автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Ресурсосберегающая технология нейтрализации железненных деталей в условиях ремонтного производства

р Российский государственный аграрный заочный 0 университет

I з НОЯ 1395

На правах рукописи

Чавыкнн Юрий Иванович

Ресурсосберегающая технология нейтрализации железненных деталей в условиях ремонтного производства

цмальпость 05.20.03 - "Эксплуатация, восстановление и

ремонт сельскохозяйственной техники"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена на кафедре "Надежность и ремонт машин" Российского государственного аграрного заочного университета (РГАЗУ).

Научный руководитель

доктор технических наук профессор Батишев А.Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Мороз В.П.

кандидат технических наук профессор Очковский Н.А.

Ведущая организация

ОЭП "Агродеталь'

^^щита состоится

.....

'1995 г. в

..часов на заседании ди^ертаДионного совета К 120.30.01 при Российском государственном аграрном заочном университете.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 143900, Балашиха-8, ВСХИЗО, Ученый Совет.

Автореферат разослан

„3 » м^

1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета -х к.т.н. профессор

А.М. Третьяков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Свыше 85% деталей тракторов и автомобилей и 95% деталей двигателей выбраковывают при износе не более 0,3 мм. Большинство таких деталей целесообразно восстанавливать гальваническими покрытиями и в частности железнением. Однако гальваническое производство относится к числу наиболее неэкологичных, отличается вредными условиями труда и большим количеством отходов.

Наибольшее загрязнение промывных вод приходится на конечные операции железнения - промывку и нейтрализацию.

Существующая практика предотвращения загрязнений окружающей среды путем нейтрализации кислот и щелочей и перевода токсичных веществ в малорастворимые соединения требует значительных капитальных вложений. При этом образуются вторичные отходы, которые не используются в народном ■хозяйстве и экологически небезопасны. Поэтому разработка новых ресурсосберегающих и экологически чистых способов нейтрализации и промывки восстановленных железнением деталей является актуальной задачей.

Тема выполнялась в соответствии с Государственной программой 20.03 "Разработка системы новых технологий и оборудования для восстановления деталей отечественных и зарубежных машин, обеспечивающих экологическую безопасность, экономичность и полное использование их ресурса".

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка ресурсосберегающего безреагентного способа промывки и нейтрализации восстановленных железнением деталей. Промывку и нейтрализацию деталей предполагается проводить средами, имеющими свойства кислот и щелочей полученными при электрохимической активации (ЭХА) воды.

Объект исследования. Конечные операции железнения; водная среда, полученная при ЭХА; детали, восстановленные железнением.

Программа исследований включает: теоретический анализ ЭХА водных сред в диафрагменном электролизере; экспериментальные исследования основных закономерностей ЭХА;

определение оптимальных режимов ЗХА; экспериментальные исследования использования полученных сред при ЭХА для промывки и нейтрализации деталей после железнения с определением коррозионной устойчивости обработанных деталей; разработку методики расчета аппаратуры для конечных операций железнения; проведение эксплуатационных испытаний и определение технико-экономической эффективности от внедрения результатов исследований.

Достоверность результатов исследований обусловлена применением современного оборудования и приборов, теории планирования многофакторного эксперимента, обработкой полученных результатов методами математической статистики с использованием ЭВМ и их внедрением.

Научная новизна. Изучены основные закономерности параметров ЭХА, влияющих на изменения рН и ЕЬ воды в переходной области (2...3 и 11...12 рН) при обработке в диа-фрагменном электролизере. Установлено, что комбинированием различных вариантов ЭХА воды возможно получать среды, обладающие заданными кислотно-щелочными и окислительно-восстановительными свойствами. Определены зависимости параметров нейтрализации электролита железнения католитом, полученным при ЭХА воды, и их влияние на коррозионную устойчивость восстановленных железнением деталей.

