На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Экспресс-анализ сточных вод,содержащих ионы хрома гальванического производства

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 23.06.2012. Сдан: 2011. Страниц: 16. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


                Содержание 

  Стр.
Введение  3
Глава I. Аналитический обзор литературных источников  
      Типы сточных  вод
5
      Загрязнения сточных вод тяжелыми металлами (Cr(III),Cr(VI))
7
      Источники поступления Cr в сточные воды
9
      Токсичность хрома
10
Глава II. Гальваническое производство как основной источник образования хрома  
      Экология  гальванических производств
12
      Хромирование
14
      Методы определения Cr
21
Глава III. Пробоотбор и пробоподготовка 27
Глава IV. Экспериментальная часть 32
Выводы  34
Заключение  35
Литература  36
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
      Введение
      Вода - самое распространенное неорганическое соединение на нашей планете.
      Вода- основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода. В естественном состоянии вода никогда не свободна от примесей. В ней растворены различные  газы и соли, находятся взвешенные твердые частички. Под загрязнением водоемов понимается снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них  вредных веществ.
        Основные загрязнители воды:
    нефть и нефтепродукты.
      Нефть может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах  залегания. Но основные источники загрязнения  связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.
    тяжелые металлы.
      Например: ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец; радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм.
      Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях  приводят к сильному загрязнению  водоемов вредными соединениями.
      Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при  обработке водоемов для борьбы с  вредителями, поступления в водоемы  воды, стекающей с поверхности  обработанных сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоемы отходов  предприятий- производителей, а также  в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.
    тепловое загрязнение.
      Электростанции, промышленные предприятия часто  сбрасывают подогретую воду в водоем. Это приводит к повышению в  нем температуры воды. С повышением температуры в водоеме уменьшается  количество кислорода, увеличивается  токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие.
      В загрязненной воде с повышением температуры  начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в  питьевую воду, они могут вызвать  вспышки различных заболеваний.
      В ряде регионов важным источником пресной  воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многие источники подземной воды также подвергаются загрязнению. Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды.
      Основными ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство. Наиболее водоемкие  отрасли промышленности - горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них  уходит до 70% всей воды, затрачиваемой  в промышленности. Главный же потребитель  пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80% всей пресной  воды.
      Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, еще недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения планеты.
      Вмешательство человека в природные процессы затронуло  даже крупные реки (такие, как Волга, Дон, Днепр), изменив в сторону  уменьшения объемы переносимых водных масс (сток рек). Используемая в сельском хозяйстве вода по большей части  расходуется на испарение и образование  растительной биомассы и, следовательно, не возвращается в реки. Уже сейчас в наиболее обжитых районах страны сток рек сократился на 8% , а у  таких рек, как Дон, Терек, Урал –  на 11-20%. Ограниченные запасы пресной  воды еще больше сокращаются из-за их загрязнения. Главную опасность  представляют сточные воды.
      Сточные воды - это воды, загрязнённые бытовыми отбросами и производственными отходами и удаляемые с территорий населённых мест и промышленных предприятий системами канализации. К сточным водам относят также воды, образующиеся в результате выпадения атмосферных осадков в пределах территорий населённых пунктов и промышленных объектов. Содержащиеся в сточных водах органические вещества, попадая в значительных количествах в водоёмы или скапливаясь в почве, могут быстро загнивать и ухудшать санитарное состояние водоёмов и атмосферы, способствуя распространению различных заболеваний. Поэтому вопросы очистки, обезвреживания и утилизации сточных вод являются неотъемлемой частью проблемы охраны природы, оздоровления окружающей человека среды и обеспечения санитарного благоустройства городов и других населённых мест. 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Глава I. Аналитический обзор литературных источников
      Типы сточных вод

