Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Čištění kovů v solných taveninách
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Čištění kovů v solných taveninách

Pomocí solných lázní lze zpracovávat téměř veškeré druhy kovových materiálů a čistit většinu organických povlaků či odstraňovat zbytky okují, písku, grafitu a skla z kovových dílců. Silný účinek čisticích lázní vede ke snížení doby čisticího procesu, který se ve většině případů pohybuje řádově v minutách, čímž se redukují náklady na energii. Solné lázně mají při dodržení jistých předpokladů neomezenou životnost. Jedním z těchto předpokladů je pravidelné odstraňování odpadových kalů.

Již po několik let je možné pozorovat, jak se při tepelném zpracování železných a neželezných materiálů vedle konvenčních postupů práškové techniky a techniky solných lázní objevují ve stále větší míře další provozní postupy. Sem patří zvláště metody tepelného zpracování v řízené atmosféře a ve vakuu, a rovněž další speciální postupy, používané pro přenášení tepla anebo pro realizaci chemických pochodů. V případě jedné specializované oblasti techniky solných lázní ale odbočka k jiným postupům není možná - jde o řešení vyhraněné problematiky čištění. Skupinu solných lázní pro čistění kovů lze rozdělit do dvou skupin - na taveniny oxidační a taveniny neoxidační.

Oxidační solné taveniny

V oxidačních solných taveninách je možné uskutečňovat následující úkoly čištění:
  • čištění lakovaných konstrukčních dílů, například chybně nalakovaných dílů, dále dílů dopravní techniky, jako jsou háky, rámy a podobně;
  • obnovu určitých agregátů, například dílů motorů a jejich příslušenství, jako olejových chladičů apod.;
  • čištění konstrukčních dílů znečištěných umělou hmotou, např. šneků extruderu, stříkacích trysek či trysek pro přádelny;
  • odstraňování okují ze za studena a za tepla válcovaných ocelových a titanových pásů a také nosníků, plechových tabulí, tyčí a drátů z těchto materiálů;
  • odstraňování okují a skla z dílů z titanu a jeho slitin a rovněž ze superlegur na kobaltové, chromové a niklové bázi;
  • odstraňování okují a skla z tažených nerezových trubek.
Bližší popis provozu a vlastností oxidační taveniny zde uvádíme na příkladu čištění kovových dílců od laků, barev, smaltu a jiných organických povlaků.

Vlastnosti solné taveniny

Pracovní rozsah oxidačních solných tavenin leží mezi 300 až 500 oC. I když jen tento teplotní rozsah je dostatečně vysoký k oddělení organických materiálů, důkladné odstranění veškerých povlaků potřebuje dostatečný přísun kyslíku ze solné taveniny. Oxidační proces se urychluje, popřípadě řídí použitím aktivačních přísad, které kromě jiného omezují chemické napadení základního kovu. Tato aditiva a také obsah oxidačních činidel jsou nastaveny tak, aby bylo možné volit mezi mírným, středním a silným oxidačním účinkem. Aktivita solných lázní se na požadované úrovni udržuje pravidelným odstraňováním odpadových zbytků, doplňováním čerstvé soli a rovněž regenerací vzduchem na povrchu. Pokud jsou uvedené předpoklady naplněny, je životnost oxidační solné taveniny neomezená.
Příznivá pracovní teplota solné lázně a její složení dovolují zpracovávat pomocí oxidačních solných tavenin rozmanité typy základních materiálů, např. vysokolegované oceli, legované a uhlíkaté oceli, litinu, železo, tantal, titan, zirkon, hliník, drahé kovy a měď.

