Промывка. Операция промывки необходима для предотвращения переноса хлоридов железа и кислоты HCl в ванну флюсования, а далее и в ванну цинкования. Железо представляет собой «нежелательный» элемент в растворе флюсования.
Сам по себе хлорид железа обладает некоторым флюсующим действием, однако его наличие имеет и некоторые отрицательные стороны:
- соли железа в активной форме вызывают перенос ионов Fe2 в ванну цинкования, с последующим увеличением количества гартцинка;
- при контакте с атмосферой железо окисляется, его окисленные компоненты являются малорастворимыми и стремятся пристать к поверхности изделий, что вызывает появление участков, где металлургическая реакция между цинком и железом произойти не сможет.
Значение pH-показателя:
- с одной стороны, слишком высокий pH способствует выпадению цинка из раствора флюсования, уменьшая его активность;
- с другой стороны, повышение кислотности означает присутствие свободной кислоты, большую коррозийность.
По всем этим причинам проводятся регламентированные периодические химические анализы растворов, которые позволяют осуществлять сбалансированную корректировку всех имеющихся параметров.
Флюсование. Другой очень важной стадией в процессе горячего цинкования является подготовка поверхности стали, теперь уже, по крайней мере, теоретически очищенной после обезжиривания и кислотного травления, для того, чтобы сделать ее пригодной для последующей операции, на которой выполняется термо-металлургическая реакция с цинком.
В теперь уже повсеместно используемом «сухом» методе (сухое цинкование) данная стадия называется «предварительное флюсование». В ней поверхность деталей покрывается пленкой неорганического кристаллического соединения, называемого «флюсом». При горячем цинковании требуется, чтобы сталь была идеально чистой до самого погружения в расплавленный цинк; действительно, только «металлические чистые» поверхности могут реагировать друг с другом.
Слой флюса служит для достижения этой цели благодаря своим следующим свойствам:
- он удаляет загрязнения и нерастворимые соли, оставшиеся на поверхности деталей после травления;
- предотвращает образование оксидов и / или солей, которое могло произойти во время ожидания и транспортировки к цинковой ванне;
- освобождает от оксидов поверхность ванны цинкования в зоне, в которой происходит погружение обрабатываемых деталей.
Таким образом, можно сказать, что флюс ведет себя как «очищающая пена», которая посредством очень сложных химических реакций предотвращает образование оксидов, удаляет остаточные соли и другие поверхностные загрязнения, предохраняя одновременно обрабатываемые поверхности от контакта с окружающей атмосферой.
Кроме того, слой флюса действует как посредник между расплавленным цинком, который имеет очень высокое поверхностное натяжение, и сталью. Без этого промежуточного компонента расплавленный цинк не смог бы полностью «смочить» поверхность цинкуемых изделий.
Фаза высушивания после флюсования очень важна. Действительно, если реакции, приводящие к появлению флюсующих свойств, начинаются на водном этапе, когда соли флюса, откладываются на поверхности стали, то полностью они заканчиваются на фазе сушки. Именно на этой фазе, когда раствор, концентрируясь, теряет воду, металлические соединения получают характеристики «сильной кислоты» способствующей активному взаимодействию расплава цинка со сталью.
Также, на стадии сушки осуществляется предварительный подогрев цинкуемого материала. Температура изделий на выходе из сушильной печи составляют примерно 70–100°C. В сушильной камере необходимо наличие хорошей вентиляции, способствующей сушке изделий и удалению влаги из окружающего объема.
Если температуры в сушильной печи слишком высокие, имеется опасность, что соль разложится и преждевременно начнет свое действие, оставив мало флюсующего вещества для реакции между цинком и металлом на этапе цинкования. С другой стороны, если сушка неполная и остается слишком много влаги на поверхности, имеется риск нового окисления какого-то участка поверхности, что приведет к дефектам покрытия.
Цинкование. Для качественной работы ванны цинкования используется цинк высокого стандарта качества для полной уверенность в том, что любой нежелательный элемент не снизит требуемого качества покрытия. Это значит, что для создания такого покрытия должен использоваться цинк, соответствующий классам Zn 1 (99,995%) или Zn 2 (99,95%) в соответствии с нормативами EN 1179 и ISO 752 или Ц0 и Ц1 по ГОСТ 3640–94.
В процессе горячего цинкования металлоконструкции погружаются в ванну с расплавленным цинком (430–450°С) и в результате реакции на поверхности изделия образуется ферроцинковый сплав, представляющий собой надежную антикоррозийную защиту, состоящую из нескольких слоев с различным удельным соотношением железа и цинка.
