Дисертації

Дисертація присвячена розробці науково-практичних засад удосконалення процесів регенерації гальванічних технологічних розчинів за допомогою методу мембранного електролізу. Проведено аналітичний огляд науково-технічної інформації щодо областей застосування та умов роботи мембранних електрохімічних пристроїв. На базі аналізу наукових джерел показано ефективність методу мембранного електролізу у процесах очищення водних розчинів від шкідливих та отруйних речовин. Показано, що підвищення якості та терміну роботи технологічних хромовмісних гальванічних ванн можливо завдяки роботі мембранних електрохімічних пристроїв. Для дослідження електровідновлення йонів металів, що присутні в хромовмісному розчині було застосовано метод вольтамперометрії з лінійним розгортанням потенціалу. Поляризаційними кривими встановлено залежності величини сили струму від рівня прикладеної напруги для катодного виділення кадмію та цинку при різних температурах. Поляризаційні криві демонструють зниження перенапруги в присутності йонів Zn2+, наявність йонів Cd2+ сприяє значній поляризації катоду, а підвищення температури зменшує поляризацію катоду. Підтверджено методом електронної мікроскопії з функціями рентгенофазового мікроанализу наявність у катодному осаді кадмію та цинку, йони яких знаходилися в якості домішок в аноліті. Поляризаційними кривими та методами електронної мікроскопії встановлено перенесення йонів через катіонообмінну мембрану між анодною та катодною камерами даного мембранного електрохімічного пристрою. Встановлено оптимальний діапазон значень рН катодної камери модуля електрохімічного для виділення металічних кадмію та цинку на катоді. У процесі статистичної обробки дослідних даних отримано рівняння регресій зміни середовища катодних камер електровідновлення кадмію та цинку в процесі масопереносу даних йонів металів через катіонообмінну мембрану RALEX®CMPES 11-66 електрохімічного модулю. Визначений експериментально та статистично підтверджений діапазон рН в межах 1,5-1,8 дозволяє отримувати у вигляді цінних продуктів металічні кадмій та цинк, які можливо використовувати в металургії на відміну від їх суміші гідроксидів у відстійниках гальванічного виробництва. У результаті проведених досліджень було розроблено лабораторну модель мембранного електрохімічного пристрою, експериментально досліджено закономірності масопереносу йонів Zn2+ та Cd2+ через катіонообмінну мембрану RALEX®CM-PES 11-66. Завдяки експериментальним дослідженням стало можливим створення нових промислових електрохімічних пристроїв, які здатні ефективно регенерувати вміст технологічних ванн. В процесі роботи вивчалися закономірності впливу наступних факторів на процес мембранного електролізу: концентрації забруднюючого йону металу, густини струму, температури та гідродинамічних умов примембранної зони аноліту. Експериментально встановлено умови результативної регенерації гальванічних розчинів. Визначено експериментально вплив концентрації забруднюючого йону металу в католіті при стабільних температурі та густині струму на катодний вихід металу. Експериментальні дослідження також було проведено при сталих концентраціях йонів забруднюючих металів в анолітах та змінних густинах струму або різних значеннях температури системи. Окрему увагу було спрямовано на застосування примусового механічного перемішування примембранної зони аноліту. Доведено збільшення масообміну через катіонообмінну мембрану RALEX®CM-PES 11-66 в процесі електролізу завдяки підвищенню концентрації забруднюючого йона в аноліті, підвищенні температури та підвищенні густини струму на мембрані. В результаті теоретичних та експериментальних узагальнень встановлено густину граничного струму для змодельованих розчинів пасивації кадмієвого та цинкового гальванічних покриттів. Встановлено підвищення, в результаті примусового механічного перемішування, виходу металу до 50%. Результати експериментальних досліджень були проаналізовані математично. Внаслідок удосконалення відомої математичної моделі було встановлено кінетичні параметри результатів досліджень зі зміною концентрацій забруднюючих йонів ванн пасивацій та зі зміною гідродинамічних умов та знайдено константи миттєвих швидкостей реакцій катодного електроосадження кадмію та цинку. Статистичний аналіз результатів досліджень описав адекватно закономірності мембранного електролізу рівняннями регресій. Побудовані рівняння прямих регресій експериментальних досліджень були перевірені регресійним та кореляційним аналізами. В процесі регресійного