Способы очистки металлов от примесей

Значение РАФИНИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОВ в Большой советской энциклопедии, БСЭ

металлов, очистка первичных (черновых) металлов от примесей. Черновые металлы, получаемые из сырья, содержат 96-99% основного металла, остальное приходится на примеси. Такие металлы не могут использоваться промышленностью из-за низких физико-химических и механических свойств. Примеси, содержащиеся в черновых металлах, могут представлять самостоятельную ценность. Так, стоимость золота и серебра, извлекаемых из меди, полностью окупает все затраты на Р. Различают 3 основных метода Р.: пирометаллургический, электролитический и химический. В основе всех методов лежит различие свойств разделяемых элементов: температур плавления, плотности, электроотрицательности и т.д. Для получения чистых металлов нередко используют последовательно несколько методов Р.

Пирометаллургическое рафинирование, осуществляемое при высокой температуре в расплавах, имеет ряд разновидностей. Окислительное Р. основано на способности некоторых примесей образовывать с О, S, Cl, F более прочные соединения, чем соединения основного металла с теми же элементами. Способ применяется, например, для очистки Cu, Pb, Zn, Sn. Так, при продувке жидкой меди воздухом примеси Fe, Ni, Zn, Pb, Sb, As, Sn, имеющие большее сродство к кислороду, чем Cu, образуют окислы, которые всплывают на поверхность ванны и удаляются. Ликвационное разделение основано на различии температур плавления и плотностей компонентов, составляющих сплав, и на малой их взаимной растворимости. Например, при охлаждении жидкого чернового свинца из него при определённых температурах выделяются кристаллы Cu (т. н. шликеры), которые вследствие меньшей плотности всплывают на поверхность и удаляются. Способ применяется для очистки чернового свинца от Cu, Ag, Au, Bi, очистки чернового цинка от Fe, Cu, Pb, при Р. Sn и др. металлов. При фракционной перекристаллизации используется различие в растворимости примесей металла в твёрдой и жидкой фазах с учётом медленной диффузии примесей в твёрдой фазе. Способ применяется в производстве полупроводниковых материалов и для получения металлов высокой чистоты (например, зонная плавка , плазменная металлургия , вытягивание монокристаллов из расплава, направленная кристаллизация). В основе ректификации, или дистилляции, лежит различие в температурах кипения основного металла и примеси. Р. осуществляется в форме непрерывного противоточного процесса, в котором операции возгонки и конденсации удаляемых фракций многократно повторяются. Использование вакуума позволяет заметно ускорить Р. Способ применяется при очистке Zn от Cd, Pb от Zn, при разделении Al и Mg, в металлургии Ti и др. процессах. Вакуумная фильтрация жидкого металла через керамические фильтры (например, в металлургии Sn) позволяет удалить взвешенные в нём твёрдые примеси. При Р. стали в ковше жидкими синтетическими шлаками поверхность контакта между металлом и шлаком в результате их перемешивания значительно больше, чем при проведении рафинировочных процессов в плавильном агрегате; благодаря этому резко повышается интенсивность протекания десульфурации , дефосфорации , раскисления металлов , очищения его от неметаллических включений. Р. стали продувкой расплава инертными газами используется для удаления из металла взвешенных частиц шлака или твёрдых окислов, прилипающих к пузырькам газа и флотируемых на поверхность расплава.

Электролитическое рафинирование, представляющее собой электролиз водных растворов или солевых расплавов, позволяет получать металлы высокой чистоты. Применяется для глубокой очистки большинства цветных металлов.

Электролитическое Р. с растворимыми состоит в анодном растворении очищаемых металлов и осаждении на катоде чистых металлов в результате приобретения ионами основного металла электронов внешней цепи. Разделение металлов под действием электролиза возможно вследствие различия электрохимических потенциалов примесей и основного металла. Например, нормальный электродный потенциал Cu относительно водородного электрода сравнения, принятого за нуль, + 0,346, у Au и Ag эта величина имеет большее положительное значение, a y Ni, Fe, Zn, Mn, Pb, Sn, Co нормальный электродный потенциал отрицателен. При электролизе медь осаждается на катоде, благородные металлы, не растворяясь, оседают на дно электролитной ванны в виде шлама, а металлы, обладающие отрицательным электродным потенциалом, накапливаются в электролите, который периодически очищают. Иногда (например, в гидрометаллургии Zn) используют электролитическое Р. с нерастворимыми анодами. Основной металл находится в растворе, предварительно тщательно очищенном от примесей, и в результате электролиза осаждается в компактном виде на катоде.

