Разработка принципов создания экологически безопасного гальванического производства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.03, доктор технических наук Виноградов, Сергей Станиславович

• Виноградов, Сергей Станиславович
• доктор технических наук
• 2004

Оглавление диссертации доктор технических наук Виноградов, Сергей Станиславович

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ 18 ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

2 Л. Экологический критерий гальванического производства.

2.2. Применимость различных перечней ПДК.

2.3. Экологическая опасность технологических растворов.

2.4. Экологическая экспертиза гальванического производства и пути 73 снижения его экологической опасности.

ГЛАВА 3. СПОСОБЫ РАЦИОНАЛИЗАЦИИ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ НА 78 ПРОМЫВОЧНЫХ ОПЕРАЦИЯХ

Введение.

3.1. Традиционные способы промывки и сокращения водопотребления.

3.1.1. Требования к качеству воды.

3.1.2. Характеристика систем промывки.

3.1.3. Расчёт расхода воды на промывку.

3.1.4. Расчёт концентраций веществ в промывных и сточных водах.

3.1.5. Дополнительные меры по сокращению расхода воды на про- 95 мывку.

3.2. Способы сокращения расхода воды на промывку в условиях дефи- 98 цита производственной площади.

3.2.1. Изменение последовательности промывочных операций.

3.2.2. Повторное использование промывной воды.

3.3. Работа ванн улавливания. Обеспечение строгого нормирования во- 108 допотребления.

3.3.1. Периодичность смены воды в ванне улавливания.

3.3.2. Работа ванны улавливания без смены в ней воды.

3.3.3. Работа нескольких ванн улавливания без смены в них воды.

3.3.4. Обеспечение строгого нормирования водопотребления.

3.4. Организация бессточных операций.

3.5. Основные положения и порядок выбора схем промывок.

ГЛАВА 4. ПРИНЦИПЫ АДАПТАЦИИ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО

ПРОИЗВОДСТВА И ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

ГЛАВА 5. ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ И СПОСОБЫ 233 ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РАСТВОРОВ И ф ЭЛЕКТРОЛИТОВ

5.1. Порядок определения срока службы растворов и электролитов.

5.2. Способы восстановления работоспособности растворов и электро- 249 литов.

6.1. Возможные пути рекуперации отработанных растворов, содержа- 263 щих соединения шестивалентного хрома.

6.2. Возможные пути рекуперации отработанных растворов, содержа- 271 щих щёлочь.

ГЛАВА 7. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОЛИТОВ ХРОМИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ 277 СОЕДИНЕНИЙ ТРЁХВАЛЕНТНОГО ХРОМА

7.1. Оценка экологической опасности электролитов хромирования.

7.2. Особенности электроосаждения хрома из сернокислых электролитов 279 на основе хрома (III).

7.2.1. Ионный состав сернокислых растворов хрома (III).

7.2.2. Влияние рН растворов на электроосаждение хрома из серно- 282 кислых электролитов на основе хрома (III).

7.2.3. Влияние лигандов на электроосаждение хрома из сернокислых 283 электролитов на основе хрома (III).

7.3. Выбор состава электролита хромирования на основе комплексных 286 соединений трёхвалентного хрома.

7.4. Исследование свойств гликоколево-аммиакатного электролита хро- 294 мирования.

7.4.1. Выход хрома по току.

7.4.2. Рабочий диапазон плотностей тока получения блестящих по- 305 крытий в зависимости от рН электролита.

7.4.3. Рассеивающая способность электролита.

7.4.4. Внутренние напряжения покрытий.

7.4.5. Поляризационные кривые.

7.4.6. Выводы и технологические режимы декоративного хромиро- 317 вания.

7.5. Исследование свойств оксалатно-аммиакатного электролита хроми- 320 рования.

7.5.1. Выход хрома по току.

7.5.2. Рабочий диапазон плотностей тока получения блестящих по- 329 крытий в зависимости от рН электролита.

