Гальваническое покрытие хромом (стр. 8 из 9)
;Где α1 - коэффициент теплопередачи при конденсации пара в трубках:
α=12000
δ – толщина слоя ржавчины, 0,2мм.
λрж – удельная теплопроводность ржавчины, принимаем 1,16 Вт/м(кв.)К
δст – 5мм.
α 2 – коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору, определим по формуле:
l – определяющий размер, диаметр трубы0,05м.;
Где С – теплоемкость раствора 4,19кДж/кгК
λр – удельная теплоемкость раствора, принимаем 0,58
μ – вязкость рас-ра 0,8*10^-3Па
g – 9.81? м/с(кв.);
d – диаметр трубы, принимаем 50мм=0,05м;
β – коэффициент объемного разширения, 0,63*10^-3
- кинематическая вязкость, м(кв.)/с 
50 – рабочая температура раствора
20 – начальная температура раствора
Расход тепла на разогрев электролита(от 20 до 50):
где Сэл-та – теплоемкость Эл-та;
mэл-та – масса Эл-та;
a(CrO3)=12% C(CrO3)=0.762 кДж/кгК
a(H2O)=88% C(H2O)=4.18 кДж/кгК
Vраб – 1.4м(куб.) ρэл-та – 1150кг/м(куб.)
Расход тепла на нагревание Эл-та:
Расход тепла на нагревание корпуса ванны:
Сст – удельная теплоемкость стали 0,46
mкорп = 335кг.
Определим расход теплоты на нагрев:
Определим поверхность нагрева:
τ – время разогрева 1,5часа
Длина змеевика для нагрева:
мЗмеевик размещается по дну ванны.
8. Очистка сточных вод
Гальванотехника – одно из производств, серьезно влияющих на загрязнение окружающей среды, в частности ионами тяжелых металлов, наиболее опасных для биосферы. Главным поставщиком токсикантов в гальванике (в то же время и основным потребителем воды и главным источником сточных вод) являются промывные воды. Объем сточных вод очень велик из-за несовершенного способа промывки деталей, который требует большого расхода воды (до 2 м3 и более на 1 м2 поверхности деталей).
На очистных сооружениях наиболее распространенным методом обезвреживания гальваностоков является реагентный метод, в частности, осаждение металлов гидроксидом кальция, не обеспечивающий доведение содержания ионов тяжелых металлов в стоках до современных ПДК. Основным недостатком этого метода является большое количество шламов, содержащих токсичные соединения тяжелых металлов. Утилизация и переработка образующихся шламов – очень сложное и дорогостоящее производство, а в некоторых случаях шламы не поддаются переработке. В таких случаях возврат химреактивов и металлов в цикл производства практически исключен. Основным методом обезвреживания таких отходов является захоронение их на специальных площадках, если таковые предусматриваются. Однако чаще всего эти шламы либо складируются на территории предприятия, либо неконтролируемо сбрасываются в овраги, водоемы, леса, а в лучшем случае на городские свалки. Лишь часть гальваношламов находит применение в строительстве при производстве строительных материалов.
8.1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ОЧИСТКИ ХРОМСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНОПРОИЗВОДСТВА
Известно большое количество методов извлечения цветных металлов из сточных вод гальванопроизводства. Наиболее используемые методы подразделяются на:
-реагентные,
-биохимические,
-электрохимические,
-мембранные,
-сорбционные,
-комбинированные.
РЕАГЕНТНЫЙ МЕТОД
Наиболее распространенный метод, заключающийся в переводе растворимых веществ в нерастворимые при добавлении различных реагентов с последующим отделением их в виде осадков.
В качестве реагентов используют гидроксиды кальция и
натрия, сульфиды натрия, феррохромовый шлак, сульфат железа(II), пирит [2, 6 - 9]. Наиболее широко для осаждения металлов используется гидроксид кальция, который осаждает ионы металла в виде гидроксидов:
Me n+ + nOH - = Me(OH)n
Наиболее эффективным для извлечения цветных металлов является сульфид натрия, т.к. растворимость сульфидов тяжелых металлов значительно ниже растворимости других труднорастворимых соединений - гидроксидов и карбонатов. Процесс извлечения металлов сульфидом натрия выглядит так:
Me 2+ +S 2- =MeS ;
Me 3+ +S 2- =Me2S3 .
