CC BY
17
УДК 628.31: 628.34
Адудин И.А., Серов А.Н., Щербакова Л.А., Ваграмян Т.А.
УТИЛИЗАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ СПЛАВА ЦИНК-НИКЕЛЬ
Адудин Игорь Александрович, аспирант кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Серов Александр Николаевич, к.х.н., главный технолог АО «Евроэкопласт»;
Щербакова Лариса Александровна, студент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии, email: lara.sherbakova@gmail.com;
Ваграмян Тигран Ашотович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой инновационных материалов и защиты от коррозии;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, 125047, Москва, ул. Миусская площадь, д. 9
В состав ряда растворов для гальванических процессов входят аминосодержащие соединения. Пример -современные щелочные электролиты для осаждения сплава цинк-никель. Аминосодержащие соединения образуют прочные хорошо растворимые комплексы с тяжелыми металлами, что значительно осложняет очистку сточных вод. В результате работы, была разработана технология очистки сточных вод, которая включает следующие стадии: предварительная реагентная обработка; электрохимическая очистка с использованием пористого электрода; финишная доочистка.
Ключевые слова: очистка сточных вод, сплав цинк-никель, пористый электрод, органосульфидный осадитель, тяжелые металлы.
UTILIZATION OF WASTEWATER OF THE ZINC-NICKEL PLATING PROCESS
Adudin I.A., Serov A.N., Shcherbakova L.A., Vagramyan T.A. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Several bathes for electroplating contain amine-based compounds. For example, modern alkaline electrolytes for deposition a zinc-nickel alloy. Amine-based compounds form strong, well-soluble complexes with heavy metals, which greatly complicates the purification of wastewater. As a result of the work, the wastewater treatment technology has been developed, which includes the following stages: preliminary reagent treatment; electrochemical cleaning using copper-plated carbon fiber; subsequent reagent post-treatment.
Keywords: wastewater treatment, zinc-nickel alloy, porous cathode, organosulphides, heavy metals.
Цинк-никелевые покрытия широко
используются в промышленности, особенно за рубежом, как защитные покрытия, вместо цинковых, поскольку обладают большей коррозионной стойкостью. В последние десятилетия был разработан ряд процессов электрохимического осаждения сплавов цинк-никель, содержащих в составе электролита органические соединения, образующие с ионами цинка и никеля довольно прочные комплексы. Такие процессы отличаются высокими технологическими параметрами, в частности позволяют получать блестящие покрытия или матовые покрытия с содержанием никеля в сплаве 12-14 процентов в широком диапазоне плотностей тока, что обеспечивает
электрохимический характер защиты стали с повышенной защитной способностью. Можно отметить, что наличие в современных электролитах аминокомплексов значительно осложняет процесс очистки промышленных стоков, что затрудняет возможность использования упомянутых процессов.
Возможным способом очистки
промышленных стоков и посвящена данная работа. Был проведен ряд экспериментов с различными реагентными методами очистки. В частности была опробована двухстадийная реагентная обработка, состоящая из окисления органических лигандов и
последующего осаждения тяжёлых металлов. В результате экспериментов удалось установить, что с помощью реагентных методов удаётся снизить концентрацию тяжёлых металлов в промывных водах до предельно допустимых концентраций, однако при этом происходит значительное разбавление стоков и требуется большой расход относительно дорогих реагентов. Эти обстоятельства позволяют предположить, что использование лишь реагентных методов является неприемлимым решением. В связи с этим мы попытались использовать комбинированный реагентно-электохимический метод. Он заключался в предварительном окислении органических аминов, а затем электрохимическим извлечением значительного количества цинка и никеля для последующей утилизации и затем доведением до ПДК [1] оставшихся в растворе ионов цинка и никеля с помощью реагентных методов. По данным анализа одного из предприятий в Нижнем Новгороде, использующем современный электролит для получения покрытий цинк-никель, содержание в ванне улавливания ионов Zn2+ составляет 3,3 г/л , а №2+ - 0,7 г/л . Концентрацию ионов цинка и никеля в воде определяли с помощью энергодисперсионного спектрометра EDX-7000 (Shimadzu, Япония) методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии по
предварительно построенным калибровочным графикам. Метод основан на зависимости интенсивности рентгеновской флуоресценции химического элемента от его концентрации в растворе. Для построения калибровочного графика использовали стандартные растворы цинка с концентрацией 10, 50, 100, 250, 500 и 1000 мг/л, стандартные растворы никеля с концентрацией 10,
50, 100, 250, 500 и 1000 мг/л.
Учитывая низкие концентрации металла, в качестве катода использовался пористый углеродный материал марки КНМ. Характеристики материала представлены в таблице 1.
Процесс проводили при интенсивном перемешивании раствора. Было обнаружено, что без предварительной обработки углеродного материала процесс осаждения металлов происходит с большими затруднениями, причём никель из исследуемых растворов практически не осаждается даже при температурах 70 - 80 0С.
Наилучшие результаты с точки зрения извлечения металлов из раствора были получены на
Вода, полученная в результате двухстадийной обработки, может быть доочищена с помощью органосульфидных соединений. Результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3. Результаты трехстадийной очистки сточных
вод
Ионы металлов Конц-я после электролиза, мг/л Конечная конц-я, мг/л
гп2+ 0 0
К12+ 164 0
Вывод
Разработан метод очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, которые находятся в стоках в виде аминных комплексов, включающий стадии предварительного окисления, электрохимического
поверхности углеродного материала покрытого медью [2]. Процесс электролиза проводили при постоянном напряжении на электролизёре. Выход сплава по току на графитовом материале уменьшался по мере уменьшения концентрации ионов цинка и никеля в растворе. Если его значение уменьшалось до 30 %, электролиз прекращали.
Металлизированный катод обеспечил снижение концентрации никеля в 2, а цинка - в 15 раз по сравнению с исходным содержанием в стоке. Тем не менее, остаточные концентрации значительно превышали ПДК, а увеличение длительности электролиза не приводило к дальнейшему снижению концентраций ИТМ.
Совместное использование предварительного реагентного окисления органики и
электрохимического извлечения на
металлизированном катоде позволяет добиться полного извлечения ионов цинка и более чем четырехкратного снижения концентрации ионов никеля (таблица 2).
извлечения ИТМ [3] на пористом металлизированном катоде и реагентной доочистки органосульфидными соединениями.
Список литературы
1. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования ГН 2.1.5.1315-03 [Текст]: гигиен. нормативы. - М.: Минздрав России, 2003.
2. RU2328551. ^12008). Способ меднения полимерных композиционных материалов на основе углеродных волокон.
3. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.М. Очистка производственных сточных вод. М.: Стройиздат, 1979. 320 с.
Таблица 1. Характеристики углеродного материала КНМ
Марка Содержание углерода, % Толщина слоя, мм Поверхн. плотность, г/м2 Объем пор суммарный, см3/г
КНМ 99,5 ± 0,2 1,5-4,0 200-500 0,49-0,58
Таблица 2. Результаты очистки сточных вод различными методами
Концентрация после очистки, мг/л
Электрохимическое
Ионы металлов Исходная концентрация, мг/л Электрохимическое извлечение на пористом катоде Электрохимическое извлечение на пористом металлизированном катоде извлечение на пористом металлизированном катоде с предварительным
реагентным окислением
гп2+ 3316 2934 218,7 0
К12+ 755 702 354,8 164
