Пинчук С.И., Грещик А.М., Ковзик А.И., Внуков А.А.

Национальная металлургическая академия Украины

Исследование процесса получения железного порошка из отработанных травильных растворов

При термической обработке полуфабрикатов сплавов на основе железа на их поверхности образуется значительный слой окалины, которая в дальнейшем может существенно повлиять на технологические, коррозионные и другие свойства изделий. Поэтому практически весь прокат перед его дальнейшим переделом подвергается очистке. На сегодняшний день наиболее широко используемым способом очистки черного проката от окалины является его химическое травление в концентрированных растворах кислот (серной, соляной) при повышенной температуре [1]. Несмотря на относительную простоту и эффективность такого метода обработки проката он имеет существенный недостаток, который заключается в образовании экологически вредных отработанных растворов, содержащих остатки кислоты и образующуюся при травлении соль железа. Химическая утилизация таких растворов достаточно трудоемка и связана с большими затратами материалов. В связи с этим особую привлекательность приобретает электролизная переработка отработанных травильных растворов, при которой наряду с решением важной экологической проблемы может быть регенерирован исходный травильный раствор, а также получен ценный продукт для производства различных изделий конструкционного назначения методом порошковой металлургии.

В работе исследованы условия образования катодновосстановленного железного порошка из электролитов, по составу соответствующих отработанным сернокислым травильным раствором. Изучено влияние плотности катодного тока, кислотности и температуры электролита на общие закономерности процесса восстановления железа.

Установлена экстремальная зависимость выходов по току металла от плотности тока в пределах 5-100 А/дм², максимальное значение выхода по току металла (≈60%) наблюдается при плотности тока около 50 А/дм². Следует отметить, что структура образовавшегося осадка также претерпевает существенные изменения с плотностью катодного тока. При малых ее значениях (5-10 А/дм²) в основном образуется плотный осадок, хорошо сцепленный с основой. С увеличением плотности тока в области 10-15 А/дм² начинает преобладать порошкообразный осадок, образуются отдельные дендриты, относительно легко разрушающиеся при механическом воздействии. Особо следует отметить, что максимальную дисперсность имеет образующийся металлический порошок при плотности тока 50 А/дм². Вместе с тем чрезмерное повышение плотности тока (80-100 А/дм²) вызывает нежелательный эффект – осадок становится повышенно окисленным, что проявляется в его тёмной окраске; часть осадка трудно удаляется с поверхности катода; уменьшается доля дендритов в осадке; в целом выход по току металла значительно понижается.

Исследование влияния концентрации серной кислоты в базовом исходном растворе (200 г/л FeSO₄) на выходы по току металла показали, что при небольших содержаниях кислоты (около 5 г/л ) наблюдается незначительное увеличение выхода по току металла, что можно связать с увеличением электропроводности электролита и некоторым облегчением процесса восстановления металла. Однако дальнейшее увеличение концентрации кислоты способствует закономерному снижению выхода по току металла, что связывают с увеличением интенсивности выделения водорода [3].

Влиние температуры на кинетические закономерности процесса катодного восстановления ионов металла противоположно влиянию плотности тока [2]. С повышением температуры катодная поляризация уменьшается и осадки становятся более крупнокристаллическими,возрастает и предельная плотность тока. Экспериментальные исследования влияния температуры электролита (200г/л FeSO₄+20г/л Н₂SO₄) на эффективность процесса катодного выделения железного порошка показали незначительное повышение выхода по току металла при увеличении температуры в пределах 20-60⁰С. Такое увеличение выхода по току можно обьяснить возрастанием концентрации ионов у катода вследствии увеличении подвижности ионов в электролите. С учетом изложенного выше целесообразно вести процес катодного извлечения железного порошка из отработанных серокислотных растворов без принудительного внешнего подогрева электролита. Незначительное полезное повышение температуры может быть обеспечено за счет естественного выделения джоулева тепла при прохождении тока через электролит.

Полученные данные будут использованы при дальнейшей разработке промышленой технологии электролизной регенерации отработанных сернокислотных травильных растворов.

Литература:

1. Жетвин Н.П., Раховская Ф.С., Ушаков В.И. Удаление окалины с поверхности металла.- М.: Металлургия, 1964.– 196 с.

2. Левин А.И. Теоретические основы электрохимии.– М.: Металлургия, 1972. – 544 с.

3. Ничипоренко О.С., Помосов А.В., Набойченко С.С. Порошки меди и её сплавов.– М.: Металлургия, 1988.– 206 с.