Хром и методы его определения

2

Казанский Государственный Технический Университет

им. А.Н. Туполева

Курсовая работа

на тему: «ХРОМ И МЕТОДЫ ЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ»

Выполнил: ст. гр.3572

Боброва М.Г.

Научный руководитель:

Буданов А.Р.

Проверил:

Шамкаева А.И.

Казань 2007

Содержание

Введение

1. Литературный обзор.

1.1. Современное состояние технологической линии

1.2. Характеристика твердых отходов процесса хромирования

1.3. Хром, его физические и химические свойства, хромирование

2. Методы определения

2.1. Титрование сульфатом железа (II) и перманганатом

2.2. Колометрические методы. Хроматный метод

2.3. Метод с дефинилкарбазидом

2.4. Атомно-абсорбционный метод

2.5. Другие методы

3. Теория определения хрома экспериментально. Качественный анализ компонентов твердых отходов процесса хромирования

4. Получение результатов

Выводы

Список литературы

Приложения

Введение

Хромирование начали применять в промышленности с конца двадцатых годов нашего столетия. Этот процесс существенно отличается от большинства других катодных гальванических процессов в силу ряда химических, электрических и технологических особенностей. Несмотря на некоторую свою «необычность», хромирование получило очень широкое распространение. Вряд ли можно назвать другое гальваническое покрытие, обладающее более обширным ассортиментом технически полезных свойств и используемое в более разнообразных областях промышленности. Нельзя забывать так же о том, что шламы гальванических процессов являются основным источником загрязнения почвы, водоемов и сельскохозяйственных угодий. При неэффективной очистке гальваностоков тяжелые металлы попадают в природные водоемы, почву и по пищевым цепям доходят до человека. Аналогичная ситуация возникает при выщелачивании тяжелых металлов кислотными дождями и природными органическими кислотами из шламов в местах их захоронений. Таким образом, круг замыкается, и растворы солей тяжелых металлов в конечном итоге попадают в водоемы.

В настоящее время гальванические производства имеют практически все предприятия машиностроительной, электротехнической и других отраслей промышленности России. Переработка гальванических шламов для предприятий обременительна, поэтому после нейтрализации (перевода в менее растворимые соединения) направляются на захоронение. Однако это не решает проблемы сохранения окружающей среды. Поскольку и после нейтрализации шламы являются в той или иной степени токсичными. Попадание ионов тяжелых металлов в почву и воду вызывает антропогенные геохимические аномалии в атмосфере, гидросфере, приводит к ослаблению жизнедеятельности почвенных бактерий, определяющих плодородие почвы, оказывает вредное воздействие на живые организмы растительного и животного мира. В частности хром является весьма канцерогенным веществом, вызывающий опухолевые процессы.

В последнее время установлено, что ионы тяжелых металлов нарушают работу кальмодумина - основного регулятора процессов жизнедеятельности организма, в результате чего развиваются наследственные болезни, сердечно-сосудистые расстройства, рак и др.

К концу ХХ века из ежегодно образовывающихся в России более чем 20 млн. тонн неутилизируемых высокотоксичных промышленных отходов 0,75 млн. тонн составили гальваношламы.

Несмотря на значительное снижение объемов гальванического производства в последние годы, которое по некоторым оценкам достигло 40-50 %, проблема утилизации гальванических шламов и сточных вод гальванического производства остается для Российской Федерации одной из наиболее важных.

Задача: определить качественный состав компонентов твердожидких отходов гальванического производства процесса хромирования.

1. Литературный обзор

1.1 Современное состояние технологической линии хромирования

Современные сложные технологические производства во всех отраслях промышленности широко используют различные гальванические процессы. Находят применение такие процессы, как нанесение покрытий, травление, электрохимические методы размерной обработки, обезжиривание и др. Реализация гальванических процессов осуществляется в ваннах, или в среде проточного электролита. В процессе эксплуатации рабочие жидкости интенсивно загрязняются продуктами электролиза в виде шлама, ионами тяжелых металлов, жировыми загрязнениями после промывочных операций.

Электрохимический процесс хромирования происходит в несколько стадий. Первоначально стальную деталь химически обезжиривают путем опускания ее в ванну, содержащую смесь растворов определенного количества (см. Приложение). В качестве обезжиривателя выступает вода питьевая. В конце процесса на дне ванны остаются отходы (см. Приложение). Затем производят промывку в горячей проточной воде, после чего производят обезжиривание электрохимическое, также сопровождающееся выделением отходов. По окончании обезжиривания промывают в горячей, затем в холодной проточной воде. Далее - химическая активация, промывка в холодной проточной воде. Затем непосредственно производят электрохимическое хромирование, после чего на дне ванны остаются отходы. Процесс хромирования завершается промывкой в проточной холодной воде, после чего промывают стальную деталь в проточной горячей воде. Далее - производят транспортировку и выгрузку готовых деталей.

Следует отметить, что на предприятии используются устаревшие технологические процессы, и отсутствует сортировка твердо-жидких отходов гальванических производств. Твердо-жидкие отходы, для упрощения далее называемые «твердые отходы гальванического производства», образуются при периодической зачистке ванн каждой гальванической линии (виды ванн и периодичность зачистки приведены в Приложении). При определении количества образования данного вида отходов отсутствует методологический подход к оценке их образования, полный учет их образования и точный анализ состава.

1.2 Характеристика твердых отходов процесса хромирования

В работе анализировались методы определения твердо-жидких отходов гальванических производств с целью оценки качественного состава твердых отходов техпроцесса хромирование. Характеристика технологического процесса приведена в Приложении.

