CC BY
17ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
УДК 623.832
Проблема экологии в организации работ, связанных с нанесением гальванического покрытия на детали при изготовлении радиоэлектронной аппаратуры для морской группы исполнения
Михайлюк П.П., Малаева Е.А.
Аннотация. Постановка задачи: проблема экологии при нанесении гальванических покрытий в ходе изготовления радиоэлектронной аппаратуры для Военно-морского флота. Целью работы является анализ применяемых гальванических покрытий при изготовлении радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и описание проблемы экологии в организации работ, связанных с нанесением гальванического покрытия на детали в черте г. Санкт-Петербург. Новизна: состоит в описании конфликта требований законодательства в части лицензирования опасных производств и предложений по исправлению ситуации. Результат: заключается в выдаче предложений по изменению законодательства Санкт-Петербурга о возможности переоснастить существующие гальванические производства в центре города для улучшения экологического состояния. Практическая значимость: улучшение экологической обстановки на территории Санкт-Петербурга.
Ключевые слова: радиоэлектронная аппаратура; гальваническое производство; экология; полипропилен; вредные вещества.
Актуальность
Проблема экологии при нанесении гальванических покрытий при изготовлении радиоэлектронной аппаратуры для Военно-морского флота является актуальной потому, что гальванические производства являются одними из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды, главным образом, поверхностных и подземных водоемов, ввиду образования большого объёма сточных вод [1]. Формирование загрязнения атмосферного воздуха происходит под влиянием выбросов стационарных источников (промышленных предприятий) и транспортных средств. Суммарный объем вредных выбросов 513 тыс. тонн. На рис.1 представлена диаграмма количества вредных веществ (в тыс. тонн) в выбросах от транспорта и стационарных источников в городе Санкт-Петербург.
Рис. 1. Диаграмма количества вредных веществ (в тыс. тонн) в выбросах от транспорта и
стационарных источников
Постановка задачи
При производстве радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), включая производство комплексов связи в интересах ВМФ, используются защитные металлические покрытия. Это вызвано необходимостью защиты металла от коррозии при воздействии влаги, содержащейся в воздухе. В соответствии с ГОСТ РВ 20.39.309-98, кроме защиты от коррозии, детали РЭА должны иметь низкое переходное сопротивление между металлизированными элементами для получения надежного контура заземления, в том числе для обеспечения электромагнитного экрана [2]. Металлические покрытия в производстве РЭА обычно получают гальваническим методом. Преимущество таких покрытий заключается в том, что возможен широкий выбор металлов покрытия, и в процессе электролиза - получение тонких и сравнительно точных по толщине плёнок. По требованиям ГОСТ РВ 20.39.304-98 [3] выбирается группа исполнения аппаратуры, в соответствии с требованиями технического задания (ТЗ). Данный стандарт устанавливает классификацию, номенклатуру, характеристики и значения технических требований к аппаратуре, в соответствии с условиями её применения, в том числе, для морских групп исполнения аппаратуры 2.1-2.7.
Статья посвящена вопросам нанесения гальванического покрытия при производстве аппаратуры групп исполнения 2.1.1 и 2.3.1. Такая аппаратура размещается на объектах с морским климатом (ОМ), в соответствии с классификацией климатической обстановки на Земном шаре, которая отражена в ГОСТ 15150-69 [4]. Кроме коррозии от воздействия влажного воздуха, во влажном климате приобретает особое значение электрохимическая коррозия контактных соединений металлов. Допустимые и не допустимые контакты между металлами и покрытиями в различных условиях эксплуатации указаны в ГОСТ 9.303 -84 [5]. В стандарте ГОСТ 9.306-85 [6] приведены обозначения покрытий, способы получения и примеры записи. ГОСТ 9.305-84 [7] устанавливает параметры операций, входящих в процесс получения покрытий.
Главной производственной характеристикой конструкции РЭА является технологичность, поэтому систематизация работ, связанных с выбором и нанесением гальванических покрытий, с учетом системы стандартов по ЕСЗКЗ, позволяет использовать отработанные типовые технологические процессы.
