Основные технологические процессы гальванических производств

Для улучшения защиты поверхности металлических изделий от повреждения из-за коррозионных процессов на них наносят тонкую пленку другого металла. По способу защиты покрытия разделяют на катодные и анодные.  И те, и другие защищают от коррозии.

Катодные покрытия служат лишь механической защитой. При повреждении такого покрытия начинает разрушаться основной металл. Анодные покрытия служат и механической, и электрохимической защитой. При нарушении поверхности покрытия, разрушается материал покрытия, а не основной металл. Несложно представить, какое широкое применение нашли гальванические покрытия в промышленности и как велика ценность их свойств.

Процесс электрохимического нанесения защитного покрытия осуществляется в три этапа: подготовка поверхности детали, нанесение покрытия в специальных гальванических ваннах, обработка покрытия.

Перед нанесением покрытия деталь необходимо обработать механически, обезжирить, отполировать, иногда требуется также травление поверхности. Затем, в специальных гальванических ваннах, заполненных электролитом, электрохимическим способом наносят металлическую пленку. На завершающей стадии производят работы по обработке поверхности: детали обезвоживают, пассивируют и полируют. В ходе всего технологического процесса происходит значительное потребление промывочной воды, которая сбрасывается в виде стоков. Чтобы отмыть деталь от растворов реагентов и не допустить переход нежелательных химических соединений в дальнейшие растворы, изделие промывается многократно. От промывки также зависит качество обработки, сцепление нанесенного слоя металла с поверхностью.

Виды гальванических стоков

Вредность и опасность таких стоков обусловлена содержанием в них ионов токсичных металлов, например, цинка, алюминия, марганца, висмута, свинца, никеля, кобальта, хрома и других. Кроме промывочной воды сбрасываются растворы гальванических ванн. Классифицируют гальваностоки по степени загрязненности (концентраты, полуконцентраты, низкоконцентрированные) и характеру загрязнений. Вид загрязнений определяет этапы водоочистки, реагентную обработку. Рассмотрим поподробнее эту классификацию.

Выделяют три вида гальванических стоков:

  • кислотные и щелочные стоки
  • цианосодержащие
  • хромсодержащие

На некоторых предприятиях отдельно выделяют фтор-, нитрит-, никельсодержащие стоки.

Кислотно-щелочные стоки могут иметь рН от 2 до 12 и содержат в своём составе: катионы (Fe2+, Fe 3+, Cu2+, Zn2+, Ni2+, Сd2+, Pb2+, Sn2+, Hg2+, Al3+, Na+, K+, NH4+ и др.), анионы (SO42-, Cl-, PO43-, SiO32-, F-, NO3-, BF4-, ZnO22-, SnO32- и др.), ПАВ (блескообразователи, смачиватели, эмульгаторы, ингибиторы травления и др.), комплексообразователи (пирофосфат, амины, трилон Б, сегнетова соль, аммиак и др.) Циансодержащие стоки образуются после процессов меднения, цинкования, кадмирования, серебрения, обезжиривания в цианидных электролитах. Их рН от 7,5 до 9, они содержат свободный цианид, цианидные комплексы токсичных металлов, ПАВ, компоненты щелочной среды. Хромсодержащие стоки образуются в процессах хромирования, хроматирования, наполнения в хромпике, электрополирования, отдельных видов травления, например, меди. Они могут иметь рН от 2,3 до 8,8. Основные загрязнения: соединения хрома (VI), катионы тяжелых металлов (Cr3+, Fe3+, Cu2+, Cd2+), анионы (SO42-,PO43-, NO3- и др.).

Промывные воды сбрасываются постоянно, они составляют основной объём сточных вод. Отработанные растворы, стоки от промывки вентсистем, фильтров, другого оборудования сбрасываются периодически, эти стоки носят залповый характер. Они составляют небольшой процент от общего объема стоков, но содержат около 70% загрязняющих веществ.

Методы очистки гальванических стоков

Механические: на данном этапе происходит задержание нерастворимых примесей.

Это могут быть механические осадочные фильтры, отстойники, песколовки, решетки. Кроме этого в некоторых схемах нашли применение преаэраторы, центрифуги, сепараторы, гидроциклоны. При необходимости также используются нефте- и смолоуловители.

Химические: этим методом осуществляют реагентную обработку сточных вод.

При этом происходит нейтрализация примесей, перевод в малорастворимые формы, или их осаждение. Для повышения эффективнсти очистки сточные воды разделяют по видам загрязнений. Отдельно обезвреживаются цианистые, хром- и нитритосодержащие стоки. Далее их смешивают с кислотно-щелочными стоками. А затем проводится окончательная нейтрализация. Цианиды, как правило, разрушают окислением хлором, или гипохлоритом, либо переводят в стабильные комплексы с железом. Такие комплексы неядовиты при достаточном разбавлении. Восстановление шестивалентного хрома чаще всего производят соединениями серной кислоты. В качестве реагентов используют сульфит и бисульфит натрия, ангидрид, соли железа.

Физико-химические: данными методами стоки очищаются от растворенных, коллоидных и взвешенных веществ.

Эти методы разнообразны и нашли широкое применение. Традиционно используют коагуляцию и флотацию, а также электрокоагулирование, электрофлотацию и другие методы. В настоящее время всё большую популярность получают мембранные технологии, такие как обратный осмос и ультрафильтрация.

За счёт комбинации всех этих методов повышается эффективность водоочистки.

Для примера ниже рассмотрена одна из таких схем, в которой применены химические, механические и физико-химические методы.

В приведенной выше схеме хромсодержащие промывные воды собираются в усреднитель Е1.1, а хромсодержащие концентраты собираются в усреднитель Е2.2. Из усреднителя Е2.2 хромсодержащие концентраты дозируются в усреднитель Е1.1. Это позволяет избежать залпового сброса концентрированных загрязнений. Аналогичным образом, кислотно-щелочные концентраты поступают из усреднителя Е2 в усреднитель Е1, где собираются промывные кислотно-щелочные воды. Хромсодержащие стоки направляются в реактор Р2. В этом реакторе производится реагентная обработка вод раствором гидросульфитом натрия для перевода высокотоксичного шестивалентного хрома в менее токсичный трехвалентный хром. Обезвреженные хромсодержащие стоки также собираются в усреднитель Е1, откуда они направляются в реактор Р1. В этом реакторе происходит флокуляция загрязняющих веществ. Для более эффективной флокуляции в реактор-флокулятор вводят гидроксид натрия (для поддержания оптимального рН образования гидроксидов металлов) и анионный флокулянт. Дальнейший этап очистки осуществляется в электрофлотаторе ЕФ, куда жидкость поступает самотёком из реактора Р1. Затем очищенная вода собирается в ёмкости Е3 и насосами подаётся на механические фильтры. Фильтры работают в автоматическом режиме. В ёмкости Е4 вода нейтрализуется серной кислотой, после чего подаётся на угольный фильтр для тонкой очистки и удаления органических соединений, которые находятся в воде в растворенном виде. Далее вода собирается в ёмкости Е6 и подаётся на установку обратного осмоса. Пермеат (обессоленная вода) собирается в емкости Е7, а солесодержащий концентрат либо сбрасывается в дренаж, либо используется для извлечения солей, или использования в производственных целях.

Другие статьи