- •Часть II «Металлургия и
- •Часть II «Металлургия и
- •Лекция 1. Черная металлургия Доменное производство
- •Общая характеристика железных руд
- •Подготовка руд к плавке
- •Дробление, измельчение и классификация
- •Обогащение
- •Усреднение
- •Лекция 2 Окускование
- •Агломерация
- •Производство окатышей.
- •Промышленные выбросы, образующиеся при подготовке руды, их очистка
- •Получение чугуна
- •Колошниковый газ. Его очистка
- •Доменный шлак, его использование
- •Лекция 3. Производство стали Основные реакции сталеплавильных процессов
- •Удаление газов из стали
- •Шихтовые материалы сталеплавильного производства
- •Лекция 4 Конвертерный способ получения стали
- •Очистка конвертерных газов
- •Очистка конвертерных газов c дожиганием со
- •Очистка конвертерных газов без дожигания со
- •Лекция 5 Мартеновское производство стали
- •Очистка мартеновских газов
- •Очистка сточных вод сталеплавильного производства
- •Утилизация сталеплавильных шлаков
- •Лекция 6. Цветная металлургия
- •Производство меди
- •Подготовка медных руд к плавке
- •Обжиг медного концентрата
- •Получение черновой меди
- •Плавка медных концентратов на штейн
- •Конвертирование медного штейна
- •Лекция 7 Огневое рафинирование черновой меди
- •Электролитическое рафинирование меди
- •Способы регенерации электролита
- •Производство глинозема
- •Производство криолита
- •Лекция 9 Электролитическое получение металлического алюминия
- •Очистка алюминия от примесей
- •Источники пылегазообразования и очистка отходящих газов
- •Переработка и использование бокситовых шламов
- •Лекция 10. Получение цинка
- •Выщелачивание
- •Теоретические основы выщелачивания
- •Схемы и способы выщелачивания
- •Лекция 11 Очистка растворов сульфата цинка от примесей
- •Электроосаждение цинка
- •Плавка катодного цинка
- •Переработка отходящих газов цинкового производства
- •Утилизация и обезвреживание металлургических газов
- •Лекция 12. Литейное производство
- •Литейные материалы и их свойства
- •Основные этапы литейного производства
- •Подготовка шихты и ее плавка
- •Изготовление литейных форм и их сборка
- •Технология изготовления песчано-глинистых смесей
- •Охлаждение и выбивка отливок
- •Лекция 13 Источники пылегазовыделения и очистка газопылевых выбросов
- •Специальные методы литья
- •Лекция 14. Обработка металлов давлением
- •Прокатное производство
- •Сточные воды прокатных цехов и их очистка
- •Методы утилизации окалиномаслосодержащих осадков
- •Лекция 15. Технология гальванических производств
- •Подготовка деталей к нанесению гальванических покрытий
- •Механическая подготовка
- •Обезжиривание
- •Обезжиривание органическими растворителями
- •Химическое обезжиривание
- •Электрохимическое обезжиривание
- •Травление
- •Химическое травление
- •Электрохимическое травление
- •Активирование и промывка деталей
- •Лекция 16. Механизм образования электрохимических покрытий
- •Лекция 17. Цинкование
- •Хромирование
- •Лекция 18. Очистка и обезвреживание сточных вод гальванического производства
- •Обезвреживание циансодержащих сточных вод
- •Обезвреживание хромсодержащих сточных вод
- •Химическое восстановление хрома (VI) с последующим осаждением гидроксида хрома (III)
- •Электрокоагуляционный метод
- •Гальванокоагуляция
- •Обезвреживание нитритсодержащих сточных вод
- •Нейтрализация сточных вод и осаждение тяжелых металлов
- •Доочистка сточных вод гальванического производства
- •Вопросы для самопроверки
- •Рекомендуемая литература
- •Часть II «Металлургия и металлообработка»
Лекция 17. Цинкование
В настоящее время цинкование – наиболее распространенный способ защиты металла от коррозии. На цинкование расходуется до 40% мировой добычи цинка. Цинк – активный металл, но в сухом воздухе при комнатной температуре он почти не изменяется. Во влажном воздухе и в пресной воде цинк быстро разрушается даже при комнатной температуре, покрываясь поверхностной пленкой основных гидрокарбонатов. По мере накопления на поверхности продуктов коррозии и частичного заполнения ими пор скорость коррозии цинка уменьшается и пленка служит дополнительной защитой. Широкое распространение цинкования объясняется анодным характером защиты. Потенциал цинка отрицательнее потенциала черных металлов: стали, чугуна, поэтому цинк защищает их от коррозии электрохимическим путем. Защитные свойства покрытия сохраняют даже при малой толщине слоя, а также при наличии пор и обнаженных участков.