Материалы
Рассмотрим основные характеристики покрытий и экологические характеристики металлов и покрытий [2-8]. Параметры материалов приведены в табл. 1.
Табл. 1 - Параметры материалов при температуре 18 ° С
№ Наименование материала Удельное сопротивление, Ом-м
1 Цинк 5,75-10"8
2 Кадмий 10,9810-8
3 Никель 7,23-10"8
4 Хром 1,68-10"8
5 Полипропилен 1010-8
6 Медь 1,68-10"8
7 Олово 11,510-8
8 Палладий 10,810-8
9 Родий 4,5 10-8
10 Свинец 20,840-8
1) Цинковые покрытия анодные, имеют среднюю твердость, выдерживают различные изгибы, плохо свариваются, цвет покрытия - сине-стальной. Покрытие предотвращает контактную коррозию сталей при стыковке с деталями из алюминия и его сплавов, обеспечивает навинчивание резьбовых деталей. Цинковые покрытия хромируются для повышения коррозионной стойкости, тем самым улучшая внешний вид покрытия и его прочность. Цинковые покрытия имеют прочную связь с основным металлом. Он слегка токсичен для человека по сравнению с различными металлами, которые используются для гальваники.
2) Кадмиевое покрытие анодно и защищает сталь от коррозии в атмосфере и морской воде, электрохимически и механически в пресной воде. При необходимости повысить устойчивость к коррозии - хром. Не рекомендуется использовать его в промышленной атмосфере, содержащей соединения серы и летучие агрессивные соединения, поскольку органические вещества выделяются при старении. Обладает сильной адгезией к основному металлу, хорошими антифрикционными свойствами, выдерживает вытяжки, запрессовку и растрескивание. Оксиды кадмия токсичны. Кадмий является одним из самых опасных из всех металлических загрязнителей. Длительное поступление кадмия в организм вызывает тяжелые заболевания почек, а также костей. Длительное воздействие кадмия вызывает анемию и гипертонию. Токсичность кадмия уменьшается, а другие металлы попадают в организм. Смягчающим эффектом является кобальт, селен, а также цинк и его хелаты.
3) Никелирование катодное. Не токсичное вещество для человека. Повышенное потребление никеля происходит, когда желоба загрязнены промышленными отходами, включая гальванические стоки. Покрытие используется для защитной и декоративной отделки деталей, повышения твердости поверхности, износостойкости и электропроводности. Оно обеспечивает хорошую текучесть припоя и служит барьерным слоем под покрытием из золота, серебра, оловянно-свинцового сплава и других металлов, предотвращая диффузию меди, цинка, железа и других металлов.
4) Хромированное покрытие катодное. Твердое покрытие обладает высокой износостойкостью, эффективно работает на трение. Токсическое воздействие хрома на организм человека зависит от степени окисления. Высокое содержание солей шестивалентного хрома в сточных водах оказывает токсическое воздействие на микрофлору водоемов.
5) Полипропиленовое (1111) покрытие характеризуется высокой химической стойкостью, механической прочностью, низкой стоимостью, мягкой, эластичной термостойкостью. Относительно низкая проницаемость полиолефинов позволяет использовать их для защиты продуктов, которые работают в контакте с агрессивными средами. ПП покрытия защищают металл от коррозии в воде, в растворах различных кислот и щелочей. ПП также используется в сочетании с глобулярным углеродным концентратом; экструдируется в профильные изделия с использованием одно- и двухшнековых методов экструзии. Использование этого продукта возможно в системах трубопроводов для транспортировки сыпучих материалов, жидкостей и газов, в качестве защиты силовых кабелей и в других конструкциях. Использование полипропиленового покрытия позволит снизить трудозатраты при монтаже, время монтажа, вес конструкции.
