ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛОВ И ПЛАСТМАСС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ИЛИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (ИТС 36-2017)

Оборудование для обработки мелких деталей. Мелкие и обычно легкие детали

массового производства, которые сложно индивидуально навешивать на подвесочные

приспособления, обеспечивая при этом надежный электрический контакт, обрабаты-

вают с помощью специального оборудования. Обработку деталей в этом оборудовании

проводят насыпью (кучей). Электрический контакт между деталями осуществляется за

счет давления верхних слоев деталей на нижние, а равномерность гальванической об-

работки обеспечивается перемешиванием при вращении емкости с раствором (распо-

ложение анодов рассмотрено ниже).

Оборудование для обработки мелких деталей делится на пять основных типов:

- наливные колокола, в которых изделия засыпаются в коническую или пирами-

дальную емкость со сплошными стенками, залитую на некоторую высоту электролитом

и вращающуюся вокруг своей оси, наклоненной к вертикали под некоторым углом;

- погружные колокола, емкость которых имеет такую же коническую форму, как у

наливных колоколов, и вращается в наклонном положении, но стенки ее перфорирова-

ны и не электролит заливается в колокол, а колокол погружен в ванну с электролитом;

- барабаны, обычно призматические, реже цилиндрические, с перфорированны-

ми стенками, вращающиеся вокруг своей горизонтальной оси при полном (реже ча-

стичном) погружении в ванну с электролитом;

- корзины-качалки с перфорированными стенками, поворачивающиеся на непол-

ный оборот (назад и вперед) при полном погружении в ванну с электролитом;

- сетки или сетчатые корзины используются главным образом для химической

обработки и размещения анодного материала при катодном нанесении покрытий

(см. рисунок 2.10). Перемешивание деталей в них производится путем периодического

встряхивания. Так как встряхиванием обеспечивается перемешивание кучи деталей

лишь небольшой величины, то для электрохимической обработки сетки используются

редко и только с равномерно и в один слой рассыпанными на них деталями. Встряхи-

вание катодной штанги с подвешенными на ней сетками осуществляется либо с помо-

щью вращения асимметричного кулачка типа «собачки», либо вибратора.

Рисунок 2.10 - Корзины для электрохимической и химической обработки

деталей и размещения анодного материала

Специфические особенности работы всех перечисленных типов оборудования,

вызванные тем, что детали загружены в них насыпью (кучей), резко отличают их от

стационарных ванн:

- внутренние слои кучи деталей сильно экранированы внешними слоями от си-

ловых линий тока, поэтому в каждый данный момент покрытие происходит только на

деталях, лежащих в наружных слоях кучи; в связи с этим фактическая плотность тока

значительно больше плотности тока, рассчитанной по поверхности всей загрузки;

- величина плотности тока при обработке деталей насыпью обычно составляет

1/3 от величины плотности тока при обработке деталей на подвесках;

- ток от токоподводящих контактов (донный, плавающий катоды и т. п.), имеющих

ограниченную поверхность, протекает к ближайшей детали и от нее к другим деталям

через не очень надежные контакты между ними; падение напряжения на этих плохих

контактах весьма значительно, поэтому к такому оборудованию требуется подводить

более высокое напряжение, чем к стационарным ваннам;

- перфорированные стенки погружных колоколов, барабанов корзин-качалок и

сеток способствуют заметному увеличению электрического сопротивления и также вы-

зывают потребность в подводе к ваннам повышенного напряжения;

- в наливных колоколах причиной повышенного электрического сопротивления

является ограниченная площадь поверхности анода - достаточно большой анод не-

возможно уместить внутри колокола; но и в прочих типах оборудования для покрытия

мелких деталей площадь анодов недостаточно велика, хотя аноды и расположены вне

сосуда;

- объем электролита в наливном колоколе, приходящийся на единицу площади

поверхности деталей и на 1 А тока, значительно меньше, чем в стационарной ванне.

Это приводит к быстрому нарушению состава электролита, перегреву, а иногда и к не-

которым другим осложнениям;

- в результате непрерывного перемешивания (пересыпания) деталей довольно

большая часть осевшего на них металла успевает за время процесса нанесения по-

крытия стереться, химически раствориться (до 20 % - 40 % для твердых металлов ти-

па никеля, до 40 % - 60 % для мягких металлов типа цинка), что существенно умень-

шает скорость наращивания покрытия по сравнению со скоростью осаждения покрытия

в стационарных ваннах.

Таким образом, оборудование для покрытия мелких деталей требует более вы-

сокого напряжения питающего тока и большего времени для нанесения покрытия, чем

в стационарных ваннах, но это окупается возможностью большей загрузки оборудова-

ния на единицу площади цеха и, главным образом, несравнимо меньшей трудоемко-

стью загрузки и выгрузки деталей.

1 - станина; 2 - мотор; 3 - редуктор; 4 - анодная штанга;

5 - анодный токоподвод; 6 - катодный токоподвод; 7 - штанга;

8 - колокол; 9 - анод; 10 - щеточный катодный контакт; 11 - детали

Рисунок 2.11 - Колокол наливного типа

Колокол наливного типа (см. рисунок 2.11). Колокол 8 представляет собой усе-

ченную шести- или восьмигранную пирамиду, дном служит ее большее основание, а

загрузочным отверстием - меньшее. Наливной колокол изготавливают из различных

неметаллических материалов или из металла, но с футеровкой внутри. Наиболее рас-

пространенными и удобными соотношениями размеров являются следующие: отноше-

ние верхнего диаметра к нижнему, равное 2:3, и высота, равная нижнему диаметру.

Стенки и дно наливного колокола сплошные. Сам колокол установлен на специальной

станине 1 и вращается с помощью мотора 2 через редуктор 3. Для большинства дета-

лей оптимальный угол наклона колокола составляет 35° - 40° от вертикали. Через

верхнюю открытую часть колокола заливается электролит, загружаются детали 11 и

в электролит вводится анод 9.

Катодные контакты внутри колокола выполняются либо донными, либо плаваю-

щими.

Донный катодный контакт 10 представляет собой диск с круговыми выступами,

укрепленный на дне колокола по его центру. Ток подается от катодного токоподвода 6

на катодный диск через дно колокола от наружного кольца, по которому скользят уста-

новленные на неподвижной части станины токосъемные щетки. Донные контакты очень

быстро зарастают, что требует регулярной (не реже раза в неделю) очистки (травление

кислотой или сбивание их молотком и зубилом). Эти операции приводят к длительному

простою оборудования и отрицательно сказываются на его целости. Донные контакты

постепенно вытесняются из практики плавающими катодными контактами. Плавающий

контакт представляет собой небольшой кусок металла с площадью поверхности, рав-

ной 0,2-0,5 дм². Форма его безразлична, но предпочтителен небольшой цилиндр диа-

метром 1-2 см, длиной 5-8 см, закрепленный на конце гибкого (многожильного) изоли-

рованного медного провода. Контактный цилиндр должен лежать на верху кучки дета-

лей. При недостаточно гибком или слишком длинном проводе он при вращении коло-

кола может запутаться вокруг анода или цилиндр отодвинется в сторону от деталей и

контакт нарушится. Не обязательно добиваться, чтобы цилиндр утонул в куче дета-

лей, - это не нужно и практически редко достижимо - только в случае, когда детали

по размеру превышают катодный цилиндр.

Плавающий контакт удобен, прост конструктивно и электрически надежен; от не-

го не образуются наросты по дну; в нем не застревают мелкие детали. Контакт неслож-

но снять и заменить новым, а старый либо протравить, либо переплавить, если он был

изготовлен из анодного металла. Он дешев (если изготовлен не из драгоценного ме-

талла) и прост в изготовлении. Провод можно привязать к анодной штанге или пропу-

стить его через штангу (если она полая) и через отверстие в аноде. Важно, чтобы про-

вод не касался верхнего края колокола, иначе его изоляция будет быстро перетерта.

В наливном колоколе нет места, чтобы разместить аноды с достаточной площа-

дью поверхности. Подвешенный в колокол на анодной штанге 6 кусок обычного плоско-

го анода 5 имеет ничтожную рабочую поверхность, что обуславливает нарушение ра-

бочего режима растворения анода и сильное повышение напряжения. Поэтому анод

нужно делать с развитой поверхностью. Аноды из легкоплавких металлов следует от-

ливать в виде диска с ребрами на его нижней поверхности. Из тугоплавких металлов

(например, никеля) анод с развитой поверхностью изготавливают с помощью сварки.

К горизонтальной пластине снизу приваривают несколько ребер с зазором 10-20 мм.

Оптимальное расстояние от нижней части анода до деталей колеблется от 100 до

200 мм. Если оно меньше 100 мм, то возникает возможность короткого замыкания де-

талей с анодом.

Объем электролита составляет примерно 50 % - 60 %, а объем деталей -

10 % - 20 % от объема колокола.

Сила тока и напряжение могут колебаться в зависимости от состава электроли-

та. Частота вращения небольших (до 10 л) колоколов - 15 об/мин, больших (30-70 л)

стационарных колоколов - 10 об/мин.

Главными преимуществами колокола наливного типа являются возможность об-

работки очень мелких деталей вследствие отсутствия перфорации, а также надеж-

ность конструкции и компактность установки, которая легко может быть передвинута

в другое место.