Химическое рафинирование основано на различной растворимости металла и примесей в растворах кислот или щелочей. Примеси, постепенно накапливающиеся в растворе, выделяются из него химическим. путём ( гидролиз , цементация , образование труднорастворимых соединений, очистка с помощью экстракции или ионного обмена ). Примером химического Р. может служить аффинаж благородных металлов. Р. Au производят в кипящей серной или азотной кислоте. Примеси Cu, Ag и др. металлов растворяются, а очищенное золото остаётся в нерастворимом осадке.

Лит.: Пазухин В. А. , Фишер А. Я., Разделение и рафинирование металлов в вакууме, М., 1969; Сучков А. Б., Электролитическое рафинирование в расплавленных средах, М., 1970; Рафинирование стали синтетическими шлаками, 2 изд., М., 1970.

Источник

Инновационные механические способы очистки металлов для судостроения и судоремонта

Возможно, Вы слышали, или уже работали, с игольчатыми инерционными щетками (Bristle Blasters (1), пучковыми корщетками, портативными дробемётными машинками (Blastrac)(2), химическими преобразующими средствами в портативной таре и пр. Возрастающая популярность таких технологий обусловлена потребностью в мобильных и ресурсоэкономичных решениях для удаления коррозии и окалины, как в зарубежных странах (США, Голландия, Германия, Кипр, Китай, Южная Корея), так и в России.

Барабан, НТО

Как правило, «новое дыхание» в старые методы и развитие новых решений осуществляют иностранные компании, нашедшие финансовые ресурсы на собственные разработки. Успех проектов, на наш взгляд, кроется не только в деньгах, но и в желании самих заказчиков внедрять инновационные подходы к решению задач, в смелости перед экспериментами и, конечно, в готовности исполнителей беречь ресурсы собственников предприятий без потерь в качестве. Общие результаты симбиоза инноваторов с крупным бизнесом видны повсюду -– но лидеры машиностроения и новшеств в производстве редко имеют истоки в пределах границ Российской Федерации.

Поэтому «Барабан НТО» предлагает разработанную специалистами компании инновационную технологию для тех российских компаний, которые не нашли решений для выполнения своих задач, и при этом стремящихся оптимизировать затраты на существующие процессы очистки металлов перед покраской в производстве. Представляемые установки разрабатываются для предприятий, работающих в области судостроения, судоремонта, трубопроводной отрасли, металлообрабатывающих предприятий.

Задачи, для которых предназначены устройства «Барабан», охватывают любую сферу промышленности, работающую с металлом, — удаление старой краски, ржавчины, окалины, зачистка сварных швов, создание неоднородности поверхности. При полном отсутствии ограничений в габаритах чистящего устройства (от 5 см и до бесконечности) с возможностью изготовления под заказ, эта технология позволят оптимизировать сразу несколько производственных процессов.

Сущность технологии заключается в ударно-импульсном воздействии на обрабатываемую поверхность. Очищающие элементы особой формы изготавливаются из упрочненного металла и устанавливаются на осях внутри барабана, производящего очистку поверхности. В процессе при соударении с поверхностью они производят скол, наклеп и продолжают своё движение на оси очищающего барабана.

Может показаться, что принцип работ похож на шарошечные машины, но здесь стоит сразу обозначить существенные отличия. Форма ударного элемента в применяемой установке выполнена таким образом, что машина представляет собой скорее «щетку», чем «шарошку». Это позволяет машинам стать легче по металлоемкости, работать на высоких скоростях и при этом эффективнее справляться с чисткой поверхности.