6) Медное покрытие катодное имеет высокую электрическую теплопроводность, хорошо противостоит глубокой вытяжке, растрескиванию, хорошо припаивается и обладает низкой коррозионной стойкостью. Токсично для водных организмов. В концентрации 0,001 мг / см3 соли меди ингибируют развитие многих водных организмов, а в концентрации 0,004 мг / см3 они оказывают токсическое действие. Токсичные дозы солей меди приводят к острому, но поддающемуся лечению отравлению человека. Это покрытие обладает высокой электрической и теплопроводностью, пластичностью, выдерживает глубокую вытяжку, растрескивание, хорошо полируется, облегчает прикатывание, притирку и завинчивание; в свежеосажденном состоянии оно хорошо спаяно. При использовании низкотемпературных
припоев оно образует интерметаллические соединения, которые резко ухудшают паяемость и прочность паяного соединения.
7) Оловянное покрытие является катодным в атмосферных условиях. Покрытие рекомендуется для обеспечения пайки. Оно устойчиво к серосодержащим соединениям и рекомендуется для деталей, соприкасающихся со всеми типами пластмасс и каучуков. Хорошая адгезия к основному металлу, эластичная, устойчива к изгибу, волочению, прокатке, штамповке, прессовой посадке, хорошо сохраняется при нанесении. Свеженанесенное покрытие хорошо спаяно, блестящее сохраняет способность к пайке дольше, чем матовое. Олово, поступающее в организм человека с пищей и питьевой водой, быстро выводится из организма. В организме олово откладывается в почках, печени, костях и, в небольшой степени, в мягких тканях, наибольшее количество откладывается в скелете.
8) Палладиевое покрытие катодное. Обладает высокой устойчивостью к атмосферным условиям и воздействию сернистых соединений. Рекомендуется использовать для уменьшения переходного сопротивления контактирующих поверхностей, увеличения их поверхностной твердости и износостойкости, при необходимости, для поддержания постоянства электрического сопротивления. Обладает высокой износостойкостью и хорошей электропроводностью, стабильным во времени контактным сопротивлением; коэффициент отражения 60-70%. Электропроводность стабильна во времени до температуры 300 °С. Не рекомендуется использовать в контакте с органическими материалами и каучуками, а также в замкнутом пространстве в присутствии этих материалов. Покрытие не допускается наносить в среде водорода.
9) Родиевое покрытие катодное. Рекомендуется использовать для обеспечения стабильных электрических параметров контактных частей устройства. Обладает высокой износостойкостью, электропроводностью, отражательной способностью, не подвержено сварке, устойчиво в большинстве агрессивных сред, в том числе сероводорода, не окисляется до температуры 600 °С. При толщине 1,0 мкм родий практически не имеет пор, а при толщине более 3 мкм подвержен микротрещинам.
10) Свинец относится к микроэлементам, приводящим к патологии органов и крови человека; в течение жизни свинец накапливается в костях. Повышенное усвоение свинца из воды и пищи наблюдается у детей.
Анализируя вредное воздействие на организм человека и окружающую природу гальванического производства, можно сделать вывод о необходимости соблюдения требований безопасности в любом случае, где бы не размещалось данное производство. Эквивалентной замены указанной выше системы ЕСЗКС в процессе создания РЭА, в том числе для ВМФ в настоящее время нет. Представленные растворы для указанных гальванических покрытий содержат соли металлов, слабые кислоты, щелочи, и в некоторых случаях, цианиды калия и натрия. Все химические реактивы являются токсичными. Метеорологические условия и содержание вредных веществ в рабочей зоне помещений не должно превышать норм, установленных ГОСТ 12.1.005.88. Для предупреждения воздействия общетоксичных и раздражающих веществ необходимо предусматривать приточно-вытяжную вентиляцию в помещениях и на рабочих местах.
Производство
Загрязнение атмосферы вредными выбросами от стационарных источников по районам города Санкт-Петербург представлены в табл. 2.
Возьмем, например, производство, которое располагается в Невском районе с большим загрязнением атмосферы вредными выбросами. Предприятие имеет право оставить уже существующие оборудование для гальвано-покрытия, но не имеет права на переоснащение гальванического производства новыми линиями, требуя использовать только
имеющееся оборудование. В следствии чего, использование старого оборудования является наиболее опасным и вредным для экологии города Санкт-Петербург.