Главные недостатки наливного колокола - малая вместимость по объему деталей,

небольшая одновременно покрываемая поверхность деталей (покрываются детали,

находящиеся в данный момент на поверхности, параллельной зеркалу электролита),

малый объем электролита, ограниченность анодной поверхности, невозможность под-

держивать повышенную температуру электролита. Все это обуславливает низкие объ-

емную и катодную плотности тока, а соответственно, и низкую производительность

процесса.

Колокольная ванна погружного типа. Погружной колокол всегда изготавливает-

ся из неметаллического материала и обычно представляет собой усеченную шести-

или восьмигранную пирамиду, дном служит большее основание, а загрузочным отвер-

стием - меньшее. Так же, как и у наливного колокола, отношение верхнего диаметра

к нижнему 2:3, а высота равна нижнему диаметру, т. е. угол конуса 71°. Более одно-

родные покрытия получаются в колоколе, имеющем форму двух спаренных усеченных

шести- или восьмигранных пирамид. В отличие от наливного у погружного колокола

грани имеют перфорацию. Внутрь колокола засыпаются детали, а сам колокол погру-

жается в ванну, где содержатся электролит и аноды. Перфорация обеспечивает про-

хождение тока от анодов, расположенных вне колокола, до деталей. Расположение

анодов вне колокола позволяет использовать аноды с бóльшей площадью, чем

в наливном колоколе, тем самым обеспечивается поддержание нормального режима

их растворения, а бóльший объем электролита способствует уменьшению объемной

плотности тока и тем самым обеспечивается большая стабильность состава электро-

лита. Внутрь колокола через верхнее отверстие вводится гибкая металлическая изоли-

рованная шина с утолщением на конце - плавающим катодом, который, как и для

наливного колокола, представляет собой небольшой кусок металла, предпочтительно

цилиндрической формы, с площадью поверхности 0,2-0,5 дм². Длина гибкого изолиро-

ванного провода, к которому крепится плавающий катод, подбирается эксперимен-

тально: при недостаточно гибкой или слишком длинной шине плавающий катод при

вращении колокола может запутаться вокруг вала. Детали загружаются и выгружаются

через верхнюю открытую часть по лоткам. Ванна может снабжаться вытяжной венти-

ляцией и устройством для нагрева или охлаждения. Общий вид колокольной ванны по-

гружного типа представлен на рисунке 2.12.

Рисунок 2.12 - Общий вид колокольной ванны погружного типа

В зависимости от сыпучести деталей оптимальный угол наклона колокола может

несколько меняться, но для большинства деталей он составляет 35° - 40° от вертикали.

Колокола, как наливные, так и погружные, должны иметь возможность совершать

два различных движения: вращение вокруг геометрической оси конуса (пирамиды)

колокола (для перемешивания деталей), а также наклон в вертикальной плоскости (для

загрузки и выгрузки) от 0° и до угла в 125° - 135° от вертикали. Колокол должен

вращаться, находясь в любом положении в пределах его угла наклона, так как

вращение помогает высыпанию мокрых деталей при разгрузке. Наклон совершается

вручную при помощи зубчатой передачи. Для удобства манипулирования колокол

обязательно должен быть уравновешен противовесом или мотором с редуктором: для

наливного колокола противовес должен быть по весу несколько большим, чем

полностью загруженный колокол (чтобы в случае поломки механизма подъема колокол

перешел в вертикальное положение); для погружного колокола противовес должен

быть по весу несколько меньшим, чем пустой барабан (чтобы легко было осуществлять

загрузку деталей).

Барабаны для нанесения покрытия (см. рисунок 2.13) представляют собой

шести- или восьмигранную сварную или сборную призму

1, изготовленную из

неметаллических, кислотощелочестойких материалов. Все боковые грани барабана

перфорированы. В одной торцевой стенке барабана имеется зубчатое колесо

изготовленное, как правило, из того же материала, что и барабан, или другого

неметаллического материала. Через систему зубчатых колес вращение от мотора

3 с редуктором 4 передается барабану. Мотор с редуктором могут располагаться как

вне ванны, так и на барабанной раме. В первом случае при подвешивании барабана на

катодную штангу гальванической ванны зубчатое колесо барабана состыковывается

с зубчатым колесом привода вращения, установленного вне ванны. Наиболее удобен и

широко распространен переносной барабан, когда мотор и редуктор установлены

вместе с барабаном на одной П-образной раме 6. В этом случае барабан может быть

опущен в любую стационарную ванну. Для переноски и подвешивания барабана на

катодную штангу ванны на верхней перекладине у рамы имеются крюки. Плавающие

катоды 7 вводятся внутрь барабана через две трубчатые полуоси 5.

После окончания процесса нанесения покрытия барабан поднимается из ванны

покрытия, переносится в промывочную ванну, затем разгружается на сито и

загружается следующей партией деталей. Загрузку и выгрузку деталей осуществляют

через открывающуюся грань барабана, имеющую замок.

1 - барабан; 2 - зубчатое колесо; 3 - мотор постоянного тока; 4 -

редуктор; 5 - трубчатые полуоси; 6 - рама; 7 - плавающие катоды; 8 -

катодные шины

Рисунок 2.13 - Переносной барабан

После окончания процесса нанесения покрытия барабан поднимается из ванны

покрытия, переносится в промывочную ванну, затем разгружается на сито и

загружается следующей партией деталей. Загрузку и выгрузку деталей осуществляют

через открывающуюся грань барабана, имеющую замок.

Если на барабане установлен мотор постоянного тока, рассчитанный на 12 В, то

он может питаться от штанг гальванической ванны. В этом случае следует учесть, что

амперметр на щите ванны покажет сумму токов электролиза и мотора. Мотор пере-

менного тока нужно питать по гибкому проводу, для того чтобы обеспечить вращение

барабана в промывных ваннах.

Полуоси барабана либо прочно закреплены на торцевых стенках барабана и

вращаются в сквозных отверстиях вертикальных стоек рамы, либо прочно закреплены

в вертикальных стойках рамы и вращаются в отверстиях торцевых стенок барабана.

В первом случае провод, на который крепится плавающий катод, должен проходить

полость полуоси с очень большим зазором, чтобы полуось при своем вращении

не увлекала за собой провод, не закручивала его и не истирала изоляцию. Такая кон-

струкция имеет одно неудобство: при нормальной загрузке барабана (на одну треть его

диаметра по высоте) барабан работает вполне удовлетворительно, но если барабан

загружается до полуоси или выше, то мелкие детали могут высыпаться из барабана

через большой (не менее 10 мм) зазор между проводом и внутренним отверстием по-

луоси.

Гораздо удобнее вторая, более современная конструкция, когда провод плава-

ющего катода пропущен через неподвижные трубчатые полуоси. В этом случае внут-

реннее отверстие полуоси может быть закрыто заглушкой, через отверстие в которой

контактный провод, также неподвижный, можно пропустить так плотно, чтобы через за-

зор не могла проскочить даже самая маленькая деталь. В этой конструкции исключена

и опасность закручивания провода.

В обеих конструкциях полуоси делают из винипластовой или полипропиленовой

трубы с наружным диаметром 25-50 мм и толщиной стенки 3-5 мм. В таком упрощен-

ном «подшипнике» трение практически отсутствует.

Провода с плавающими катодами заводят по одному с каждого торца барабана.

Расстояние между контактными цилиндрами (плавающими катодами) внутри барабана

должно быть от 1/3 до 1/2 длины барабана для более равномерного распределения то-

ка по массе деталей. Независимо от конструкции полуосей барабана и от положения

плавающих катодов (на поверхности детали или под ней) провода, подводимые к като-

дам, должны быть гибкими. Общий вид переносного погружного барабана представлен

на рисунке 2.14. Насыпной объем деталей составляет 25 % - 35 % объема барабана.

В ванны с барабанами обычно завешивают такие же аноды, как и в стационар-

ные ванны. Подвешивают их с обеих сторон барабана параллельно его оси. Нижний

конец анода не стоит опускать в ванну глубже, чем на 100 мм ниже нижней образую-

щей барабана. Как правило, при обработке деталей в барабанах анодная плотность

тока в 3-4 раза выше, чем в стационарных ваннах. Такая повышенная анодная плот-

ность тока вызывает потребность в повышенном напряжении на ванне, что может при-

вести к пассивированию анодов. Поэтому желательно использовать активные (депас-

сивированные) аноды (например, при никелировании), допускающие использование

повышенной плотности тока, и аноды с развитой поверхностью, например цилиндриче-

ские, или анодные корзины. Аноды должны быть подвешены вплотную друг к другу и

регулярно заменяться по мере растворения.

Рисунок 2.14 - Общий вид переносного погружного барабана

Перфорация стенок барабанов, колоколов и корзин-качалок необходима для

циркуляции электролита и прохождения тока. Чем больше «живое» сечение перфора-

ции (процентное отношение площади поверхности отверстий к общей площади стенки),

тем меньше она мешает протеканию раствора и тока. Однако делать большие отвер-

стия невыгодно, так как в таком оборудовании нельзя будет обрабатывать не только

такие детали, размер которых меньше отверстий, но и такие, у которых есть элементы

профиля, которые могут выступить из отверстия. На кончике этого выступа плотность

тока будет настолько велика, что на нем образуется шишковидный нарост металла, ко-

торый зачастую даже не удается вытащить из отверстия, в результате чего значитель-

ная часть перфорации оказывается закупоренной. С другой стороны, очень маленькие

отверстия оказывают большое сопротивление протеканию раствора и тока, а если их

делать много, то это достаточно трудоемко, да и стенка становится ослабленной. По-

этому приходится ограничиваться размером отверстия от 3 до 8 мм и промежутками

между ними 2,5-6 мм (расстояние между центрами отверстий - 5,5-14 мм).