Цинкование проводят в простых и сложных электролитах. Простые электролиты: сульфатные, хлоридные, борфторидные. Наиболее часто используют сульфатные электролиты. Основным компонентом электролита является ZnSO4x7H2O. Его растворимость при 25оС составляет 579 г/л. При выборе концентрации сульфата цинка руководствуются следующими соображениями: осадки цинка из очень концентрированных электролитов имеют большую пористость; использование слабоконцентрированных растворов неэкономично, так как уменьшается их электропроводность. Поэтому оптимальной является концентрация 200-300 г/л. Сульфатные электролиты просты в работе, не токсичны, имеют высокий выход по току, однако они имеют низкую рассеивающую способность, поэтому покрытия, полученные в простых электролитах, имеют крупнокристаллическую структуру. Введение различных добавок (сульфата натрия и аммония) позволяет улучшить структуру и получать осадки более высокого качества. Наиболее эффективно процесс цинкования в сульфатных электролитах идет при рН 4-5. При увеличении кислотности резко снижается выход по току, так как на катоде начинает выделяться водород. При увеличении рН осадки становятся хрупкими и губчатыми вследствие образования оксидов и гидроксидов цинка, которые, внедряясь в покрытие, ухудшают его качество. Плотность тока в сульфатных электролитах без перемешивания поддерживают на уровне 2-3 А/дм2, при перемешивании ее можно увеличить до 6 А/дм2.
Хлоридные электролиты применяют значительно реже, несмотря на их более высокую электропроводность. Объясняется это тем, что товарный хлорид цинка содержит большое количество вредных примесей.
Низкая рассеивающая способность простых электролитов не позволяет получать равномерные покрытия на деталях сложной формы. Поэтому их используют только для деталей простой формы. Для деталей сложной формы используют сложные электролиты.
К сложным электролитам относятся цианидные, цинкатные и аммонийные электролиты.
Основным компонентом цианидных электролитов является комплексная соль Na2[Zn(CN)4], которая образуется при взаимодействии оксида или гидроксида цинка с цианидом натрия:
Zn(OH)2 + 4 NaCN = Na2[Zn(CN)4] + 2 NaOH
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2ZnO2 + 2 H2O
Или в целом:
2Zn(OH)2 + 4 NaCN = Na2[Zn(CN)4] + Na2ZnO2 + 2 H2O
Таким образом, в результате растворения гидроксида цинка в растворе цианида натрия обязательно образуется гидроксид натрия, часть которого идет на образование цинката натрия. Комплексные ионы [Zn(CN)4]2- диссоциированы в электролите в очень малой степени, поэтому процесс осаждения цинка протекает при большой поляризации, что способствует получению мелкозернистых покрытий. Поляризация тем выше, чем выше концентрация NaCN. Выход по току повышается при увеличении концентрации цинката натрия. Для правильного ведения процесса необходимо, чтобы цианида натрия и гидроксида натрия содержалось в растворе в избытке. Вредными примесями в этих электролитах являются соли более электроположительных, чем цинк металлов: меди, серебра, мышьяка, висмута, сурьмы, олова. Однако примеси в цианидных электролитах оказывают гораздо меньшее влияние на качество покрытий, чем в кислых электролитах. В данном случае часть примесей, образуя комплексные соединения, находится в электролите в небольших количествах. Оптимальные условия ведения процесса; температура 20-40оС, рН 10-13. В этих условиях выход по току составляет 80-90%.
Цинкатные электролиты. Основным компонентом цинкатных электролитов является цинкат натрия или калия, который образуется в результате взаимодействия оксида или гидроксида цинка с гидроксидом натрия:
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2ZnO2 + 2 H2O
Без специальных добавок осадки цинка даже при малых плотностях тока имеют темный цвет и губчатую структуру за счет внедрения в них мельчайших частиц, образующихся в результате химического растворения цинковых анодов в щелочной среде. Добавки небольшого количества соединений четырехвалентного олова позволяют полностью перевести металлический цинк в раствор:
2Zn + Sn4+ = 2Zn2+ + Sn
Вместо олова можно использовать соли ртути или свинца. Такие электролиты с успехом применялись длительное время и в ряде случаев заменяли токсичные цианидные электролиты при нанесении покрытий на детали сложного профиля.
Аммонийные электролиты. Основным компонентом электролита является комплексная соль Zn(NH3)nCl2, которая образуется при растворении цинка в избытке хлорида аммония в кислой или щелочной среде:
ZnO + nNН4Cl = Zn(NH3)nCl2 + H2O
Высокая катодная поляризация и хорошая электропроводность электролита обеспечивают высокую рассеивающую способность, которая уступает только рассеивающей способности цианидных электролитов. Покрытия получаются светлыми, равномерными даже на деталях сложного профиля. В применяемых электролитах концентрация ZnO составляет 15-100 г/л в зависимости от рН. Плотность тока составляет от 0,5 до 4 А/дм2.