              В зависимости от происхождения, состава и качественных характеристик загрязнений (примесей)  сточные воды  подразделяются на 3 основных категории: бытовые (хозяйственно-фекальные), производственные (промышленные) и атмосферные. К бытовым относятся воды от кухонь, туалетных комнат, душевых, бань, прачечных, столовых, больниц, а также хозяйственные воды, образующиеся при мытье помещений. Они поступают как от жилых и общественных зданий, так и от бытовых помещений промышленных предприятий. По природе загрязнений они могут быть фекальные, загрязненные в основном физиологическими отбросами, и хозяйственные, загрязненные всякого рода хозяйственными отходами.       К производственным сточным водам относятся воды, использованные в технологическом процессе, не отвечающие более требованиям, которые предъявляются к их качеству, и подлежащие удалению с территории предприятий. Сюда относятся также воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых (угля, нефти, руды и др.).
      Дождевые  воды образуются в результате выпадения атмосферных осадков. Их подразделяют на дождевые и талые, получающиеся от таяния льда и снега. Отличительной особенностью дождевого стока являются его эпизодичность и резкая неравномерность.
      Воды  от мытья и поливки улиц, а также  от фонтанов и дренажей по качественной характеристике загрязняющих примесей близки к дождевым водам и удаляются  совместно с ними.
      Объем сточных вод, отнесенный к единице  времени, называют расходом, выражаемым в м3/сутки, м3/ч, м3/с, л/с.
      Максимальный  расход бытовых вод с 1 га жилой  застройки города в зависимости  от плотности населения колеблется от 0,5 до 2 л/с, или 10 000—25 000 м3/год.
      Для городов европейской части РФ расход дождевого стока в среднем  один раз в году может достигать 100—150 л/с с 1 га, а один раз в 10 лет  — 200—300 л/с с 1 га. Вместе с тем  суммарный за весь год дождевой сток с застроенных территорий не превышает 1500— 2000 м3 с 1 га. Таким образом, в средних условиях европейской территории РФ за год дождевых вод стекает в 7—15 раз меньше, чем бытовых, но максимальные секундные расходы дождевых вод в 50—150 раз больше, чем расходы бытовых вод.
      Сточные воды загрязнены всевозможными примесями  органического и минерального происхождения, которые могут находиться в них  в виде раствора, коллоидов, суспензии  и нерастворимых веществ. Степень  загрязнения сточных вод оценивается  концентрацией, т. е. массой примесей в единице объема в мг/л или г/м3.
      Бытовые сточные воды кроме органических и минеральных примесей содержат биологические примеси, состоящие  из бактерий, в том числе и болезнетворных, а поэтому они потенциально опасны.
      Производственные  сточные воды загрязнены в основном отходами и отбросами производства, представляющими определенную ценность.
      В целях снижения степени загрязненности производственных сточных вод необходимо стремиться к улучшению технологических  процессов на промышленных предприятиях, направленных на уменьшение количества отходов и отбросов, утилизацию их в процессе производства.
      Количественный  и качественный составы минеральных, органических и биологических примесей производственных сточных вод разнообразны и зависят от отрасли промышленности и технологического процесса. В производственных сточных водах некоторых отраслей промышленности могут находиться ядовитые вещества (синильная кислота, фенол, мышьяк, анилин, сероуглерод, соли тяжелых  металлов — меди, свинца, ртути, хрома), а также радиоактивные элементы.
      В зависимости от количества содержащихся примесей производственные сточные  воды подразделяют на загрязненные (грязные) и незагрязненные. Загрязненные сточные  воды перед выпуском в водоем подвергают очистке (освобождают от примесей), незагрязненные выпускают в водоем без обработки или повторно используют в производстве.
      Дождевые  воды при выпадении насыщаются растворенными  газами, атмосферной пылью, аэрозолями, а при стекании смывают с поверхности  крыш, внутриквартальных территорий и проездов пыль, мусор, бензин, масла  и другие загрязнения. Дождевые воды, содержащие преимущественно минеральные  загрязнения, менее опасны в санитарном отношении, чем бытовые и загрязненные производственные сточные воды, и  потому их сбрасывают в водоемы без  очистки.
      В атмосферные воды, стекающие с  загрязненных территорий промышленных предприятий, иногда попадают примеси, специфические для данного производства, например химических и нефтеперерабатывающих  заводов, кожевенных предприятий, мясокомбинатов, угольных складов и др. Такие воды следует подвергать очистке.
      Практически при устройстве канализации в  населенных пунктах и на промышленных предприятиях приходится рассчитывать на отвод смеси бытовых и производственных вод или смеси бытовых, производственных и дождевых вод. Состав этой смеси  может быть весьма разнообразным  и зависит от концентрации и характера  загрязнений производственных вод. 
 
 
 
 
 

