CN110614254A

CN110614254A - 一种针对复杂污物的复合清洗方法

Info

Publication number: CN110614254A
Application number: CN201910936300.3A
Authority: CN
Inventors: 李剑峰; 熊胜; 王兴; 贾秀杰; 王黎明; 马明亮; 任远
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2019-09-29
Filing date: 2019-09-29
Publication date: 2019-12-27
Anticipated expiration: 2039-09-29
Also published as: CN110614254B

Abstract

本发明涉及一种针对复杂污物的复合清洗方法。具体步骤为：1)将熔盐通过加热炉加热至熔融状态；2)将清洗对象放置步骤1)的熔融盐中进行清洗；3)将步骤2)中的清洗对象取出、于空气中冷却至50℃；4)将步骤3)中冷却后的对象在清水中进行清洗，将其表面凝固的熔盐溶解掉，并于烘干箱中进行快速干燥；5)使用激光将经步骤4)中的干燥对象进行清洗，将其残留的无机污物进行去除。熔盐由NaOH和KOH组成。清除更彻底，而且节约清洗的时间，效率更高。

Description

一种针对复杂污物的复合清洗方法

技术领域

本发明属于除污技术领域，具体涉及一种针对复杂污物的复合清洗方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

报废机械装备的闲置不仅浪费资源，而且占用大量空间。针对大型机械装备，可通过再利用方式使其获得新生，以实现更高效更环保的资源循环。对表面污物的高效高质清洗是再利用中亟需解决的首要问题。

机械装备由于工况恶劣，服役周期长，表面污染厚重且成分，基本以有机污物与无机污物的互相夹杂结构为特点，该类污物主要通过无机成分与基体进行连接，如图1所示。由于有机污物与无机污物的成分在去除机理上的不同，增加了该类复杂污物的去除难度。

机械清洗去除能力强但易损伤基体，存在严重的污染问题，应用时严重受零件表面结构的限制，如喷丸喷砂清洗等；以溶解力为主的清洗剂主要针对有机污物的去除，但清洗过程缓慢能力有限，针对对象单一难以满足成分复杂污物的清洗。在复杂污物的清洗过程中，由于有机和无机污物在清洗过程中的互相干扰作用，使用单一清洗方法无法实现有效清洗。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种针对复杂污物的复合清洗方法。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种针对复杂污物的复合清洗方法，具体步骤为：

1)将熔盐通过加热炉加热至熔融状态；

2)将清洗对象放置步骤1)的熔融盐中进行清洗；

3)将步骤2)中的清洗对象取出、于空气中冷却；

4)将步骤3)中冷却后的对象在清水中进行清洗，将其表面凝固的熔盐溶解掉，并于烘干箱中进行快速干燥；

5)使用激光将经步骤4)中的干燥对象进行清洗，将其残留的无机污物进行去除。

本发明解决了对废旧的机械装备进行表面复杂污物清洗的问题。现有的清洗方法，不能将机械装备表面的污物完全去除。本发明中，通过熔盐的高渗透性，对复杂结构中的有机污物进行高效去除；进而通过激光清洗残留的无机层。通过该复合工艺的实施，解决了有机和无机污物互相干扰带来的清洗难题，同时可获得较高的清洗效率和清洗质量。

在一些实施例中，熔盐由NaOH和KOH组成，NaOH和KOH的质量比为3:7–5:5。该熔盐配方具有高渗透性，而且熔盐的渗透性，不会对设备造成影响。熔盐首先对有机污物进行裂解作用，然后通过渗透使无机层疏松。解决了由于有机和无机污物的互相渗透而产生的干扰作用，单一激光进行清洗不能将复杂污物完全去除的问题。

在一些实施例中，熔盐的熔融温度为160-250℃。加热熔盐，使其处于熔融状态，不仅有助于提高其裂解有机污物的作用，而且温度较高的熔盐，渗透到无机层，使无机层的疏松效果更好。

在一些实施例中，熔盐清洗的时间为4-6min。

废旧的机械装备表面的复杂污物坚硬且厚度较厚，表面的污物分为若干的有机层和无机层，有机层和无机层互相渗透，相互结合，无法彻底利用一种方法进行去除，本发明中，发明人想到，使用先进行有机物的去除，然后进行无机物的去除的顺序进行清洗，使废旧的大型机械装备表面的污物得到较为彻底的去除。

