钢铁用FeCl3-HCl体系除锈循环系统的研究与设计

论文摘要

对于钢铁锈蚀的处理及进行镀覆层前的钢铁除锈,企业目前主要采用常温的盐酸清洗。盐酸浓度一般为20～25%,高浓度的盐酸会产生大量酸雾,使车间内的工作环境较差,对人体以及生产设备产生危害,同时还污染大气。而酸洗废液的处理也成为一项亟待解决的问题,尤其是中小型企业,废液常常直接排入河海水中,严重污染了水资源。随着目前循环经济的大力展开,更是要求工厂企业等体现“减量化、再使用、再循环”的社会经济活动的行为准则。针对此,本课题研究及设计了可再生循环使用的FeCl3-HCl体系钢铁除锈循环系统。通过正交试验法研制出FeCl3-HCl体系钢铁除锈剂的最佳配方为:FeCl3 33.82%、HCl 8%、乌洛托品0.6%、NaCl 2%、十二烷基磺酸钠0.12%。与传统酸洗工艺比较,试验所得除锈剂除锈时间短、除锈后的基体平整光亮、粗糙度较小且对钢板的力学性能几乎无影响,便于后续钢铁表面镀覆处理工艺的顺利进行,同时还节省镀覆原材料；通过对不同氧化方式的氧化效率、再生除锈废液除锈后试样的表观质量、基体粗糙度、氧化除锈废液的成本等方面进行考查,制定出除锈剂废液的氧化方式为：H2O2+空气。此氧化方式下处理后的回收废液与初始FeCl3-HCl体系除锈剂除锈效果相当；通过正交试验法得出聚合氯化铁制备的最佳工艺条件为：OH-/Fe3+=2、P/Fe3+=0.12、絮凝温度为40℃及熟化时间为1.5h。此工艺条件下制得的聚合氯化铁对模拟水样的絮凝效果优于市售氯化铁。同时验证了经氧化后的除锈废液在此工艺条件下制得聚合氯化铁与纯氯化铁制备的聚合氯化铁的絮凝效果相当。设计了FeCl3-HCl体系钢铁除锈剂的除锈—再生循环系统。并就系统的每部分反应,设计出相应所需的设备。除锈槽：规格为3×2×1m,以玻璃钢作为该槽的衬里,外壳用混凝土来制成；左侧设有空气通入口；氧化釜：规格为Φ2×2.5m,釜体选用玻璃钢材料。氧化釜为密闭系统,顶部设有空气通入口、双氧水加入口及挥发HCl气体排出口；反应罐：规格为Φ2×2.5m,采用玻璃钢作为该槽的衬里。絮凝剂槽加有保温层及搅拌装置。本除锈循环系统的设计,一方面克服了高浓度盐酸的挥发性所造成的损害,另一方面,对于除锈后的失效废液能够合理地利用,大大降低了钢铁除锈的成本且能变废为宝,控制了废液的排放,有效地避免了污染水质,是一个合理可行、节能减排、资源节约的环境友好型除锈循环系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钢铁材料防护的重要性
• 1.2 钢铁材料的保护涂层
• 1.2.1 热浸镀镀层
• 1.2.2 电镀镀层
• 1.2.3 化学镀镀层
• 1.2.4 热喷涂涂层
• 1.2.5 扩散涂层
• 1.2.6 化学转化膜层
• 1.2.7 非金属涂层
• 1.3 钢铁除锈
• 1.3.1 除锈在钢铁表面防护中的重要性
• 1.3.2 钢材的表面状态
• 1.3.3 钢铁除锈方法
• 1.4 除锈剂废液的处理
• 1.4.1 中和氧化法
• 1.4.2 以废治废法
• 1.4.3 资源化处理方法
• 1.5 课题研究意义及内容
• 1.5.1 研究目的及意义
• 1.5.2 课题的确定与研究内容
• 第2章 试验材料与方法
• 2.1 试验材料及设备
• 2.1.1 基体材料
• 2.1.2 试验试剂及设备
• 2.2 试验方法
• 3-HCl体系钢铁除锈剂最佳配方的研究'>2.2.1 FeCl₃-HCl体系钢铁除锈剂最佳配方的研究
• 2.2.2 除锈废液的再生氧化
• 2.2.3 聚合氯化铁絮凝剂的制备
• 2.3 除锈剂对钢板基体性能影响的评价方法
• 2.3.1 拉伸试验
• 2.3.2 粗糙度检测
• 2.3.3 浊度
• 3—HCl体系除锈循环系统工艺研究'>第3章 FeCl₃—HCl体系除锈循环系统工艺研究
• 3—HCl体系钢铁除锈剂的研究'>3.1 FeCl₃—HCl体系钢铁除锈剂的研究
• 3.1.1 除锈剂范围优化
• 3.1.2 各因素对除锈时间的影响
• 3.1.3 乌洛托品和氯化钠对钢板基体的缓蚀研究
• 3.1.4 验证试验
• 3.1.5 拉伸试验
• 3—HCl体系钢铁除锈剂的研究小结'>3.1.6 FeCl₃—HCl体系钢铁除锈剂的研究小结
• 3.2 除锈废液的再生氧化研究
• 3.2.1 Fe离子测定方法的选择
• 3.2.2 废液离子测定结果
• 3.2.3 除锈废液的再生氧化
• 3.2.4 氧化方式成本评价
• 3.2.5 除锈废液的再生氧化研究小结
• 3.3 聚合氯化铁絮凝剂的制备工艺研究
• 3.3.1 絮凝机理
• 3.3.2 正交试验结果
• 3.3.3 各因素对絮凝效果的影响
• 3.3.4 验证试验
• 3.3.5 聚合氯化铁絮凝剂的制备工艺研究小结
• 3.4 本章小结
• 第4章 循环系统的设计
• 4.1 除锈循环系统的总流程设计
• 4.1.1 除锈循环系统的流程图
• 4.1.2 除锈循环系统的工艺流程说明
• 4.2 除锈槽的设计
• 4.2.1 除锈槽的选材
• 4.2.2 除锈槽的设计图
• 4.3 再生氧化釜的设计
• 4.3.1 再生氧化釜的选材及结构设计
• 4.3.2 再生氧化釜的设计
• 4.4 絮凝剂反应罐的设计
• 4.4.1 反应罐的选材及结构设计
• 4.4.2 反应罐的设计图
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