CC BY
10
АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
УДК 544.6.018.42-14
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИТОВ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЙ СВИНЦОМ И СПЛАВОМ СВИНЕЦ - ИНДИЙ
Ю. Н. Кирилина1, Ю. П. Перелыгин2
^Пензенский государственный университет, Пенза, Россия
1к1г111па-]и11]а@гатЬ1ег.ги 2рур@рп1ди.ги
Аннотация. Актуальность и цели обусловлены необходимостью применения в промышленности малотоксичных электролитов для электрохимического осаждения металлов и сплавов. Предлагаются электролиты для осаждения свинца и сплава свинец - индий в десятки раз менее токсичные, чем применяемые в промышленности.
Ключевые слова: токсичность электролитов, свинец, сплав свинец - индий
Для цитирования: Кирилина Ю. Н., Перелыгин Ю. П. Оценка экологической опасности электролитов для осаждения покрытий свинцом и сплавом свинец - индий // Вестник Пензенского государственного университета. 2022. № 2. С. 42-45.
Современная разработка электролитов для нанесения гальванических покрытий металлами и сплавами обусловлена не только получением покрытий с высокими физико-механическими и коррозионными свойствами, но и электролитов с низкой экологической опасностью.
Токсичность электролитов для получения покрытий является одной из основных характеристик, позволяющих определять вероятность использования раствора в промышленности. При нанесении гальванических покрытий происходят выбросы вредных веществ в атмосферу, в сточные воды и твердые отходы предприятия [1-3]. С. С. Виноградов [3] предложил в формулах для расчета экологической опасности электролитов при их попадании в водоемы использовать коэффициент экологической опасности (ЭО), который определяется уравнением
ЭО = ЕСсшах/ПДК, (1)
где Сотах -максимальная концентрация компонента в технологическом растворе; ПДК -предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема рыбохозяйственного назначения.
© Кирилина Ю. Н., Перелыгин Ю. П., 2022
Коэффициент ЭО характеризует потенциальную опасность компонентов технологических растворов. Среди кислотных остатков и лигандов наибольшей экологической опасностью обладают йод, фтор и цианид, содержащие растворы (коэффициент экологической опасности равен 4,3 x1o6), наименьшей - сульфаты, хлориды и нитраты (менее 9x103). Растворы, содержащие ионы аммонийные и ионы пирофосфата, занимают промежуточное положение. Коэффициент их опасности находится в интервале от 2x1o5 до 1,1x104 [1-3].
Экологическую опасность растворов и электролитов определяют, суммируя значения степеней экологической опасности всех компонентов в растворе [1-3]:
ЭО = Е[Сошах/ПДК • q/Q • (1-а)], (2)
где q/Q - степень разбавления выносимого из ванны раствора промывными водами; (1-а) - степень очистки сточных вод на очистных сооружениях предприятия и на городских очистных сооружениях.
Последнее уравнение позволяет проводить сравнение электролитов для нанесения покрытий с учетом способов промывки деталей и эффективности работы очистных сооружений, которые позволяют сократить вредное воздействие гальванического производства на окружающую среду.
Таким образом, снижение отрицательного воздействия гальванического производства на окружающую среду достигается повышением эффективности очистки сточных вод, рационализацией водопотребления, но в первую очередь снижением экологической опасности применяемых веществ, используемых при приготовлении электролитов.
Снижение экологической опасности технологических растворов достигается двумя путями: либо заменой токсичных компонентов на менее токсичные, либо снижением концентрации токсичных компонентов. При этом необходимо учитывать условие выполнения требований по достижению необходимого качества получаемой продукции.
Экологической опасностью обладают электролиты для нанесения металлических покрытий, которые содержат ионы осаждаемых металлов, некоторые лиганды и добавки ПАВ [1-3]. При этом замена основного иона металла возможна лишь в очень ограниченных случаях, так как это приводит к изменению качества и свойств покрытия.