Сульфиды тяжелых металлов образуют устойчивые коллоидные системы, и поэтому для ускорения процесса их осаждения вводят коагулянты и флокулянты.Так как коллоидные частицы сульфидов имеют отрицательный заряд, то в качестве коагулянтов используют электролиты с многозарядными катионами - обычно сульфаты алюминия или трехвалентного железа, также их смеси. Соли железа имеют ряд преимуществ перед солями алюминия:
а) лучшее действие при низких температурах;
б) более широкая область оптимальных значений рН среды;
в) большая прочность и гидравлическая крупность хлопьев;
г) возможность использовать для вод с более широким диапазоном солевого состава.
При использовании смесей Al2(SO4)3 и FeCI3 в соотношениях от 1:1 до 1:2 достигается лучший результат коагулирования, чем при раздельном применении реагентов. Кроме вышеназванных коагулянтов, могут быть использованы различные глины, алюминийсодержащие отходы производства, травильные растворы, пасты, смеси и шлаки, содержащие диоксид кремния. Для ускорения процесса коагуляции используют флокулянты, в основном полиакриламид. Добавка его в количестве 0.01% от массы сухого вещества увеличивает скорость выпадения осадков гидроксидов металлов в 2 - 3 раза [6]. Метод реализован на большинстве предприятий в виде станций нейтрализации. Достоинства метода:
1) Широкий интервал начальных концентраций ИТМ.
2) Универсальность.
3) Простота эксплуатации.
4) Отсутствует необходимость в разделении промывных вод и концентратов.
Недостатки метода
1) Не обеспечивается ПДК для рыбохозяйственных водоемов.
2) Громоздкость оборудования.
3) Значительный расход реагентов.
4) Дополнительное загрязнение сточных вод.
5) Невозможность возврата в оборотный цикл очищенной воды из-за повышенного солесодержания.
6) Затрудненность извлечения из шлама тяжелых металлов для утилизации.
7) Потребность в значительных площадях для шламоотвалов.
Процесс осаждения металлов включает следующие стадии:
1) добавление фосфорной кислоты или ее кислой соли к водному раствору из расчета моль фосфата на моль тяжелого металла;
2) понижение рН до 3 добавлением серной кислоты;
3) добавление коагулянта FeCl3 в концентрации 0.75-1.5 г/л;
4) увеличение рН раствора до 8.5 добавлением гидроксида кальция и получение осадка, включающего скоагулированные фосфаты металлов;
5) обезвоживание осадка.
БИОХИМИЧЕСКИЙ МЕТОД
В последнее время у нас в стране и за рубежом увеличились масштабы проводимых исследований по разработке технологии выделения тяжелых цветных металлов из сточных вод гальванопроизводств биохимическим методом сульфатовосстанавливающими бактериями (СВБ). Однако достигнутое при этом снижение концентраций ионов тяжелых металлов, в частности таких, как хром, составило только 100 мг/л, что нельзя признать оптимальным, исходя из реальных концентраций ионов шестивалентного хрома (200 - 300 мг/л). В мировой практике было исследовано влияние высоких концентраций ионов тяжелых металлов на эффективность их извлечения биохимическим методом. Так, скорость изменения концентрации шестивалентного хрома определяли в стеклянных реакторах, строго выдерживая анаэробные условия протекания процесса. Для развития сульфатвосстанавливающих бактерий в реакторы вводили питательную среду Постгейта. Кроме того, отдельные серии опытов проводили на пилотной установке непрерывного действия, состоящей из биотенка проточного типа и отстойника. В Уфимском нефтяном институте разработан комплексный метод биохимического извлечения хрома. Сущность его заключается в использовании специализированных бактериальных культур, отличающихся высокой стойкостью к отравляющему действию хрома. Хромсодержащие сточные воды подают в соответствующие емкости-накопители, затем - в биотенк, где смешиваются с бактериальными культурами. Из биотенка очищенные воды отводятся в отстойник, после чего направляются в фильтры для доочистки. Очищенная вода поступает на повторное использование. Хромсодержащие осадки, образующиеся в биотенках, отстойниках и фильтрах, подаются в шламонакопитель, обезвоживаются на вакуум-фильтрах и используются в качестве добавок при производстве строительных материалов. Достоинствами этого метода являются высокая эффективность и простота технологического оформления процесса.