	–	50
Хромсодержащий отработанный электролит	1–3	150000	25000	–	–	2500	–	–	0,2

Системы вентиляции в основных помещениях приняты приточно-вытяжные с механическим и естественным побуждением движения воздуха. Воздухообмен в основных помещениях определяется из условий борьбы с выделяющимися вредными веществами. В результате такого воздухообмена, включая воздух, отсасываемый бортотсосами, и образуется большое количество вентвыбросов.

Согласно Постановлению Минскгорисполкома № 55 состав сточных вод гальванического производства, поступающих в городскую канализационную сеть, должен соответствовать таблице 1.3.

Сточные воды гальванического производства поступают на очистные сооружения следующими потоками:

1) отработанные растворы хрома с операции пассивирования и хромирования. Основное загрязнение: соединение Cr⁶⁺.

2) кислотно-щелочные включают:

– отработанные растворы кислот с операцией травления, активации, осветления, хромфосфатирования гальванического производства. Основные загрязнения: pH = 2–3, минеральные кислоты (HCl, H₂SO₄, HNO₃), Fe²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺.

– отработанные растворы щелочей с операцией обезжиривания. Основные значения – рН = 9–12, ПАВы, Al³⁺, фосфаты, едкий натрий, сода, минеральные масла, механические примеси;

– промывные сточные воды с операцией промывки. Основные загрязнения: металл-ионны Cr⁶⁺, Fe²⁺, Al³⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺ с суммарной концентрацией до 13 мг/дм³.

Таблица 1.3 – Предельно-допустимые концентрации веществ, поступающих в канализационную сеть

Наименование загрязнения	Концентрация, мг/
Взвешенные вещества	300
Сухой остаток	1000
Хлориды	350
Сульфаты	500
Нефтепродукты	0,9–1,2
	2
	0,4
	0,1
	1
	2
	1
Цианиды	Отсутствуют на предприятии
Свинец	0,5
Hg	0,5

На предприятии «МЗКТ» отсутствуют очистные сооружения. Кислотно-щелочные сточные воды постоянно перекачиваются на предприятие Минский автомобильный завод. Хромсодержащие сточные воды собираются в герметизированные кубовые емкости, которые хранятся на территории предприятия, а затем перевозятся на ОАО «МАЗ» (на основании договора).

Реагентно-нейтрализационные методы очистки сточных вод

Нейтрализация смешением щелочных и кислых сточных вод. В качестве первой ступени очистки рационально применить взаимную нейтрализацию. Нейтрализация щелочных и кислых сточных вод проводится в резервуарах-осреднителях при механическом перемешивании или при барботировании воздуха. Возможны два технологических варианта: непрерывная нейтрализация или нейтрализация с накоплением.

В первом случае потоки щелочных и кислых сточных вод подаются в резервуар непрерывно, также непрерывно нейтрализованная вода выводится из резервуара. Полнота нейтрализации обеспечивается автоматическим регулированием расходов щелочных и кислых вод. Во втором случае процесс нейтрализации осуществляется периодически. Сначала в резервуар подается определенный объем кислых (или щелочных) сточных вод, а затем при перемешивании и непрерывном контроле величины рН постепенно добавляются щелочные (или кислые) сточные воды до полной нейтрализации. Нейтрализованная вода сливается, и процесс повторяется. В обоих вариантах требуются дополнительные буферные резервуары для сброса избытка вод перед нейтрализацией, но первый вариант более сложен в обвязке и управлении.

Реагентная нейтрализация кислых сточных вод. Нейтрализацию кислых сточных вод можно проводить различными химическими веществами основного характера: основными оксидами (негашеная известь CaO), гидроксидами (гашеная известь Ca(OH)₂, каустическая сода NaOH, водный раствор аммиака NH₄OH), солями слабых кислот, чаще всего карбонатами (кальцинированная сода Na₂CO₃, поташ K₂CO₃). Выбор реагента определяется только его доступностью и стоимостью. Наиболее распространенными реагентами являются гашеная и негашеная известь. Гидроксид натрия или соду используют в том случае, если они сами являются отходами и их также необходимо утилизировать.