      
       Загрязнения сточных вод тяжелыми металлами (Cr (III),Cr (VI))
      Термин  тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение этого понятия. В связи с этим количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).
      В работах, посвященных проблемам  загрязнения окружающей природной  среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3. Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.
      Ионы  металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В зависимости  от условий среды (pH, окислительно-восстановительный  потенциал, наличие лигандов) они  существуют в разных степенях окисления  и входят в состав разнообразных  неорганических и металлорганических соединений, которые могут быть истинно  растворенными, коллоидно-дисперсными  или входить в состав минеральных  и органических взвесей.
      Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма разнообразны, что связано  с процессами гидролиза, гидролитической  полимеризации (образованием полиядерных  гидроксокомплексов) и комплексообразования с различными лигандами. Соответственно, как каталитические свойства металлов, так и доступность для водных микроорганизмов зависят от форм существования их в водной экосистеме.
      Многие  металлы образуют довольно прочные  комплексы с органикой; эти комплексы  являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных  водах. Большинство органических комплексов образуются по хелатному циклу и  являются устойчивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяжелых металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной, слабокислой и слабощелочной сред. Поэтому металлорганические комплексы способны мигрировать в природных водах на весьма значительные расстояния. Особенно важно это для маломинерализованных и в первую очередь поверхностных вод, в которых образование других комплексов невозможно.
      Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных  водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и  токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю свободных  и связанных форм металла.
      Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет три следствия:
    может происходить увеличение суммарной концентрации ионов металла за счет перехода его в раствор из донных отложений;
    мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно отличаться от проницаемости гидратированных ионов;
    токсичность металла в результате комплексообразования может сильно измениться.
      Так, хелатные формы Cu, Cd, Hg менее токсичны, нежели свободные ионы. Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю связанных и свободных форм.
      Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами  служат сточные воды гальванических цехов, предприятий горнодобывающей, черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов. Тяжелые металлы входят в состав удобрений и пестицидов и могут попадать в водоемы  вместе со стоком с сельскохозяйственных угодий.
      Повышение концентрации тяжелых металлов в  природных водах часто связано  с другими видами загрязнения, например, с закислением. Выпадение кислотных  осадков способствует снижению значения рН и переходу металлов из сорбированного на минеральных и органических веществах  состояния в свободное. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      
      Источники поступления Cr
      В поверхностные воды соединения трех- и шестивалентного хрома попадают в результате выщелачивания из пород (хромит, крокоит, уваровит и др.). Некоторые  количества поступают в процессе разложения организмов и растений, из почв. Значительные количества могут  поступать в водоемы со сточными водами гальванических цехов, красильных цехов текстильных предприятий, кожевенных заводов и предприятий  химической промышленности. Понижение  концентрации ионов хрома может  наблюдаться в результате потребления  их водными организмами и процессов  адсорбции.
      В поверхностных водах соединения хрома находятся в растворенном и взвешенном состояниях, соотношение  между которыми зависит от состава  вод, температуры, рН раствора. Взвешенные соединения хрома представляют собой  в основном сорбированные соединения хрома. Сорбентами могут быть глины, гидроксид железа, высокодисперсный оседающий карбонат кальция, остатки  растительных и животных организмов. В растворенной форме хром может  находитьсяв виде хроматов и бихроматов. При аэробных условиях Cr(VI) переходит  в Cr(III), соли которого в нейтральной  и щелочной средах гидролизуются  с выделением гидроксида.
      В речных незагрязненных и слабозагрязненных  водах содержание хрома колеблется от нескольких десятых долей микрограмма  в литре до нескольких микрограммов в литре, в загрязненных водоемах оно достигает нескольких десятков и сотен микрограммов в литре. Средняя концентрация в морских  водах - 0.05 мкг/дм3, в подземных водах - обычно в пределах n.10 - n.10мкг/дм3.
      Соединения Cr(VI) и Cr(III) в повышенных количествах  обладают канцерогенными свойствами. Соединения Cr(VI) являются более опасными.
      Содержание  их в водоемах санитарно-бытового использования  не должно превышать ПДКв для Cr(VI) 0.05 мг/дм3, для Cr(III) 0.5 мг/дм3. ПДКвр для Cr(VI) - 0.001 мг/дм3, для Cr(III) - 0.005 мг/дм3 . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      
      Токсичность хрома
      Большинство соединений хрома имеет яркую  окраску самых разных цветов. Название происходит от греч. хромос-цвет, окраска.
      Хром  обнаруживается в растительных и  животных организмах. В организме  взрослого человека содержится примерно 6г Сr (0,1%). В отличие от большинства  микроэлементов уровень хрома в  тканях с возрастом снижается. Легкие - единственный орган, в котором содержание хрома по мере старения возрастает. В различных географических местностях отмечались существенные колебания, что  связано с региональными различиями поступления хрома в организм с пищей. Содержание хрома в пищевых  продуктах существенно колеблется от 0,57 мг/кг в щавеле до 0,01 мг/кг в  рисе.
      Металлический хром нетоксичен, а соединения Сr (III) и Сr (VI) опасны для здоровья. Они  вызывают раздражение кожи, что приводит к дерматитам.
      Соединения  хрома широко используются в различных  отраслях народного хозяйства. Они  применяются в кожевенной и текстильной  промышленностях, используются для  хромирования металлических изделий, для производства спичек, красок, кино и фотопленок. В химической промышленности соединения хрома применяются как  окислители. Ряд соединений хрома  применяется в химических лабораториях в качестве реактивов. Ввиду токсичности  соединений хрома они не применяются  в медицине.
      Из  соединений хрома, применяемых в  различных отраслях народного хозяйства, наиболее ядовитыми являются хроматы  и дихроматы. Причем дихроматы более  ядовиты, чем хроматы. Хроматы и  дихроматы оказывают раздражающее и прожигающее действие на кожу и  слизистые оболочки, вызывая изъявления. При отравлении соединениями хрома  могут наступить понос и кровавая рвота. При поступлении в организм больших количеств пыли, содержащей соединения хрома, развивается пневмония.
      При острых отравлениях соединениями хрома  они накапливаются в печени, почках и эндокринных железах. Соединения хрома выводятся из организма  в основном через почки. В связи  с этим при отравлении указанными соединениями поражаются почки и  слизистые оболочки мочевыводящих  путей.
      При поражении слизистой носа - промывание водой с мылом и смазывание носовых ходов вазелиновой мазью. При упорном кашле - кодеин с содой, дионин. Для купирования приступов  астмы - атропин, платифиллин, адреналин, эфедрин подкожно, эуфиллин в/венно (0,24-0,48г в 20мл 10-20% раствора глюкозы) или внутрь (0,1-0,15г).
      При попадании хрома на поврежденную кожу - немедленное промывание водой (15мин) и наложение повязки с  нейтральной мазью; в глаза - промыть  водой не менее 15 минут, закапать 30% раствор альбуцида, при резких болях - 0,5% раствор дикаина 
      Помимо  специфического токсического действия ионов хрома, его соединения (хромовая кислота и бихроматы) влияют на рыб  косвенно, снижая рН воды. С повышением жесткости воды токсичность хромовых соединений снижается.
      Для рыб и других гидробионтов более  токсичны соединения трехвалентного хрома, чем шестивалентного. Так, сернокислый  хром вызывает гибель колюшки в концентрации 2 мг/л, карася — 4,0 мг/л и окуня  — 7,46 мг/л хрома. Смертельные концентрации хромата и бихромата калия: для  форели — 50, окуня — 75, карпа и  карася — 37,5 — 52 мг/л. Хром аккумулируется в жабрах, печени и почках. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Глава II. Гальваническое производство как основной источник образования хрома.
      2.1. Экология гальванических производств
      Гальваническое  производство является одним из наиболее опасных источников загрязнения  окружающей среды, главным образом  поверхностных и подземных водоемов, ввиду образования большого объёма сточных вод, а также большого количества твердых отходов, особенно от реагентного способа обезвреживания сточных вод.
      Соединения  металлов, выносимые сточными водами гальванического производства, весьма вредно влияют на экосистему водоем–почва–растение–животный мир–человек.
      Они обладают токсическим, канцерогенным (вызывают злокачественные новообразования  — As, Se, Zn, Pd, Cr, Be, Pb, Hg, Co, Ni, Ag, Pt.), мутагенным (могут вызвать изменения наследственности — ZnS), тератогенным (способны вызвать уродства у рождающихся детей — Cd, Pb, As, Co, Al и Li) и аллергенным действием (соединения Cr6+).
      Кроме того, некоторые неорганические соединения оказывают губительное действие на микроорганизмы очистных сооружений, прекращают или замедляют процессы биологической очистки сточных  вод. Токсичные металлы в водоемах губительно действуют на флору и  фауну и тормозят процессы самоочищения водоемов.
      При использовании воды загрязненных водоёмов для орошения цветные металлы  выносятся на поля и концентрируются  в верхнем наиболее плодородном  гумусосодержащем слое почвы, снижая азотфиксирующую  способность почвы и урожайность  сельскохозяйственных культур, и вызывают накопление металлов выше допустимых концентраций в кормах и других продуктах.
      При одновременном присутствии в  сточных водах гальванопроизводства нескольких вредных компонентов  проявляется их совместное, комбинированное  действие на организм человека, теплокровных животных, флору и фауну водоемов, на микрофлору очистных сооружений канализации, выражающееся в синергизме (эффект действия больше простого суммирования); антагонизме (действие нескольких ядов меньше суммированного) и в аддитивности (простое суммирование). Например, кадмий в сочетании с цинком и цианидами  в воде усиливает их действие, мышьяк является антагонистом селена. Нередко  наблюдаются и отступления от этой схемы.
      Для оценки экологической опасности  гальванического производства служит экологический критерий (ЭК), который  определяется как отношение конечной концентрации компонента раствора в  сбрасываемой (очищенной) воде (Скон) к его ПДК в воде рыбохозяйственных водоемов и прямо пропорционально зависит от концентрации компонента в технологическом растворе (С0), кратности разбавления промывными водами выносимого из ванны раствора (q/Q) и обратно пропорционально зависит от степени очистки сточных вод (a):
      