Отверстия в перфорированной стенке почти всегда делают в шахматном поряд-

ке, так как теоретически при этом на единице площади стенки умещается большее ко-

личество отверстий и «живое» сечение перфорации будет на 15,5 % больше, чем «жи-

вое» сечение при рядном расположении отверстий (при одинаковых диаметрах отвер-

стий и одинаковых межцентровых расстояниях). Однако ограничения по прочности сте-

нок диктуют применение «живого» сечения для приведенных выше размеров перфора-

ции - от 23,4 % до 25,7 % при рядном расположении отверстий и от 27,0 % до 29,6 %

при шахматном.

Для нанесения покрытия на мелкие детали изредка применяются корзины-

качалки, не получившие у нас широкого распространения. Они делаются в виде полу-

цилиндра или половины многогранной призмы, подвешенной на горизонтальном валу,

вокруг которого корзина может качаться с амплитудой 60°. Основным недостатком этих

корзин, ограничивающим их применение, является их неудачная форма, не позволяю-

щая более интенсивно качать корзину из опасения высыпания деталей через край.

В 70-е гг. за рубежом появилась новая, существенно улучшенная модель такой

корзины, имеющая форму почти замкнутого цилиндра. Вдоль образующей цилиндра на

стороне, противоположной середине загрузочного окна, расположено ребро в форме

равностороннего треугольника, в одной модели входящее внутрь корзины, а в дру-

гой - наоборот, выступающее из дна наружу и придающее поперечному сечению кор-

зины форму сердца. Ребро предназначено для улучшения перемешивания деталей.

Однако основное достоинство новой модели заключается в том, что окружность корзи-

ны охватывает не 180°, как в старой модели, а 315°, что позволяет увеличить амплиту-

ду качания в три раза (180° вместо 60°) без опасения просыпать детали. Это значи-

тельно улучшает перемешивание деталей.

Автоматические гальванические линии. Гальванические автоматические линии

в общем виде включают в себя ванны, сушильную камеру, загрузочно-разгрузочные

стойки или устройства, систему вентиляции, металлоконструкцию (каркас), систему

трубопроводов, площадку обслуживания, устройства для перемещения подвесок и

вспомогательное оборудование (насосы, теплообменники, фильтровальные установки,

емкости и т. п.). Ванны, в которых одновременно располагаются несколько штанг с

подвесками, называются многопозиционными.

Основной механической функцией автоматических линий является перенос под-

весок с деталями, колоколов или барабанов из одной ванны в другую в строгом соот-

ветствии с выдержкой времени для каждой операции, заданной технологическим про-

цессом.

По возможности изменения алгоритма переноса деталей автоматические линии

делятся на два типа: линии с жестким циклом и линии с гибким циклом.

В линиях с жестким циклом изменение последовательности или времени вы-

держки деталей в конкретной ванне влечет за собой значительную и трудоемкую пере-

стройку металлоконструкции линии и механизмов перемещения деталей. Наиболее

распространенным типом автоматических линий с жестким циклом являются кареточ-

ные линии, в которых реализуется периодическое и одновременное перемещение де-

талей на всех позициях.

Линии с гибким циклом называются автооператорными линиями. Кстати, в роли

автооператора (манипулятора) может рассматриваться человек, и в этом случае линия

обладает наибольшей гибкостью цикла обработки деталей.

По схеме расположения ванн линии могут быть прямолинейно-однорядными,

многорядными, в том числе овальными, и карусельными (кольцевыми).

Кареточные автоматические линии с жестким циклом. Кареточные автомати-

ческие линии предназначены для нанесения покрытий по одному технологическому

процессу или нескольким незначительно отличающимся техпроцессам. Например, на

одной линии цинкования можно наносить цинковое покрытие на детали с осветлением

и пассивированием или без осветления и пассивирования. Кареточные линии приме-

няются при производительности до 80 м²/ч для нанесения электрохимических покрытий

и до 100 м²/ч для нанесения химических и анодно-окисных покрытий. Общий вид каре-

точной линии показан на рисунке 2.15.

Принципиальными отличиями кареточных линий от автооператорных являются:

- расположение ванн в порядке последовательности операций технологического

процесса, так как движение подвесок осуществляется только в одном направлении;

- одновременное горизонтальное перемещение всех подвесок;

- одновременный подъем всех подвесок в однопозиционных ваннах и подвесок,

находящихся в крайних положениях многопозиционных ванн;

- одновременное опускание всех поднятых подвесок;

- расположение ванн длинной стороной вдоль оси гальванической линии.

Кареточные линии состоят из ванн, расположенных в порядке выполнения опе-

раций технологического процесса и, как правило, в два ряда по овалу, а также из су-

шильной камеры и нескольких свободных позиций для загрузки-выгрузки подвесок.

Между рядами ванн на металлоконструкции расположены механизмы вертикального и

горизонтального перемещения подвесок. Для вертикального перемещения служат ка-

ретки, для горизонтального - тележки. Вертикальное перемещение каретки произво-

дится путем подъема и опускания подъемного моста, а горизонтальное перемещение

тележек с каретками - толкающими штангами или цепью механизма горизонтального

перемещения.

Рисунок 2.15 - Кареточные овальные подвесочная (а) и барабанная (б)

автоматические линии

Каретки с подвесками перемещаются дискретно с определенным темпом и одно-

временно, т. е. через строго определенное время (называемое ритмом выхода подве-

сок). Каретки поднимаются подъемным мостом и на тележках передвигаются горизон-

тально на один шаг с одной позиции на другую, а затем опускаются и т. д. Шаг горизон-

тального перемещения строго определен программой и равен расстоянию между дву-

мя соседними позициями. Время выдержки деталей в каждой ванне не одинаково, по-

этому ритм выхода подвесок задается равным наименьшему времени выдержки и,

чтобы соблюсти время выдержки деталей в ваннах с более продолжительной обработ-

кой, такие ванны делают многопозиционными, т. е. более длинными. В этих ваннах с

общим для всей линии ритмом выхода подвесок каретки с подвесками

не поднимаются, а перемещаются только горизонтально и в нижнем положении. Коли-

чество позиций, а значит, и длина ванны определяются делением времени выдержки

деталей в этой ванне на ритм выхода подвесок.

Однопозиционные ванны в автоматических линиях предназначены для подгото-

вительных операций (промывка, травление, активация и т. д.), а также для заключи-

тельных операций (пассивирование, уплотнение и др.). Время выдержки деталей

в этих ваннах не может превышать ритм выхода подвесок с деталями. В многопозици-

онных ваннах производятся операции обезжиривания и нанесения покрытий, продол-

жительность которых больше ритма выхода подвесок с деталями. Общее количество

тележек с каретками соответствует общему количеству позиций, включая позиции за-

грузки-выгрузки. Около ванны, в которой не всегда требуется обработка деталей, уста-

навливается механизм обхода ванн, который при необходимости задерживает каретки

в верхнем положении, не давая им опускаться в эту ванну.

100

Исходя из особенностей технологической операции, конкретная ванна оснаща-

ется устройствами для перемешивания и нагрева, анодными или катодными штангами,

фильтрующими устройствами, сливными карманами, а также выбирается определен-

ная футеровка и теплоизоляция. Для сушки деталей в автоматической линии преду-

смотрена сушильная камера, в которой циркулирует горячий воздух, поступающий от

калорифера.

Помимо кареточных тележечных линий, существуют еще кареточные бестеле-

жечные и бескареточные линии, которые в России не нашли широкого распространения.

Автоматические гальванические линии жесткого цикла предназначены для рабо-

ты в цехах с большой производственной программой в условиях массового и серийного

производства при наличии стабильной продукции. Их основные недостатки:

- сложность перехода с одной программы на другую при изменении вида покры-

тия, его толщины, времени выдержки деталей в ванне, связанная со значительными

изменениями в конструкции линии;

- необходимость установки промывочных ванн после каждой ванны химической

или электрохимической обработки, так как подвески не могут совершать возвратно-

поступательное движение;

- наличие многопозиционных ванн, так как темп горизонтального движения для

всех подвесок одинаков.

Однако высокая производительность (до 100 м²/ч и более) и надежность в экс-

плуатации делают эти линии наиболее экономичными и достаточно перспективными.

Автооператорные автоматические линии с программным управлением. Авто-

операторные линии получили наибольшее распространение благодаря тому, что они

могут выполнять широкий набор функций.

В автооператорных линиях можно осуществлять:

- как отдельные электрохимические или химические процессы, так и несколько

процессов одновременно или поочередно;

- изменение последовательности и длительности технологических операций;

- нанесение покрытий с производительностью от 1 до 200 м²/ч;

- обработку изделий как мельчайших, так и крупногабаритных длиной в несколь-

ко метров;

- обработку изделий на подвесках, в барабанах, корзинах или комбинированно.

Отличительными особенностями автооператорных линий являются:

- движение деталей в процессе обработки как в прямом, так и в обратном

направлении;

- ванны и другие позиции обработки могут располагаться не в последовательно-

сти выполнения технологических операций;

- возможность осуществления нескольких одноименных операций на одной тех-

нологической позиции;

- наличие независимых транспортирующих органов с индивидуальными приво-

дами перемещения и подъема-опускания;

- неодновременность переноса обрабатываемых изделий;

- отсутствие жесткой связи между грузозахватным элементом автооператора и

подвеской с обрабатываемыми деталями;

- наличие устройства программного управления.

