Разработка материальных балансов гальванических производств и мер по снижению их материалоемкости и экологической опасности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.03, кандидат технических наук Домрачев, Роман Александрович

• Домрачев, Роман Александрович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Домрачев, Роман Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Влияние токсичных металлов, используемых в гальванопроизводстве, на окружающую среду.

1.2. Экологические проблемы гальванических производств.

1.3. Пути снижения расхода ТТМ в гальваническом производстве.

1.3.1. Использование малоконцентрированных электролитов.

1.3.2. Регенерация вышедших из строя технологических растворов.

1.3.3. Рекуперация ТТМ из отработанных технологических растворов, ванн улавливания и промывных вод.

1.4. Рационализация водопотребления в гальваническом производстве.

1.4.1. Применение ступенчатых схем промывки.

1.4.2. Изменение последовательности промывных операций.

1.4.3. Регулирование подачи воды на промывку.

1.4.5. Усовершенствование технологий и систем промывки.

Глава 2. Балансовые расчеты движения ТТМ в гальваническом производстве.

2.1. Общий алгоритм балансового расчета.

2.2. Расчеты для отдельных технологических процессов.

2.2.1. Гальванические покрытия.

2.2.2. Химические покрытия.

2.2.3. Фосфатирование.

2.2.4. Анодная обработка алюминия.

2.2.5. Наполнение неметаллических покрытий.

2.2.6. Пассивация цинковых и кадмиевых покрытий.

2.2.7. Электрополирование нержавеющих сталей.

2.2.8. Травления меди и медных сплавов.

Глава 3. Оптимизация промывных операций и расчет водопотребления в гальваническом производстве.

3.1. Расчет водопотребления в период стабилизации материальных потоков.

3.1.1. Материальный баланс ванн промывки.

3.1.2. Алгоритм расчета.

3.2. Расчет водопотребления в условиях стабильности материальных потоков.

3.2.1. Расчет нормативов водопотребления.

3.2.2. Алгоритм расчета.

Глава 4. Обсуждение результатов компьютерных расчетов.

4.1. Влияние некоторых параметров технологического процесса на результаты балансовых расчетов.

4.2. Анализ результатов балансовых расчетов действующих гальванических производств.

4.3. Оптимизация промывных систем.

Глава 5. Уточнение некоторых коэффициентов, используемых в расчетах.

5.1. Влияние различных факторов на удельный унос раствора и скорость растворения металлов (литературный обзор).

5.1.1. Влияние различных факторов на удельный унос раствора.

5.1.2. Коррозионные свойства ТТМ в травильных растворах.

5.2. Методика экспериментов.

5.2.1.Определение удельного уноса технологического раствора

5.2.2. Определение содержания никеля в ванне промывки.

5.2.3. Определение поверхностного натяжения жидкостей.

5.2.4. Определение скорости растворения хромового покрытия в растворах серной и соляной кислот.

5.2.5. Определение скорости растворения никелевого покрытия в растворах серной и соляной кислот.

5.3. Исследование влияния различных факторов на удельный унос растворов из технологических ванн.

5.3.1. Сложность профиля деталей.

5.3.2. Конфигурация подвески.

5.3.3. Время стекания технологического раствора.

5.3.4. Состав технологического раствора.

5.3.5. Определение удельного уноса электролита из ванны никелирования на действующей гальванической линии

5.4. Изучение скорости растворения металлических покрытий в кислых средах.

5.4.1. Хромовое покрытие.

5.4.2. Никелевое покрытие.

5.5. Учет полученных результатов при проведении расчетов по компьютерным программам.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка материальных балансов гальванических производств и мер по снижению их материалоемкости и экологической опасности»

Гальванические производства играют важную роль в современных технологиях многих отраслей промышленности определяя эксплуатационные и потребительские качества продукции. Ежегодно в эти производства вовлекаются большие количества дорогостоящих и все более дефицитных цветных металлов и огромные объемы чистой воды, чаще всего питьевого качества и специально очищенной. Высокая материалоемкость гальванического производства повышает себестоимость и снижает конкурентноспособность продукции.

Анализ деятельности многих гальванических цехов выявляет существенный перерасход токсичных тяжелых металлов (ТТМ) и их соединений по сравнению с количеством, необходимым для нанесения покрытий. Объем во

2 3 ды, используемой на производстве 1 м покрытия, достигает 3,3 м , что многократно превышает нормы принятые на зарубежных предприятиях. Это снижает эффективность работы очистных сооружений (ОС). Сверхнормативные количества ТТМ и их соединений в том или ином виде (недоочищенные стоки, шламы реагентной очистки и т.д.) попадают в окружающую среду.