Элементы по существу являются абразивом, но не имеющим свободного разброса, как у дробеметов. Они позволяют регулировать степень шероховатости, глубину скола и наклепа. Как следствие, аппараты имеют множество преимуществ перед аналогами:
? в 2-10 раз меньшую себестоимость;
? в 5?10 раз ниже металлоемкость;
? потребление электроэнергии в 5? 10 раз ниже;
? отсутствие пылевого облака;
? мобильность;
? отсутствие необходимости в сжатом воздухе, песке и дроби.

Различные вариации скорости вращения, формы и веса очищающих элементов позволяют:

• достигать степени очистки Sа/St 2; 2.5; З.
• создавать шероховатость в диапазоне 50 ? 500 микрон;
• удалять микротрещины до 5ОО микрон.
• обрабатывать плоские, овальные и круглые поверхности.

Результаты сравнительных испытаний в лаборатории ВНИИ Автогенмаш (г. Москва) на адгезию при сопоставлении с дробеструйной обработкой были выше на

15% прочности на отрыв. Реализация устройств для решения задач на производстве может быть представлена в виде:

Легкого ручного инструмента (в виде насадок на УШМ в том числе). Для зачистки сварных швов, локальной зачистки металла. Производительность — 5?30 кв.м/час, мощность 1?3 КВт.



Барабан, НТО

Промышленных мобильных установок для обязательных работ по металлу производительностью 20?80 кв.м/час, мощностью 3?5 КВт. И в том числе с магнитной тягой для работы по вертикалям и с дистанционным управлением.

1. Стационарных устройств для потоковой очистки металла, производительностью 100?20000 кв.м.в час, мощностью 5?30 квт. Для очистки труб, листового металла и т.п.

«Барабан НТО» сегодня — это небольшая компания-новатор, готовая на большие свершения в области механической очистки металлов. Но амбиции редко определяют результат, поэтому мы хотим предложить читателям портала Корабел.ру самим обозначить необходимые для решения задачи, требующие инновационного решения через новую технологию.

Возможно, Вы подскажете нам, для какой области актуальны наши установки? Может быть, Вы готовы опробовать новую технологию на своем производстве? Мы в свою очередь можем гарантировать как минимум удобство и компактность устройств, а в идеале существенную разницу в себестоимости очистки в сравнении с популярными методами.

Источник

Способы очистки металла

Очистка металла

Наиболее используемыми способами предварительной обработки металла являются: очистка ручным инструментом, механическая очистка, абразивоструйная очистка.

Очистка ручным инструментом

Ручная очистка металла — это метод подготовки металлических поверхностей с помощью ручных инструментов, без применения энергопитания.

Ручную очистку поверхности проводят с использованием обрубочных молотков для скалывания ржавчины и других загрязнений, ручных проволочных щёток, шпателей, скребков, абразивных шкурок, наждака.

Молотки для скалывания применяются для удаления толстого рыхлого слоя ржавчины, чтобы сделать более экономичной абразивную струйную очистку. Обработка молотками часто проводится в сочетании с зачисткой щётками. Обработка такими молотками непригодна для общей подготовки поверхности перед нанесением покрытий.

Очистка ручным инструментом иногда применяется на начальном этапе для предварительной очистки, с целью снятия относительно легко удаляемых загрязнений перед использованием механизированных инструментов.

Очистка механизированным инструментом

Это метод подготовки металлических поверхностей с применением механизированных ручных инструментов, но без использования абразивоструйной очистки.

Механизированную очистку проводят с использованием вращающихся проволочных щёток, машин для зачистки абразивными шкурками, дисков для зачистки абразивными шкурками, абразивных точильных камней, зачистных молотков с электро- или пневмоприводом, игольчатых пистолетов, шлифовальных кругов.

Участки поверхности, недоступные для подобных инструментов, должны подготавливаться вручную.

Перед очисткой ручным и механическим инструментом необходимо удалить скалыванием все толстые слои ржавчины. Видимые масло, смазка и грязь также должны быть удалены.

Очистка механизированным инструментом эффективнее и производительнее очистки ручным инструментом, но по эффективности уступает абразивной струйной очистке.