      Чем больше экологический критерий, тем  большую экологическую опасность  представляет тот или иной технологический  раствор, гальванический цех; суммарно по всему гальваническому цеху с  учетом работы очистных сооружений экологический  критерий не должен превышать единицы.
      Представленная  зависимость показывает, что снижение отрицательного воздействия гальванического  производства на окружающую среду достигается  снижением экологической опасности  применяемых растворов и электролитов (С0/ПДК), рационализацией водопотребления (q/Q) и повышением эффективности очистки сточных вод (a).
      Таким образом, при проведении работ по снижению экологической опасности  гальванопроизводства в первую очередь  необходимо проанализировать номенклатуру применяемых растворов и электролитов и по возможности произвести замену токсичных растворов на менее  токсичные либо снизить концентрацию токсичных компонентов в применяемых  растворах. Помимо этилендиамина и  катапина, наибольшей экологической  опасностью обладают ионы тяжелых цветных  металлов. Среди кислотных остатков и лигандов при одинаковой концентрации наибольшей экологической опасностью обладают фторидные, цианидные и  йодидные компоненты, наименьшей - сульфаты, хлориды и нитраты. Аммонийные и  пирофосфатные соединения занимают промежуточное положение.
      При замене растворов и электролитов необходимо учитывать эффективность  очистных сооружений по очистке образующихся при этом стоков.
      Замена  основного иона металла возможна лишь в очень ограниченных случаях, так как это приводит к изменению  качества и свойств покрытия. Так, например, возможны замены: электролитов на основе шестивалентного хрома  на электролиты на основе трехвалентного хрома в случаях тонкослойного  декоративного хромирования; защитно-декоративное или просто декоративное хромирование на блестящее никелирование и  иногда цинкование.
      В то же время снижение концентрации токсичного компонента прямо пропорционально  снижает экологическую опасность  электролита. 
 