Практическая ценность работы заключается в разработке комплексной ресурсосберегающей технологической схемы нейтрализации деталей после железнения с возвратом ионов железа в технологическую ванну и с оборотной системой во-допотребления.

Реализация результатов исследований. Технологический процесс нейтрализации деталей с оборотной системой водо-потребления принят к внедрению ОЭП "Агродеталь" для использования в технологии восстановления деталей методом электролитического железнения 47 2605.02100.0010.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава

ВСХИЗО (г. Балашиха, 1987...1994 гг.); на научно-технической конференции стран-членов СЭВ "Современное оборудование и технологические процессы для восстановления и упрочнения деталей машин "Ремдеталь-88" в 1988 г.; на конференции молодых ученых в ГОСНИТИ в 1988 г.; на научно-технической конференции "состояние перспективы восстановления и упрочнения деталей машин "Ремдеталь-94" в 1994г.; на заседаниях кафедры надежности и ремонта машин ВСХИЗО в 1988...1994 гг.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в шести статьях, двух научно-исследовательских отчетах и в авторском свидетельстве на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка использованных источников из 135 наименований. Работа изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Основной конечной операцией технологического процесса железнения является нейтрализация. От того как и каким способом нейтрализуют восстановленные детали зависят последующие весьма энергоемкие операции по очистке промывных вод, что существенно повышает себестоимость нанесения покрытия. Нейтрализация восстановленных железнением деталей необходима для удаления с их поверхности кислотного электролита, так как в противном случае при его окислении на воздухе происходит интенсивное корродирование и покрытие теряет свои свойства.

Наиболее перспективным направлением для нейтрализации растворов на поверхности детали является использование электрохимической активации (ЭХА) жидкостей и в частности воды. ЭХА веществ, в частности водных растворов, является разновидностью электромембранной технологии и представляет собой новое научно-техническое направление,

сформировавшееся в течение последних десяти лет. ЭХА основана на ранее неизвестном свойстве растворов, подвергнутых электрохимическому анодному или катодному воздействию на инертном электроде, переходить в длительно существующее неравновесное состояние и проявлять при этом католитическую активность и повышенную реакционную способность в окислительно-восстановительных, кислотно-основных и других сопряженных с ними реакциях. Важнейшим преимуществом ЭХА перед реагентными методами управления свойствами растворов является то, что электрохимическое воздействие не влечет за собой увеличение содержания ионов в растворах, не загрязняет их посторонними веществами, так как происходит исключительно благодаря обмену электронами между раствором и электродом.

Анализ литературных источников по электрохимической обработке воды показал следующее:

- ЭХА в основном используют в технологиях очистки сточных вод (растворы с повышенным содержанием элементов) или как сопутствующий процесс при избирательной электрофлотации ;

- значение рН, необходимое для выпадения гидрооксидов металлов, в частности железа, находится в пределах 11. . .12 рН;

- использование ионнообменных мембран для электрохимического изменения рН промывных вод, не прошедших предварительную очистку, затруднительно;

- имеющиеся данные по использованию электрохимического изменения рН непосредственно для нейтрализации промывных вод (растворов электролита) от ионов тяжелых металлов показывают, что эти работы носят поисковый характер и не применяются при нейтрализации восстановленных железнением деталей.

- сендиментация и коагуляция гидрооксида железа позволяет создать систему отвода взвешенных частиц из водного раствора при разработке оборотной системы потребления промывной воды на конечных операциях железнения.

