Способ регенерации электролитов на основе водных растворов нитрата и хлорида натрия Российский патент 2017 года по МПК B23H3/10 C25D21/18 C02F101/22 

Предлагаемое изобретение относится к области электрокоагуляционной регенерации электролитов на основе водных растворов нитрата и хлорида натрия, содержащих шестивалентные ионы хрома, и может быть использовано в процессе электрохимической обработки лопаток газотурбинных двигателей.

Одним из важных современных требований по защите окружающей среды от вредных выбросов производства при электрохимической обработке (ЭХО) является обеспечение экологической чистоты электролита, что требует проведения мероприятий по регенерации электролита: обезвреживания от токсичных элементов и удаления накопившегося шлама.

В процессе ЭХО лопаток газотурбинных двигателей, изготовляемых из высоколегированных сталей, металлы, легирующие сталь, переходят в электролит с образованием хромат-ионов, не образующих осадка.

Хромат-ионы по токсичности относятся к 1-му классу опасности. По мере ЭХО хромат-ионы накапливаются в электролите и превышают допустимые санитарные нормы. Кроме того, в электролите накапливается шлам, который ухудшает качестзо поверхности обрабатываемого сплава. Поэтому необходим перевод токсичного шестивалентного хрома в трехвалентную форму с непрерывным удалением шлама.

Известен способ регенерации для многократного использования электролита при ЭХО деталей, изготовленных из никеля, железа и хрома, в котором неводный раствор, состоящий из щавелевой и сильной кислоты, растворенной в смеси бензилового спирта и три-н-бутил-фосфата, представляет собой носитель, в котором уменьшение содержания хромата водного раствора, используемого в ЭХО, ускоряется до величин, аналогичных в случае неорганических восстановителей. Последующее разделение фаз приводит к экстракции продуктов окисления, в то время как продукты восстановления, растворенные в водной фазе, удаляют с помощью щелочного кондиционирования, что позволяет удалить ионы шестивалентного хрома, чтобы получить многоразовый электролит [1].

Недостатком известного способа является сложность аппаратурного выполнения технологии регенерации электролита, а также необходимость использования нескольких органических реагентов и сильных кислот.

Известен также способ, реализованный в системе приготовления и регенерации электролита электрохимического станка. Способ заключается в последовательности операций растворения твердого электролита, удалении загрязняющих примесей, приготовления электролита необходимой концентрации, подготовки электролита, его хранения, последующей очистки электролита в результате ЭХО и стабилизации физико-химических параметров электролита [2].

Недостатком вышеописанного аналога является неполное удаление токсичных ионов хрома, хорошо растворимых в воде, из отработанного раствора электролита, что не обеспечивает безопасность оператора станка, а также существенно усложняет и удорожает процесс утилизации отходов - шлама и электролита.

В качестве прототипа выбран способ автоматического управления системой подготовки и регенации электролита и устройство для его воплощения, согласно которому осуществляют нейтрализацию токсичных соединений хрома, при этом в первой фазе процесса водородный показатель электролита понижают до значения pH₁, соответствующего кислой среде электролита, оптимальной для проведения реакции, в течение первой фазы процесса впрыскивают кислоту, после достижения текущим значением рН заданного уровня pH₁ производят перемешивание электролита, после чего осуществляют переход ко второй фазе процесса, в течение которой поддерживают значение водородного показателя электролита равным pH₁, после чего контролируют изменение окислительно-восстановительного потенциала, если значение окислительно-восстановительного потенциала начинает увеличиваться, то производят очередной впрыск реагента, нейтрализующего токсичное соединение хрома, далее процесс повторяют до тех пор, пока после очередного впрыска реагента, нейтрализующего токсичное соединение хрома, окислительно-восстановительный потенциал будет оставаться неизменным или уменьшаться в течение достаточно длительного интервала времени, по истечении которого определяется окончание реакции, а в третьей фазе процесса производят увеличение значения водородного показателя электролита до заданного уровня рН₂ добавлением в электролит щелочи [3].

Недостатком способа, выбранного в качестве прототипа, является сложность технологического процесса контроля и управления процессом регенерации электролита, использование вспомогательных химических реагентов, нейтрализующих токсичное соединение хрома, а также необходимость добавления щелочи в электролит.

Задачей предлагаемого изобретения является ускорение и упрощение процесса регенерации электролита, а также исключение использования дополнительных химических реагентов.

