1.7. Травление катанки
Горячая прокатка медной заготовки сопровождается интенсивным окислением ее поверхности, в результате чего заготовка покрывается очень твердой и хрупкой окалиной.
При горячей прокатке алюминиевой заготовки окалина не образуется, так как алюминий покрыт тонкой и очень прочной окисной пленкой Al2O3, препятствующей дальнейшему процессу окисления.
Волочение медной катанки с окалиной не производится, так как из катанки с окалиной получается проволока неудовлетворительного качества по чистоте поверхности и механическим параметрам. Кроме того, повышается обрывность проволоки, снижается стойкость волочильного инструмента и производительность оборудования.
Основным способом удаления окалины с поверхности медной катанки является травление.
Травление медной катанки производится в водном растворе серной кислоты, содержащей 5–15 % H2SO4, при температуре 40–60 °С. Окалина, состоящая из внутреннего слоя закиси меди Cu2O и наружного слоя окиси меди CuO, быстро растворяется в таком растворе, а медь в этих условиях с серной кислотой не реагирует.
Протравленные бухты катанки промываются холодной водой для удаления остатков кислоты и частиц металла, а затем, с целью полной нейтрализации кислоты, раствором щелочи при температуре 55–60 ºС в течение 2–3 минут (мыльный раствор). Щелочь частично остается на поверхности катанки и благоприятно влияет на процесс волочения.
Обычно производится травление катанки в бухтах, но можно совмещать травление с прокаткой при непрерывном движении катанки.
Оборудование для травления подразделяется на два основных типа: периодического и непрерывного действия.
Установки периодического действия состоят из ряда ванн и подъемно-транспортных механизмов. В таких установках медь, подлежащая травлению, последовательно в течение определенного времени проходит операции травления, промывки, нейтрализации, сушки.
Установки периодического действия применяются в основном для травления пакетов бухт, шин, коллекторной меди. Пакеты заготовок опускаются краном в бак с травильным раствором, подогретым до 40–60 ºC, и остаются там на 30–40 минут до приобретения поверхностью изделий светло-розового или кирпичного цвета. Из травильной ванны катанка краном переносится на площадку для промывки, где струей из брандспойта с нее удаляются остатки травильного раствора и медная пыль. Промывка должна быть тщательной. В конце промывки стекающая с бухт вода должна быть бесцветной. После промывки бухты погружаются в бак нейтрализации, где должен находиться раствор мыла или каустической соды в воде, подогретой до температуры 50–70 ºС.
Установки непрерывного действия предназначены для травления медной катанки в бухтах. Такие установки имеют транспортеры, при помощи которых бухты автоматически перемещаются из ванны в ванну.
Во избежание уменьшения концентрации серной кислоты ванны травления соединены с установкой для регенерации раствора. Происходит постоянный обмен порциями раствора между ванной травления и ванной регенерации, для чего предусмотрено автоматическое регулирование уровней в обеих ваннах.
При выходе из ванны травления бухты промываются холодной проточной водой под давлением. Затем они поступают в ванну нейтрализации, в которой и происходит подогрев бухт, что ускоряет дальнейшую сушку.
Раствор в ванне нейтрализации постоянно обновляется, т.е. часть раствора через сливной штуцер уходит в канализацию, а в ванну добавляется холодная водопроводная вода.
После нейтрализации бухты желательно обдуть подогретым воздухом или паром. Сухие протравленные бухты поступают на приемный стол, где их освобождают от подвески. Затем они идут на склад.
Для приготовления травильного раствора применяется техническая серная кислота с содержанием H2SO4 62–67 %. Травильный бак заполняется водой до половины объема, после чего в него тонкой струей вливается серная кислота. В полученный раствор снова доливается вода с таким расчетом, чтобы полностью был покрыт протравливаемый металл. Концентрация серной кислоты должна быть равна 8–12 %. Раствор подогревается до температуры 50–60 ºС.
Раствор для нейтрализации приготавливается из 40 %-ного хозяйственного мыла и каустической соды. Разведенное мыло и каустическая сода добавляются в бак для нейтрализации 2–3 раза в смену. Кусковое мыло перед загрузкой в бак должно быть растворено в горячей воде.
В процессе травления в растворе накапливаются сернокислые соли меди, которые замедляют реакции растворения окислов и делают раствор непригодным для травления. Его необходимо заменить. На заводах для извлечения меди из растворов используются следующие методы:
1. Электролитический. Извлечение меди ведут путем электролиза травильного раствора после перекачки его в специальную ванну. В ванне находятся медные и свинцовые пластины, к которым подводится постоянный ток. Медная пластина – катод, свинцовая – анод. На катоде осаждается медь, на аноде – кислород. Одновременно с извлечением меди регенерируется (восстанавливается) отработанный раствор, который применяется для повторного использования.
2. Выпаривание. Отработанный раствор перекачивают в бак для выпаривания. Во время нагрева раствор испаряется до насыщения его медным купоросом. Насыщенный раствор перегоняется в баки-кристаллизаторы, в которых при охлаждении выделяется медный купорос. Кристаллизуется купорос на устанавливаемых в баках свинцовых пластинах в течение 3–4 дней.
3. Извлечение меди в виде фольги. Для извлечения меди из растворов применяется барабанный электролизер с нерастворимым анодом. Травильный раствор закачивается насосом в напорный бак, откуда он самотеком поступает в ванну электролизера и из нее обратно в травильную ванну. Медь непрерывно осаждается на вращающемся барабане-катоде. Она отделяется от барабана в виде непрерывной ленты; последовательно проходит через слой воды, концентрированной серной кислоты и снова через слой воды; обмывается струями чистой воды; просушивается горячим воздухом и наматывается на шпулю. Толщина фольги зависит от силы тока и скорости вращения барабана.
Отработанные травильные растворы и промывочные воды перед сливом в канализацию обезвреживаются путем пропускания их через слой извести.
Образующиеся нерастворимые соли извлекаются из нейтрализационных колодцев, а вода сливается в канализацию.
Наличие на поверхности заготовки после травления темных пятен и полос недопустимо, оно является следствием плохого травления, обусловленного следующими причинами:
– не выдержано время травления;
– низка температура травильного раствора;
– травильный раствор содержит много медного купороса.
Смена травильного раствора и чистка ванны производятся по мере выработки травильного раствора, но не реже двух раз в месяц.
Содержание H2SO4 контролируется после изготовления нового травильного раствора, а затем периодически в процессе работы. Содержание медного купороса проверяется 1 раз в смену и дополнительно при обнаружении плохого качества травления.