Табл. 2 - Загрязнение атмосферы вредными выбросами от стационарных источников
Район Наиболее загрязненные Наименее загрязненные
Выборгский +
Кировский +
Приморский +
Невский +
Кронштадтский +
Адмиралтейский +
Фрунзенский +
Петродворцовый +
Необходимо создание современного комплекса гальванопокрытий, полностью обеспечивающего потребности предприятий в необходимом ассортименте, качестве и объеме продукции, который бы включал в себя высокоэффективные очистные сооружения, отвечающие современным требованиям по охране окружающей среды.
Оборудование
При создании современного комплекса гальванопокрытий на предприятии необходимо оптимизировать (укрупнить) гальваническое производство путем планомерной замены физически и морально устаревшего оборудования на современные автоматические линии в комплексе с очистными сооружениями и системами автоматизированной разработки технологических процессов гальванического производства на персональных компьютерах и управлении, а так же ликвидацию отдельных гальванических участков с передачей деталей на покрытие на новое оборудование.
С целью снижения нагрузки на очистные сооружения и уменьшению сброса в канализацию нефтепродуктов, а так же рациональному использованию растворов обезжиривания предлагается приобрести во все цеха установку микрофильтрации, представленную на рис. 2. Такие установки позволят в три раза сократить сброс растворов обезжиривания и извлечь до 90% нефтепродуктов.
С целью уменьшения потребления пожарнопитьевой воды предлагается приобрести установки Ц 93 и МСЦ-3 для получения дионизированной воды, работа которой скоординирована с подачей воды в ванны промывки.
В новом оборудовании Ц 93 и МСЦ-3 установлены системы трёхкаскадных промывок деталей, позволяющая уменьшить количество воды используемой на промывку. На рис. 3 представлена система трёхкаскадных промывок деталей.
Следующей задачей экологии гальванического производства является поступление вредных веществ в окружающую среду с аэрозолями и парами из удаляемого воздуха от ванн вытяжной вентиляции.
Решение данной задачи наиболее актуально для ванн никелирования и хромирования, а также ванн с кислотами (для ванн травления и активации). В данное время, вопрос решён благодаря установленным вытяжной вентиляции у ванны рамного фильтра со специальным материалом, поглощающим пары и аэрозоли. Периодически данный материал промывается водой и образующие промывные воды сбрасываются на очистные сооружения.
Рис. 2. Установка микрофильтрации
A , ii Ш _ JMw
Рис. 3. Система трёхкаскадных промывок деталей
С целью ликвидации сбросов аэрозолей и паров от ванн травления и активации в новом оборудовании Ц 93 установить пенный абсорбер представленный на рис. 4.
Образующие при работе данного абсорбера промывные воды сбрасываются на очистные сооружения. Необходимо по всем цехам в действующем оборудовании установить
рамные фильтры со специальным абсорбирующим материалом. Новое оборудование при поставке должно иметь и рамные фильтры в вентиляции, и пенные абсорберы.
Рис. 4. Пенный абсорбер
Вывод
При организации гальванического производства существует экологическая проблема. На данный момент, законодательством запрещено размещение гальванических производств в черте города. При этом, даже в историческом центре города разрешено было оставить уже существующие гальванические производства. То есть, запрет действует на создаваемые гальванические производства, но не касается существующих. При этом, запрещено не только создавать, но и реконструировать существующие системы. Это решение даже более экологически опасно для города, чем запрет новых производств.
В то же время на территории Санкт-Петербурга предприятиям, находящимся в черте города, не дают возможность переоснастить гальваническое производство новыми линиями, требуя использовать имеющееся оборудование, либо закрывать или переносить гальванические производства, что в свою очередь не выгодно для предприятий экономически. Просматривается недоработка регионального законодательства, которую можно устранить либо закрытием гальванических производств в черте города, либо рекомендацией в адрес Правительства Санкт-Петербурга разработать региональный закон, разрешающий модернизировать существующие производства современными средствами очистки воды и гальванических отходов.