аналізу було уточнено коефіцієнти в рівняннях регресій. Кореляційний аналіз показав різні тісноти зв’язків в результаті знаходження коефіцієнтів кореляції Пірсона, що свідчить про наближення деяких експериментів як до лінійної кореляції так і навпаки. В результаті загальної математичної обробки даних результатів експериментів зі зміною концентрації, густини струму, температури та різних гідродинамічних умов були побудовані багатофакторні рівняння регресій мембранного катодного електроосадження кадмію та цинку. Для знаходження багатофакторних рівнянь регресій було застосовано програму Statgraphics Centurion 18-64X. Вперше отримані багатофакторні регресійні рівняння показують частку впливу кожного змінного фактору за допомогою відповідних коефіцієнтів. За побудованими моделями було з’ясовано вплив кожного змінного фактору на процеси електровідновлення кадмію та цинку. Таким чином побудовані математичні моделі дозволяють результативно проводити регенерацію пасивуючих розчинів завдяки регулювання впливу змінних факторів на процес. Статистичну значущість багатофакторних рівнянь регресій рівнянь було підтверджено критеріями Стьюдента, Фішера та Дарбіна-Уотсона. В результаті впровадження експериментальних та математичних досліджень в промислові умови створено промисловий електрохімічний пристрій, що дозволяє ефективно регенерувати склад технологічних ванн пасивацій кадмієвих та цинкових гальванічних покриттів. Встановлено конструктивні розміри та режимні параметри роботи промислового модуля електрохімічного. На реальних виробничих ваннах пасивацій практично підтверджено адекватність багатофакторних регресійних математичних моделей електровідновлення кадмію та цинку. В результаті промислового впровадження та роботи мембранних електрохімічних пристроїв крім ефективного очищення даних технологічних ванн від йонів Cd2+ та Zn2+ теоретично та експериментально доведено процес регенерації йонів хрому шестивалентного з йонів Cr3+ . На базі аналізу інформаційних джерел і застосування титрометричного та фотоколориметричного аналізів встановлено у промислових експериментальних умовах, в технологічних ваннах пасивацій кадмієвих та цинкових гальванічних покриттів, наявність процесу регенерації хромат-йонів на свинцевому аноді. Експериментальне дослідження процесу анодної регенерації підтвердило поступове зростання концентрації йонів хрому шестивалентного та поступове зниження концентрації йонів Cr3+ в ваннах пасивацій гальванічних покриттів. В результаті проведених досліджень встановлено ефективність регенерації хроматів на рівні 0,6-1,59 г/л на добу в працюючих ваннах пасивації об’ємом 150л. Практично встановлено зменшення рівня екологічної небезпеки ванн пасивацій в результаті тривалої роботи в них електрохімічних модулів за рахунок постійної регенерації хроматів. Даний процес призвів до зниження в них загальної концентрації хроматів. Доведено, що робота створених мембранних електрохімічних пристроїв знижує навантаження на очисні споруди гальванічної дільниці. Встановлене в процесі роботи модулів електрохімічних постійне утворення хроматів в пасивуючому розчині дало змогу створювати якісні конверсійні хроматні плівки на поверхні кадмієвого та цинкових гальванічних покриттів та економити натрій дихромат. Внаслідок утворення хроматів безпосередньо в пасивуючих ваннах зникла необхідність додавати часто натрій дихромат з ззовні. Встановлено зниження робочих концентрацій натрій дихромату в технологічних ваннах з 100 – 200 г/л до 30 – 50 г/л., завдяки його реагування з покриттям деталей та виносу в промивні ванни, що в результаті дало змогу знизити їх екологічну небезпеку в 3,75 рази. Вперше застосовано методику розрахунку еколого-економічної ефективності роботи даних електрохімічних пристроїв. Завдяки проведеним розрахункам показано результативність роботи створених промислових модулів електрохімічних в технологічних ваннах пасивації кадмієвих та цинкових гальванічних покриттів. Проведені експериментальні та статистичні дослідження, їх верифікація в промислових умовах реального гальванічного виробництва машинобудівної галузі, а також впровадження технологічних процесів електрохімічної регенерації хромовмісних технологічних гальванічних розчинів в АТ «Сумський завод «Насосенергомаш» (додатки Д, Е, Ж), дозволяють рекомендувати поширення використання даного методу мембранного електролізу для регенерації хромовмісних технологічних розчинів підприємств нашої країни.

Дисертації

Browse

Filters

Settings

Sort By

Results per page

Search Results