Поставленная задача решается тем, что в способе регенерации электролитов на основе водных растворов нитрата и хлорида натрия, путем электрокоагуляции электролита, согласно изобретению сначала осуществляют обработку постоянным током прямой полярности при плотности тока 0,4-0,5 А/дм² в течение 5-10 мин, а затем постоянным током обратной полярности при той же продолжительности воздействия и плотности тока.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в значительном снижении концентрации высокотоксичных ионов Cr⁺⁶ в электролите.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, где представлена технологическая схема регенерации электролита согласно предлагаемому изобретению.

Установка для воплощения предлагаемого способа регенерации электролита состоит из емкости для отработанного электролита 1, электрокоагулятора 2, насоса 3, выпрямителя 4 для преобразования переменного напряжения 380 В в постоянное, центрифуги 5 непрерывного действия для удаления шлама из электролита.

Пример

Заполняют емкость объемом 300 л отработанным электролитом на основе водного раствора с концентрацией 5-10% NaNO₃ и 5-10% NaCl со следующими параметрами: рН электролита 7,4, концентрация ионов Cr⁺⁶ 0,2 г/л (10^-3 моль/л), величина ЭДС+0,263 mV (измерена ионометром "Анион 4110").

Затем подключают насос 3 электрокоагулятора 2 типа МУИ ТОСА.306128.010 и заполняют последний отработанным электролитом. После отключения насоса 3 включают выпрямитель 4 типа TEPI-800/24Т-01. Сначала обработку осуществляют постоянным током прямой полярности при плотности тока 0,4-0,5 А/дм² в течение 5-10 минут, а затем - постоянным током обратной полярности при той же продолжительности воздействия и плотности тока.

Конкретные параметры режима обработки электролита указаны в таблице. Образующийся шлам удаляют из электролита с помощью центрифуги 5 непрерывного действия.

Как следует из таблицы:

- с увеличением силы тока возрастает рН электролита;

- с увеличением рН электролита концентрация Cr+6 и величина ЭДС уменьшаются:

- 3-ий опыт является оптимальным для нейтрализации ионов Cr+6, т.е. его концентрация, измеренная титрометрическим методом, равна 0, а остатки ионов Cr+6, измеренные ионометром "Анион 4110", составили 10-8 - 10-9 моль/л. Таким образом, нейтрализацию ионов Cr+6 в электролите необходимо осуществлять в реверсном режиме работы выпрямителя. В результате обработки электролита высокотоксичные ионы Cr⁺⁶ переводятся в нетоксичные ионы Cr⁺³ и удаляются в составе шлама с помощью центрифуги непрерывного действия.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в значительном снижении концентрации высокотоксичных ионов Cr⁺⁶ в электролите.

Источники информации

1. ЕР 2386377 (A1), IPC В23Н 3/10 C25D 21/16 Method of getting reusable electrolyte from electrochemical machining of parts made up of nickel, iron and chromium.

2. Седыкин Ф.В., Дмитриев Л.Б., Иванов Н.И. и др. Оборудование для размерной электрохимической обработки деталей машин. - М., Машиностроение, 1980 - С. 161, 162.

3. Патент РФ №2471594 МКИ В23Н 1/10 C25D 21/18

Предлагаемое изобретение относится к области электрокоагуляционной регенерации электролитов на основе водных растворов нитрата и хлорида натрия, содержащих шестивалентные ионы хрома, и может быть использовано в процессе электрохимической обработки лопаток газотурбинных двигателей. Способ регенерации электролита на основе водного раствора нитрата и хлорида натрия, используемого при электрохимической обработке лопаток газотурбинного двигателя, изготовленных из высоколегированных сталей, включает электрокоагуляцию электролита, при которой сначала осуществляют обработку электролита постоянным током прямой полярности при плотности тока 0,4-0,5 А/дм² в течение 5-10 минут, а затем постоянным током обратной полярности при той же плотности тока и продолжительности воздействия, причем в процессе обработки образующийся шлам удаляют из электролита. Изобретение обеспечивает значительное снижение концентрации высокотоксичных ионов шестивалентного хрома в электролите. 1 ил., 1 табл.

Способ регенерации электролита на основе водного раствора нитрата и хлорида натрия, используемого при электрохимической обработке лопаток газотурбинного двигателя, изготовленных из высоколегированных сталей, включающий электрокоагуляцию электролита, при которой сначала осуществляют обработку электролита постоянным током прямой полярности при плотности тока 0,4-0,5 А/дм² в течение 5-10 минут, а затем постоянным током обратной полярности при той же плотности тока и продолжительности воздействия, причем в процессе обработки образующийся шлам удаляют из электролита.