Увеличение скорости растворения цинковых анодов
Вопрос.
Добрый день!
Мною, на основе сведений, изложенных в книге господина Окулова «Цинкование. Техника и технология», был спроектирован изготовлен и запущен в эксплуатацию генератор цинка для процесса щелочного цинкования. Генератор и корзины изготовлены из стали марки Ст3, внутри генератора на стальных штангах размещены 24 корзины с размерами 630х630 х 600 мм. Размер перфорации корзин 10х10мм. Объем генератора составляет 20 % от объема ванны, что составляет 250 дм3, в генератор в 24 стальных корзинах загружено 150 кг цинковых анодов, размер кусков примерно 40х40х10мм, общая площадь цинковых анодов 810 дм3. Генератор был заполнен раствором едкого натра концентрацией 135 г/л, Генератор оборудован системой циркуляции раствора в составе насоса , и 7 эдукторов, что обеспечивает 10- кратный обмен раствора внутри генератора.
В процессе эксплуатации выяснилось, что скорость растворения цинковых анодов довольно низка и составляет от 0,2 до 0,3 г/дм2час при температуре раствора 18°С. Соответственно, концентрация цинка в генераторе увеличивается медленно – от 0,6 до 1 г/л час.
При доведении концентрации цинка в генераторе до 50 – 60 г/л, как рекомендует господин Окулов, в осадок обильно выпадает гидрооксид цинка (определено лабораторным анализом), этот осадок покрывает не только дно генератора, но и ее стенки и поверхность корзин, соответственно, концентрация цинка в самом растворе уменьшается, осадок забивает эдукторы и трубопроводы, препятствует образованию гальванопары между цинком и железом. Скорость растворения цинка еще более уменьшается.
В связи с выше изложенным у меня два вопроса:
1. Какие необходимо принять меры для увеличения скорости растворения цинковых анодов? Для восполнения расхода цинка в ванне, необходимо, что бы скорость растворения была выше примерно в 1,6 раза.
2. Какие необходимо принять меры для предотвращения выпадения соединений цинка в осадок?
Заранее благодарю за ответ.
Ответ.
Уважаемый Александр Константинович!
Внимательно изучил Ваш опыт конструирования и применения генератора цинка. Он очень полезен. Вы указываете, что скорость растворения цинка низкая, при 18°С около 1г/л в час, или 24г/л за сутки. Это не так уж мало для холодного раствора, но, видимо, не достаточно для компенсации расхода цинка в ванне цинкования.
В книге, на которую Вы ссылаетесь, а также у автора публикации http://galvanicrus.ru/for_engineers/zn_generator.php указано: «в генераторе поддерживается концентрация щелочи выше, чем в рабочей ванне – 140-150 г/л». В вашем случае, в растворе щелочи с исходной концентрацией 135 г/л можно получить примерно 15-20 г/л цинка (в виде цинката), при этом свободной щелочи останется порядка 100 г/л, что недостаточно для дальнейшего быстрого растворения металлического цинка.
Для растворения цинка и компенсации расхода щелочи на образование цинката (теоретически на 1 моль цинка надо 2 моля щелочи), а также для предотвращения выпадения в осадок гидроксида цинка необходима избыточная щелочь. Практически, для образования устойчивого раствора цинката из металлического цинка необходим 5-10 кратный избыток щелочи. Таким образом, для поддержания скорости растворения цинка, необходимо поддерживать достаточную концентрацию щелочи, циркуляцию раствора для отвода продуктов растворения цинка, важна также температура раствора.
Для ускорения растворения цинка, некоторые зарубежные фирмы, специализирующиеся в производстве генераторов цинка, применяют также стальные корзины с «каталитическим покрытием», например, ru.surtec.com/catalog/plating/ZincGenerator.pdf
Примечания.
1.Вы пишете: «внутри генератора на стальных штангах размещены 24 корзины с размерами 630х630 х 600 мм. Размер перфорации корзин 10х10мм. Объем генератора составляет 20 % от объема ванны, что составляет 250 дм3, в генератор в 24 стальных корзинах загружено 150 кг цинковых анодов…» Любопытно, как в ванне объемом 250 литров разместились 24 корзины указанных размеров. Одна такая корзина имеет габаритный объем 240 литров. Полагаю, это ошибочные данные.
2.Вы также не точно цитируете книгу, указывая, что «При доведении концентрации цинка в генераторе до 50 – 60 г/л, как рекомендует господин Окулов…» На самом деле никаких рекомендаций здесь нет. Констатируется вслед за автором http://galvanicrus.ru/for_engineers/zn_generator.php: «При соблюдении указанных условий, концентрация цинка в генераторе за 24 часа достигает 55-60 г/л.» Возможно, это так и есть, однако для удержания в растворе цинката в растворе необходим избыток щелочи и стремиться к предельным значениям концентраций не следует.
3. Для справки: Из собственного опыта могу сказать, что нам (ООО «Арбат») приходится готовить 5-ти кратный концентрат электролита цинкования (500 г/л щелочи и 50-60 г/л цинка) из оксида цинка и щелочи – тот же генератор цинка – однако в холодное время года при хранении концентрата имеет место выпадение гидроксида цинка в осадок. После нагрева осадок цинка растворяется.
Итак, отработку технологии работы ванны цинкования с генератором цинка, следует проводить в следующих направлениях:
- определиться с расходом щелочи адекватному растворению цинка;
- определиться с температурой раствора генератора для достижения приемлемой скорости его работы;
- определиться с циклом работы генератора – периодичностью откачки концентрата в рабочую ванну – с учетом получаемых концентраций цинка и щелочи;
- наладить аналитический контроль (цинк, щелочь, температура) на всех стадиях процесса.
Если характер производства стабильный, то, после отработки технологии, взаимодействие на стадии «ванна цинкования -генератор цинка» также придет к устойчивому ритму и не будет доставлять проблем.
30.05.2013