Reakce v solné tavenině

Při zanoření obrobku s organickým nánosem dochází k následující reakci:
(1) C + 2 NaNO3 --> 2 NaNO2 + CO2
Uvolňovaný oxid uhličitý se zčásti přímo rozptyluje do atmosféry, zčásti se váže s alkalickým hydroxidem:
(2) CO2 + 2 NaOH --> Na2CO3 + H2O
Vznikající uhličitan má teplotně podmíněnou rozpustnost v solné tavenině a jeho nadbytek padá do kalů. Zbytky písku a emailů se rozpouštějí v následující reakci :
(3) SiO2 + 2 NaOH --> Na2SiO3 + H2O
Při překročení hranice rozpustnosti se vznikající křemičitany rovněž usazují v kalech.
Těžko rozpustné, nízkohodnotné zbytky okují přecházejí do formy oxidů kovů :
(4) MO + NaNO3 --> NaNO2 + M2O3
Kromě přídavku čerstvé soli se oxidační potenciál solné taveniny zvyšuje stykem soli v povrchové vrstvě lázně se vzdušným kyslíkem, tím se lázeň částečně sama regeneruje :
(5) 0,5 O2 + NaNO2 --> NaNO3
Oblast použití oxidačních solných tavenin je opravdu velmi rozsáhlá a podle uvedených reakcí se odstraňují například tyto organické povlaky: umělé hmoty, jako jsou polymery, popř. polykondenzáty, např. etylenu, propylenu, butylenu, styrenu, vinylchloridu, amidu, kaprolaktanu, a dále vypalované laky a barvy, epoxidové pryskyřice, kalafunové pryskyřice, pryž, měkký a tvrdý chlorkaučuk, petrolejový koks a zbytky písku, skla, okují a smaltu.

Postup čištění

Postup čištění je realizován dílčími kroky:
  1. ponořením do solné taveniny. Proces čištění je podle typu a tloušťky odstraňovaného povlaku dokončen v době od 1 do 15 minut;
  2. ochlazením na vzduchu. Po ukončení reakcí v solné tavenině se čištěný dílec nechá ochladit cca 1 minutu na vzduchu;
  3. ochlazením ve vodě. Rozdíl teplot mezi solnou lázní a ochlazovací vodou by měl být co největší, aby se při ochlazení uvolnil větší podíl ulpěné soli a aby se ušetřil čas u následného mytí;
  4. mytím dílců v teplé vodě, doba mytí se řádově pohybuje v minutách.

Neoxidační solné taveniny

V neoxidačních solných taveninách je možné uskutečňovat následující úkoly čištění:
  • odstraňovat písek, okuje a grafit z litinových konstrukčních dílů;
  • čistit přesně lité díly;
  • odstraňovat smalt z chybně smaltovaných dílů a dílů dopravní techniky;
  • odstraňovat písek a lak z dílů z hliníku a z hliníkových slitin;
  • odstraňovat okuje z nerezových polotovarů (natriumhydridové postupy).
Jako příklad popíšeme proces Durferrit RS 700, kterým se odstraňují zbytky keramických lisovacích forem z povrchu odlitků, zbytky skla ze tkacích trysek z Pt a Rh a zbytky smaltu z ocelových dílů.

Čištění odlitků

Výroba přesných odlitků pomocí metody ztraceného vosku v posledních letech významně vzrostla. Obohacením keramických lisovacích materiálů o oxidy zirkonia bylo možné dále zlepšit kvalitu povrchu a rozměrovou stabilitu odlitků. Nicméně se ukázalo, že je neobyčejně obtížné odstranit z odlitků tyto vysoce pevné částice keramických forem. Konvenční hydroxidové lázně nebyly schopné kompletně odstranit veškeré keramické částice a tryskání ocelovým drobným štěrkem nebylo možné vždy použít, zejména v případech komplikovaných geometrických tvarů, kdy docházelo k poškození povrchu.
V solné lázni Durferrit RS 700 naproti tomu lze odstranit téměř veškeré silikáty a alumináty, jako např. smalt, a také formovací materiály používané při výrobě odlitků, a to bez poškození základních materiálů na bázi oceli nebo železa. Pracovní teplota lázně je 700 oC. Doba zpracování závisí jednak na tloušťce keramické vrstvy, jednak na geometrii dílce, a proto se pohybuje mezi několika minutami až maximálně dvěma hodinami. Po čištění v solné tavenině, které je indikováno zklidněním hladiny lázně, jsou odlitky chlazeny přímo do vody. To zajišťuje, že zbytky solné taveniny jsou odstraněny i z těch nejužších otvorů.
Dílce z nízkolegované oceli jsou na krátkou dobu ponořeny do kyseliny chlorovodíkové nebo sírové, dílce z vysoce legované oceli do kyseliny dusičné a fluoridové, čímž se získá lesklý, kompletně čistý povrch. Následně jsou díly ponořeny opět do vody. Aby bylo zamezeno korozi povrchu, je nutné díly z nízkolegované oceli ještě konzervovat pomocí odvodňovací kapaliny.
Vzhledem k relativně vysoké teplotě zpracování v lázni Durferrit RS 700 není možné touto cestou čistit všechny druhy odlitků. Např. hliníkové slitiny díky své nízké teplotě tání nemohou být čištěny tímto způsobem. Mimoto některé typy korozivzdorných ocelí mohou být při tomto procesu napadány korozí.

