VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

С каждым годом растет потребность людей в воде, пригодной для использования, и в то же время, естественные воды непрерывно загрязняются деятельностью человека. Индустриальная деятельность человека сопровождается непрерывным сбросом многообразных по своему химическому составу сточных вод, которые, попадая в водоемы, а также в источники питьевой воды, создают серьезную угрозу здоровью людей и окружающей среде.

Одним из источников загрязнения окружающей среды вредными веществами и, в первую очередь, тяжелыми металлами, являются гальванические производства.

Гальванические покрытия используются практически во всех отраслях промышленности. В Российской Федерации по оценке специалистов существует сегодня около 7000 таких цехов. Гальваническое производство является одним из крупнейших потребителей цветных металлов и воды, достаточно дорогих химических реактивов, а его сточные воды являются самыми токсичными и вредными, так как содержат вредные примеси тяжёлых металлов, неорганических кислот и щелочей, поверхностно-активных веществ и других высокотоксичных соединений. Снижению количества сточных вод может способствовать применение современной малоотходной технологии производства. Однако это потребует значительных материальных затрат, что нереально на данном уровне развития экономики страны. В результате остается единственный на данном этапе путь сохранения окружающей среды – повышение эффективности очистки сточных вод.

Предотвращение загрязнения водоемов производственными сточными водами тесно связано с разработками мероприятий по сокращению потребления свежей воды на технологические нужды производства и уменьшению количества сбрасываемых стоков. Один из наиболее рациональных путей для достижения этих целей - создание локальных систем очистки с извлечением ценных компонентов и использованием очищенных сточных вод в оборотном цикле.

1. Общая характеристика гальванического производства

Гальваника- электролитическое осаждение тонкого слоя металла на поверхности какого-либо металлического предмета для защиты его от коррозии, повышения износоустойчивости, предохранения от цементации, в декоративных целях и т. д. Нанесение гальванических и химических покрытий производится обычно в специальных ваннах, конструкция которых определяется видом покрытий, формой и размерами деталей и технологическим процессом [1].

Нанесение гальванических покрытий представляет собой электрохимический процесс, при котором происходит осаждение слоя металла на поверхности изделия. В качестве электролита используется раствор солей наносимого металла. Само изделие является катодом, и при прохождении тока через раствор соли положительно заряженные ионы металла направляются к катоду (изделию), в результате чего происходит электроосаждение металла.

Гальваническое производство способно выполнить различные покрытия [2,4]:

• Покрытие хромом. С его помощью повышают твердость и износостойкость поверхности изделий, инструмента, восстанавливают изношенные детали. Широко применяется для защиты от коррозии и с целью декоративной отделки поверхности изделий.

• Покрытие цинком защищает от коррозионного разрушения черные металлы не только механически, но и электрохимически.

• Покрытие кадмием.Химические свойства кадмия аналогичны свойствам цинка, однако он химически более устойчив. Покрытие, так же как и цинковое, применяется для защиты черных металлов от коррозии. Особенность кадмиевого покрытия заключается в том, что оно обеспечивает электрохимическую защиту стали в тропических условиях. Кадмий значительно пластичнее цинка, поэтому детали с резьбовым соединением предпочитают кадмировать.

• Покрытие никелем. Никелем покрывают изделия из стали и цветных металлов (медь и ее сплавы) для защиты их от коррозии, декоративной отделки поверхности, повышения сопротивления механическому износу и для специальных целей. Никелевые покрытия имеют высокую антикоррозионную стойкость в атмосфере, в растворах щелочей и в некоторых органических кислотах, что в значительной степени обусловлено сильно выраженной способностью никеля к пассивированию в этих средах.

• Химическое никелевое покрытие, содержащее 3-12% фосфора, по сравнению с электролитическим имеет повышенные антикоррозионную стойкость, износостойкость и твердость, особенно после термической обработки. Главным достоинством процесса химического никелирования является равномерное распределение металла по поверхности рельефного изделия любого профиля.