Очевидно, что решение взаимосвязанных задач снижения перерасхода ТТМ и воды позволит повысить эффективность и снизить экологическую опасность гальванического производства.

Разнообразие применяемых технологий, повышающее универсальность гальванотехники, многофакторность производства (объем, номенклатура, цели нанесения покрытий, многообразие требований предъявляемых к ним) не позволяют установить единые нормы расхода материалов для каждого вида покрытий. Для рационализации и оптимизации расхода ТТМ и воды в конкретном гальваническом производстве необходим анализ их потоков с учетом максимального количества факторов. В связи с этим целью настоящей работы является разработка материальных балансов гальванических производств и мер по снижению их материалоемкости, водопотребления и, как следствие, экологической опасности.

Заключение диссертации по теме «Технология электрохимических процессов и защита от коррозии», Домрачев, Роман Александрович

144 ВЫВОДЫ

1. Анализ литературных данных показал, что уменьшить экологическую опасность гальванического производства и повысить эффективность использования ТТМ можно только определив основные пути их попадания в отходы и проведя мероприятия по исключению или снижению, а также снизив водопотребление.

2. Разработано программное обеспечение для проведения балансовых расчетов движения ТТМ в гальваническом производстве. Эти расчеты позволяют оценить значимость всех возможных путей ухода ТТМ в жидкие и твердые отходы.

3. Показано, что унос в промывные воды не всегда является основной причиной поступления ТТМ на очистные сооружения.

4. Разработано программное обеспечение для расчета норм водопотребления в период стабилизации и в условиях стабильности материальных потоков в схемах промывки. Показано, что нередко подача проточной воды достаточно долгое время не требуется, т.к. концентрация отмываемого компонента в последней ступени за это время не успевает достичь ПДК. Длительность этого периода зависит от объема ванн промывки, концентрации электролита, удельного уноса и производительности гальванического участка.

5. Изучено влияние конфигурации подвески, сложности профиля деталей и состава технологического раствора на его удельный унос поверхностью деталей. Значения удельного уноса для деталей всех групп сложности, обрабатываемых на различных приспособлениях и в растворах всех исследованных составов, оказались существенно ниже приведенных в нормативных документах. Использование уточненных значений в расчетах расхода воды в промывных операциях позволит получать более реальные результаты и существенно снизить водопотребление в гальваническом производстве.

Определены скорости растворения никелевого и хромового покрытия в наиболее часто применяемых травильных растворах. Установлено, что попадания никеля в ванну травления путем растворения его с неизолированных частей технологического спутника практически не происходит, а значительное попадание хрома возможно только при использовании для травления концентрированных растворов соляной кислоты.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Домрачев, Роман Александрович, 2004 год

1. Шишкина С.В., Мамаев В.И., Хранилов Ю.П. Методики балансового расчёта количества тяжёлых металлов в жидких и твёрдых отходах гальванического производства. Киров. 1999. - 116 с.

2. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство. М.: «Глобус», 1998, - 302 с.

3. Барбье М. Введение в химическую экологию., перевод с француского.:-М., Мир, 1978.

4. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. JL, Химия, 1985.

5. Метрологическое обеспечение безопасности труда. Справочник, 2 том: -М., издательство стандартов, 1989.

6. Основные принципы переработки и использование осадков сточных вод в странах-членах Европейской экологической комиссии ООН. -Белорусский НИИНТИ, Минск, 1985.

7. Очистка природных и сточных вод. Аналитический обзор: М.: ВНТИЦ, 1991.

8. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности.: Д., Химия, 1976, с. 169.

9. Худолей В. В., Мизгирев И. В. Экологически опасные факторы.: JL, 1996.

10. Гинберг A.M., Будрейко Е.Н. Малоотходные и ресурсосберегающие процессы в гальванотехнике. Материалы семинара. Москва. - 1988. -С. 17.

11. Наседкин С.П., Печенкин А.Н., Светлицкий А.С. Пути решения проблемы малоотходного гальванического производства. // Гальванотехника и обработка поверхности, т.2, №1, 1993, с. 19-22.

12. Сыроешкин А.В., Плетенев С.С., Плетенева Т.В., Лебедев И.М., Синюк Т.Ф. Антагонизм в токсическом действии ионов меди и цинка в водных растворах. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.7, №3, 1999, с. 48-51.

13. Шишкина С.В., Хранилов Ю.П., Мамаев В.И., Карасев В.Ю., Гущина Е.В. Балансовые расчеты движения токсичных металлов в гальванохимических производствах. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.7, №1, 1999, с. 40-46.