7.5.3. Поляризационные кривые.

7.5.4. Выводы и технологические режимы декоративного хромиро- 336 вания.

7.6. Возможный механизм осаждения хромовых покрытий (на примере 339 осаждения хрома из гликоколево-аммиакатного электролита).

Заключение диссертации по теме «Технология электрохимических процессов и защита от коррозии», Виноградов, Сергей Станиславович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлена в математическом виде зависимость экологической опасности гальванического производства от экологической опасности технологических растворов, объёмов водопотребления, эффективности очистки жидких отходов, степени регенерации и рекуперации химикатов и степени утилизации или надёжности захоронения отходов, которая позволяет выявить основные направления по её снижению.

2. Разработаны последовательности промывки, которые позволяют сократить расход воды на промывку в 9-260 раз без изменения количества и типа ванн только за счёт изменения в системе управления гальванических линий.

3. Предложен способ повторного использования промывной воды, который позволяет только за счёт изменения обвязки трубопроводов организовать частичный водооборот и сократить расход воды в 3-4 раза.

4. Выведена формула, позволяющая определять периодичность замены воды в ванне улавливания по площади обработанной поверхности.

5. Установлено, что установка ванн улавливания и организация двукратной промывки в них по изменённому маршруту движения деталей позволяет исключить необходимость в смене и переработке отработанной промывной воды и сократить загрязнённость сточных вод в (п+1) раз, где п - количество ванн улавливания.

6. Предложен периодически непроточный режим работы проточных ванн промывок, который позволяет организовать нормированное водопотребление для любой величины расхода воды и дозированный сброс сточных вод. Разработана схема расчёта продолжительности непроточного режима работы промывных ванн.

7. Установлено, что использование нескольких ванн промывки, работающих в периодически непроточном режиме, позволяет исключить сброс сточных вод. Определены условия и порядок создания бессточных технологических операций.

8. Разработаны основные положения и порядок выбора схем промывок, позволяющие оптимизировать водопотребление и водоотведение гальванической линии или цеха в целом.

9. Разработаны принципы адаптации гальванического производства и очистных сооружений, которые позволяют:

• при существующих очистных сооружениях

- подбирать составы технологических растворов по величине их экологической опасности,

- определять необходимый объём водопотребления,

• при существующей технологии гальванического производства

- определять минимально необходимую степень очистки сточных вод,

- улучшать работу действующих очистных сооружений без существенных капитальных затрат на их модернизацию,

- изменять технологию очистки стоков с увеличением эффективности очистки и уменьшением капитальных и эксплуатационных затрат,

- обеспечивать применение локальных систем очистки,

- организовывать бессточные технологии.

10. На основе обобщения опыта работы растворов и электролитов определён коэффициент смены технологических растворов, позволяющий рассчитывать срок их службы.

11. На основе анализа существующих методик выделения отдельных загрязнений предложены универсальные методики восстановления работоспособности электролитов цинкования (сернокислых, слабокислых аммиакатных и цинкатных), кадмирования (аммиакатных), меднения (сернокислых и пирофосфатных) и никелирования (сернокислых), позволяющие в отсутствии контроля загрязнённости электролитов продлить их срок службы без применения специализированного оборудования.

12. Разработаны схемы возможных путей вторичного использования (рекуперации) отработанных электролитов хромирования, анодирования алюминия в хромовой кислоте, эматалирования, растворов хроматирования цинковых и кадмиевых покрытий, удаления недоброкачественных покрытий, травления меди и её сплавов, снятия травильного шлама и пассивации покрытий, а также растворов химического оксидирования стали, удаления с магния оксидных плёнок естественного, химического и анодного происхождения, химического травления алюминия и его сплавов, которые позволяют резко сократить сброс концентрированных жидких отходов и расход химикатов, а также уменьшить экологическую опасность гальванического производства.