Целью работы является теоретическое и экспериментальное изучение зависимостей электрохимического изменения рН воды в переходной области рН и разработка на этой основе аппаратов и технологических схем применения данного процесса для подготовки раствора с требуемыми характеристиками и нейтрализации им восстановленных железнением деталей.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать установки для ЭХА воды и нейтрализации восстановленных железнением деталей;

- изучить влияние технологических и конструктивных факторов электролиза на свойства электрообработанной воды;

- изучить влияние технологических факторов на нейтрализацию электролита католитом и условия сендиментации и коагуляции гидрооксида железа;

- разработать методику расчета установок, применяемых в разработанной ресурсосберегающей схеме нейтрализации железненных деталей;

- изучить влияние режимов обработки на коррозионную устойчивость восстановленных железнением деталей при нейтрализации разработанным способом;

- внедрить результаты исследований в производство и дать технико-экономическую оценку разработанного способа нейтрализации деталей.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ДЕТАЛЕЙ ПОСЛЕ ЖЕЛЕЗЕНИЯ

При электролизе водных растворов на катоде происходит разложение воды с выделением газообразного водорода и образованием гидроксид-ионов. Кроме того, на катоде происходят реакции высокоактивных неустойчивых соединений, увеличивающих щелочность, восстановительные свойства ка-толита. На аноде основной реакцией является окисление воды с выделением кислорода.

Изменение рН при электролизе воды с разделением продуктов электродных реакций можно описать с помощью процессов накопления кислотности в анодной зоне и щелочности в катодной зоне диафрагменного электролизера. При расчетах учитывалось, что число переноса числено равно количеству перенесенного вещества в г*экв/л при прохождении электрического тока, и определяет долю тока, переносимую данным видом иона.

Характерной чертой нейтрализации деталей после же-лезнения с использованием ЭХА способа является то, что в ванне нейтрализации, остаются соединения хлора. Водный раствор с ионами хлора поступает в электролизер для дальнейшей обработки. В ЭХА ионы хлора являются основными переносчиками тока и от их числа переноса зависит накопление щелочности в катодной зоне и кислотности в анодной.

Для простоты расчетов примем, что основную долю тока переносят ионы С1~ (катионов в промывной воде по требованиям ГОСТ минимальное количество), а ионы Н+ в начальной стадии электролиза не участвуют в реакции.

В системе с неактивной диафрагмой с учетом рассчитанных чисел переноса ионов накопление щелочности в като-лите и эквивалентное ей накопление кислотности в анолите определяются:

к^-Уап^ЭВ (1)

96,5»

где: к - величина накопленной кислотности

(щелочности) в анолите (католите),г*экв/л.

В - расход тока, Кл;

щ - число переноса ионов в зависимости от расхода тока. Отсюда можно рассчитать: увеличение рН в катодной зоне:

рН=-1ё(к + 10~р"') (2)

снижение рН в анодной зоне:

-91014

рн,=-18(10,р„|^ + к) (3)

где: рЕ^ - исходное значение рН раствора,

к - значение накопленной щелочности в католи-те, г*экв/л.

Однако формулы (2) и (3) не точно определяют изменение рН среды (особенно на начальном этапе), так как в уравнении (1) накопление щелочности рассчитывается без учета реальных концентраций других веществ, находящихся в водном растворе. Присутствующие вещества существенно могут менять накопление щелочности (кислотности) и поэтому уравнение (1) требует корректировки.

Наиболее сильно влияют на накопление щелочности в процессе электролиза в диафрагменном электролизере ионы Са2+ и Мд2+, так как при определенном состоянии обрабатываемой среды начинает происходить реакция связывания их анионами ОН" с образованием осадка. В течении этой реакции не происходит увеличение щелочности при прохождении тока в растворе.

Окончание реакции связывания зависит от концентрации веществ. С учетом всех этих факторов расчет щелочности (кислотности) необходимо производить по формуле, которая учитывает реакции связывания:

К (4)

96,5 в о

где: П( - числа переносов ионов, участвующих в реакции электрохимической активации; Ш| - функция реакции ионов, участвующих в гидратообразовании.

Дальнейший расчет водородного показателя рН от накопления щелочности (кислотности) проводится по уравнениям (2) и (3).

Подтверждение полученных теоретических выкладок требует экспериментальных исследований.

-103. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для исследования процесса получения католита и ано-лита был разработан диафрагменный электролизер с изменяющимися параметрами: объема обрабатываемой воды, площади электродов и расстояния между электродами.