Отходы хранятся на территории цехов в закрытых металлических емкостях по 50 кг каждая. По статистическим данным на КАПО им. С.П. Горбунова за год образуется в среднем 10 т твердых гальванических отходов в год. (Данные не уточняются ввиду того, что отходы с основных ванн технологических процессов не сортируются).

1.3 Хром, его физические и химические свойства, хромирование

Хром - серебристый с голубоватым отливом металл. Атомный вес его 52, удельный вес 7,1 г/см3, температура плавления 1830 оС, электрохимический эквивалент 0,323 г/а-ч, нормальный потенциал 0,55 в.

Благодаря склонности к пассивации хром длительное время сохраняет блеск. Он стоек во влажной атмосфере, к действию щелочей, органических кислот, серы, серной и азотной кислот.

В гальванической паре с железом хром является катодом, несмотря на более электроотрицательный потенциал.

Пассивная пленка, покрывающая хром, сдвигает его потенциал в положительную сторону, а значительная пористость хромовых покрытий вызывает необходимость создания подслоя для защиты стальных изделий.

Хром обладает рядом ценных качеств. Кроме упомянутой уже химической стойкости и способности длительное время сохранять блеск, хрому свойственна высокая твердость, низкий коэффициент трения, значительная жаростойкость. Эти свойства хромовых покрытий делают гальваническое хромирование весьма распространенным видом покрытия, которое практически нельзя заменить другим.

Основные области применения хрома - декоративная защита, повышение износостойкости трущихся деталей, поршневых колец и цилиндров, мерительного и режущего инструмента, коррозионно-стойкие комбинированные покрытия.

Декоративные хромовые покрытия осаждают на предварительно никелированные или омедненные и никелированные покрытия.

Разработаны электролиты, позволяющие непосредственно на стали получать малопористые хромовые покрытия, обладающие защитными и декоративными свойствами. Технология получения комбинированного двухслойного хрома позволяет сочетать в покрытии коррозионно-стойкие и защитные функции.

Хромовые осадки отличаются высокими внутренними напряжениями, поэтому на хромовых покрытиях уже при толщине слоя 0,1 мк образуется сетка мелких трещин. При увеличении толщины хромового покрытия старые трещины перекрываются вновь образовавшимися.

В зависимости от условий хромирования сеть трещин может быть различной. Это свойство хромовых покрытий используют для предания деталям антифрикционных свойств, а также для создания новой технологии получения комбинированного защитно-декоративного никель-хромового покрытия. Хромовые покрытия в 5-8 раз повышают износостойкость стали. Самой высокой износостойкостью отличаются матовые хромовые покрытия, самой низкой - блестящие.

Наибольшее влияние на твердость хромовых покрытий имеет режим электролиза - температура электролита и применяемая плотность тока.

2. Методы определения

Наиболее удовлетворительными 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.

2.1 Титрование сульфатом железа(II) и перманганатом

По нашим данным, наиболее удовлетворительный метод определения хрома заключается в окислении хрома до хромата, введение в раствор отмеренного количества сульфата железа (II) и оттитровывании избытка последнего перманганатом или бихроматом калия. Окисление хрома можно осуществлять в процессе сплавления или соответствующей обработкой кислого раствора. Оба эти метода нашли практическое применение.

Сплавлением с карбонатом натрия и нитратом калия пользуются при определении малых количеств хрома; когда определяют большие количества хрома, лучше применять сплавление с перекисью натрия. В кислом растворе хром можно окислить двуокисью свинца, хлоратом калия, перманганатом калия и персульфатом калия или аммония в присутствии нитрата серебра.

Из этих методов наилучшим является последний. Ниже приводится его подробное описание.

В персульфатном методе присутствие нитрата серебра имеет существенное значение для полного окисления хрома. Нитрат серебра вводят в горячий кислый раствор перед прибавлением персульфата так, чтобы его содержание было не меньше, чем содержание хрома. При чрезмерно высокой концентрации кислоты в растворе достигнуть полного окисления хрома не удается. Наиболее благоприятными условиями является содержание 5-6 мл серной и 1 мл азотной кислот в 100 мл раствора. В присутствии железа и вольфрама целесообразно вводить 3-5 мл сиропообразной фосфорной кислоты, так как она удерживает вольфрам в растворе и, кроме того, обесцвечивая желтую окраску железа (III), делает конечную точку титрования более отчетливой.

Для окисления применяют свежеприготовленный раствор персульфата 95%-ной чистоты. Во всех случаях анализируемый раствор следует кипятить 8-10 минут, чтобы обеспечить полное окисление хрома и разложение избытка персульфата. Марганец при этом окисляется до перманганата или двуокиси марганца, которые также необходимо разрушить до прибавления сульфата железа (II). Для этого, после разложения персульфата кипячением, на каждые 300 мл раствора прибавляют по 5 мл разбавленной (1:3) соляной кислоты и продолжают кипятить до восстановления окисленных соединений марганца, после чего кипятят еще 5 минут для удаления хлора. Если до прибавления соляной кислоты персульфат был полностью разрушен, хромовая кислота при этой обработке не восстанавливается.

Большие количества хрома наиболее целесообразно восстанавливать взвешанным количеством однородных кристаллов соли Мора FeSO4(NH4)2SO4*6H2O. В случае же, когда содержание хрома невелико и особенно когда приходится одновременно проводить большое число определений, удобнее пользоваться разбавленным сернокислым раствором этой соли. В присутствии значительных количеств хрома определение конца титрования несколько затрудняется вследствие зеленой окраски раствора, но соответствующая поправка для конечной точки определяется легко. Все реакции протекают стехиометрически; следовательно, можно пользоваться теоретическими титрами, установленными по оксалату натрия.

Страницы: 1, 2