13.Разработаны гликоколево-аммиакатный и оксалатно-аммиакатный электролиты на основе соединений трёхвалентного хрома, которые позволяют наносить декоративное хромовое покрытие на сложнопрофилированные детали в широком диапазоне катодных плотностей тока, рН и температуры электролита.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Виноградов, Сергей Станиславович, 2004 год

1. Глушко Я.М. Вредные неорганические соединения в промышленных сточ-ных водах: Справочник. -Л.: Химия, 1979. 160 с.

2. Гигиена окружающей среды /Под ред. Г.И.Сидоренко; АМН СССР. М.: Медицина, 304 с.3. "Наша планета" /Журнал Программы Организации Объединенных Наций поокружающей среде (ЮНЕП), Т. 7, № 6, 1996.

3. Экологическая доктрина Российской Федерации (распоряжение Правительства РФ № 1225 от 31.08.2002 г.) Экологический вестник московского региона, №4, 2002,-С. 3-18.

4. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения, №4630-88.

5. Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек.: Учебн. пособиедля студентов вузов. М.: Высш. школа, 1980. - 424 с.

6. Гюнтер Л.И., Жмур Н.С. Водоснабжение и санитарная техника. 1999. -№ 12.-С. 5-9.

7. Правила приема производственных вод в системы канализации населенныхпунктов. М.: МЖКХ РСФСР, 1987. 104 с.

8. Нечаев А.П. Водоснабжение и санитарная техника. 1999. 1. -С. 2-6.

9. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство. /Под редакцией проф. В.Н. Кудрявцева. -Изд. 2-е, перераб. и доп.; -М.:'Тлобус", 2002. -352 с.

10. Ильин В.А. Пути создания безотходной технологии гальванических покрытий. -Л.: ЛДНТП, 1986. -24 с.

11. Азарко О.Е., Кузнецов В.В., Шахамайер С.Р., Винокуров Е.Г., Кудрявцев В.Н. Электроосаждение толстых хромовых покрытий из электролитов на основе трёхвалентного хрома. Гальванотехника и обработка поверхности, t.V, № 4, 1997, 25-32.

12. An-Kong Hsieh, Keng-Nam Chen, Mei-Fatt Chang. Chromium Deposition from Trivalent Chromium-Thiocyanate Bath. Metal Finishing, May, 1994, 11-15

13. Бурдыкина Р.И. Комплексные соединения хрома (III). Воронеж, гос. техн. ун-т. -Воронеж, 1996. 62 с.

14. Бурдыкина Р.И. Электрохимия соединений хрома (III) и хрома (VI). Воронеж. политехи, ин-т. -Воронеж, 1991. 165 с. -Деп. в ОНИИТЭХИМ, г. Черкассы 05.03.91, № 137-ХП91.

15. Кудрявцев Н.Т., Бодров И.А. Труды МХТИ им. Д.И.Менделеева. -1959, вып. 26. С.6

16. Фаличева А.И., Матанцев А.И., Савинова Н.В., Костырева В.А. Теория и практика блестящих гальванопокрытий. Вильнюс. 1963. 161 с.

17. Фаличева А.И. Ж. Всес.хим.общ. им. Д.И.Менделеева. -1964. -9, № 8, С. 555.

18. Plan P., Taube H.J. Phys. Chim. -1962. -56. № 3, С. 33.

19. W.Machu, M.F.M.El-Chandour, Werkstoffe und Korrosion, 1959,10, 556; 1960, 11, 274; O.Dony Henault,Z.Electrochem., 1956,12, 319.

20. G.Fuseya, K.Sasaki, Trans. Electrochem. Soc., 1931, 59, 445.

21. C.Kasper, Bureau of Standarts, J.Research., 1923,11, 519; 1923, 9, 353; 1935,14, 693.

22. Фаличева А.И., Бурдыкина Р.И. Гальванотехника и обработка поверхности. 1997. т. 5, № 1, С.14-19.