Литература
1. Виноградов С.С. Организация гальванического производства. М.: Глобус, 2005. - 56 с.
2. Климов Е.С., Эврюкова М.Е., Колганова Н.С., Варламова С.И., Борисова В.В. Экологические проблемы гальванических производств // Успехи современного естествознания. - 2004. - № 11. - С. 68-69.
3. ГОСТ РВ 20.39.309-98 Комплексная система общих технических требований. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Общие технические требования, методы контроля и испытаний. Конструктивно-технические требования от 16.05.2016. - 58 с.
4. ГОСТ РВ 20.39.304-98 Комплексная система общих технических требований. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Требования стойкости к внешним воздействующим факторам: гос. военный стандарт // Разработан Техн. ком. по стандартизации ТК 319 "Надежность и стойкость ЭРИ и РЭА военного назначения". - Изд., нояб. 2014 г., с Изм. №1, утв. в дек. 2009 г. Введ. 01.01.1999. - Москва: Стандартинформ, 2015. - 54 с.
5. ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды, - Изд. апрель 2010 г., с Изм. № 1, 2, 3, 4 и Поправкой (ИУС 3-2004).
6. ГОСТ 9.303-84 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Общие требования к выбору. - введ. в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 15.03.84 N 784. - Изд. Нояб. 2001 г. с Изм. N 1, 2, 3, 4, утв. в декабре 1986 г., марте 1988 г., марте 1990 г., мае 1992 г. (ИУС 3-87, 6-88, 6-90, 8-92).
7. ГОСТ 9.306-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Обозначения. - введ. в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 24.01.85 N 164. - Переизд. ноябрь 1996 г. с Изм. N 1, 2, 3, утв. в октябре 1985 г., феврале 1987 г., мае 1993 г. (ИУС 1-86, 5-87, 8-92).
8. ГОСТ 9.305-84 Единая система защиты от коррозии и старения (ЕСЗКС). Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Операции технологических процессов получения покрытий. - введ. в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 14.12.84 №4424. - Изд. апрель 2003 г. с Изм. N 1, 2, утв. в декабре 1987 г., июне 1990 г. (ИУС 3-88, 10-90).
9. ГОСТ 12.1.005.88 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - введ. в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 29.09.88 №3388. - Изд. январь 2008 г. с Изм., принятым в июне 2000 г. (ИУС 9-2000).
References
1. Vinogradov S.S. Organization of galvanic production. M.: Globus, 2005. 56 р.
2. Klimov E.S., Evryukova M.E., Kolganova N.S., Varlamova S.I., Borisova V.V. Ecological problems of galvanic production. Successes in modern natural sciences. 2004. No. 11. p. 68-69.
3. GOST RV 20.39.309-98 An integrated system of general technical requirements. Military equipment, instruments, devices and equipment. General technical requirements, control and testing methods. Design and technical requirements of 05.16.2016. 58 p.
4. GOST RV 20.39.304-98 An integrated system of general technical requirements. Military equipment, instruments, devices and equipment. Requirements for resistance to external factors: state. military standard. Developed by Tech. com according to standardization TC 319 "Reliability and durability of military electric and electronic equipment". Ed., Nov. 2014, as amended. No. 1 approved. in dec. 2009. Introduction. first; Enter 01.01.1999. Moscow: Standartinform, 2015 . 54 p.
5. GOST 15150-69 Machines, devices and other technical products. Versions for different climatic regions. Categories, operating conditions, storage and transportation regarding the impact of climatic environmental factors, Ed. April 2010, as amended. No. 1, 2, 3, 4 and Amendment (IMS 3-2004).