Электролизер представлял собой открытый сверху аппарат, состоящий из корпуса и электродной подвески. Корпус был выполнен из неактивного материала (винипласт ГОСТ 9639-71). Электродный блок включал анод, катод и диафрагму.

Программа исследований получения необходимых для нейтрализации сред предусматривала обработку растворов с разделением продуктов электродных реакций (в диафрагмен-ном электролизере). Исследовались факторы, влияющие на изменение рН и ЕЬ, и изменение общей кислотности, щелочности .

Расход тока (Б, Кл/л), требуемый на обработку раствора, определяли по силе тока (I, А), времени электролиза (I, с) и объему обрабатываемой жидкости л) :

Кл/л (5)

Для измерения рН кислотной и щелочной фракций электролиза применяли лабораторный рН-метр рН-121. Разность показаний прибора и значений рН буферных растворов не превышала - 0,05 рН.

При титрометрическом методе анализа реагент (титрант 0,001 М РеС12) добавляли к анализируемому раствору католита. Качественный и количественный анализ химических элементов в католите до и после нейтрализации проводили по стандартным химическим методикам.

Для построения кинетических кривых при различных температурах и скоростях перемешивания в реактор с като-литом добавляли разбавленный раствор электролита железне-ния (0,001 М РеС1г) и через определенное время (интервал измерений 1 мин) проводили измерение водородного показателя рН. С использованием кривых титрирования и кинетиче-

ских кривых определяли зависимость остаточного содержания реагента от времени.

При коррозионных испытаниях образцы выдерживали в течение установленного времени в условиях повышенных относительной влажности воздуха и температуры. Для испытаний применяли камеру с автоматическим регулированием параметров относительной влажности и температуры, обеспечивающую поддержание заданного режима з течении всего времени испытаний. Требования к оборудованию по ГОСТ-9.01285. Испытания проводили в соответствии с ГОСТ-9.30885. Оценку степени коррозии проводили по потерям массы образцов в соответствии с ГОСТ-9.30885. Измерение массы образцов проводили на весах ВА-200.

Защитную способность (Зс) в процентах вычисляли по формуле

где: Ах - масса образца до испытания, г.

А2 - масса образца после испытания, г.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Результаты экспериментальных исследований получения активных сред методом ЭХА подтверждают теоретически обоснованный механизм электрохимического изменения рН и Е11. ЭХА позволяет снизить общую жесткость воды до 1,2... 1,4 мг*зкв/л. ЕЪ анолита повышается от +/0,25...0,30/ до +/0,80...0,95/ В, а католита понижается до -0,35..Г0,55 В вследствие сдвига рН, растворения электролитического водорода и хлора, ионизации анодов.

Изменение рН и Е11 при электролизе воды имеет следующие особенности:

- катионы и анионы с различными электродными потенциалами не оказывают заметного воздействия на изменение рН и ЕЬ;

- карбонатные соединения снижают интенсивность изменения рН и ЕЬ, а также при снижении рН обусловливают некоторое уменьшение ЕЬ.

% (6)

3.=

А,

Основными критериями при исследовании ЭХА води являлись минимальные энергозатраты и минимальное время получения католита и анолита с заданными значениями рН. Теоретически чем больше плотность тока, тем меньше требуется времени для достижения необходимого значения рН католита и анолита. Однако при увеличении плотности тока дальнейшее продолжение электролиза приводит к снижению рН католита и повышению рН анолита (рис.1). Это можно объяснить возникновением газовой прослойки и конвекцией через мембрану ионов при высоких температурах растворов.

Исследования показали, что для разработанного электролизера минимальные затраты энергии для получения требуемых растворов будут при плотности тока 4 А/дм2.

Для практических целей важна стабильность полученных сред. Исследования показали, что щелочность католита в течении 15 суток уменьшается с рН 12 до 10,2, а кислотность анолита в течении 10 суток увеличивается на 5%, т.е. стабильность сред высокая.