23. Rotzinger F.P., Stunzi Н., Marty W. Early stages of the hydrolysis of chromium (III) in aqueous solution. 3. Kinetics of dimerization of the deprotonated aqua ion // Inorganic Chem. 1986. -V.25, N 4. -P.489-495.

24. Mandich N.V. Chemistry of chromium // Proc. 82 AESF, SUR/FIN, 95. June 2629, 1995. Baltimore, Maryland. P. 1-20.

25. Фаличева А.И., Ионова И.Г. Исследование ионного состава растворов сульфата хрома (III). Воронеж: Воронеж, политехи, ин-т, 1977, 8 с. -Деп. в Журн .Изв. вузов, Иваново 25.01.77, № 281-77.

26. Фаличева А.И., Ионова И.Г. Сб. "Синтез и исследование свойств комплексных соединений". -Воронеж: Воронеж, технол. ин-т, 1975, вып. 2. С.72.

27. П.Н.Коваленко Укр. хим. журн., 1956, т. 22, № 6, с. 801.

28. Lyons Е.Н. Electronic configuration in electrodeposition from aqueous // J.Electrochem. Soc. 1954. -V.101, N7. -P. 363-376.

29. Г.Н.Томашова, А.Т.Ваграмян. О механизме электроосаждения хрома из его трёхвалентных соединений // Защита металлов. -1968. -Т. 4, №4. -С. 403408.

30. Ваграмян А.Т., Жамагорцянц М.А. Электроосаждение металлов и ингиби-рующая адсорбци. -М.: Наука, 1969. -198 с.

31. А.Т.Ваграмян, Г.Н.Томашова, Г.Ф.Савченков. Защита металлов, 1968, 4, 139.

32. Величенко А.Б. Автореферат дисс. канд. хим. наук. Днепропетровск, 1988.

33. Скоминас В.Ю., Раджюнене Б.С. Влияние некоторых анионов и лигандов на электроосаждение хрома из его трёхвалентных соединений. 1. Галогениды в сульфатном электролите // Тр. АН Лит. ССР. -сер. Б. -1986. -Т. 2(153). -С. 10-17.

34. А.Т.Ваграмян. Электроосаждение металлов, -М.: Изд-во АН СССР, 1950.

35. Гринберг А.А. Введение в химию комплексных соединений. Изд 4-е, исправленное. Л.: Химия. 1971, с.632.

36. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. -Т.1. -М.: Мир. -1969.-С.212.

37. Фрумкин А.Н., Флорианович Г.М. ДАН СССР, 80, 907 (1951).

38. Frumkin A.N., Petty O.A., Nikolajeva-Fedorovic N.Y. Elektrochim. Acta, 8, 177 (1963).

39. Фрумкин A.H. Успехи химии, 24, 933, (1955).

40. Фрумкин А.Н., Багоцкий B.C., Иофа З.А., Кабанов Б.Н. Кинетика электродных процессов. М., Изд-во МГУ, 1952.

41. Frumkin A.N. Trans. Faraday Soc., 55, 156 (1959).

42. Хотянович С.И. Электроосаждение металлов платиновой группы. Вильнюс, "Мокслас", 1976, с. 21-23

43. Jolibeis А. Helv. Acta, 23, 412 (1940)

44. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия, -М., 1975

45. Кайкарис В.А., Пиворюнайте И.Ю. В сб.: Материалы совещания блестящих гальванопокрытий. Вильнюс, 1963, с. 307

46. Бирюков Н.Д. ЖНХ, 2, 2240 (1957)

47. Шлыгин А.И. В сб.: Труды совещания по электрохимии. -М., 1953, с. 322

48. Виноградов С.С. Организация гальванического производства. Оборудование, расчёт производства, нормирование. /Под ред. В.Н.Кудрявцева; -М.: "Глобус", 2002. 208 с.