101

Отсюда вытекает главное преимущество автооператорных линий - они много-

процессны, т. е. на них можно обрабатывать детали по различным технологическим

процессам и совмещать в одной автоматической линии нанесение несколько видов по-

крытий.

В автооператорных линиях маршрут переноса деталей и длительность их пре-

бывания на каждой позиции задаются технологически, однако перемещение самого ав-

тооператора не совпадает с последовательностью технологических операций и носит

челночный характер. В зависимости от требуемой производительности в составе линии

может быть несколько автооператоров, имеющих свои зоны обслуживания. Зоны об-

служивания автооператоров перекрываются на одну, реже на несколько позиций.

Перенос подвески с деталями производится по заданной технологической схеме

в соответствии с программой при помощи сигналов, поступающих от системы управле-

ния. В большинстве автоматических линий с программным управлением предусмотре-

на система ручного управления процессом, в этом случае автоматическая линия пре-

вращается в механизированную линию.

Автооператоры делятся на расцепляемые и нерасцепляемые. При обработке

деталей в ванне расцепляемый автооператор может отделиться от штанги, несущей

подвеску, и переместиться для выполнения операций на других позициях, а может

оставаться в нижнем положении на время обработки деталей в данной ванне.

Автоматические линии с нерасцепляемым автооператором целесообразно при-

менять в тех случаях, когда технологией предусмотрена непродолжительная выдержка

деталей в ванне на всех операциях процесса. Как правило, если разница во времени

выдержки на различных технологических позициях значительная, то целесообразно

использовать линии с расцепляемыми автооператорами, так как за время выдержки

деталей в одной ванне автооператор успевает произвести необходимые перемещения

на других позициях автоматической линии, что значительно увеличивает производи-

тельность автомата.

Различают линии с тельферными (подвесными), портальными и консольными

автооператорами.

Линии с тельферными (подвесными) автооператорами. Тельферный (или под-

весной) автооператор (см. рисунок 2.16, а)) представляет собой тележку с электроме-

ханическими приводами горизонтального и вертикального перемещения. К тележке

в качестве грузоподъемного механизма крепится таль, при помощи которой осуществ-

ляются вертикальные перемещения подвески с деталями. Основание тележки укреп-

ляется на монорельсе, смонтированном на определенной высоте над ваннами. Моно-

рельс крепится, как правило, к потолочному перекрытию. Линии с тельферными авто-

операторами пригодны для обслуживания ванн практически любой длины и высоты.

По сравнению с другими типами линий занимаемая ими площадь меньше на 20 % -

30 %, а металлоемкость - на 10 % - 15 %. В тех случаях, когда крепление монорель-

са к потолочному перекрытию цеха связано с определенными трудностями, его монти-

руют на вертикальных стойках, устанавливаемых на фундаменте или общей раме ли-

нии.

102

а)

б)

а) - схема, б) - общий вид с двумя жесткими направляющими для

стабилизации движения захвата подвески и двумя монорельсами для

стабилизации перемещения тележки

Рисунок 2.16 - Тельферный автооператор

Линии с тельферными автооператорами более стабильны в работе, чем линии

с консольным автооператором (см. ниже), и имеют большую грузоподъемность (от 200

до 2000 кг). Кроме того, они удобны в эксплуатации, так как доступ к ваннам открыт

с двух сторон.

К недостаткам автооператоров этого типа следует отнести незначительную

жесткость конструкции, неудобство монтажа и обслуживания, трудность позициониро-

вания подвесок.

Для стабилизации движения тельферного автооператора в некоторых конструк-

циях для перемещения тележки устанавливают два параллельных монорельса, а за-

хват с подвеской опускается и поднимается по двум жестким направляющим

(см. рисунок 2.16, б)).

Портальные автооператоры применяют в линиях, расположенных в низких

производственных помещениях, и в линиях с большими размерами ванн и массой

транспортируемого груза более

2 т. Крепление путей для перемещения

автооператоров в этих линиях двояко - к металлическим стойкам (или железо-

бетонным колоннам) или непосредственно к корпусам ванн вдоль бортов ванн. Пути

могут быть размещены практически на любой высоте от края ванны.

Автооператор может иметь два механизма подъема с захватами,

направленными в противоположные стороны, что позволяет одновременно

обслуживать две гальванические ванны, убыстряя темп работы автомата. При ритме

выхода подвески более

4 мин применяют портальные автооператоры с одним

механизмом подъема.

Производительность отдельных линий составляет до 150 м²/ч, а единовремен-

ная площадь загружаемых деталей на одну подвеску - до 8 м². Такие линии наиболее

широко применяются в промышленности вследствие высокой надежности в работе,

103

наибольшей производительности и грузоподъемности автооператоров. Установка ав-

тооператоров портального типа не требует большой высоты цехового помещения.

Линии с портальными автооператорами имеют ряд недостатков, сдерживающих

их применение.

Главными недостатками линий с портальными автооператорами являются:

- затрудненность обслуживания ванн;

- необходимость частичного или полного демонтажа рельсовых путей при извле-

чении ванн для ремонта;

- дополнительное усложнение конструкции линии из-за введения устройств,

обеспечивающих безопасность обслуживающего персонала;

- более быстрое коррозионное разрушение автооператоров вследствие близости

их к зеркалу растворов;

- усложнение конструкций приводов горизонтального передвижения автоопера-

торов.

Консольные (Г-образные) автооператоры перемещаются по направляющим пу-

тям, установленным сбоку ванн. Грузозахватный орган автооператоров выполнен в ви-

де консоли, проходящей над поверхностью ванн. Линии с консольными автооперато-

рами по предпочтительности их использования занимают промежуточное положение

между линиями с тельферными (подвесными) и портальными автооператорами. Авто-

операторы этих линий имеют боковую направляющую, поэтому для их размещения

не требуется большой высоты цеха. Потребителей привлекает их компактность, осо-

бенно при малых габаритах ванн и небольшой грузоподъемности автооператоров.

В некоторых автооператорных линиях предусматривается сокращение ритма ра-

боты автомата за счет уменьшения времени вертикальных перемещений и выдержки

над ванной, что приводит к увеличению уноса электролита из ванны, загрязнению по-

следующих ванн и сточных вод. Поэтому такой путь не всегда приемлем.

Наиболее целесообразно использование двухзахватных автоматических дуп-

лекс-операторных линий (дуплекс-операторов). Принцип работы дуплекс-операторов

основан на замене каждой обработанной подвески на необработанную последователь-

но во всех ваннах, когда дуплекс-автооператор останавливается над ними. У любой

ванны один автооператор, находясь в неподвижном положении, может одним захватом

зацепить, поднять и переместить в сторону подвеску, а другим захватом опустить в эту

ванну другую подвеску, вынутую из предыдущей позиции. Далее дуплекс-оператор пе-

ремещается на следующую позицию, где вновь происходит замена подвесок.

Таким образом, вследствие того, что движение дуплекс-оператора происходит

только в одну сторону (возвратные движения производятся тележкой), значительно

упрощается электрическая схема автомата, сокращается в 1,5-2 раза проходимый

дуплекс-оператором путь, по сравнению с длиной пути одноместных автооператоров, и

увеличивается производительность автооператора до 2-3 позиций в минуту.

Помимо прочего, дуплекс-операторы способствуют сокращению выноса деталя-

ми технологических растворов и, следовательно, уменьшению загрязнения сточных

вод за счет увеличения времени стекания раствора с деталей в ванну, так как в период

погружения новой подвески только что извлеченная подвеска, хоть и сдвинута от цен-

тра ванны, все равно находится над ванной, куда и стекает раствор.

Дуплекс-автооператорные линии (типа ДАО) для разных видов покрытий

в настоящее время успешно работают на ряде заводов. Производительность таких ли-

104

ний - 10-100 м²/ч для гальванических покрытий и 20-200 м²/ч для химических покры-

тий. Производительность линий с барабанами составляет 200, 500 и 1000 кг/ч.

Особую группу составляют автоматические линии, в которых детали перемеща-

ются путем пересыпания (шнековые, ковшовые).

Шнековые линии предназначены для химической обработки и консервации

мелких деталей. Как правило, такая обработка является составной частью общего

технологического процесса. К конструктивным особенностям таких линий относится

наличие шнековых барабанов по всей длине линии для непрерывного перемещения

деталей в ходе обработки.

Вспомогательное оборудование. К вспомогательному оборудованию относятся

фильтровальные установки, насосы для перекачки электролитов, различные емкости

для хранения, транспортировки и корректировки растворов, а также сушильное обору-

дование и источники питания ванн.

2.5.2 Оборудование, применяемое при производстве печатных плат

Постоянное обновление элементной базы требует соответствующей модерниза-

ции существующих технологий и оборудования производства печатных плат. Для Рос-

сии после 1990-х гг. стала неизбежной интеграция с западным рынком (в последние го-

ды с азиатским рынком) и его довлеющее влияние на отечественное производство. Это

привело к тому, что при производстве печатных плат в основном используется импорт-

ное оборудование от разных производителей.

Основным оборудованием при производстве печатных плат являются [35]:

- режущие устройства для резки на заготовки фольгированного, рулонного мате-

риала (адгезива, склеивающего или покровного слоя);

- конвейерные установки механической и химической очистки поверхности;

- экспонирующие установки;

- конвейерные линии или ванны для проявления, удаления фоторезиста, снятия

металлорезиста;

- установки травления;

- установки горячего лужения;

- термошкафы и вакуумные печи;

- прессы;

- оборудования для контроля, тестирования и испытания печатных плат.