Следующим направлением экспериментов являлось установление зависимостей реакции нейтрализации католитом электролита железнения. Установлено, что точка титрирова-ния разбавленного раствора электролита железнения католитом находится при объеме титра 6...б, 5 мл на 1 мл раствора электролита.

Проведенные эксперименты показали, что при нейтрализации восстановленных железнением деталей наиболее рациональной схемой является промывка в анолите в течение 2... 3 мин. с последующей нейтрализацией в католите при рН=11...12 в течение 5...8 мин. Промывка в анолите позволяет понизить концентрацию электролита на поверхности детали для последующей нейтрализации, что многократно уменьшает требуемое для нейтрализации количество католита. В то же время эта промывка позволяет улавливать и повторно использовать хлористое железо.

Продолжитсльность электролиза, (мин)

Рис.1. Зависимость pH католита и анолита от времени электролиза при различных плотностях тока: 1-3 А/дм2; 2-4 А/дм2; 3 -»¿А/дм2.

При нейтрализации восстановленных железнением деталей в ремонтном производстве необходимо не только нейтрализовать электролит на поверхности детали, но и убрать продукты реакции с этой поверхности. В стационарной ванне нейтрализации невозможно добиться таких же условий перемешивания, как в химическом реакторе (лопастное перемешивание) . Поэтому для получения аналогичных с химическим реактором параметров нейтрализации была разработана вибрационная установка (A.C. №1708596 СССР), при использовании которой продолжительность нейтрализации деталей уменьшилось до 4...5 мин.

Коррозионные испытания проводили для сравнения эффективности различных способов нейтрализации (в том числе и католитом). Исследования показали, что при замене промывной воды анолитом и традиционной щелочной химической ванны (СаС03 и NaOH) на безреагентную ванну с католитом коррозионная устойчивость не ухудшилась. Потеря массы об-

разцов при промывке в анолите с последующей нейтрализацией в католите составляет 9...10 г/м2 за 48 ч испытаний, что является средним показателем по сравнению с существующими способами нейтрализации (рис.2).

1- нейтрализация раствором нитридов с промывкой водой до и после

2 - нейтрализация раствором едкого натра с промывкой водой до и после

3 - нейтрализация католитом

с предыдущей промывкой анолитом (рекомендуемая схема)

4 - нейтрализация католитом Оеэ промывок

5 - нейтрализация раствором кальцинированной соды с промывкой водой до и после

6 - нейтрализация католитом с последующей промывкой водой

7 - промывка водой без нейтрализации

Время нахождения образцов в камере I, ч

Рис.2. Потери массы образцов при испытаниях в корозионной камере с применением различных схем нейтрализации.

Исследования' показали, что способ обработки, при котором промывка производится в анолите, а последующая нейтрализация - в католите, не уступает по коррозионной устойчивости нейтрализации кальцинированной содой (Са(0Н)2) и имеет несколько худшие показатели по сравнению с нитридной обработкой и нейтрализацией раствором ЫаОН. Однако все существующие способы нейтрализации требуют последующей дополнительной промывки. Кроме того, в отличие от нейтрализации католитом, при традиционных способах трудно возвратить ионы железа из гидрооксида в про-

десс железнения, так как присутствие непрореагировавших ионов Ыа+ не позволяют автоматизировать этот процесс с достаточным качеством получения электролита железнения.

Для определения минимальной продолжительности нейтрализации при минимальных энергозатратах был проведен многофакторный эксперимент 23.

Параметром оптимизации являлась продолжительность нейтрализации, которую контролировали по остаточной концентрации ионов железа в нейтрализуемом растворе. По результатам эксперимента было получено уравнение регрессии, адекватно описывающее эксперимент

у = 415 - 22,5Х! - 42,5Х3 - 27,5Х2Х3 (7)

где: Хг - удельный объем католита, мл/мл;

Х2 - температура реакции, °С; Х3 - частота вибрации подвески с деталями, Гц.