熔盐清洗选择的处理时间考虑到基体的污物厚度和分布特点，解决了彻底去除污物的问题。

在一些实施例中，空冷后的温度为40-60℃。

在一些实施例中，激光处理的方式为激光器，能量密度为4-7.5J/cm²。在一些实施例中，激光处理清洗的次数为2-5次，视表面污染程度而定。结合熔盐清洗的方法，激光的能量密度在4-7.5J/cm²可以在短时间内达到去除机械装备表面污物的作用且几乎不损伤基体材料，相比于单一利用激光进行清洗，时间较短，而且单一利用激光不容易将表面污物进行彻底清洗。相比于单一利用熔盐清洗，能够更有效的去除残留的有机层和大部分的无机层。

第二方面，上述针对复杂污物的复合清洗方法为在钢材质和铸铁材质装备中的应用；优选的，在矿山机械装备掘进机的铲板零部件的表面清洗中的应用，该铲板零部件的材质为Q345C普通碳素结构钢。本发明的复合清洗方法适合清洗常用钢材质和铸铁材质的各类机械装备零部件，比如发动机气门液压挺杆、轴承端盖、铸铁制变速箱壳体等。

本发明的有益效果：

通过本发明复合方法的实施，实现了复杂污物的去除。通过该复合清洗方法的清洗效果与目前最高效的激光清洗进行对比，通过对有机物的预先去除，可显著提高激光清洗中的效率。熔盐高渗透作用能从内部对污染层结构进行破坏，同时对残留无机层进行了疏松处理。

本发明的复合方法相比于其他方法，清除更彻底，而且节约清洗的时间，效率更高。使报废的机械设备能够实现资源的循环利用，通过本发明高效的清洁方法，可以使机械设备更接近于新生产的设备，使设备的利用率更高。而且不损伤设备本身，避免了其他方法在清洗过程中会损伤设备。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1的待清洗对象表面的污物结构图，图中白色代表Fe元素分布，黑色代表C元素分布，灰色代表O元素分布。基体之上污物结构可分为LayerⅠ到LayerⅤ共5层，图1b为图1a的局部放大图。

图2为三种清洗方法的清洗效果对比图。

图3为不同激光能量密度下的单一激光清洗方法和熔盐激光复合清洗方法清洗时间对比图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

步骤1：将NaOH和KOH按照质量比为3:7的比例进行混合。通过加热炉加热至熔融状态，温度为200℃；

步骤2：将清洗对象放置步骤1的熔融盐中进行清洗，清洗的时间为5min；

步骤3：将步骤2中的清洗对象取出，于空气中冷却至50℃；

步骤4：将步骤3中冷却后的对象在清水中进行清洗，将其表面凝固的熔盐溶解掉，并于烘干箱中进行快速干燥；

步骤5：使用激光将经步骤4中的干燥对象进行清洗，能量密度为4J/cm²，将其残留的无机污物进行去除。

实施例2

步骤1：将NaOH和KOH按照质量比为4:6的比例进行混合。通过加热炉加热至熔融状态，温度为250℃；

步骤2：将清洗对象放置步骤1的熔融盐中进行清洗，清洗的时间为4min；

步骤3：将步骤2中的清洗对象取出，于空气中冷却至60℃；

步骤5：使用激光将经步骤4中的干燥对象进行清洗，能量密度为6J/cm²，将其残留的无机污物进行去除。

实施例3

步骤1：将NaOH和KOH按照质量比为5:5的比例进行混合。通过加热炉加热至熔融状态，温度为160℃；

步骤2：将清洗对象放置步骤1的熔融盐中进行清洗，清洗的时间为6min；

步骤3：将步骤2中的清洗对象取出，于空气中冷却至40℃；

步骤5：使用激光将经步骤4中的干燥对象进行清洗，能量密度为7.5J/cm²，将其残留的无机污物进行去除。

对比例1

与实施例1不同的是熔盐为纯NaOH，而不使用KOH。与实施例1相比清洗效果为清洗表面仍残留有污物，因为纯NaOH熔盐的粘度低，渗透性差，难以进入复杂污物内部，故清洗效果差。