 
 
 
 
 
 

      2.2. Хромирование
      Электролитическое хромирование является эффективным  способом увеличения износостойкости  трущихся деталей, защиты их от коррозии, а также способом защитно-декоративной отделки. Значительную экономию дает хромирование при восстановлении изношенных деталей.
      Новым методом в совершенствовании  электролитов является введение в электролит твердых неорганических частиц, которые, включаясь в покрытие, позволяют  изменять его свойства, твердость, жаро- и износостойкость. В качестве добавки  используют карбиды, бориды, нитриды, окислы, сульфиды и другие соединения. Этот метод используют и при покрытии никелем, медью, железом.
      Обычно  различают два основных вида электролитического хромирования:
    Декоративное хромирование
    Твердое хромирование
      При декоративном хромировании слой хрома  наносят на подслой другого металла, чаще всего никеля. При правильном ведении процесса электролитического осаждения никелевый подслой  весьма надежно оберегает сталь  от атмосферной коррозии, тогда как  без него хромовое покрытие постепенно тускнеет. Поэтому обычно для получения  декоративного нетускнеющего покрытия красивого оттенка очень тонкий слой хрома осаждают электролитически поверх никеля. Подобное тонкое хромированное  покрытие обычно бывает пористым, что, однако, никакого вреда не приносит, так как защита обеспечивается лежащим  под ним слоем никеля. Иногда вместо никеля осаждают медь как более дешевый  коррозионностойкий подслой. Практикуют также нанесение двойного слоя: сначала  никеля, а затем меди.
      При твердом хромировании наносят сравнительно толстый слой хрома для того, чтобы  использовать высокую твердость, износостойкость  и малый коэффициент трения хромированного покрытия. В подобных случаях хром обычно осаждают прямо на основной металл без какого-либо промежуточного подслоя.
      Из  раствора, содержащего лишь чистую окись хрома и воду, нельзя успешно  осаждать хром. Качественный осадок получается только тогда, когда в ванне содержатся еще и свободные кислотные  радикалы, которые, действуя как не расходуемые катализаторы, способствуя  осаждению хрома на катоде.
      Ученые  всесторонне изучили вопрос изменения  внешнего вида хромовых осадков, образующихся в стандартной ванне (250 г/л CrО3 и 2,5 г/л SO4), в зависимости от плотности  тока и температуры ванны. Их результаты обобщены на рисунке.
      
