579

ИзвестИяПензенского государственного

ПедагогИческого унИверсИтетаимени в. г. БелИнского

естественные наукИ

№ 25 2011

I z v e s t I aPenzenskogo gosudarstvennogo

PedagogIcheskogo unIversItetaimeni 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. таранцеваПензенский региональный центр высшей школы,

филиал российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства

e-mail: fox-bbs@mail.ru

казаков в. а., виноградов о. с., гуляева н. а., таранцева Б. л. – снижение экологической опасности элект-рохимических 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 эко-логически 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 прора-ботки вопросов связанных с возможностью снижения риска техногенных катастроф от химических произ-водств. Электрохимические производства работают с чрезвычайно опасными веществами, а современные требования к экологической безопасности требуют как можно более ограниченного применения токсичных веществ.

высокие темпы развития промышленности, ин-тенсификация производственных процессов, предъ-являют высокие требования к надежной эксплуатации технологического оборудования. особое место в комп-лексе мероприятий по обеспечению безопасной экс-плуатации оборудования отводится надежной защите его от коррозии и разработке экологически наименее опасных технологических растворов.

в гальванических цехах, осуществляется на-несение различных покрытий. такие покрытия по-зволяют решать многие задачи, в том числе защита изделий от коррозии, придание поверхности деталей ряда специальных свойств (повышенная твердость и износостойкость, высокая отражательная способность и электропроводность, повышенные антифрикцион-ные свойства и др.). При всех достоинствах, гальвани-

ческое производство, с экологической точки зрения, представляет реальную угрозу в случае возникнове-ния чрезвычайной ситуации (чс).

гальваническое производство работает с боль-шим количеством растворов-электролитов и, хотя в последнее время внедряются новые более эффектив-ные электролиты, вопросы экологии до сих пор на-ходятся на одном из последних мест. отсутствует си-стематизация многочисленных, годами наработанных, знаний по применению растворов, не оказывающих разрушающее действие на природу.

в тоже время в нашей стране организована многостадийная токсикологическая оценка всех ис-пользуемых в промышленности химических веществ, начиная с лабораторной разработки и кончая массо-вым производством и применением химической про-дукции. вопросы, связанные с опасными ситуация-ми техногенного характера и способы защиты от них рассмотрены с. в. Петровым и в. а. Макашевым [1], а вопросы, экологической опасности растворов в галь-ванической 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.

580

ÈÈÈÈÈÈÈÈ ÈÈÈÈ ÈÈ. È. È. ÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈ • ÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈÈ ÈÈÈÈÈ • È 25 2011 È.

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 раст-вора не всегда достигают предельных значений крите-риев предельно-допустимых концентраций (Пдк) [4].

для разработки электролитов предложена сле-дующая примерная классификация компонентов раст-воров электролитов (табл. 1).

так, для замены цианистого электролита мед-нения можно выбрать электролит на основе наименее опасной, с экологической точки зрения, винной кислоты.

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 суль-фата меди;

– корректируют величину рн гидрооксидом натрия до величины 5.5–7;

– выдерживают электролит в течение суток при комнатной температуре.

Подготовка образца осуществлялась следую-щим образом:

– образец под покрытие подвергается обезжири-ванию в щелочной среде с целью удаления минераль-ных масел, жировых включений на поверхности и т.д.;

– промывка образца в дистиллированной воде при температуре 298к;

– травление образца производится в соляной кислоте. травление позволяет снять оксидную пленку с поверхности образца;

– промывка образца в дистиллированной воде при температуре 298к;

– нанесение никелевой подложки на стальной образец.

таблица 1

классификация компонентов растворов

видиона

наиболее опасныекомпоненты растворов

умеренно опасныекомпоненты 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

для получения покрытия медью использует-ся постоянный ток, перемешивание электролита не применяется.

нанесение покрытия медью осуществлялось из электролита следующего состава (г/л):

– сульфат меди пятиводный (в пересчете на ме-талл) 10…12;

– винная кислота 15…20; – гидроксид калия до рн – 5.5–7.

Плотность тока от 0.5 до 1.5 а/дм2, температу-ра 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 пла-стину (ст3), площадь поверхности образца – 9 см2, толщина покрытия сплавом – 6 мкм.

Испытания проводились следующим образом: наносилась сетка царапин с интервалом в 2 мм на об-разцах с толщиной покрытия сплавом 6 мкм. отслаи-вания не наблюдалось. таким образом, образцы мед-ного покрытия, полученные из виннокислого электро-лита, обладают удовлетворительным качеством сце-пления с основой.

Приведенный пример, получения электролити-ческого покрытия показывает одну из возможностей электроосаждения сплавов на основе меди из наиме-нее опасных электролитов.

для выбора гальванического покрытия существу-ет гост 9.303–84. однако, в технической литературе, имеется большое количество типов гальванических по-крытий, которые не вошли в гост, поэтому правиль-ный выбор покрытия, из всего многообразия имеющих-ся покрытий, является сложной и трудоемкой задачей.

Применение вычислительной техники позволит быстро и с высоким качеством выбрать тип гальвани-ческого покрытия в зависимости от условий эксплуа-тации и других требований к гальваническому покры-тию с учетом экологических факторов.

выбор покрытия основывается на следующих параметрах:

– основные параметры: материал основы, назна-чение покрытия, климатическое исполнение, условия эксплуатации;

– необязательные параметры: декоративные свойства, поверхностная обработка, максимальная/минимальная толщина;

– дополнительные параметры: слойность, вклю-чение/исключение металлов.

выбор покрытия проводится в несколько эта-пов. в начале, проводится выбор и ввод основных па-

Прикладная экОлОгия

581

раметров – материала детали, назначения покрытия, климатического исполнения и условий эксплуатации; затем выбор и ввод необязательных параметров – тре-буемых декоративных свойств покрытия и поверх-ностной обработки покрытия; и наконец, выбор и ввод дополнительных параметров – слойности, содержания металлов в сплаве и максимальной толщины.

на следующих этапах работы по обеспечению экологической безопасности производства выбранно-го покрытия осуществляется выбор и анализ электро-лита с точки зрения токсичности и влияния на окру-жающую среду, с учетом последующей обработки сточных вод и возможности регенерации и рекупера-ции раствора.

таким образом, применение программных про-дуктов, с использованием классификации опасных растворов, на стадии проектирования и внедрения наименее токсичных электролитов, позволит сни-зить экологическую нагрузку от электрохимических производств.

Благодарности: работа выполнена в рамках Государственного контракта № 14.740.11.0305 «Раз-работка теоретических основ по снижению вероятно-

сти техногенной катастрофы от гальванических про-изводств» от 17.09.2010 г., мероприятия 1.2.2 Програм-мы «Проведение научных исследований научными груп-пами 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 техно-генного 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. ХIII. № 4. с. 37–47.

3. виноградов с.с. способы использования ванн улав-ливания для снижения экологической опасности галь-ванического производства // гальванотехника и обра-ботка поверхности. 2003. т. ХI. № 3. с. 50–56.

4. казаков в.а., виноградов о.с., гуляева н.а. Методи-ческие подходы к расчету экономии водоресурсов в гальваническом производстве // рнЖ «Экономика и управление». 2010. № 11 (61). с. 69–74.