6. GOST 9.303-84 Unified system of protection against corrosion and aging. Metallic and non-metallic inorganic coatings. General selection requirements. Enter into force by the Decree of the USSR State Committee for Standards dated 15.03.84 N 784. Ed. Nov 2001, Rev. N 1, 2, 3, 4, approved. in December 1986, March 1988, March 1990, May 1992 (IMS 3-87, 6-88, 6-90, 8-92).
7. GOST 9.306-85 Unified system of protection against corrosion and aging. Metallic and non-metallic inorganic coatings. Designations. - enter into force by the Resolution of the USSR State Committee for Standards dated 24.01.85 N 164. Reprint. November 1996 Amend. N 1, 2, 3, approved. in October 1985, February 1987, May 1993 (IMS 1-86, 5-87, 8-92).
8. GOST 9.305-84 Unified system of protection against corrosion and aging (ESZKS). Metallic and non-metallic inorganic coatings. Operations of technological processes for producing coatings. Enter into force by the Decree of the USSR State Committee for Standards dated 12/14/84 No. 4424. Ed. April 2003 rev. N 1, approved. in December 1987, June 1990 (IMS 3-88, 10-90).
9. GOST 12.1.005.88 Occupational safety standards system (SSBT). General hygiene requirements for air in the work area. Enter into force by the Decree of the USSR State Committee for Standards dated 09.29.88 No. 3388. - Ed. January 2008 rev. N 1 adopted in June 2000 (IMS 9-2000).
Статья поступила 27 марта 2020 г.
Информация об авторах
Михайлюк Павел Петрович - кандидат технических наук, доцент кафедры института Фундаментальной подготовки и технологических инноваций Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения. Технический директор ПАО «Интелтех». Область научных интересов: организация производства. Тел.: +7 911 257 16 65. E-mail: mihayluk@inteltech.ru.
Малаева Екатерина Александровна - аспирант Томского политехнического университета по направлению Техносферная безопасность. Инженер-технолог 1 категории ПАО «Интелтех», Область научных интересов: организация производства. Тел.: +7 913 1107837. E-mail: Katrina.malaeva@bk.ru.
Адрес: 197342, Россия, г. Санкт-Петербург, Кантемировская, 8.
The problem of ecology in the organization of work related to the electroplating of parts in the manufacture of electronic equipment for the marine performance group
P.P. Mikhaylyuk, E.A. Malaeva
Annotation. Problem statement: Ecological problem in the application of galvanic coatings during the manufacture of electronic equipment for the Navy. The aim of the work is to analyze the applied galvanic coatings in the manufacture of radio-electronic equipment (CEA) and a description of the environmental problem in the organization of work related to the application of galvanic coatings to parts within the city of St. Petersburg. Novelty: consists in a description of the conflict of legislative requirements regarding licensing of hazardous industries and proposals to rectify the situation. The result: it is necessary to allow enterprises located within the city limits to re-equip galvanic production to improve the ecological condition of the city. Practical significance: improving the environmental situation in the city of St. Petersburg.
Keywords: electronic equipment; galvanic production; ecology; polypropylene; harmful substances.
Information about Authors
Mihailuk Pavel Petrovich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Institute of Fundamental Training and Technological Innovation, St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation. MBA Technical Director of PJSC «Inteltech». Research interests: organization of production. Tel.: +7 911 257 16 65.
Malaeva Ekaterina Aleksandrovna - graduate student of Tomsk Polytechnic University in the field of Technosphere safety. 1st category industrial engineer, PJSC «Inteltech», Research interests: production organization.
Address: 197342, Russia, Saint-Petersburg, Kantemirovskaya, 8.
Для цитирования: Михайлюк П.П., Малаева Е.А. Проблема экологии в организации работ, связанных с нанесением гальванического покрытия на детали при изготовлении радиоэлектронной аппаратуры для морской группы исполнения // Техника средств связи. 2020. № 1 (149). С. 86-94.
For citation: Mikhaylyuk P.P., Malaeva E.A. The problem of ecology in the organization of work related to the electroplating of parts in the manufacture of electronic equipment for the marine performance group. Means of communication equipment. 2020. No 1 (149). P. 86-94 (in Russian).