对比例2

与实施例1不同的是熔盐熔融的温度为120℃，与实施例1相比清洗效果为清洗表面效果差，因为熔融温度过低，熔盐没有充分进入熔融状态，清洗能力弱。

对比例3

与实施例1不同的是熔盐清洗的时间为8分钟。与实施例1相比清洗效果为清洗表面效果类似，但是清洗表面会出现发蓝发黑的现象，因为熔盐处理时间过长，熔盐与金属基体表面产生了化学反应。

对比例4

与实施例1不同的是激光的能量密度为9J/cm²。与实施例1相比清洗效果为清洗表面效果类似，但是表面会产生基体损伤，生成氧化层，出现发黄的现象。

对比例5

利用单一熔盐的方法进行清洗。熔盐的组成与实施例1相同。与实施例1相比清洗效果为不能将污物全部去除，表面残留锈蚀类无机层污物。

对比例6

与实施例1不同的是先进行激光清洗，然后进行熔盐清洗，与实施例1相比清洗效果为：和只用熔盐清洗效果类似，只能清除机械设备的表面层，不能完全清除表面污物。

如图1所示，基体之上LayerⅠ表示第一层污染物，LayerⅡ表示第二层，LayerⅢ表示第三层，LayerⅣ表示第四层，LayerⅤ表示第五层。可以看到，第一层为疏松的氧化无机层(局部放大图如图1b所示，虽然成像机理显示为黑色，但是其是分布在基体表面的一层，其是铁和氧结合形成的无机氧化层，第一层再往上，黑色和灰色结合分布区域表示的是碳和氧形成的有机氧化层，灰色和白色结合分布的区域表示的是无机氧化层)，再往上第二层，第三层大部分都为铁和氧结合形成的无机氧化层，第四层为大部分为碳和氧结合形成的有机氧化层，第五层一部分为无机层，一部分为有机层。设备表面的污物较厚，且分布较杂，如图1所示较低处厚度为650μm。通过图1可以得到，本发明通过先进行熔盐清洗，再进行激光清洗的方法可以同时清除机械设备表面复杂分布的有机物层和无机物层。

如图2所示，单一的熔盐清洗去污的能力较弱，设备表面残留大量的无机层污物，单一的激光清洗，设备表面残留大量的有机层污物，本发明实施例1的清洗方法，可以充分暴露设备表面，清洗效果较好。

如图3所示，单一激光的清洗方法，随着能量密度的提高，清洗时间下降，但是在6J/cm²之后，清洗时间基本不变，可知，单一激光的方法无法完全去除污物，本发明的实施例1的清洗方法随着激光能量密度的提高，清洗时间逐渐缩短。但当复合清洗方法使用的激光能量密度大于7.5J/cm²之后，激光清洗会对基体材料造成损伤，表面有明显的黄色氧化层出现。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种针对复杂污物的复合清洗方法，其特征在于：具体步骤为：

1)将熔盐通过加热炉加热至熔融状态；

2)将清洗对象放置步骤1)的熔融盐中进行清洗；

3)将步骤2)中的清洗对象取出、于空气中冷却；

2.根据权利要求1所述的熔盐清洗配方，其特征在于：熔盐由NaOH和KOH组成。

3.根据权利要求2述的熔盐清洗配方，其特征在于：NaOH和KOH的质量比为3:7–5:5。

4.根据权利要求1所述的针对复杂污物的复合清洗方法，其特征在于：熔盐的熔融温度为160-250℃。

5.根据权利要求1所述的针对复杂污物的复合清洗方法，其特征在于：熔盐清洗的时间为4-6min。

6.根据权利要求1所述的针对复杂污物的复合清洗方法，其特征在于：空冷后的温度为40-60℃。

7.利用权利要求1所述的针对复杂污物的复合清洗方法，其特征在于：激光处理的方式为激光器，能量密度为4-7.5J/cm²。

8.根据权利要求1所述的针对复杂污物的复合清洗方法，其特征在于：激光处理清洗的次数为2-5次。

9.权利要求1-8任一所述的针对复杂污物的复合清洗方法在钢材质和铸铁材质装备中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：复合清洗方法在矿山机械装备表面污物清洗中的应用。