2.6 Материалы, применяемые в гальваническом производстве и

производстве печатных плат

2.6.1 Материалы, применяемые в гальваническом производстве

Для обработки поверхности металлов и пластмасс в гальваническом производ-

стве применяется примерно 500 различных материалов. В большинстве случаев это

химические вещества (кислоты, щелочи, соли тяжелых и цветных металлов, блескооб-

разующие добавки, растворители и др.), входящие в состав технологических растворов

и электролитов.

105

Для очистки и регенерации технологических растворов и электролитов исполь-

зуются различные химические препараты в качестве регагентов, коагулянтов, флоку-

лянтов, а также фильтрующие и ионообменные материалы, сорбенты и др.

В качестве электродов (анодов и катодов) в гальваническом производстве ис-

пользуются различные металлы: медь, никель, свинец, нержавеющая сталь, цинк, кад-

мий и др.

Металлы используются также для изготовления гальванического оборудования,

трубопроводов, штанг, различных приспособлений, змеевиков и т. д.

В гальванических цехах в связи с применением большого количества различных

видов химических продуктов в широком ассортименте используются неметаллические

материалы (винипласт, фторопласт, пропилен, полиэтилен) для футеровки ванн, изо-

ляции приспособлений, изготовления барабанов и колоколов, трубопроводов, борто-

вых отсосов, барботеров и т. д., а также капроновые, полипропиленовые, хлориновые

ткани для фильтрации растворов и электролитов, резиновые рукава для перекачки во-

ды, изоляционные ленты и эмали для изоляции приспособлений и т. д.

Для механической обработки поверхности используются абразивные материалы:

круги полировальные и шлифовальные, пасты полировальные и абразивные, шкурка

шлифовальная и т. д.

В качестве вспомогательных материалов в гальванических цехах используются:

бумага индикаторная для определения pH растворов; бумага фильтровальная для

фильтрации растворов; бязь хлопчатобумажная, вата, марля для протирки деталей

и т. д.

2.6.2 Материалы, применяемые при производстве печатных плат

Основными материалами, применяемыми при производстве печатных плат, яв-

ляются:

- материалы оснований плат;

- адгезивы;

- фольгированные материалы или металлическая фольга;

- покровные пленки;

- препрег;

- материалы защитных слоев;

- фоторезисты;

- химикаты, композиции, растворы.

ГОСТ 23770-79 «Платы печатные. Типовые технологические процессы химиче-

ской и гальванической металлизации» содержит перечень более 80 материалов, при-

меняемых при химической и гальванической металлизации печатных плат.

В настоящее время на российском рынке присутствуют различные материалы зару-

бежных производителей.

2.7 Основные участки производства

Создание основных участков производства по обработке поверхности металлов

и пластмасс должно производиться в зависимости от конструктивно-технологических

106

особенностей покрываемых деталей, технологических процессов, программы выпуска,

типа производства и исходя из условий разделения и кооперации труда.

В состав производства входят основные производственные отделения, вспомо-

гательные и технические участки и службы, количество которых зависит от характера и

масштабов производства.

а) Основные участки гальванического производства:

- нанесения гальванических покрытий;

- нанесения покрытий драгоценными металлами;

- шлифования и полирования;

- дробеструйной и гидропескоструйной очистки;

- обезжиривания в органических растворителях и регенерации растворителей;

- ультразвукового обезжиривания;

- ультразвуковых генераторов;

- монтажа и демонтажа деталей;

- источников постоянного тока;

- пультов и щитов управления;

- снятия некачественных покрытий;

- водоподготовки.

б) Основные участки производства печатных плат и металлизации пластмасс:

- заготовительный;

- технологической подготовки;

- сеткографии;

- фотошаблонов;

- фотолитографии;

- трафаретной печати;

- механической обработки;

- химико-гальванический;

- маскирования печатных плат;

- тестирования;

- монтажа и демонтажа печатных плат;

- источников постоянного тока;

- пультов и щитов управления;

- водоподготовки;

- снятия некачественных покрытий.

При определении состава участка производства необходимо исходить из того,

что соответствующими службами предприятия централизованно должно осуществ-

ляться:

- по функции обслуживания: разработка управляющих программ; выполнение

работ, связанных с обслуживанием и всеми видами ремонта оборудования; изготовле-

ние и капитальный ремонт оснастки, инструмента и приспособлений; поддержание в

рабочем состоянии зданий и сооружений; выполнение транспортных и погрузочно-

разгрузочных работ, связанных с перемещением материалов, полуфабрикатов и гото-

вой продукции в цех и из цеха металлопокрытий; удовлетворение биологических, соци-

ально-культурных и бытовых потребностей работающих в процессе производства;

- по функции материальной подготовки производства: снабжение материалами,

покупным инструментом и т. д.

107

2.8 Очистные сооружения: очистка выбросов (отходящих газов)

и сбросов (сточных вод)

Технологический процесс очистки выбросов (отходящих газов) и сбросов (сточ-

ных вод) определяется совокупностью метода (способа) очистки, вида очистного обо-

рудования, операций очистки, порядка их выполнения и технологических параметров

по каждой операции [22], [36], [37].

Ввиду различных свойств выбросов и сбросов, требований к качеству их очистки,

производительности очистного оборудования и технико-экономических соображений

существует большое количество возможных очистных сооружений, одинаково удовле-

творяющих экологическим и эксплуатационным требованиям.

При выборе очистного оборудования следует учитывать эффективность его

очистки, капитальные затраты, эксплуатационные расходы, надежность работы, удоб-

ство обслуживания, легкость контроля, доступность ремонта, занимаемую площадь,

расходы электроэнергии, воды и реагентов.

Следует отметить, что выбор оборудования только на основе информации о со-

ставе и свойствах выбросов или сбросов не всегда позволяет внедрить наилучшую

технологию. Для этого необходимо провести предварительные технологические иссле-

дования на выбросах или сбросах предприятия с использованием пилотных установок

очистных сооружений.

Распределение сбросов, выбросов отходов в электрохимических производствах

представлено на рисунке 2.17.

Сбросы, выбросы

Сточные воды

Твердые отходы

Газовые выбросы

85 % - 90 %

5 % - 10 %

2 %- 3 %

Разбавленные

Концентрированные

(промывные воды)

(отработанные растворы)

70 % - 75 %

10 % - 15 %

Рисунок 2.17 - Распределение сбросов, выбросов отходов в

электрохимических производствах

2.8.1 Методы и сооружения очистки выбросов (отходящих газов)

Процессы химической и электрохимической обработки поверхности металлов

осуществляются в ваннах, заполненных различными растворами минеральных кислот,

щелочей, солей и их смесями. Выделение вредных (опасных) веществ в атмосферу

происходит различным образом: при электролизе выделение водорода, кислорода,

хлора и других газов; при химических реакциях выделение оксидов азота, паров плави-

108

ковой, азотной и соляной кислот; выделение аэрозолей электролитов со всеми содер-

жащимися в них химикатами, образующихся при выделении пузырьков водорода, кис-

лорода и других газов; испарение воды.

Для предотвращения и максимального снижения выбросов в атмосферу вредных

веществ должны быть использованы наиболее современные технологические процес-

сы и оборудование. Следует решить ряд задач: установить необходимость очистки

удаляемого воздуха от вредных веществ; определить, какая должна быть эффектив-

ность очисти воздуха; централизовать или децентрализовать выбросы; выбрать опти-

мальные места расположения и высоту вытяжных труб; выбрать расположение и уров-

ни приемных устройств наружного воздуха для приточных систем; определить норму

предельно допустимых выбросов (ПДВ).

Исходными данными для решения этих задач являются: основные размеры зда-

ний (высота, ширина, длина) и межкорпусных пространств при взаимно перпендику-

лярных направлениях ветра (вдоль и поперек продольной оси здания); генплан про-

мышленной площадки и расстояния от ее границ до жилых районов; места расположе-

ния, типы и виды источников выбросов вредных веществ, их высота; характеристики

источников (наименование и количество вредных веществ, интенсивность их выделе-

ния, начальная концентрация, температура, плотность, скорость выхода в атмосферу и

количество выбрасываемого загрязненного воздуха, фоновые загрязнения воздуха).

В цехах обработки поверхности металлов и пластмасс технологическими меро-

приятиями, благоприятно влияющими на состояние воздушной среды, являются: при-

менение безвредных или менее вредных техпроцессов; замена вредных растворов и

электролитов менее вредными; капсюлизация оборудования и его герметизация; при-

менение укрытий, крышек, козырьков; укрытие поверхности жидкости в ваннах поплав-

ками, пеной; применение оборудования со встроенными местными отсосами; примене-

ние по возможности меньших значений плотности тока и температуры раствора без

снижения производительности процесса и качества покрытия; приготовление и коррек-

тирование растворов (в особенности высокотоксичных) централизованным способом

в обособленных помещениях с перекачкой готовых растворов к ваннам насосами по

трубопроводам; сигнализация при неисправности системы отсосов, автоматическое

блокирование оборудования и сантехустройств; автоматическое регулирование режи-

мов (температуры, плотности тока, кислотности растворов, постоянства уровня раство-

ра, времени электролиза и т. п.).