Реакция приготовления известкового молока (гашение оксида кальция):

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Растворимость гидроксида кальция в воде при 25°С составляет около 1,5 г/ , поэтому большая часть гашеной извести образуется в виде суспензии, которая перемешивается в баках, что препятствует расслаиванию суспензии.

Сточная вода поступает в бак-осреднитель и затем в нейтрализатор. Известковое молоко из растворных баков в необходимом количестве подается в нейтрализатор через мерник. Нейтрализованная сточная вода сливается в отстойник, в котором происходит отделение взвешенных частиц как присутствовавших в сырье (техническом оксиде кальция), так и образовавшихся в процессе нейтрализации, например при взаимодействии гидроокиси кальция с сульфат-ионами:

Ca(OH)₂ + → Ca + 2

Помимо нейтрализации при небольшом избытке гидроокиси кальция происходит осаждение гидроокисей тяжелых металлов:

Cr³⁺ + 3 → Cr(OH)₃,

осадки которых отделяются известными способами.

Реагентная очистка сточных вод от шестивалентного хрома

Сточные воды обрабатываются в две стадии:

1) восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного;

2) осаждение трехвалентного хрома в виде гидроксида.

В качестве реагентов-восстановителей наибольшее применение получили натриевые соли сернистой кислоты – сульфит (Na₂SО₃), бисульфит (NaHSО₃), пиросульфит (Na₂S₂O₃), а также дитионит натрия (Na₂S₂O₄). Восстановление Сr⁶⁺ до Сг³⁺ происходит по реакциям:

восстановление сульфитом натрия

Сr₂О₇²^–+ SО₃²^– + 8Н⁺ → 2Cr³⁺ + 3SO₄²^– + 4Н₂O

восстановление бисульфитом натрия

Сr₂О₇²^– + 3HSO₃^–+ 5Н⁺ → 2Cr³⁺ + 3SO₄²^– + 4Н₂О

восстановление пиросульфитом натрия

2Сr₂О₇²^–+ 3S₂O₅² Сr₂О₇²^– +10Н⁺ → 4Cr³⁺ + 6SO₄² Сr₂О₇²^– + 5Н₂O

восстановление дитионитом натрия

Сr₂О₇²^– + S₂O₄²^– + 6Н⁺ → 2Сr³⁺ + 2SO₄²^– + 3Н₂O.

Теоретические дозы реагентов-восстановителей составляют (мг/1мг Сг⁶⁺): для сульфита 3,63, бисульфита 3,0, пиросульфита 2,88, дитионита натрия 1,67.

Соли сернистой кислоты добавляют к сточным водам в виде 10%-ных водных растворов. Доза восстановителя зависит от исходной концентрации Сr⁶⁺ в сточной воде и величины рН. Скорость и полнота реакций восстановления Сr⁶⁺ до Сr³⁺ в большой степени также зависят от величины рН реакционной смеси. Наибольшая скорость реакций восстановления достигается в кислой среде при рН = 2–2,5, что обычно требует дополнительного подкисления сточных вод 10–15%-ным раствором серной кислоты (возможно использование растворов других минеральных кислот).

Передозирование восстановителя недопустимо; перерасход реагента даже на 10% приводит к образованию комплексных солей трехвалентного хрома и серной кислоты, которые не полностью разрушаются при последующей нейтрализации сточных вод.

В качестве реагентов-восстановителей можно также использовать отходы металлического железа (в виде стальной стружки, скрапа и т.п.), или сульфат двухвалентного железа (ферритный метод). В первом случае подкисленные до рН 2 сточные воды фильтруют через находящийся в реакторе слой железной стружки при постоянном барботировании воздухом. Во втором случае раствор сульфата железа (в виде 10%-ного водного раствора) вводят в реактор, в который поступают сточные воды. В отличие от солей сернистой кислоты восстановление Сг⁶⁺ до Сг³⁺ солями двухвалентного железа протекает с достаточно высокой скоростью не только в кислой, но и в нейтральной и щелочной средах по реакциям:

