Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 502.7:574:614.7:621.357

Винницкий государственный педагогический университет

ЭКОТЕХНОЛОГИИ ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЯ

Дензанов Г.А., Ковальчук А.В.

Введение

Современный уровень развития приборостроения, машиностроительной, радиоэлектронной промышленности обусловил возникновение одной из острых экологических проблем - защиту окружающей среды от токсичного воздействия отходов химико-гальванических процессов. Это высокое потребление энергии, химикатов и чистой воды в процессах подготовки поверхностей к гальванопокрытиям и удаления электролита с поверхности изделий. Реализация традиционных технологий и процессов гальванопокрытий сопровождается образованием большого количества сточных вод, содержащих опасные в экологическом отношении соединения тяжелых металлов. Современное традиционное гальваническое производство по экологической опасности занимает второе место после эксплуатации автомобилей.

Очистные сооружения, созданные в середине прошлого века, не могут в полной мере обеспечить сохранение среды обитания. Поэтому решение экологических проблем должно идти не по пути совершенствования очистных сооружений, а применения современных безотходных, ресурсосберегающих экотехнологий и процессов, предусматривающих не утилизацию, а предупреждение образования промышленных отходов.

Цель работы. Разработка экологически безопасной гальваники, исключающей образование сточных вод и потерь соединений тяжелых металлов. Предложить пути реализации предупреждения образования промышленных отходов, а именно: применение замкнутых циклов водопотребления, химических реагентов, получать попутно в основном процессе не промышленные отходы, а ценные продукты, использовать электрический ток вместо химических реагентов.

Материал и результаты исследований. Традиционное гальваническое производство проблематично как с позиции экологической безопасности, так и с точки зрения затрат. Это высокие показатели потребления энергии, химикатов и чистой воды при подготовке поверхностей к гальванопокрытиям, удаления электролита с поверхности изделий [1].

гальваника промышленный огонь водопотребление

Объем рабочего раствора, выносимого из гальванических ванне 1м² изделия колеблется от 0,2 до 0,5 литра. Это, в зависимости от вида покрытия и предельно допустимых концентраций металлов в промывочной воде (табл. 1), обеспечивает образование примерно 2…8 м³ сточных вод, содержащих опасные в экологическом отношении соединения тяжелых металлов, концентрации которых в десятки, а, иногда, в сотни раз выше допустимых [2].

Перед сбросом гальваностоков в канализацию они обязательно должны поступать в систему очистки промышленных стоков. Однако в большинстве случаев наблюдаются разовые пиковые сбросы кислот, электролитов и других растворов, не подвергшихся нейтрализации и очистке. Даже в очищенных наиболее распространенным реагентным способом сточных водах гальванического производства содержатся гидроксиды металлов, в количествах (табл. 2), вполне достаточных отрицательно влиять на экосистему: водоем - почва - растения - животный мир - человек.

Так, соединения кадмия даже в очень малых концентрациях оказывают резко выраженное токсическое действие на водные организмы [3]. Соединения меди также достаточно вредны для водной среды. При концентрации всего 0,001 мг/л соли меди тормозят развитие многих водных организмов, а при концентрации более 0,004 мг/л оказывают токсическое действие на них. Весьма вредны для водных организмов и соединения шестивалентного хрома. При концентрации в воде более 0,001 мг/л хром начинает аккумулироваться в водных организмах, а при концентрации более 0,01 мг/л - оказывает токсичное действие на микрофлору водоемов. Все металлы аккумулируются в водных организмах до весьма высоких значений. Так, в водных беспозвоночных, цинк концентрируется в 2^.10⁴, медь -- в 10⁴ раз больше, чем в воде [3].

Таблица 1 -

Показатели процесса промывки гальванопокрытий

Таблица 2 -

Содержание металлов в очищенных реагентным способом водах гальванического производства

^х В скобках приведены средние значения концентраций металлов

Цветные металлы при поливе выносятся на поля и концентрируются в верхнем наиболее плодородном гумусосодержащем слое почвы. Концентрация металлов в этом слое приводит к снижению азотофиксирующей способности почвы и урожайности сельскохозяйственных культур, накоплению металлов выше допустимых концентраций в кормах и продуктах питания. Содержание металлов в растениях оказывается в сотни, а иногда, в тысячи раз выше, чем в почве [3].

Из приведенных данных совершенно очевидно, что проблема предотвращения загрязнений водоемов соединениями гальванических металлопокрытий (кадмия, меди, хрома, никеля, цинка), даже при наличии очистных сооружений, в настоящее время весьма актуальна. И эта проблема может быть решена не совершенствованием способов очистки сточных вод, а созданием безотходных технологий и процессов с замкнутой по воде системе промывки.

Практически полное исключение выноса металлов, ценных химикатов в промывные воды и образование сточных вод достигается в водооборотных схемах промывок [4]. В них, образующийся после промывки изделий, раствор обессоливается на ионитах и вновь направляется на промывку. Растворы от регенерации ионитов используются для корректировки электролита металлизации. Недостатки этих систем - дороговизна и сложность обслуживания, образование трудно утилизируемых промотходов в виде отработанных ионнообменных смол.

На основании анализа литературной и патентной информации, собственных исследований разработана и внедрена опытно-промышленная гальваническая линия блестящего никелирования [5,6].

