不锈钢着色老化液及废水的综合回收利用研究

摘要

彩色不锈钢是不锈钢的深加工产品，其中采用铬酐、硫酸为主体的INCO酸性化学着色法是目前最常用的着色工艺。随着着色过程的进行，着色液中六价铬逐渐转化为三价铬，溶液老化而失效。另外，在不锈钢着色过程中会产生一定的含铬废水，如不加以处理，将对环境造成严重的危害。
　　 本论文针对不锈钢着色老化液，开发了以Pb-PbO2为阳极，Pb为阴极的双室隔膜电解槽体系，采用电化学氧化法对老化液进行再生，溶液中三价铬通过电化学氧化成为六价铬，溶液返回不锈钢着色工艺重新使用。论文通过循环伏安法测定了1.0 mol/L H2SO4介质中Cr2(SO4)3在电极上发生电化学氧化的相关参数，探讨了Cr3+电化学氧化为Cr6+的反应机理，并提出了电解过程的传质模型。实验确定老化液再生的最佳工艺为:阴极支持液为5％（wt％）的H2SO4，阳极电流密度为5A/dm2。恒电流电解7.5h，三价铬转化率为25.97％，电流效率为68.45％。
　　 论文考察了再生老化液的回用效果，研究了再生液着色过程的电位-时间曲线及再生液制备的彩色不锈钢的性能。电位-时间曲线测定表明，再生后的着色液可以用与正常液相同的方法来控制着色终点。着色后彩色不锈钢色膜的光亮度、色差测定表明，再生后的着色液其着色能力恢复正常。极化曲线测定表明，再生液着色的不锈钢耐腐蚀性能与正常液相当，二者的自腐蚀电位分别为-0.3319V和-0.3241V，自腐蚀电流密度分别为1.57×10-5A/cm2和1.56×10-5A/cm2。两种溶液着色的不锈钢色膜的耐摩擦性能也基本一致。
　　 采用还原沉淀法处理不锈钢着色过程产生的含铬废水，以Na2SO3为最佳还原剂将Cr6+还原为Cr3+，然后加入NaOH将Cr3+沉淀。采用控制pH值的方法来控制沉淀过程，碱化沉淀铬的反应终点pH为8～9。处理后的水无色澄清，总铬含量为0.44mg/L，远小于国标规定的排放标准。六价铬去除率大于99.97％，总铬回收率为99.98％。Cr(OH)3沉淀溶解后与不锈钢着色老化液一并采用电化学氧化法进行再生，最终回到不锈钢着色流程。

目录

声明

摘要

前言

第一章 文献综述

1．1 彩色不锈钢的性质和用途

1．2 彩色不锈钢的着色方法及研究进展

1．3 不锈钢着色老化液的处理研究进展

1．4 含铬废水的处理方法及研究现状

1．4．1 含铬废水的处理方法

1．4．2 含铬废水及铬渣的综合利用

1．5 论文选题的意义及研究内容

第二章 实验内容与方法

2．1 引言

2．2 实验试剂及仪器

2．2．1 主要试剂

2．2．2 主要仪器

2．3 实验内容

2．3．1 老化液的电化学氧化再生

2．3．2 再生老化液的回用

2．3．3 含铬废水的综合处理

第三章 不锈钢着色老化液的再生工艺研究

3．1 引言

3．1．1 酸性化学法的着色原理

3．1．2 不锈钢着色液老化的原因

3．1．3 老化液的再生工艺研究方案

3．2 电解槽的设计

3．2．1 电解槽设计

3．2．2 电解过程传质模型

3．2．3 电极材料的选择

3．3 电化学氧化再生老化液工艺的确定

3．3．1 电极的选择

3．3．2 电解方式的选择

3．3．3 电流密度的选择

3．3．4 阴极液硫酸浓度的确定

3．3．5 电解时间对电解效果的影响

3．3．6 老化液的电化学氧化再生

3．3．7 阴极液的循环利用研究

3．4 Cr3+电化学氧化生成Cr6+机理探讨

3．5 本章小结

第四章 再生老化液回用着色研究

4．1 引言

4．1．1 不锈钢酸性化学着色过程

4．1．2 酸性化学法色彩控制的方法

4．1．3 再生老化液回用着色研究方案

4．2 再生老化液的回用效果

4．2．1 着色过程的电位-时间曲线

4．2．2 着色时间与颜色

4．2．3 彩色不锈钢表面色膜的光亮度

4．2．4 彩色不锈钢表面色膜的色差

4．2．5 彩色不锈钢的耐腐蚀性能

4．2．6 彩色不锈钢的耐摩擦性能

4．2．7 彩色不锈钢的样品

4．3 本章小结

第五章 含铬废水的综合处理

5．1 引言

5．1．1 含铬废水的来源及处理方法

5．1．2 含铬废水的综合处理研究方案

5．2 含铬废水处理工艺的确定

5．2．1 还原剂的用量

5．2．2 还原剂的选择

5．2．3 pH对含铬废水处理效果的影响

5．2．4 含铬废水处理实验结果

5．3 铬渣回用初探

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果