Сr₂О₇²^– + 6Fe²⁺ + 14H⁺ → 6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7Н₂O

Сr₂О₇²^– + 3Fe(OH)₂ + 4H₂O → Сr(ОН)₃ + 3Fe(OH)₃ + 2OH^–

Поэтому в случае применения сульфата железа (II) в качестве реагента-восстановителя предварительное подкисление сточных вод не требуется, а для полного восстановления Сr⁶⁺ до Сr³⁺ необходим лишь незначительный избыток реагента (около 5% от стехиометрического количества) независимо от исходной концентрации Сr⁶⁺ в сточных водах и величины рН. Недостатком использования сульфата железа, а также железосодержащей суспензией по методу ферритизации, в качестве реагентов-восстановителей по сравнению с солями сернистой кислоты является более чем 4-кратное увеличение объема образующихся при последующей нейтрализации твердых осадков, поскольку на 1 массовую часть осадка гидроокиси хрома дополнительно образуется 3,12 массовых частей осадка гидроксида железа (III).

В качестве реагентов для восстановления Сr⁶⁺ до Сr³⁺ можно также применять пероксид водорода (в кислой среде), сернистый газ, гидразин (в нейтральной или слабощелочной среде). При обработке хромсодержащих сточных вод на установках периодического действия рекомендуется использовать два реактора, причем полезный объем каждого из реакторов следует принимать равным расчетному часовому расходу сточных вод. При обработке стоков на установках непрерывного действия полезную емкость реактора рекомендуется принимать равной 30-ти минутному расчетному расходу.

После окончания реакции восстановления Сг⁶⁺ в кислой среде сточные воды подвергают нейтрализации с целью осаждения Сr³⁺ в виде гидроксида по реакции:

Сr³⁺ + 3ОН^– → Cr(OH)₃.

На установках непрерывного действия нейтрализацию кислых вод, содержащих Сr³⁺, проводят после их предварительного смешивания с другими кислыми и щелочными сточными водами гальванопроизводства.

На установках периодического действия иногда хромсодержащис сточные воды нейтрализуют отдельно от сточных вод других видов. Для нейтрализации обычно используют известковое молоко, в более редких случаях – соду и едкий натр. Оптимальная величина рН для осаждения Сr(ОН)₃ составляет 8,5–9, при выходе за эти пределы растворимость Сr(ОН)₃ увеличивается и, как следствие, ухудшается полнота извлечения гидроокиси хрома из сточных вод. При рН > 12 амфотерная гидроокись Сr³⁺ в избытке щелочи образует растворимые хромиты:

Сr(ОН)₃ + 3NaOH → Na₃[Сr(ОН)₆),

или

Сr(ОН)₃ + 3ОН^– → [Сr(ОН)₆]³^–.

Нейтрализация щелочных сточных вод дымовыми газами. Для нейтрализации щелочных сточных вод могут быть реализованы аналогичные технологические схемы, но наиболее экономичным методом является нейтрализация с помощью дымовых газов, которые образуются в результате сжигания топлива практически на любом производстве. Дымовые газы содержат в своем составе кислотные оксиды, такие как CO₂, SO₂, NO, NO₂ и др., которые легко вступают в реакции нейтрализации. Например,

СО₂ + 2ОН^– → СО₃²^– + Н₂O

СО₃²^– + СО₂ + Н₂O → 2НСО₃^–

Использование дымовых газов позволяет одновременно решить две задачи: нейтрализовать сточные воды и снизить выбросы вредных веществ в атмосферу.

Технологически процесс может быть реализован в разных вариантах, например, в реакторе с импеллерной мешалкой или в скруббере той или иной конструкции. С точки зрения технологии в первом варианте сплошной фазой является жидкость (сточная вода), а дисперсной – дымовые газы, во втором варианте сплошной фазой являются дымовые газы, дисперсной – сточная вода.

С экономической точки зрения первый вариант более производительный, но и более энергоемкий, второй вариант не требует больших эксплуатационных расходов, но требует громоздкого и металлоемкого оборудования.

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 250; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!