      Всю диаграмму можно поделить на четыре области. Область I охватывает низкие температуры  и любую плотность тока. В этом случае осадки получались темноватыми  и тусклыми, при более низких температурах они имели темно-коричневый или  шоколадный оттенок. При высоких  плотностях тока покрытия становились  чешуйчатыми.
      С точки зрения получения блестящих  покрытий наибольший интерес представляет область II. При перемещении слева  направо, т.е. с повышением температуры, осадки становились более блестящими. Максимальный блеск достигался на границе  между областями II и III.
      В области III, т.е. при температурах выше 60° С и плотностях тока больше 45-55 А/дм2, осадки тускнели и постепенно делались матовыми. В области IV хром совершенно не осаждался.
      Процесс хромирования сопровождается интенсивным  выделением кислорода и водорода. Над зеркалом ванны для хромирования всегда стоит туман из капелек  электролита, который раздражает слизистые  оболочки. Поэтому необходимо предусматривать  меры для предотвращения загрязнения  воздуха брызгами электролита в  помещении, в котором производится хромирование.
         Во всех технических электролитах, содержащих хромовую кислоту, важно поддерживать правильное соотношение между концентрациями хромовой кислоты и каталитической добавкой, чтобы обеспечить стабильность условий процесса хромирования. Величину отношения концентрации хромовой кислоты к полной концентрации каталитических кислотных радикалов необходимо поддерживать в пределах от 50:1 до 250:1, лучше всего около 100:1 (концентрации здесь выражены в граммах СrО3, SO4).
      Ванны для хромирования:
      Номер ванны       CrO3, г/л       Катализатор или добавка, г/л       Температура, 0С       Плотность тока, А/дм2       Выход по току, %
      1       250       2,5 H2SO4       30-70       15-105       12-20
      2       250       50 CaCO3 
2 сахар 
5 CaSO4
      10-45       15-75       14-34
      Примечание. Ванна  №1 обычная, а № 2 саморегулирующаяся.
      Усовершенствованием в технологии хромирования является внедрение саморегулирующейся (самокорректирующейся) скоростной ванны для хромирования, относящейся к категории стандартных  электролитов с концентрацией СrО3 в пределах 200-300 г/л, но с катализатором  в виде кремнефтористых соединений, которые имеют ограниченную растворимость  в электролите и вводятся в  избыточной концентрации, чем достигается  автоматическое регулирование состава  ванны. Ванна подобная этой показана в таблице.
      В ваннах для хромирования с хромовой кислотой почти всегда применяют  нерастворимые свинцовые аноды. Возникающая на них пленка перекиси свинца выполняет полезную функцию  по окислению непрерывно образующегося  в ванне трехвалентного хрома  до хромовой кислоты, благодаря чему обеспечивается необходимое понижение  концентрации трехвалентного хрома  в электролите. Изготовлять аноды  из чистого свинца не рекомендуется, так как электролит разъедает  чистый свинец с образованием хромата  свинца в виде шлама. Для производства анодов лучше применять сплав  свинца с сурьмой, обладающий и большей  прочностью, и повышенным сопротивлением коррозии. Из существующих материалов наиболее пригодными для анодов считают  сплав свинца с 7% Sn. В отдельных  случаях, когда требуется прочная  и жесткая конструкция анодов, их делают из железа, но их длительное употребление приводит к накоплению железа в ванне. Чистое железо противостоит коррозии гораздо лучше мягкой стали, однако железные аноды рекомендуется  освинцовывать.
      В процессе хромирования электролит загрязняется примесями железа, меди, цинка, натрия и образующихся трехвалентных ионов  хрома. Образованию трехвалентных  ионов хрома способствует большая  величина отношения площади катода к площади анода. Поэтому концентрацию таких ионов можно снизить  установкой больших анодов или периодической  работой ванны с небольшой  катодной площадью. Загрязнение другими  металлическими катионами вредно повышает электрическое сопротивление ванны, но незначительные их примеси допустимы.
      Недостаток  ванн для хромирования состоит в  том, что они обладают слабой рассеивающей способностью, вследствие чего для  нанесения покрытий необходимо использовать специальные приемы позволяющие  хромировать детали равномерно по всей поверхности. Подробности здесь.
          При декоративном хромировании толщина покрытия, как правило, не должна превышать 0,0003-0,0005 мм, для осаждения которого при нормальных условиях требуется около 2-4 мин. По утверждению ученых, подобные тонкие покрытия, несмотря на свою пористость, выгоднее толстых осадков, так как с утолщением слоя хрома в покрытиях начинают образовываться внутренние напряжения. Когда толщина покрытия превысит 0,0005 мм, в нем могут возникнуть волосные трещины, проникающие до основного металла. В подобных случаях толстое покрытие по своему сопротивлению коррозии уступает тонкому покрытию.
      Пористость  хромированного покрытия можно обнаружить погружением образца на 2 мин в  качестве катода в кислую ванну для  меднения под напряжением 2В. В подобных условиях медь осаждается на всех обнаженных участках основного металла.
      Толщину хромированного покрытия определяют, замеряя время, необходимое для  растворения покрытия в подходящем реактиве, который можно приготовить  растворением, например, 20 г окиси  сурьмы в 1 л соляной кислоты плотностью 1,16. Окись сурьмы предотвращает разъедание никелевого подслоя и ускоряет растворение  хрома. Перед погружением в реактив  образец необходимо обезжирить. Через  несколько секунд поверхность образца  начинает покрываться темной пленкой  с образованием газа. Измерив длительность выделения газа, можно определить толщину покрытия, если предварительно провести тарировочные испытания для  покрытий известной толщины при  разных температурах испытания. Следующий  способ можно приспособить для определения  толщины покрытия на маленьком участке  хромированной детали, для чего струю  реактива направляют с определенной высоты на испытуемый участок хромированной  детали. Отметив момент обнажения  подслоя, можно определить толщину  покрытия. Такой прибор тарируют на стандартную мощность струи с  учетом температуры раствора и образца.
      Если  не создавать особых условий в  ванне, то блестящие хромовые покрытия подвержены сильному растрескиванию с  образованием тонкой сетки трещин, легко обнаруживаемой даже при небольшом  увеличении. Связывают образование  трещин с возникновением напряжений при гальваническом осаждении металла. Растрескивание начинается тогда, когда  толщина покрытия достигает приблизительно 0,00025-0,0005 мм. По мере наращивания покрытия первичные трещины прикрываются новым металлом, так что процесс  растрескивания распространяется на всю  толщину осадка.
      