Сущность разрабатываемой технологии заключается в замене химической подготовки поверхности на электрохимическую [4] и непрерывная регенерация рабочих электролитов. Это позволяет ликвидировать промышленные стоки на стадии подготовки поверхности к покрытию. Отмывка изделий от электролита металлизации проводится в замкнутом цикле по воде. Образующийся при этом осадок соединений, в частности никеля, используется для корректирования электролита никелирования. Это позволяет ликвидировать промышленные стоки и потери соединений металлов на стадии отмывки изделий от электролита гальванопокрытия. Полная очистка отходящего воздуха от капельной и газовой фазы реализуется на модуле очистки. В данном модуле поток воздуха из электролизера направлен на поверхность электролита с последующим прохождением через фильтр, что исключает образование экологически опасных вентиляционных выбросов.

В качества ванн подготовки поверхности к гальванопокрытиям и гальванической ванны гальванопокрытия использовали модифицированную установку подводного полирования УПП-60 (рис. 1). После загрузки изделий в барабан установки подводного полирования, изделия во вращающемся барабане определенное время, в зависимости от состояния поверхности изделий, обрабатывали электрическим током в нестационарном режиме. Это реверсивный и ассиметричный ток.

Рисунок 1 - Электролизер гальванической линии

Отмывка изделий от электролита, исключающая образование сточных вод, проводится в две стадии. На первой стадии используется вода из промывочной установки и весь образующийся раствор поступает в электролизер. Количество затрачиваемой воды на первой стадии определяется по формуле:

G = q F + G_исп. , (1)

где q - удельный вынос электролита из ванны электролизера, л/м²; F - поверхность промываемых изделий, м²; G_исп - количество испарившейся воды из электролизера, л.

На второй стадии струйная промывка изделий реализуется в водооборотном цикле в течение нескольких минут. Струйная отмывка проводится промывочным раствором, представляющим собой водный раствор кислой или основной соли, в котором содержание металла должно быть ниже допустимого (табл. 1). Количество и состав добавляемого компонента должны обеспечивать требуемую концентрацию металла в промывочном растворе. В основе химического осаждения ионов никеля [6,7] лежат термодинамические возможные реакции (2) и (3).

Экспериментально определено, что остаточная концентрация ионов никеля составляет 0,6 мг/л, а это почти в двадцать пять раз меньше допустимой (табл. 1).

По мере работы промывочной машины концентрация в ванне промывки других составляющих электролита, в частности, хлорида и сульфата натрия, борной кислоты и блескообразователей возрастают (табл. 3). В проточном режиме возрастание концентрации солей в промывочной ванне зависит от производительности установки, количества используемой воды и степени отмывки на первой стадии, адсорбционных свойств образующегося осадка, объема промывочной ванны. Так, после года работы гальванической установки в воде промывочной ванны содержалось 0,33 г/л борной кислоты и сахарина.

3NiS0₄ + 3Na₂C0₃ + 6Н₂0 = NiC0₃ * 2Ni(OH)₂ * 4Н₂0 + + 3Na₂S0₄ + 2С0₂,

ДG = 138,22 кДж/моль; (2)

3NiCI ₂ + 3Na₂C0₃ + 6Н₂0 = NiC0₃ * 2Ni(OH)₂ *

* 4Н₂0 + 6NaCI + 2C0₂

ДG₂ = -159,55 кДж/моль; (3)

Таблица 3 -

Состав электролита никелирования

Выводы. Традиционная гальваника представляет собой актуальную проблему как в экологическом отношении, так и с точки зрения затрат. Технологии и процессы, допускающие образование промышленных отходов, сточных вод не отвечают современным экологическим требованиям. На примере гальванического блестящего никелирования предложены пути реализации безотходных технологий гальванопокрытий, а именно: использование замкнутых циклов водопотребления, химических реактивов, получение попутно в основном процессе не промышленных отходов, а ценных продуктов, широко применяемых в процессах подготовки поверхности и использование электрического тока вместо химических реагентов.

Литература

1. ГОСТ 9.305 - 84. Покрытия металлические и неметаллические, неорганические. Операции технологических процессов получения покрытий. М.: Изд. Стандартов. - 1985.

2. Краснов Н.С. Ресурсосберегающие технологические схемы промывок в гальваническом производсте // Журнал ВХО им. Д.И.Менделеева. - 1988. - №2. - с. 199-202.

3. Умаров М.М., Азиева Е.Е. / В кн.: Тяжелые металлы в окружающей среде - М.: МГУ. - 1980. - с. 109-115.

4. Иониты в химической технологии / Под. ред. Б.П.Никольского, П.Г. Романкова. - Л.: Химия, 1982. - 416 с.

5. Дензанов Г.О. Спосіб виконання гальванічних покриттів. Патент України №48486 А, Бюл.№8, 2002 р.

6. Дензанов Г.О. Спосіб промивки гальванічних покрить. Патент України №67495 А, Бюл.№6, 2004 р.

7. Гальванотехника. Справочник / Ажогин Ф.Ф., Беленький М.А., Галь И.Е. и др. - М.: Металлургия, 1987.- 736 с.

8. Ожередова М.А., Суворин А.В. Никель содержащие промывные воды, влияние добавок и природы осадителя на степень очистки. // Хімічна промисловість України. - 2005 - №3. - с. 41 - 47.

Размещено на Allbest.ru