Травление стальной проволоки
Вопрос.
Здравствуйте! На нашем производстве мы для снятия со стальной проволоки окалины используем раствор ортофосфорной кислоты, травление электролитическое, концентрация раствора кислоты первоначальная 25-30%. При полной загрузке ванны она за два дня выходит из строя. Решаем как быть. Поможет ли использование препарата «Травивек» и добавка новых порций кислоты. Или просто использовать какие-то фильтры без добавления «Травивека». Думаю добавка новых порций кислоты в не очищенный от железа раствор ничего не даст, верно? Мы думали о регенерации раствора, но рентабельно ли это, пока не ясно. И не повлияет ли на процесс регенерации использование «Травивека». Или просто замена раствора новым - единственный выход? Использовать другие кислоты нет возможности - прекурсоры. Пожалуйста подскажите какие-нибудь варианты исходя из Вашего опыта.
Заранее благодарю! С уважением, Сударчикова О.В.
Ответ.
Для однозначного решения Вашей проблемы требуется более глубокое «погружение» в особенности Вашей технологии.
Из Вашего вопроса следует, что Вы не можете использовать серную и соляную кислоты лишь по той причине, что они являются прекурсорами. Эти кислоты действительно считаются прекурсорами, но, тем не менее, запрета на продажу для использования этих кислот для целей травления не существует. Обычно серная и соляная кислоты свободно приобретаются в торговых организациях при наличии документального подтверждения о цели их использования. Продажа этих кислот физическим лицам действительно запрещена, так как они могут быть использованы для изготовления взрывчатых веществ. Серную и соляную кислоты в гальваническом производстве используют во всём мире без всяких ограничений.
Переход на другие кислоты позволил бы сразу снять многие Ваши проблемы.
Травление в фосфорной кислоте проводят очень редко и преимущественно в том случае, когда опасаются либо перетравливания стальных изделий, либо когда после травления без промывки следует операция фосфатирования с целью создания экструзионного фосфатного слоя перед волочением проволоки. Если вышеперечисленные причины не имеют места быть, то лучше перейти на травление в серной или соляной кислотах, т.к. растворимость хлоридов и сульфатов железа значительно выше, чем растворимость фосфатов. Кроме того, стоимость серной кислоты значительно ниже фосфорной.
Несмотря на то, что фосфорная кислота является трёхосновной, в процессе травления участвует только один из трёх ионов водорода. Два других включаются в состав однозамещённого фосфата железа Fe(H2PO4)2, который обладает очень слабым травящим действием. Снижение травящего действия фосфорной кислоты, помутнение раствора и образование шлама обусловлено расходом свободной фосфорной кислоты, образованием кислых, не обладающих травящим действием солей Fe(H2PO4)2, и малорастворимых кислых фосфатов железа Fe(HPO4).
В своём вопросе Вы указываете, что травление проводится электролитически в фосфорной кислоте, но не указываете каким методом (катодным или анодным).
Если травление проводится анодно, то процесс идет с высокой скоростью и преимущественно по пути электрохимического растворения железа. По мере растворения железа окалина, теряя связь с основой, отваливается от металла и уже на дне ванны химически растворяется в фосфорной кислоте. Анодное травление неизбежно приводит к сильному растравливанию металла, быстрому пересыщению раствора труднорастворимыми фосфатами железа и, соответственно, к раннему выходу ванны травления из строя. Кроме того, на катоде за счёт выделения водорода происходит интенсивное подщелачивание травильного раствора и, как следствие, снижается концентрация кислоты. В свою очередь, снижение кислотности приводит к гидролизу фосфатов железа и выпадению осадка. Таким образом, если травление анодное, то в Вашем случае лучше от него отказаться.
Если травление проводится катодно, то в этом случае имеет место исключительно только растворение окалины, металлическая основа, находясь под катодной защитой, растворяться не будет. Процесс должен проводиться при низких плотностях тока, т.к. интенсивное выделение водорода на поверхности проволоки может привести к водородному охрупчиванию и к нейтрализации кислоты в приповерхностном слое. Очистка поверхности от окалины при катодном травлении требует большего времени, но срок службы травильного раствора существенно увеличивается.
Регенерация отработанного травильного раствора электролизом может дать положительные результаты только в случае мембранного электролиза, например, когда катодное и анодное пространство разделены анионитовой мембраной. В этом случае можно добиться значительной регенерации кислоты, но катодный процесс будет осложняться гидратообразованием за счёт катодного подщелачивания.
Использование жидкого стекла в чистом виде для регенерации травильного раствора вряд ли позволит регенерировать фосфорную кислоту, так как в лучшем случае ионы железа будет замещаться на ионы натрия с образованием нерастворимых силикатов железа. Для получения положительного результата необходимо введение специальных добавок, обладающих каталитическим действием и способствующих деполимеризации метасиликата натрия Na2O•mSiO2 c образованием неустойчивых кремниевых кислот, которые могут замещать ионы водорода на ионы железа. Препараты «Травивек» работают именно по такому принципу. По-видимому, дорогостоящие добавки обуславливают высокую стоимость «Травивек».
11.05.11