Рациональным сочетанием факторов следует считать - Хг . 10 мл/мл; Х2 „ 16 °С; Х3 = 20 Гц.

Таким образом, экспериментальные исследования подтвердили возможность создания ресурсосберегающего способа нейтрализации железненных деталей.

5. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ УСТАНОВКИ ПОЛУЧЕНИЯ

КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНЫХ СРЕД И ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ, КОМПЛЕКСНАЯ СХЕМА НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ДЕТАЛЕЙ.

Разработанный проточный электролизер обеспечивает надежную, устойчивую и экономичную работу. Конструкция электролизера позволяет производить одновременно электрохимическую обработку потоков растворов в обоих электродных камерах с незначительным взаимопроникновением растворов через диафрагму при условии независимости давления и расхода раствора в камерах, минимальном расходе электроэнергии и без регулировании геометрических параметров электродных камер, в частности, межэлектродного расстояния (МЭР);

Технические показатели производственной электролизной установки

Производительность, мЗ/ч 0,1...10,0

Удельное количество электричества, Кл/л 70...2900

Удельная мощность, кВт/мЗ 0,5. . .6

Температура раствора на выходе, иС: 10...40

рН (ед.) раствора:

исходного 5,5...8,5

на выходе из катодной камеры 9...12

на выходе из анодной камеры 1,5...5,0

окислительно-восстановительный потенциал (мВ) раствора:*

исходного 200...350

на выходе из катодной камеры -300...-800

на выходе из анодной камеры +350...+1200

Постоянный ток питания электродного блока, А 20...53

Напряжение питания электродного блока, В 30...60

Напряжение сети, В 220;380

По результатам исследований разработана методика расчета технологических и конструктивных параметров электролизера. Количество ячеек определяется по формуле

к к Яп ^ • 2

п =--, шт. (8)

а2д

где: кг - коэффициент, равный выносу электролита с единицы площади (м3/м2), кх= (О, 3 . . .0, 4) *10~3; к2 - коэффициент нейтрализации; экспериментально установлено, что в зависимости от концентрации электролита, его кислотности и других условий к2=50...100; 8 - площадь восстанавливаемых деталей (м2) ; п - количество циклов железнения в течении часа;

а - размер стороны квадратного электролизера, м;

(1 - межэлектродное расстояние, (м) с!= 0,02. Мощность источника постоянного тока определяется по формуле

N = 0,7 - V • к) ■ кг • Б • п,

кВт (9)

где: V = 30...40 В - напряжение источника тока.

Для нейтрализации железненных деталей была разработана установка (А.С. 17085Э6 СССР), состоящая из кольцевой направляющей, закрепленной на станине, на которой с помощью роликов установлена рама, внутри ее на пружинах располагается дебалансовый вибратор, вал которого приводится во вращение от электродвигателя через виброзащитную муфту. Сверху на вибраторе установлена штанга, на которой с помощью подвесок крепятся детали. Они помещаются в кольцевые контейнеры с католитом, установленные на станине. При нейтрализации деталей сложной формы опорную поверхность кольцевой направляющей можно выполнить в виде синусоиды. В этом случае вибрация деталей будет происходить как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Сочетание объемной вибрации с движением деталей по окружности обеспечивает высокую скорость и качественное выполнение нейтрализации.

Металлоемкость установки составляет 0,5...1 кг на 1 дм3 контейнера, а энергоемкость — 0,01 кВт/дм3, что в 2...3 раза меньше, чем у установок с вибрирующим контейнером.

Комплексная технологическая схема нейтрализации железненных деталей в условиях ремонтного производства представлена на (рис.3.)