Абразивоструйная очистка

Сухая абразивоструйная очистка

Сухая абразивоструйная очистка (бластинг) заключается в ударе абразивного потока с высокой кинетической энергией о подготавливаемую поверхность. Подача абразива осуществляется при помощи центробежной силы, сжатого воздуха или эжекции. В воздушно-абразивный поток допускается добавлять небольшое количество воды для устранения пыли.

Абразивная струйная очистка сжатым воздухом

Данная операция осуществляется при подаче абразива в поток воздуха и направлении образующейся воздушно-абразивной смеси с высокой скоростью из сопла на очищаемую поверхность. Абразив может быть впрыснут в воздушный поток из ёмкости, находящейся под давлением, или увлечён этим воздушным потоком в процессе всасывания из ёмкости, не находящейся под давлением. Этим способом очищают поверхности с помощью дробеструйных аппаратов.

Абразивная струйная очистка с впрыскиванием влаги

Этот метод аналогичен абразивной струйной очистке сжатым воздухом с той разницей, что в воздушно-абразивный поток добавляют незначительное количество жидкости (обычно чистую пресную воду), что создает метод струйной очистки, при котором не образуется пыли в диапазоне размера взвешенных частиц менее 50мкм. Расход воды составляет 15-25 л/ч.

Струйная очистка жидкостью под давлением

В поток жидкости (обычно чистой пресной воды) вводят абразив (или смесь абразивов), и этот поток направляют через сопло на очищаемую поверхность. Этот метод основан на воздействии кинетической энергии высоконапорной водяной струи на обрабатываемую поверхность. При этом струя воды позволяет удалять с поверхности загрязнения и отложения любой физической природы и химического состава: ржавчину, консервационные смазки, лакокрасочные покрытия, битум, смолы, нагар, окалину и т.д. Давление воды зависит от типа удаляемых загрязнений, таких как рыхлая ржавчина и окрасочные покрытия со слабым сцеплением.

Как правило, используются следующие методы водной струйной очистки:

• водная струйная очистка высокого давления (70-170 МПа);
• водная струйная очистка сверх высокого давления (свыше 170 МПа).

Гидроструйная очистка при высоком давлении также имеет название «гидроджеттинг». Гидроджеттинг под высоким давлением. (70-170 МПа) позволяет удалить большинство красок и продуктов коррозии. Гидроджеттинг под сверхвысоким давлением (более 170 МПа) применяется для полного удаления всех старых покрытий и ржавчины.

В настоящее время данные технологии активно используются там, где необходимо быстро, качественно и безопасно выполнить работы по очистке и подготовке поверхности металла.

Контроль очищенной поверхности металла

Методы контроля очищенной поверхности перед окраской регламентирует ISO 8502.

• ISO 8502-1 устанавливает метод определения на очищенной поверхности растворимых продуктов коррозии с помощью индикаторной ленты.
• ISO 8502-2 устанавливает метод лабораторного анализа хлоридов в воде, собранной после промывки очищенной поверхности размером 250х100мм.
• ISO 8502-3 устанавливает метод оценки контроля запыленности поверхности с помощью липкой ленты. Запыленность поверхности оценивают в баллах согласно рисунку.
• ISO 8502-4 устанавливает методику оценки вероятности конденсации влаги на очищенной поверхности.
• ISO 8502-5 устанавливает метод определения хлоридов с помощью индикаторной трубки.
• ISO 8502-6 приводит метод Брестле по отбору растворимых загрязнений с очищенной поверхности.

Очистка поверхности металла

Для удаления старых красок, лакокрасочных покрытий, лаков, затвердевших шпатлёвок и других материалов рекомендуется использовать специальные смывки и обезжириватели металла:

Подготовка поверхности металла под окраску наряду с качеством используемых лакокрасочных материалов определяет качество получаемого покрытия и его долговечность. Даже при использовании высококачественных лакокрасочных материалов прочное покрытие можно получить только при безукоризненной подготовке поверхности.

Подробную информацию о подготовке поверхности металла к окраске (очистка поверхности металла, смывки и обезжириватели, подготовка поверхности металла) Вы можете узнать на страницах нашего сайта.

Источник