      На  рисунке показан типичный внешний  вид хромированных покрытий. Утверждают, что растрескивание покрытия зависит  в значительной степени от температуры, при которой происходит осаждение  хрома. Как только электролит нагреется  до температуры выше 55°С, количество трещин в осадке уменьшится, а в  матовых покрытиях, осаждаемых при  сильном подогреве электролита, трещин вообще может и не быть.
      Исследователи обнаружили, что осадки, образующиеся при сравнительно высоких температурах, характеризуются хаотической ориентацией  кристаллитов и свободной от внутренних напряжений структурой. И по наблюдениям, при понижении температуры ванны  и повышении плотности тока число  отдельных трещин быстро увеличивается, а сами трещины становятся все  более тонкими.
      Обычно  пористость хромированных покрытий считают недостатком, поскольку  она способствует проникновению  коррозионно-активных веществ. Однако пористость может быть полезна в  подшипниковых материалах, где она  способствует удержанию в порах  смазки. В них образуется как бы запас на случай, когда выходит  из строя система подачи смазочных  веществ. Пористое хромирование применяют  при хромировании поршневых колец  и стаканов цилиндров двигателей внутреннего сгорания. В таких  случаях способность хромированного слоя удерживать смазку играет существенную роль.
      Для формирования точечной (питтинговой) пористости рекомендуется следующий режим: плотность тока 0,35-0,40 А/дм2, температура  электролита около 50°С, величина отношения  СrО3:SО4 от 100:1 до 125:1.
      Образованию сетчатой или каналовой пористости благоприятствуют такие условия: температура ~60° С и отношение СrO3: SО4 в  пределах от 115: 1 до 125:1. Впоследствии поры открывают путем специальной  механической или химической обработки  хромированной поверхности. Химическая обработка охватывает анодное травление  в хромокислой ванне и катодное травление в соляной, сернокислой, фосфорнокислой или щавелевокислой ваннах. Наконец, поверхность подвергают заключительной обработке хонингованием, полированием или лапингованием. Все  эти операции нужно выполнять  с таким расчетом, чтобы при  снятии поверхностного слоя поры и  трещины не затирались. Кроме того, толщина удаляемого слоя металла  не должна превышать глубины пор, образовавшихся при травлении.
           Установлено, что сцепление "твердого" хромового покрытия с основным металлом, обычно со сталью, можно значительно усилить, если твердое покрытие наносить не прямо на такой металл, а на подслой сравнительно мягкого хрома. Для этого в электролите, содержащем какой-нибудь элемент, который стоит в электрохимическом ряду напряжений ниже хрома, осаждают мягкий подслой хрома. Подходящей добавкой служит железо, вводимое в концентрации 20-30 г/л в обычный хромовый электролит, который содержит 250-350 г/л СrО3 с отношением СrO3:SO4 100:1. В такой ванне при 40°С осаждается гораздо более мягкий подслой, чем в стандартном электролите при одинаковых условиях. Такой подслой, характеризующийся превосходным сцеплением с подложкой, образует хорошую основу, на которую впоследствии осаждают слой твердого хрома. Таким способом можно добиться хорошего сцепления хромового покрытия даже с азотированной сталью, считающейся непригодной для хромирования.
           Путем регулирования температуры, концентрации и отношения катализатор/хромовая кислота из электролита можно осаждать тонкие слои хрома, почти не имеющие трещин. Это можно сделать осаждением и из обычной ванны (СrО3, Н2SО4), и из смешанной саморегулирующейся ванны с катализатором.
      Такие хромовые покрытия обладают повышенным сопротивлением механическому удару  и применяются в случаях, где  требуется сочетание сопротивления  коррозии с износостойкостью. Указывают  на взаимосвязь между температурой ванны и концентрацией при  осаждении бестрещинных хромированных  покрытий. При концентрации 250г/л  СrО3 температура ванны должна составлять 55-60°С, а при концентрации 400 г/л  ванну необходимо поддерживать уже  при температуре 45°С.
      Для всех плотностей тока наибольшая твердость  оказывалась на границе между  областями II и III, т.е. там, где осаждаются покрытия с максимальным блеском  и самым упорядоченным расположением  зерен.
      По  другим источникам твердость хрома  зависит от температуры электролита  и плотности тока немного в  другом диапазоне. Характер этой зависимости  приведен на рисунке.
      