Исходная вода подается через разделитель в анодные и катодные камеры диафрагменного электролизера. При обработке в катодных камерах щелочность повышается до рН 12...12,5, в анодных понижается до рН 3...3,5. Католит из катодных камер подается в ванну нейтрализации, где непосредственно происходит нейтрализация деталей. Нейтрализованная среда из ванны нейтрализации подается в фильтр-отстойник, где окончательно происходит очищение воды от гидрооксида железа. Из верхней части фильтра-отстойника воды подается через напорный фильтр в катодные камеры электролизера, тем самым образуется замкнутый цикл использования католита.

Рис.3. Комплексная схема нейтрализации деталей ' после железнения с оборотным циклом водо-потребления;1 - ванна железнения, 2 - ванна улавливания, 3 - ванна нейтрализации, 5 - диафрагменный электролизер, б- фильтр, 1 - фильтр отстойник, 8 - обратный клапан, 9 - емкость смешивания.

Гидрооксид железа из фильтра-отстойника подается в емкость смешивания, куда также подается анолит и соляная кислота. При рН 1...1,5 в растворе гидрооксиды растворяются и этот раствор подается в ванну железнения. Добавле-

ние раствора необходимо производить в конце или начале смены, так как в растворе присутствуют трехвалентные ионы железа, наличие которых отрицательно влияет на производительность железнения и качество покрытий. Поэтому перед началом смены после добавления в рабочий электролит полученного раствора электролит прорабатывают током при повышенной площади катодов в течении 15...30 минут. После этого железнение продолжается по обычной технологии.

6. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Эксплуатационные испытания подтвердили результаты стендовых и лабораторных исследований.

Технико-экономическая оценка производилась путем сравнения реагентного и безреагентного методов нейтрализации железненных деталей. Поскольку интенсивность электрохимического изменения рН зависит от солесодержания воды, то технико-экономические расчеты для этого варианта произведены при солесодержании 50 мг/л.

Технико-экономические расчеты для реагентного варианта выполнены при подкислении воды серной кислотой и подщелачивании известью и едким натрием.

Годовой экономический эффект от внедрения новой технологии составит (без учета затрат на капитальное строительство при реагентном способе) 2456000 руб.

Разработанный технологический процесс нейтрализации деталей с оборотным циклом водопотребления принят к внедрению в технологию электролитического железнения 47 2605.02100.0010 для восстановления деталей перерабатывающего оборудования на ремонтных предприятиях ОЭП "Агродеталь".

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании анализа литературных источников показана возможность и обоснована целесообразность использования ЭХА для изменения рН и ЕЬ и осаждения гидрооксида железа из раствора электролита железнения.

2. Изучены основные теоретические закономерности ЭХА, влияющие на изменения рН и Е1л воды в переходной области (2...3 и 11...12 рН) при обработке в диафрагменном электролизере. Установлены факторы, при комбинировании которых возможно получать среды, обладающие заданными кислотно-щелочными и окислительно-восстановительными свойствами.

3. Экспериментальные исследования показали, что ЭХА позволяет снизить общую жесткость потребляемой для промывки воды до 1,2...1,4 мг*экв/л. Изменение ЕЪ при электролизе: от +/0,25...0,30/ В до -/0,35...0,55/В - католи-та и от +/0,25...0,30/ В до +/0,8...0,95/В - анолита.

4. Наименьшие затраты энергии с МЭР - 0,02 м для получения католита с рН =11,5...12 достигаются при плотности тока 4 А/дм2. При этом расход электричества составляет 1900...2500 Кл.

5. Свойства католита и анолита сохраняются в течении 3...5 дней в неактивных емкостях, и от 15 мин до 1 часа в электролизере при температуре 60..,70°С и 20...25°С соответственно .

6. Нейтрализация раствора электролита железнения ка-толитом происходит при соотношении объемов реагирующих сред 1:6 (при концентрации соляной кислоты - 8 мг*экв/л). Время нейтрализации электролита в стандартном реакторе составляет 5...8 мин, а с использованием вибрационной подвески - 3...4 минуты при температуре реакции - 16...20 °С и частоте вибрации подвески с деталями - 20 Гц.