Таким образом, из всего перечня особо опасных для окружающей среды компонентов растворов и электролитов замена иона металла на менее токсичный вызывает наибольшие затруднения.
В то же время снижение концентрации токсичного компонента прямо пропорционально уменьшает экологическую опасность электролита.
В [4] приведены разработанные ацетатные электролиты для получения покрытий свинцом, индием и сплавом свинец - индий. При их разработке учитывалось получение не только качественных покрытий с определенными физико-механическими свойствами, но и их экологическая безопасность.
Сравнительная экологическая опасность электролитов (ЭО), рассчитанная по уравнению (1), разработанных в данной работе растворов, с электролитами, используемыми в промышленности на данный момент, представлена в табл. 1.
Предельно допустимые концентрации веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования заимствованы из ГН 2.1.5.1315-031.
Так, разработанные электролиты свинцевания с добавкой ОП-10 (состава (г/л): Pb(CH3COO)2 - 20, CH3COONa - 17, CH3COOH - 100, ОП-10 - 20) и с добавкой «Капля
1 ГН 2.1.5.1315-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Минздрав России. М., 1998. 41 с.
Вестник Пензенского государственного университета. 2022. № 2
VOX суперактивный кислород» (состава (г/л): РЬ(СНзСОО)2 (на свинец) - 10, CH3COON -100, CH3COOH - 20, ПАВ «Капля VOX суперактивный кислород» - 8,0 мл/л) в 15 и 70 раз менее экологически опасны, чем сульфаматный электролит, который применяется в промышленности.
Таблица 1
Сравнительная оценка экологической опасности электролитов свинцевания
Компоненты ПДК, мг/л Электролиты свинцевания Электролиты индий - свинец
сульфаматный электролит № 1 №2 борфтори-стоводород- ный электролит № 1 № 2 № 3
РЬ (в виде металла) 0,006 150 20 10 80 5 7,5 10
ИБ 1,2 20
Н3ВО3 2,86 20
Клей столярный 1,5
Сульфами-новая кислота (свободная) 0,3 100 -
Ацетат натрия 10 - 100 100 100 100 100
Уксусная кислота 1 - 20 20 100 100 100
ПАВ (моющее средство «Капля») 0,1 8 0,2 0,2 0,2
ОП-10,г/л 0,1 - 20
1п (в виде металла) - - 20 10 7,5 5
Экологическая опасность электролита 1530Х104 24Х104 100,3 Х104 82Х104 0,51Х104 0,76 Х104 10,0 Х104
Экологическая опасность разработанных электролитов для получения сплава индий - свинец (состава: ацетат свинца (на металл) - 5-10, индий азотнокислый (на металл) -5-10; ацетат натрия - 100, уксусная кислота (96 %) - 100 мл/л, «Капля VOX суперактивный кислород» - 0,2 мл/л) находится в пределах o,5ixio4-io,oxio4, что в 10-80 раз меньше борфтористоводородного электролита, используемого в промышленности.
Из выше приведенного можно сделать вывод о целесообразности использования разработанных электролитов для получения покрытий свинцом и сплавом свинец - индий для снижения опасного воздействия на окружающую среду.
Список литературы
1. Виноградов С. С. Экологически безопасное гальваническое производство. М. : Глобус, 1998. 302 с.
2. Виноградов С. С. Промывные операции в гальваническом производстве. М. : Глобус, 2007. 157 с.
3. Виноградов С. С. Экологический критерий выбора растворов и электролитов, объема во-допотребления и организации системы очистки сточных вод // Гальванотехника и обработка поверхности. 1997. № 4. С. 41-47.
4. Кирилина Ю. Н. Электроосаждение гальванических покрытий свинцом, индием и сплавом свинец-индий из ацетатного раствора : дис ... канд. техн. наук. Пенза, 2021. 143 с.
Информация об авторах
Кирилина Юлия Николаевна, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Химия», Пензенский государственный университет
Перелыгин Юрий Петрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Химия», Пензенский государственный университет
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
