вкр. Автомобильный транспорт в России является одним из крупнейших загрязнителей окружающей среды, который ежегодно выбрасывает около 15 млн
 Скачать 1.12 Mb.
|
|
4. Современные технологии гальванических покрытий 4.1 Оборудование для нанесения 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. 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). 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: твердое хромирование 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: ванна- насос- запасная 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 промывки- улавливания в ванну хромирования, для этого должны быть открыты вентили ж, з, д, е. Ванны анодной активации, твердого и молочного хромирования, промывки- улавливания, 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 4.2 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
|