7. Ускоренные коррозионные испытания показали, что при нейтрализации деталей католитом потери массы составляют 9...10 г/м2 за 48 ч испытаний, что является средним показателем по сравнению с существующими способами нейтрализации .

8. Разработаны и испытаны конструкции диафрагменного электролизера для получения необходимых сред, установки для вибрационной очистки и нейтрализации деталей, приоритет которой защищен авторским свидетельством СССР. Опре-

-2.1-

делены технические показатели установок для ЭХА воды и нейтрализации восстановленных железнением деталей.

9. Разработана комплексная ресурсосберегающая технологическая схема нейтрализации деталей после железнения с возвратом ионов железа в технологическую ванну и оборотной системой водопотребления, что обеспечит снижение себестоимости железнения на 20...30%.

10. На основании результатов проведенных исследований предложен технологический процесс, который принят к внедрению в технологию восстановления деталей перерабатывающего оборудования методом электролитического железнения 47 2605.02100. 0010, разработанной ОЭП "Агродеталь". Среднегодовой экономический эффект от ее внедрения составляет 2,456 млн. рублей.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. А. С. 1708596 СССР, МКИ5 В24В 31/06 Устройство для вибрационной обработки / Батищев А. Н., Сушко С. Л., Ча-выкин Ю. И.; (СССР).- 3 е., ил.

2. Батищев А.Н., Веселовский Н.И., Сушко С.Л., Чавы-кин Ю.И. Малоотходная технология восстановления деталей скоростным железнением. - Тезисы докладов по научно-технической конференции стран-членов СЭВ "Ремдеталь-88". - Пятигорск, 1988. - С. 104...105.

3. Разработка и внедрение технологии восстановления золотников гидрораспределителей Р75-ВЗ скоростным железнением: Отчет о НИР (заключит.)/Госагропром СССР. ВСХИЗО, Руководитель А. Н. Батищев. - Тема 87-45 №-ГР01870095191. Балашиха, 1988. - 39 с.

4. Чавыкин Ю.И. Химическая обработка деталей после железнения: Сб. тез. докл. Моск. гор. конф. молодых ученых и спец. "Актуальные проблемы ремонта и эксплуатации с.х. техники" М., 22-23 ноября 1988 г. - /ГОСНИТИ. - М. 1988. с. 77...78.

5. Разработать высокопроизводительную малоотходную технологию восстановления деталей сельскохозяйственной

техники железнением: Отчет о НИР (промежуточный) /Госагролром СССР. ВСХИЗО; Руководитель А. Н. Батищев. Тема 20.1; _ №-ГР01860036999; Инв. _ №-02900027335. - Балашиха, 1989. - С. 21.

6. Батищев А. Н., Чавыкин Ю. И. Получение католйта электролизом воды для нейтрализации восстановленных железнением деталей.//НТИС: Восстановление дет. маш. и обо-руд. АПК. - М., АгроНИИТЭИИТО Госкомиссии Совмина СССР по продов. и закупк., 1990, вып. 2. - С. 15...17.

7. Батищев А. Н., Чавыкин Ю. И. Получение католйта электролизом воды для нейтрализации восстановленных железнением деталей //Эксплуатация и рем. с.х. техн.: Межвузов. сб. научн. тр. - М., 1990. - С. 82...86.

8. Батищев А. Н., Чавыкин Ю. И. Расчет диафрагменно-го электролизера для безреагентного метода нейтрализации деталей после железнения //НТИС: Восстановл. дет. маш. и оборуд. АПК. - М., Информагротех, 1991, вып. 5. - С. 35.

9. Чавыкин Ю.И. Экологически безопасный способ нейтрализации деталей после железнения. // Тезисы докладов научно-технической конференции "Состояние и перспективы восстановления и упрочнения деталей машин". - М., 1994. - С. 133...134.