• Покрытие оловом. Основные области применения - защита изделий от коррозии и обеспечение паяемости различных деталей. Этот металл устойчив в промышленной атмосфере, даже содержащей сернистые соединения, в воде, нейтральных средах. По отношению к изделиям из медных сплавов олово является анодным покрытием и защищает медь электрохимически. Оловянные покрытия чрезвычайно пластичны и легко выдерживают развальцовку, штамповку, изгибы. Покрытия имеют хорошее сцепление с основой, обеспечивают хорошую коррозионную защиту и красивый внешний вид.

• Медные покрытия чаще всего применяют для экономии никеля как подслой при никелировании и хромировании. Вследствие промежуточного покрытия стали и чугуна медью достигается лучшее сцепление между основным металлом и металлом покрытия, и уменьшается вредное влияние водорода. Медные покрытия широко применяются также для местной защиты при цементации и в гальванопластике. Медные покрытия хорошо полируются, что имеет значение при декоративно-защитных покрытиях.

• Покрытия серебром получило применение, главным образом, для улучшения электропроводящих свойств поверхности токонесущих деталей, придания поверхности высоких оптических свойств, для защиты химической аппаратуры и приборов от коррозии под действием щелочей и органических кислот, а так же с декоративной целью.

Каждый технологический процесс гальванического нанесения металлических покрытий состоит из ряда отдельных операций, которые можно разделить на 3 группы:

1. Подготовительные работы. Их цель - подготовка изделия (его поверхности) для нанесения покрытия гальваническим путем. На этой стадии технологического процесса проводится механическая обработка деталей, обезжиривание в органических растворителях, химическое и электрохимическое обезжиривание, травление и полирование.

2. Основной процесс, цель которого заключается в образовании соответствующего металлического покрытия с помощью гальванического метода.

3. Отделочные операции. Они применяются для облагораживания и защиты гальванических покрытий. Наиболее часто для этих целей применяют пассивирование, окраску, лакирование и полирование.

После каждой операции изделие промывают в холодной проточной воде, а после обработки в щелочных растворах - последовательно в горячей и холодной воде. На заключительной стадии обработки изделие последовательно промывается в холодной и горячей воде и сушится. Таким образом, гальваническое производство неразрывно связано со сбросом отработанных промывных вод: удельный расход воды зависит от применяемого оборудования и колеблется в широком диапазоне от 0,2 до 2,3 м³ на 1 м² обрабатываемой поверхности [3].

2. Характеристика сточных вод гальванического производства

Объем, количественный и качественный состав стоков зависит от применяемой схемы и расхода воды на промывку, следовательно рационализация водопотребления через выбор применяемого оборудования и схем промывки определяет объем, количественный и качественный состав промывных и сточных вод, а, соответственно, и состав очистного оборудования, эффективность его работы.

Гальванические производства имеют два вида сточных вод:

• концентрированные отработанные растворы гальванических ванн и ванн химической обработки;

• промывные воды ванн горячей и холодной промывки.

Разнообразный ассортимент применяемых гальванических покрытий обуславливает многообразие загрязнений, находящихся в сточных водах. Исходя из фазового состояния вещества в растворе, все загрязнения можно подразделить на четыре группы:

• взвеси в виде тонкодисперсных суспензий и эмульсий;

• коллоиды и высокомолекулярные соединения;

• органические вещества, растворенные в воде;

• соли, кислоты, основания, растворенные в воде.

По режиму сброса стоки подразделяются на постоянно поступающие воды от проточных ванн после промывки в них деталей (промывные воды) и периодически сбрасываемые из непроточных ванн (отработанные концентрированные электролиты и растворы).

По составу загрязнений сточные воды делятся на четыре группы [5]: кислотно-щелочные, циансодержащие, хромосодержащие, фторсодержащие. Их характеристики приведены в табл. 1 .

Таблица 1

Классификация сточных вод гальванических цехов

по химическому составу загрязнений

Группа сточных вод	Основные технологические процессы образования сточных вод	Состав загрязнений	pH среды
Кислотные	Предварительное травление, кислое меднение, никелирование, цинкование	Н2SO4, HCl, HNO3, H3PO4 и др.	< 6,5
Щелочные	Обезжиривание	NaOH, KOH, Ca(OH)2 и др.	>8,5
Содержащие соли тяжелых металлов	Поверхностная металлообработка и нанесение гальванопокрытий	Fe 2+, Fe3+ , Zn2+, Al3+, Cu2+ и др.

Код для цитирования: Скопировать