Известны многочисленные примеры применения: электролитов и растворов, за-

меняющих цианистые и другие высокотоксичные растворы; технологических процессов

нанесения блестящих покрытий, исключающих последующее полирование; проточных

и струйных способов обработки, уменьшающих число ванн с вредными выбросами за

счет резкого повышения производительности процесса; альтернативных технологиче-

ских процессов, заменяющих химические и электрохимические процессы (вакуумная,

термодиффузионная, плазменная и другие виды металлизации) и резко уменьшающих

выделение вредных веществ, а также примеры других рациональных технических и

технологических мероприятий [38]-[40].

Применение поплавков. Укрытие поверхности раствора пластмассовыми по-

плавками (шариками, двояковыпуклыми линзами, квадратными пластинами с выступа-

ми по центру с обеих сторон) значительно снижает унос растворов и выделение вред-

ных веществ, а также снижаются энергозатраты (уменьшается расход пара, воды или

109

электроэнергии) у ванн с нагретым раствором. Расход отсасываемого воздуха можно

уменьшить на 25 % для обычных бортовых и на 10 % для опрокинутых отсосов, расход

химикатов - на 10 % - 15 %.

Поплавки делают диаметром 25-30 мм или стороной квадрата 20-30 мм с уче-

том того, чтобы они не попадали в полости обрабатываемых деталей. Их не применя-

ют, когда обрабатывают мелкие детали в корзинах, так как при этом вместе с деталями

уносятся и поплавки.

При интенсивном нагреве, перемешивании раствора, часто повторяющихся по-

гружениях и извлечениях деталей поплавки скапливаются у стенок ванны и оставляют

открытой ее середину. В этих случаях следует применять двухслойную засыпку по-

плавков. Для растворов с температурой до 75 °C рекомендуются поплавки из пенопо-

листирола, для растворов с температурой 75 °C - 100 °C - полиэтиленовые или по-

липропиленовые поплавки.

Применение пенообразователей. Для уменьшения выделения вредных ве-

ществ с поверхности ванн в состав растворов вводят различные добавки: ингибиторы

кислотной коррозии (уротропин, КПИ и др.), присадки, поверхностно-активные веще-

ства (ПАВ), хромин, хромоксан и др.

Пенозащитный слой рекомендуется применять при кислотном травлении черных

и цветных металлов, электрохимическом полировании, щелочном травлении алюминия

и его сплавов, сернокислом анодировании алюминия и его сплавов, анодном снятии

олова в щелочном растворе, хромировании.

При защитно-декоративном хромировании в состав электролита вводят хромин

в количестве 0,5-2,0 г/л, при нанесении толстых хромовых покрытий толщиной до

100 мкм (кроме проточного хромирования и покрытия титановых сплавов) в состав

электролита можно вводить 1,0-2,0 г/л хромоксана - эти добавки в десятки раз сни-

жают выделение хромового ангидрида.

При выборе пенообразователей необходимо учесть их влияние на канализаци-

онные стоки. Например, наличие даже малого количества пенообразователей ОП-10,

ОП-7, ОС-20, ДТ-7 в сточных водах неприемлемо вследствие губительного их воздей-

ствия на живые организмы как в установках биологической очистки, так и в природных

водоемах.

Применение пенообразователей требует соблюдения мер предосторожности.

Например, при использовании слоя пены в ваннах хромирования и электрохимического

обезжиривания нельзя снимать подвески со штанги, находящейся под током, так как

в слое и под слоем пены накапливается водород, а при размыкании электрической це-

пи образуются искры, вызывающие сильные хлопки взрывного характера, выплескива-

ющие из ванны раствор. Поэтому сначала необходимо отключить ток, а затем снимать

подвески со штанг.

Покрытие поверхности раствора пеной позволяет уменьшить количество отса-

сываемого воздуха на 50 %, а расход химикатов на 10 % - 15 %.

Укрытие ванн. Согласно санитарным правилам водные поверхности с темпера-

турой воды выше 30 °C в рабочих помещениях подлежат полному укрытию с устрой-

ством местных отсосов.

Укрытие ванн локализует распространение вредных веществ и позволяет улав-

ливать их бортовыми отсосами с большей эффективностью. Устройство укрытия ванн

организуют, как правило, при обработке крупных деталей: на длинных бортах ванны

110

устанавливают шарнирно закрепленные створки с противовесами, а для погружения

детали в ванну предусматривают открывание створок с помощью системы рычагов.

При больших габаритных размерах открывание и закрывание ванн должно быть меха-

низировано. Выделяющиеся вредные вещества удаляют через двубортные (двусто-

ронние) отсосы.

Створки могут быть как жесткими, так и гибкими. Жесткие створки и крышки изго-

тавливают из винипластового листа, закрепленного на листе из коррозионно-стойкой

стали. Гибкие створки изготавливают из химически стойких материалов (например, по-

лихлорвиниловой ткани), в редких случаях - из ионообменного тканевого полотна.

Полотно перемещается по направляющим, установленным своими концами на борто-

вых отсосах вентиляции.

Когда полное укрытие мешает технологическому процессу, применяют неполное

укрытие с помощью откидывающихся козырьков. Откидывающимися козырьками обо-

рудуются ванны с цианистыми растворами, ванны хромирования, ванны с длительным

технологическим процессом, а также с высокой температурой растворов.

Местная вентиляция. В цехах обработки поверхности металлов и пластмасс

применяют четыре типа отсасывающих устройств: вытяжной шкаф, вытяжной колпак

(зонт), вытяжные панели и бортовые отсосы. Характеристика отсасывающих устройств

приведена в таблице 2.52.

Таблица 2.52 - Характеристика отсасывающих устройств, используемых в цехах

обработки поверхности металлов и пластмасс

Области

Тип устройства

Достоинства

Недостатки

применения

Вытяжной шкаф

Хорошо

изолирует

Затрудненность доступа к

При травлении

помещения от вред-

оборудованию. При рабо-

цветных метал-

ных выделений из

те над оборудованием че-

лов

оборудования, стоя-

ловек находится в зоне

щего внутри шкафа

вредных выделений

Вытяжной колпак

Простота изготовле-

При работе над оборудо-

При

работе

(зонт)

ния

ванием человек находится

наливных коло-

в струе вредных веществ.

колов с электро-

Расход воздуха очень ве-

литами с боль-

лик, так как трудно избе-

шим газовыде-

жать непроизводительно-

лением или при

го подсасывания воздуха

травлении наро-

с боков

стов в колоколах

111

Окончание таблицы 2.52

Области

Тип устройства

Достоинства

Недостатки

применения

Вытяжная

Мало мешает работе,

Требует

значительного

На промывочных

панель

особенно если обо-

расхода воздуха (м³/м²

ваннах с горячей

рудование стоит у

площади панели): если

водой при их од-

стены

панель

панель примыкает к стене

ностороннем об-

не мешает проходу.

или высокой перегород-

служивании.

Хорошо улавливает

ке - 3200, если панель

гальваниче-

выделения легких га-

удалена

от

стены -

ских цехах при-

зов: водяного пара,

5000-7000. Неудобен ее

меняется редко

Н2 и т. д.

монтаж при свободно сто-

ящем оборудовании

Бортовой отсос

Хорошо

удаляет

Увеличивает ширину обо-

На всех

видах

брызги и тяжелые га-

рудования, несколько за-

гальванического

зы, а также в боль-

трудняя доступ к противо-

оборудования,

шинстве случаев лег-

положному (от рабочего)

включая

даже

кие газы. Рабочий,

краю ванны

некоторые

типы

наклоняющийся над

вращающихся

оборудованием,

колоколов и ба-

находится вне зоны

рабанов

вредных выделений

Принцип работы наиболее универсального для гальванического оборудования

местного вентиляционного отсоса - бортового состоит в том, что всасываемый

с большой скоростью через узкую заборную щель отсоса воздух образует над зерка-

лом раствора сильную горизонтальную струю («факел»), которая сбивает с вертикаль-

ного пути выбрасываемые из раствора газы и капли и этим заставляет основную массу

капель упасть обратно в ванну, а газы и остальные капли увлекаются в отсос.

«Факел» бортового отсоса быстро ослабевает с удалением от заборной щели,

поэтому односторонний отсос делают только при ширине ванны не более 600 мм.

На более широких ваннах делают отсосы с двух противоположных сторон ванны.

Не следует в погоне за улучшением вентиляции делать отсосы с трех или четы-

рех сторон ванны: это только ухудшает вентиляцию, так как в углах, где встречаются

«факелы», идущие под углом один к другому, образуются завихрения, из-за которых

значительная часть зеркала раствора вообще не вентилируется.

В зависимости от типа ванн применяют местные отсосы с щелью всасывания

в горизонтальной плоскости (опрокинутые) (см. рисунок 2.18, а, б, в, г) и в вертикальной

плоскости (простые или обычные) (см. рисунок 2.18, д, е). Кроме того, используется пе-

редувка (см. рисунок 2.18, в, г).

Бортовые отсосы располагают по длинным сторонам ванн. Щель бортового от-

соса обязательно должна быть расположена вплотную к краю ванны и ниже катодных и

анодных штанг, чтобы штанги не забрызгивало раствором. Анодные пластины должны

висеть ниже щели бортового отсоса, чтобы не мешать проходу «факела» (на пути «факе-

ла» могут находиться только подвесные крюки анодов и подвесочных приспособлений).

112

Опрокинутые бортовые отсосы уменьшают энергетические затраты на вентиля-

цию за счет образования над зеркалом раствора более благоприятной зоны всасыва-

ния. Однако такие отсосы занимают внутри ванны по 100 мм ширины зеркала ванны

с каждой стороны, что заставляет непроизводительно увеличить ширину и емкость

ванны. Опрокинутые отсосы в настоящее время выходят из употребления.