Odstranění zbytků skla ze tkacích trysek

Při výrobě skleněného vlákna se doposud osvědčily tkací trysky pouze z materiálů na bázi platiny a rhodia. Při opravě trysek nebo při jejich recyklaci je nutné odstranit zbytky skla, které jsou v jednotlivých kapilárách trysek. Toto čištění bylo nutné provádět pomocí vysoce koncentrované kyseliny fluorovodíkové a doba zpracování se pohybovala ve stovkách hodin.
V lázni Durferrit RS 700 je možné odstranit zbytky skla ze trysek během 10 až 20 minut. Teplota lázně je opět 700 °C. Do dnešní doby není znám jediný případ, kdy by trysky z drahého kovu byly napadeny lázní. Následné zpracování je podobné jako u čištění odlitků. Po zpracování v solné lázni se díly ponoří přímo do vody, která je neutralizována 10% roztokem kyseliny sírové a dále čištěny v čisté vodě.

Odstraňování smaltů

Chybně smaltované díly, např. pračky, vany, pánve atd. jsou ponořeny do lázně Durferrit RS 700 při teplotě 550 °C. Smalt se rozpustí během 3 až 10 minut. Poté jsou citlivé části okamžitě ochlazeny na vzduchu a opatrně omyty vodou. Dále je doporučeno dílce ponořit do zředěné minerální kyseliny, aby byly odstraněny veškeré zbytky solí.

Zařízení pro solné lázně

Firma Durferrit, která pracuje na vývoji solných lázní již více než 75 let, zdokonaluje i pecní zařízení pro solné lázně. Pecní zařízení pro čištění kovů se staví ve zcela zakrytém provedení. Tato zařízení a ochlazovací vodní lázně jsou napojeny na centrální odsávání odpadních plynů nebo jsou opatřeny individuálním čisticím zařízením, např. Venturiho promývačkou. Ochlazovací a oplachové vody s obsahem rozpuštěných solí se zpracovávají pomocí odpařovačky na pevnou formu. Z hlediska životního prostředí jsou uvedená zařízení konstruována tak, aby vyhověla všem evropským standardům v této oblasti.
Firmu Durferrit zastupuje společnost Degussa Praha, která se rovněž ve spolupráci s autorizovanými firmami zabývá likvidací pevných odpadů z čisticích solných lázní. Dle současných zkušeností se cena za jejich likvidaci pohybuje mezi 5 až 10 % vstupních nákladů.
Vzhledem k rozdílným požadavkům jednotlivých provozů jsou čisticí lázně konstruovány takřka na zakázku. Jejich provedení je možné realizovat jako jednorázové nebo jako pracující v kontinuálním režimu ve spolupráci s výrobní linkou. Náklady na vstupní materiály jsou nižší než u jiných postupů, jelikož jejich spotřeba je vzhledem k malým použitým množstvím a malým ztrátám vynášením z lázně nízká. Z hlediska provozu čisticí linky je možné provedení v rozmezí od ručně ovládaného zařízení přes poloautomatický provoz až po plně automatizované ovládání řízené počítačem.

Další články

Technologie pro povrchové úpravy

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky














Sledujte nás na sociálních sítích: