CC BY
65
ИЗВЕСТИЯ
ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 25 2011
IZVESTIA
PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 25 2011
УДК 66.013.8:504; 621.35; 66.012-52
СНИЖЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
© В. А. КАЗАКОВ, О. С. ВИНОГРАДОВ, Н. А. ГУЛЯЕВА, Б. Л. ТАРАНЦЕВА Пензенский региональный центр высшей школы, филиал Российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства e-mail: [email protected]
Казаков В. А., Виноградов О. С., Гуляева Н. А., Таранцева Б. Л. - Снижение экологической опасности электрохимических производств // Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского. 2011. № 25. С. 579-581. - На примере электролита для нанесения покрытия медью рассмотрена возможность составления растворов из наименее экологически опасных компонентов. Показана классификация компонентов растворов-электролитов и возможность автоматизированного выбора типа покрытия. Сделан вывод о возможности снижения экологической опасности электрохимических производств путем применения наименее токсичных электролитов.
Ключевые слова: электрохимические производства, экология, медь.
Kazakov V. A., Vinogradov O. S., Gulyaeva N. A., Tarantseva B. L. - The increasing of ecological hazard of electro-chemical production // Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V.G. Belinskogo. 2011. № 25. P. 579-581. -
The authors consider the possibility of compounding of non-toxic solutions on the example of the electrolyte for copper covering. The authors give the classification of electrolyte solutions components and the possibility of atomized choosing of the covering type.
Keywords: electro-chemical production, ecology, copper.
В настоящее время одной из острейших проблем в России является отсутствие теоретической проработки вопросов связанных с возможностью снижения риска техногенных катастроф от химических производств. Электрохимические производства работают с чрезвычайно опасными веществами, а современные требованиякэкологическойбезопасноститребуюткак можно более ограниченного применения токсичных веществ.
Высокие темпы развития промышленности, интенсификация производственных процессов, предъявляют высокие требования к надежной эксплуатации технологическогооборудования.Особоеместовкомп-лексе мероприятий по обеспечению безопасной эксплуатации оборудования отводится надежной защите его от коррозии и разработке экологически наименее опасных технологических растворов.
В гальванических цехах, осуществляется нанесение различных покрытий. Такие покрытия позволяют решать многие задачи, в том числе защита изделий от коррозии, придание поверхности деталей ряда специальных свойств (повышенная твердость и износостойкость,высокаяотражательнаяспособность и электропроводность, повышенные антифрикционные свойства и др.). При всех достоинствах, гальвани-
ческое производство, с экологической точки зрения, представляет реальную угрозу в случае возникновения чрезвычайной ситуации (ЧС).
Гальваническое производство работает с большим количеством растворов-электролитов и, хотя в последнее время внедряются новые более эффективные электролиты, вопросы экологии до сих пор находятся на одном из последних мест. Отсутствует си-стематизациямногочисленных,годаминаработанных, знаний по применению растворов, не оказывающих разрушающее действие на природу.
В тоже время в нашей стране организована многостадийная токсикологическая оценка всех используемых в промышленности химических веществ, начиная с лабораторной разработки и кончая массовым производством и применением химической продукции. Вопросы, связанные с опасными ситуациями техногенного характера и способы защиты от них рассмотрены С. В. Петровым и В. А. Макашевым [1], а вопросы, экологической опасности растворов в гальванической промышленности хорошо рассмотрены в работах С. С. Виноградова [2, 3]. В гальваническом производстве используются растворы, а не твердые вещества, поэтому для проведения классификации растворов будем учитывать ионную форму веществ.
25 2011
С учетом того, что в гальваническом производстве основным источником сброса воды являются ванны промывки, необходимо отметить, что в ряде случаев, даже наиболее опасные вещества в момент слива раствора не всегда достигают предельных значений критериев предельно-допустимых концентраций ( ПДК ) [4].
Для разработки электролитов предложена сле-дующаяпримернаяклассификациякомпонентовраст-воров электролитов (табл. 1).
Так, для замены цианистого электролита меднения можно выбрать электролит на основе наименее опасной,сэкологическойточкизрения,виннойкислоты.
Электролит готовился следующим образом:
- растворяют расчетное количество сульфата меди и раствор переносят в гальваническую ванну;
- растворяют в отдельной емкости расчетное количество винной кислоты и вводят в раствор сульфата меди;
Для получения покрытия медью используется постоянный ток, перемешивание электролита не применяется.
Нанесение покрытия медью осуществлялось из электролита следующего состава (г/л):
- сульфат меди пятиводный (в пересчете на металл) 10...12;
- винная кислота 15.20;
- гидроксид калия до рН - 5.5-7.
Плотность тока от 0.5 до 1.5 А/дм2, температура 298К и рН от 5.5 до 7 с применением растворимых медных анодов.