а, в - двубортные; б, г -

1 - односторонний бортовой

однобортные; обычные: д -

отсос, 2 - двускатная крышка,

двубортный; е - однобортный

3 - перегородка, 4 - корпус,

5 - шиберы

Рисунок 2.18 - Схемы

Рисунок 2.19 - Двусторонний

бортовых отсосов:

бортовой отсос

опрокинутые

Если две ванны с местным отсосом примыкают друг к другу, то между ними

устанавливают двусторонний бортовой отсос см. (рисунок 2.19). Он имеет две проти-

воположно направленные всасывающие щели и представляет собой два совмещенных

в одном корпусе 4 односторонних бортовых отсоса 1, разделенных перегородкой 3.

Сверху бортовой отсос накрыт двускатной крышкой 2 для стекания растворов в ванны.

В каждом из всасывающих вертикальных каналов устанавливаются шиберы 5, которые

управляются независимо друг от друга.

Материалом для изготовления бортовых отсосов служат: для ванн с неагрессив-

ными растворами (щелочными, цианистыми и т. п.) - конструкционная углеродистая

сталь толщиной 1-2 мм, для ванн с агрессивными растворами кислот - винипласт

толщиной 3-5 мм или полипропилен.

113

При проектировании и организации местной вентиляции необходимо учитывать

следующие моменты:

- неравномерность отсасывания воздуха бортовыми отсосами по длине ванны

не должна превышать 10 %;

- объем удаляемого воздуха от круглых ванн кольцевыми отсосами определяется,

как для квадратных ванн со стороной, равной диаметру круглой, умноженному на 0,8;

- вытяжные системы, обслуживающие ванны с цианистыми растворами,

не должны быть совмещены с вентиляцией от кислых растворов и обычно выполняют-

ся в виде отдельных систем;

- вытяжные системы, обслуживающие процессы обезжиривания органическими

растворителями, должны быть самостоятельными и иметь взрывобезопасное исполне-

ние; все металлические воздуховоды и оборудование следует заземлять;

- соединения элементов бортовых отсосов должны быть разъемными, чтобы об-

легчить возможность их периодической чистки от осаждающихся солей, а при необхо-

димости и их замены;

- магистральные воздуховоды (кроме воздуховодов от местных отсосов ванн

с органическими растворителями) допускается прокладывать в нижележащем техниче-

ском этаже (подвале), а при его отсутствии - под обслуживающими ваннами (линия-

ми) или в каналах-воздуховодах, прокладываемых под полом;

- каналы-воздуховоды, прокладываемые под полом, следует выполнять из бето-

на или кирпича, внутренняя поверхность каналов должна иметь противокоррозионную

защиту, на всех поворотах, ответвлениях и через 30 м на прямых участках необходимо

предусматривать смотровые люки диаметром 700 мм;

- для обеспечения наименьшего сопротивления протеканию воздуха длина воз-

духоводов должна быть минимальной; они не должны иметь неоправданные изгибы и

колена; отводы необходимо делать с наиболее возможным радиусом; в коленах жела-

тельно устанавливать направляющие лопатки;

- каналы-воздуховоды прокладываются с уклоном 0,005-0,01 в сторону дренаж-

ных устройств;

- вентилятора со стороны нагнетания необходимо предусмотреть хорошо разви-

тый диффузор с углом раскрытия, близким к 17°;

- перед вентиляторами вытяжных установок в каналах-воздуховодах следует

предусматривать приямки с люками для сбора конденсата;

- вентиляторы должны применяться в антикоррозионном исполнении (из алюми-

ниевых сплавов, коррозионно-стойкой стали, титановых сплавов и полимерных мате-

риалов);

- местная вытяжная вентиляция в смотровых и загрузочных отверстиях емкостей

в помещении очистки сточных вод должна обеспечивать скорость движения воздуха, м/с,

при выделении: аэрозолей кислот - 1; аммиака - 0,8; хлора - 1,2; паров воды - 0,3;

при барботировании воды - 0,6; цианистых стоков - 3. Независимо от выделяемого

вредного вещества от одной емкости следует отсасывать не менее 300 м³/ч воздуха.

Общеобменная вентиляция помещений гальванических цехов. Вследствие

отсутствия местных отсосов у некоторых ванн, а также недостаточной работы имею-

щихся отсосов в атмосферу помещений гальванических цехов постоянно выделяются

вредные вещества, водяной пар и избыточное тепло. Кроме того, поднятые после об-

работки детали находятся вне зоны действия местных отсосов и с них вредные веще-

114

ства выделяются в окружающий воздух помещений. Для исключения накапливания

вредных веществ выше ПДК и поддержания влажности и температуры окружающего

воздуха в необходимых пределах устраивают общеобменную вентиляцию. Особенно

важна роль общеобменной вентиляции в нерабочее время при отсутствии укрытия

технологических ванн - в этом случае общеобменная вентиляция удаляет воздух из

верхней зоны помещения.

Естественная вытяжка из верхней зоны помещений должна обеспечивать раз-

бавление скапливающегося там водорода до 5 % от нижнего предела взрываемости.

Для компенсации удаляемого местными отсосами воздуха предусматривают ме-

ханический приток, при этом должен обеспечиваться не менее чем трехкратный возду-

хообмен в час. Приточный воздух следует подавать в верхнюю зону помещения

не ниже 2,5-3 м от пола равномерно через воздухораспределители, обеспечивающие

скорость движения воздуха в рабочей зоне не более 0,3 м/с. Оптимальной является

рассеянная подача приточного воздуха под перекрытие. Для рассеянной подачи при-

точного воздуха применяют перфорированные воздуховоды круглого или прямоуголь-

ного сечения, перфорированные потолочные панели, решетки, щелевые потолки и т. п.

Скорость истечения приточного воздуха на входе в рабочую зону во избежание нару-

шения нормальной работы бортовых отсосов не должна превышать 0,3 м/с.

На участке химической очистки поверхности, где доминирующим вредным веще-

ством является влага, рекомендуется 65 % - 70 % приточного воздуха подавать в

нижнюю зону, 35 % - 30 % - в верхнюю зону под перекрытие. Воздух, подаваемый в

верхнюю зону, подогревают до 50 °C и выпускают со скоростью 15-18 м/с, обеспечивая

интенсивное перемещение для подсушивания строительных конструкций.

В теплое время года допускается естественный приток через проемы в наружных

ограждениях на высоте не менее 4 м от пола. В холодное время года подаваемый воз-

дух необходимо подогревать до температуры не ниже 18 °C.

При смежном расположении гальванических и травильных отделений с помеще-

ниями других производств, не имеющими вредных выделений и пыли, приточный воз-

дух следует подавать в количестве 90 % - 95 % от расчетного объема отсасываемого

воздуха. Остальной воздух должен поступать из смежных помещений через дверные

проемы, для чего в этих помещениях предусматривают приток воздуха в количестве,

достаточном для компенсации перетока воздуха в гальваническое отделение.

Общеобменную приточно-вытяжную вентиляцию следует проектировать и для

помещений, где расположены источники постоянного тока, для ассимиляции избытков

теплоты от электрооборудования в течение круглого года и от солнечной радиации

в теплый период года.

В блоке помещений для работы с цианистыми солями должны быть предусмот-

рены две отдельные общеобменные вытяжки: одна для комнаты хранения и растворе-

ния или расфасовки цианистых солей, другая для комнаты спецодежды, душевой ка-

бины и коридора.

В помещениях для оборудования очистки сточных вод следует выполнять вы-

тяжную вентиляцию с местными отсосами, а также общеобменную с забором воздуха

из верхней и нижней зон со следующей кратностью воздухообмена: в помещении при-

готовления раствора извести - 4 объема в час, при выделении сернистого газа -

8 объемов в час, в насосной станции загрязненных вод и в помещении для обезврежи-

вания цианистых стоков - 10 объемов в час.

115

Очистка отсасываемого воздуха от вредных веществ. Очистку отсасываемо-

го воздуха от вредных веществ осуществляют различными способами. Очистку воздуха

от пыли осуществляют в пылеуловителях различных конструкций. Для очистки воздуха

от аэрозолей, паров и газов вредных веществ применяют разного рода аппараты: во-

локнистые фильтры, ионитовые фильтры, абсорберы, адсорберы, конденсаторы и др.

При выборе очистного оборудования учитывают эффективность его очистки, ка-

питальные затраты, эксплуатационные расходы, надежность работы, удобство обслу-

живания, легкость контроля, доступность ремонта, занимаемую площадь, расходы

электроэнергии, воды и реагентов.

Бесперебойность очистки выбросов достигается установкой в вытяжной системе

не менее двух очистных аппаратов, причем при временном отключении одного из них

остальные должны обеспечивать необходимую пропускную способность и эффектив-

ность. В таблице 2.53 представлены удельное количество вредных веществ, выделяе-

мых из гальванических ванн, а также рекомендации по выбору метода и аппарата для

очистки вентиляционных выбросов.

Таблица 2.53 - Удельное количество вредных веществ, выделяемых из

гальванических ванн, и рекомендации по очистке выбросов

Максималь-

Способ очистки

Технологический процесс нанесения

Определяю-

ное * коли-

гальванических покрытий

щее вещество

чество,

Метод

Аппараты

мг/(м²·с)

Электрохимическая обработка метал-

Хромовый

лов в растворах, содержащих хромовую

ангидрид

кислоту в концентрации 150-350 г/л, при

силе тока более 1000 А (хромирование,

анодное активирование, снятие меди

и др.)