Начиная от поверхности стали, первым расположен Гамма-слой (γ) толщиной около 1 мкм, состоящий из сплава стали и цинка, в котором последнего элемента присутствует около 25%. Следующим расположен Дельта-слой (d), содержащий порядка 10% железа, на котором располагается Дзета-слой (z). В Дзета-слое (z) присутствует 7% железа и можно видеть кристаллы, ориентированные по высоте. Слой, лежащий снаружи от него и называемый Эта-слой (h), можно рассматривать как почти чистый цинк, поскольку при температуре окружающей среды максимальное содержание железа в нем составляет 0,008%.
Поэтому цинкование является очень востребованным видом защиты металла от коррозии. Но так же он является и безотходным видом производства так как его отходы в виде изгари цинка и гартцинка направляются на дальнейшую переработку. Так как отходов от ванн горячего цинкования образуется много около 7200 тн. изгари и 8000 тн. гарта в год по России. То считаю целесообразным выбрать именно переработку отходов гартцинка.
3.2Техническое предложение
Из сказанного выше можно говорить о том, что гартцинк является побочным продуктом процесса цинкования. С хлоридом железа (FeCl2) связано образование гартцинка – нежелательного продукта процесса горячего цинкования. При контакте с расплавленным цинком FeCl2 восстанавливается до железа: FeCl2 + Zn–Zn Cl2 + Fe. Образовавшееся железо, взаимодействуя с жидким цинком, переходит в гартцинк, который осаждается на дно ванны цинкования. С увеличением количества железных солей резко увеличивается образование гартцинка.
Для предотвращения его накопления ванны горячего цинкования чистят и вынимают со дна гартцинк. Его химический состав бывает разнообразным, но в основном это почти чистый цинк с завышенным содержанием железа и свинца. В зависимости от химического состава температура плавления колеблется в пределах от 450 – 600 градусов Цельсия.
Поэтому процесс получения чистого цинка из гартцинка является достаточно трудным. Необходимо из гартцинка убрать большое количество железа и свинца и улучшить его структуру. Для улучшения качества получаемой продукции предлагаю ввести в процесс переработки гартцинка процесс продувки расплавленного металла газом аргоном. Это сократит время плавки и улучшит качество материала, так как продувка аргоном способствует выведению газов, удалению шлаков и рафинирование от железа.
3.3 Старый технологический процесс получения цинка из гартцинка
У нас на предприятии занимаются переработкой отходов цинка по пирометаллургическому способу. Оборудование применяемое для переработки гартцинка это тигельные печи с горелками на жидком топливе.
Технический процесс состоит:
1. Закупка сырья;
2. Входной контроль и маркировка;
3. Складирование;
4. Подготовка оборудования к процессу плавки:
- осмотреть оборудование;
- получить задание на плавку;
- получить материал на плавку;
- прогреть печь 2 часа.
5. Процесс плавки:
- загрузить материал в печь.
- расплавить нужное количество материала.
- перемешать полученный расплав.
- взять пробник.
- отнести в лабораторию.
- результаты анализа предъявить мастеру.
- мастер принимает решение, сколько необходимо времени рафинировать данный материал по результатам химического анализа.
- после выдержки заданного времени (в среднем 30 мин).
- снять дроссы, которые образуются на поверхности расплава.
- расплав перемешать (усредняется химический состав и структура материала).
- взять пробник.
- отнести в лабораторию.
- результаты анализа предъявить мастеру.
- мастер принимает решение, сколько необходимо времени рафинировать данный материал по результатам химического анализа.
- так до тех пор, пока не будет получен требуемый химический состав материала, это решение принимает мастер.
6. Окончание плавки слив материала;
7. Выходной контроль материала;
8. Маркировка;
9. Складирование.
3.3 Новый технологический процесс получения цинка из гартцинка
Мое техническое решение заключается в том, что я буду продувать расплав газом аргоном. Это даст эффект по выведению газа, шлака и рафинирование расплава. При этом время плавки уменьшится и увеличится качество получаемого материала.
Газ аргон был выбран по тому, что это очень инертный газ.Аргон был открыт в 1894 году английскими физиками Уильямом Рамзаем и Джоном Рэлеем, за что в 1904 году Уильямом Рамзай был удостоен Нобелевской премии по химии, а Джон Рэлей – Нобелевской премии по физике. Затем были открыты остальные инертные газы.Именно из-за своей удивительной химической инертности новый газ и получил своё название (греч. αργός – неактивный)Аргон – третий по содержанию после азота и кислорода компонент воздуха, его среднестатистическое содержание в атмосфере земли составляет 0,934% по объему, (1,292% по массе).