      Вопрос  о влиянии состава ванны на твердость хромовых покрытий был  исследован учеными, установившими, что  мягкие и поддающиеся обработке  резанием хромовые осадки, могут осаждаться в стандартной ванне для хромирования (СrО3: SO4) с добавками Fe3+ или Al3+. Одновременного осаждения железа и алюминия с  хромом не прослеживается. Установлено, что покрытие такой же твердости  можно осадить из более простого разбавленного электролита с  составом: 50г/л СrO3 и 0,5г/л SО4.
      Вероятно, что большая твердость электролитического хрома объясняется как измельчением кристаллитов, так и деспергированием гидратированной окиси, а уменьшение твердости при сильном отжиге порождается совокупным действием  рекристаллизации, роста зерен и  сопутствующим укрупнением частиц окиси.
      Различные виды хромированных покрытий имеют  следующие значения твердости: блестящее  и серебристо-матовое - 7500-11000 МПа; молочное - 5400-6000 МПа; серое-3500-4000 МПа; отожженный хром - 3500-4000 МПа. Наиболее твердые хромовые покрытия значительно превышают  по твердости закаленные (5000 МПа) и  азотированные (7500 МПа) стали.
      На  рисунке приведены зависимости  изменения твердости от длительности отжига при различных температурах.
      
      Этот  вопрос имеет важное значение, поскольку  он определяет пригодность хромированных  металлов нести службу при высоких  температурах. Поскольку покрытие наносится  при относительно низкой температуре, взаимной диффузии хрома в основной металл и этого металла в хром не происходит, так что раздел между  ними резко разграничен. Различное  расширение покрытия и основного  металла при нагревании и остывании  локализуется сильнее и поэтому  представляет большую опасность  для такого покрытия, чем тогда, когда  основной металл отделен от покрытия с постепенно изменяющимся составом.
      Пластичность  электролитического хрома существенно  зависит от режима хромирования. Хрупкие  осадки хрома (блестящие и матовые) характерны для низких температур электролита  и высоких плотностей тока. Более  пластичные покрытия получаются при  высоких температурах и низких плотностях тока (молочные осадки). Блестящие, матовые  и молочные осадки хрома переносят  без разрушения упругие деформации основного металла, стали. Но уже  при незначительной пластической деформации блестящие и матовые осадки растрескиваются, в то время когда молочные осадки в этих условиях не разрушаются. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2.3. Методы определения Сr
      Методами определения хрома являются колориметрические и объемный. Объемный метод основан на окисление хрома до хромата, прибавление избыточного количества сульфата железа (II) и титрование избытка последнего перманганатом. Колориметрический метод пригоден для определения малых количеств хрома, какие обычно содержаться в горных породах. При значительном содержании хрома, когда колориметрические методы не применимы, пользуются объемным методом. 

    Титрование  сульфатом железа(II) и перманганатом
    и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.