14. Шишкина С.В. Вести из Регионов. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.7, №3, 1999, с. 52-53.

15. Бек Р.Ю., Маслий А.И. Экологические проблемы гальванотехники в России.//Гальванотехника и обработка поверхности», т.2, №1, 1993, с. 7-11.

16. Невский А.В., Пылаева Г.А., Лапшин В.Б., Караваев А.В. Экологизация процессов гальванического производства. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.2, №3, 1993, с. 73-76.

17. Дьяченко А.В. Некоторые аспекты создания безопасного малоотходного гальванического производства. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.2, №1, 1993, с. 12-17.

18. Мареичев А.В. Опыт внедрения малоотходных технологий и рациональное водопользование в гальванотехнике. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.2, №5, 1993, с. 54-58.

19. Вредные вещества в промышленности: Справочник. Под обш. ред. Н.В. Лазарева, т.2. М.: Химия, 1965, - 620 с.

20. Виноградов С.С. Сокращение водопотребления в действующем гальваническом цехе без его реконструкции. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.6, №1, 1998, с. 42-47.

21. Смирнов Д.Н., Генкин В.Е., Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. 1980, 124 с.

22. Гибкие автоматизированные гальванические линии: Справочник / B.J1. Зубченко, В.И. Захаров, В.М. Рогов и др.; под общ. ред. B.J1. Зубченко. -М.: Машиностроение, 1989, 672 с.

23. Ермолаева Г.Б., Козловская Н.А. Сравнительные характеристики прогрессивных электролитов бесцианистого цинкования. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.2, №3, 1993, с. 11-13.

24. Лошкарев Ю.М., Коваленко B.C. Сравнительный анализ современных электролитов цинкования и критерии их выбора для целей гальванотехники. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.2, №2, 1993, с. 37-45.

25. Ямпольский A.M., Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника. -JL: Машиностроение, 1981, 269 с.

26. Ильин В.А. Цинкование, кадмирование, лужение, свинцевание. JL: Машиностроение, 1977,-93 с.

27. Шлугер М.А., Кабина А.Н. Электроосаждение хрома из низкоконцентрированного саморегулирующегося электролита в присутствии соединений V, Mo, W. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.З, №4, 1994, с. 11-15.

28. Кудрявцева И.Д., Селиванов В.Н. Высокопроизводительные малоотходные технологии электроосаждения металлов из электролитов-коллоидов. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.2, №4, 1993, с. 33-36.

29. Кудрявцев Н.Т. Электролитические покрытия металлами. М.: Химия, 1979,-352 с.

30. Грилихес С.Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов. Библиотечка гальванотехника. Вып. 1. М.: 1994, - 191 с.

31. ГОСТ 9.314-90. Вода для гальванического производства и схемы промывок. Общие требования. М.: Изд-во стандартов, 1990.

32. Батурова М.Д., Веденяпин А.А. Моделирование промывки деталей в гальваническом производстве. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.4, №2, 1998, с. 54-57.

33. Кошель Н.Д., Коваленко B.JI. Метод определения скорости уноса раствора на поверхности обрабатываемых деталей в гальванических линиях. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.З, №4, 1994, с. 39-44.

34. Батурова М.Д., Веденяпин А.А. Проблема водосберегающей технологии в гальванопроизводстве. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.2, №3, 1993, с. 85-88.

35. Вайнер Я.В., Дасоян М.А. Технология электрохимических покрытий. -JL: Машиностроение, 1972, 464с.

36. Кругликов С.С. Регенерация травильных растворов и рекупераци меди впроизводстве печатных плат. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.2, №4, 1993, с. 69-72.

37. Турина С.Г., Савич Ж.Д., Жарский И.М., Бершевиц О.А. О возможности электрохимической регенерации отработанных растворов пассивирования меди. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.2,• №4, 1993, с. 80-83.

38. ГОСТ 9.305-84. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Операции технологических процессов получения покрытий. -М.: Госстандарт СССР.

39. Шахамайер С., Холмстед Т., Бауэр Р., Ньюмэн Д. Поиск альтернативы процессу электролитического кадмирования. // Гальванотехника и обработка поверхности», т.2, №3, 1993, с. 14-18.

40. Козлова JI.A., Окулов В.В. Фосфатирование. Теория и практика. // «Гальванотехника и обработка поверхности», т.7, №2, 1999, с. 27—32.

41. Рябой А.И., Ховрин Е.В., Вашенцева С.М. Бронзирование деталей из титановых сплавов. // «Гальванотехника и обработка поверхности», т.2,2, 1993, с. 52-54.42