Далее необходимо провести промывку образца в дистиллированной воде при температуре 298К, его сушку и упаковку (в случае необходимости).
Проведение адгезионных испытаний меди были проведены путем нанесения сетки царапин. Образец с покрытием медью представлял собой стальную пластину (Ст3), площадь поверхности образца - 9 см2, толщина покрытия сплавом - 6 мкм.
Испытания проводились следующим образом: наносилась сетка царапин с интервалом в 2 мм на образцах с толщиной покрытия сплавом 6 мкм. Отслаивания не наблюдалось. Таким образом, образцы медного покрытия, полученные из виннокислого электролита, обладают удовлетворительным качеством сцепления с основой.
- корректируют величину рН гидрооксидом натрия до величины 5.5-7;
- выдерживают электролит в течение суток при комнатной температуре.
Подготовка образца осуществлялась следующим образом:
- образецподпокрытиеподвергаетсяобезжири-ванию в щелочной среде с целью удаления минеральных масел, жировых включений на поверхности и т.д.;
- промывка образца в дистиллированной воде при температуре 298К;
- травление образца производится в соляной кислоте. Т равление позволяет снять оксидную пленку с поверхности образца;
- промывка образца в дистиллированной воде при температуре 298К;
- нанесение никелевой подложки на стальной образец.
Приведенный пример, получения электролитического покрытия показывает одну из возможностей электроосаждения сплавов на основе меди из наименее опасных электролитов.
Длявыборагальваническогопокрытиясуществу-ет ГОСТ 9.303-84. Однако, в технической литературе, имеется большое количество типов гальванических покрытий, которые не вошли в ГОСТ, поэтому правильный выбор покрытия, из всего многообразия имеющихся покрытий, является сложной и трудоемкой задачей.
Применение вычислительной техники позволит быстро и с высоким качеством выбрать тип гальванического покрытия в зависимости от условий эксплуатации и других требований к гальваническому покрытию с учетом экологических факторов.
Выбор покрытия основывается на следующих параметрах:
- основныепараметры:материалосновы, назначение покрытия, климатическое исполнение, условия эксплуатации;
- необязательные параметры: декоративные свойства, поверхностная обработка, максимальная/ минимальная толщина;
- дополнительныепараметры:слойность, включение/исключение металлов.
Выбор покрытия проводится в несколько этапов. В начале, проводится выбор и ввод основных па-
таблица 1
Классификация компонентов растворов
Вид иона Наиболее опасные компоненты растворов Умеренно опасные компоненты растворов Малоопасные компоненты растворов
Катионы свинец, кадмий, сурьма, хром (шестивалентный), никель медь, цинк, барий, кобальт, хром (трехвалентный) серебро, олово,золото, платина, палладий
Анионы цианиды, тиоцианиды, роданиды, нитриты, формальдегид нитраты, бром, аммиакаты, этилен диаминовые остатки, сульфаты фосфаты, кислотные остатки молочной,винной,салициловой, сульфосалициловой, лимонной, аскорбиновой кислот, глицина
ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ ►►►►►
раметров - материала детали, назначения покрытия, климатического исполнения и условий эксплуатации; затем выбор и ввод необязательных параметров - требуемых декоративных свойств покрытия и поверхностной обработки покрытия; и наконец, выбор и ввод дополнительныхпараметров-слойности,содержания металлов в сплаве и максимальной толщины.
На следующих этапах работы по обеспечению экологической безопасности производства выбранного покрытия осуществляется выбор и анализ электролита с точки зрения токсичности и влияния на окружающую среду, с учетом последующей обработки сточных вод и возможности регенерации и рекуперации раствора.
Таким образом, применение программных продуктов, с использованием классификации опасных растворов, на стадии проектирования и внедрения наименее токсичных электролитов, позволит снизить экологическую нагрузку от электрохимических производств.
Благодарности: работа выполнена в рамках Государственного контракта № 14.740.11.0305 «Разработка теоретических основ по снижению вероятно-
сти техногенной катастрофы от гальванических производств» от 17.09.2010 г., мероприятия 1.2.2 Программы «Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Петров С.В., Макашев В.А. Опасные ситуации техногенного характера и защита от них. М.: ЭНАС, 2008. 224 с.
2. Виноградов С.С. Организация бессточных процессов нанесения покрытий // Гальванотехника и обработка поверхности. 2005. Т. XIII. № 4. С. 37-47.
3. Виноградов С.С. Способы использования ванн улавливания для снижения экологической опасности галь-ваническогопроизводства//Гальванотехникаиобра-ботка поверхности. 2003. Т. XI. № 3. С. 50-56.
4. КазаковВ.А.,ВиноградовО.С.,ГуляеваН.А.Методи-ческие подходы к расчету экономии водоресурсов в гальваническом производстве // РНЖ «Экономика и управление». 2010. № 11 (61). С. 69-74.