1; 6

Электрохимическая обработка метал-

Хромовый

лов в растворах, содержащих хромовую

ангидрид

кислоту в концентрации 30-60 г/л (элек-

трополирование алюминия, электропо-

лирование стали и др.)

1; 6

Электрохимическая обработка метал-

Хромовый

лов в растворах, содержащих хромовую

ангидрид

кислоту в концентрации 30-100 г/л, при

силе тока менее 500 А (анодирование

алюминия и магниевых сплавов и др.), а

также химическое оксидирование алю-

миния и магния

1, 6

Химическая обработка стали в раство-

Хромовый

рах хромовой кислоты и ее солей при

ангидрид

температуре раствора ≥50 °C (пассиви-

рование, травление, снятие оксидной

пленки, наполнение в хромпике и др.)

0,005 5

1, 6

116

Продолжение таблицы 2.53

Максималь-

Способ очистки

Технологический процесс нанесения

Определяю-

ное * коли-

гальванических покрытий

щее вещество

чество,

Метод

Аппараты

мг/(м²·с)

Химическая обработка металлов в рас-

Хромовый

творах хромовой кислоты и ее солей

ангидрид

при

температуре

раствора ≤50 °C

(осветление, пассивация и др.)

0 **

Электрохимическая обработка в рас-

Щелочь

творах щелочи (анодное снятие шлама,

обезжиривание, оловянирование, цин-

кование в щелочных электролитах, сня-

тие олова, оксидирование меди, снятие

хрома и др.)

2, 6

Химическая обработка металлов в рас-

Щелочь

творах щелочи (оксидирование стали,

полирование алюминия, рыхление ока-

лины на титане, травление алюминия,

магния и их сплавов и др.) при темпера-

туре раствора:

- >100 °C

2, 6

- <100 °С

2, 6

Химическая обработка металлов, кроме

Щелочь

алюминия и магния, в растворах щело-

чи (обезжиривание, нейтрализация и

др.) при температуре раствора:

- >50 °C

0 **

- <50 °C

0 **

Кадмирование, серебрение, золочение

Цианистый

и электрохимическая активация (дека-

водород

пирование) в цианистых растворах

5,5

Цинкование, меднение, латунирование,

Цианистый

химическая активация (декапирование),

водород

амальгамирование в цианистых рас-

творах

1,5

Химическая обработка металлов в рас-

Фтористый

творах, содержащих фтористоводород-

водород

ную кислоту и ее соли

Химическая обработка металлов в кон-

Хлористый

центрированных холодных и разбав-

водород

ленных нагретых растворах, содержа-

щих соляную кислоту (травление, сня-

тие шлама и др.)

117

Продолжение таблицы 2.53

Максималь-

Способ очистки

Технологический процесс нанесения

Определяю-

ное * коли-

гальванических покрытий

щее вещество

чество,

Метод

Аппараты

мг/(м²·с)

Химическая обработка металлов, кроме

Хлористый

снятия цинкового и кадмиевого покры-

водород

тий, в холодных растворах, содержа-

щих соляную кислоту в концентрации

до 200 г/л (травление, активация и др.)

0,3

Электрохимическая обработка метал-

Серная

лов в растворах, содержащих серную

кислота

кислоту в концентрации 150-350 г/л, а

также химическая обработка в концен-

трированных холодных и разбавленных

нагретых растворах (анодирование,

электрополирование, травление, сня-

тие никеля, серебра, гидридная обра-

ботка титана и др.)

1; 6

Меднение, оловянирование, цинкова-

Серная

ние и кадмирование в сернокислых рас-

кислота

творах при температуре раство-

ра ≤50 °C, а также химическая актива-

ция

0 **

Химическая обработка металлов в кон-

Фосфорная

центрированных холодных и разбав-

кислота

ленных нагретых растворах, содержа-

щих ортофосфорную кислоту (фосфа-

тирование и др.)

0,6

1; 6

Химическая обработка металлов в кон-

Фосфорная

центрированных нагретых растворах и

кислота

электрохимическая обработка в концен-

трированных холодных растворах, со-

держащих ортофосфорную кислоту

(химполирование алюминия, электро-

полирование стали, меди и др.)

1; 6

Химическая обработка металлов в раз-

Азотная

бавленных растворах, содержащих

кислота и

азотную кислоту (осветление алюми-

оксиды азота

ния, химическое снятие никеля, травле-

ние, активация меди, пассивация и др.),

при концентрации раствора:

- > 100 г/л

- <100 г/л

0 **

118

Окончание таблицы 2.53

Максималь-

Способ очистки

Технологический процесс нанесения

Определяю-

ное * коли-

гальванических покрытий

щее вещество

чество,

Метод

Аппараты

мг/(м²·с)

Никелирование в хлоридных растворах

Растворимые

при плотности тока свыше 1 А/дм²

соли никеля

0,15

1, 6

Никелирование в сульфатных раство-

Растворимые

рах при плотности тока свыше 1 А/дм²

соли никеля

0,03

1, 6

Кадмирование и оловянирование в кис-

Фенол

лых электролитах с добавкой фенола

0 **

Крашение в анилиновом красителе

Анилин

0 **

Промывка в горячей воде

Вода

0 **

Безвредные технологические процессы

при наличии неприятных запахов

(например, аммиака, клея и др.)

0 **

4-5

Методы очистки: 1 - абсорбционный; 2 - фильтрация. Типы аппаратов очистки:

1 - фильтры-туманоуловители ФВГ-Т (корпус из титана);

2 - фильтры-

туманоуловители ФВГ-С (корпус из стали); 3 - фильтры-туманоуловители ФВГ-Т с

орошаемой приставкой; 4 - фильтры-туманоуловители ФВГ-С-Ц; 5 - насадочный

типа ВЦНИИОТ; 6 - сепараторы, встраиваемые в бортовой отсос.

* Значения максимального количества вредных веществ, удаляемых местным от-

сосом, приведены для нормальной загрузки ванн для расчета максимальных разовых

концентраций. Для определения среднесуточных значений (для аэрозоля) следует

учитывать коэффициент загрузки оборудования. При необходимости очистки венти-

ляционных выбросов и выборе очистных устройств следует учитывать выпадение

аэрозоля на внутренних стенках отсосов и воздуховодов.

** Количество выделяющихся вредных веществ незначительно и при расчете вен-

тиляционных выбросов может не учитываться.

*** Местный отсос не требуется (необходим только при наличии воздушного пере-

мешивания раствора).

Для вредных веществ, остающихся в выбросах при неполной очистке, преду-

сматривают их рассеивание в атмосферном воздухе так, чтобы концентрации вредных

веществ в атмосферном воздухе населенных мест не превышали максимальные разо-

вые предельно допустимые значения либо (при отсутствии этих значений) среднесуто-

чных концентраций. При незначительном валовом количестве вредных веществ или

малой концентрации их в выбрасываемом воздухе допускается не предусматривать

его очистку, если путем рассеивания этих веществ в атмосферном воздухе при наибо-

лее неблагоприятных для данной местности условиях не будут превышены их допу-

стимые концентрации.

Для улавливания пыли из воздуха, отсасываемого из песко-, металлоструйных и

дробеструйных камер, применяют двухступенчатую установку из циклона ЦН-11 и цик-

лона с водяной пленкой ЦВН. Пыль, содержащаяся в воздухе, отсасываемом от шли-

фовальных и полировальных станков, пожароопасна, поэтому предпочтителен мокрый

119

способ очистки от нее воздуха. Запыленный воздух поступает в цилиндрический ре-

зервуар, где он, проходя по спирали вдоль вала, омывается водой. В результате про-

мывки воздуха водой, а также осаждения пыли на поверхности воды и смоченных стен-

ках резервуара происходит очистка воздуха от пыли. Пыль оседает в нижней части ап-

парата, откуда удаляется ручным, механическим или гидравлическим способом. Жела-

тельно, чтобы очистные устройства располагались как можно ближе к шлифовальным

и полировальным станкам.

Для очистки отсасываемого воздуха от аэрозолей используют фильтры различ-

ной конструкции. Фильтрующие перегородки, через которые происходит фильтрация

воздуха, весьма разнообразны по своей структуре, но в основном они состоят из во-

локнистых или зернистых элементов - тканевых материалов из природных, синтети-

ческих или минеральных волокон, нетканых волокнистых материалов (войлоки, клее-

ные и иглопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые маты); ячеистых листов

(губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры).

Для очистки отсасываемого воздуха, содержащего туман, аэрозоль и брызги

электролита, используют волокнистые фильтры типа ФВГ. Внутри корпуса фильтра

размещена кассета с фильтрующим материалом, наложенным на каркас и прижатым

прижимной решеткой из пруткового материала. Кассеты изготовлены в виде верти-

кально расположенных складок. Фильтр работает в режиме накопления уловленного

продукта на поверхности фильтрующего материала с частичным стоком жидкости.

По достижении максимального гидравлического сопротивления фильтр подвергается

периодической промывке (обычно 1-2 раза в месяц, в зависимости от производитель-

ности гальванического оборудования) с помощью переносной форсунки, вводимой че-

рез монтажный люк. В качестве фильтрующего материала обычно используют игло-

пробивной войлок, состоящий из волокон диаметром 70 мкм. Степень очистки воздуха

от аэрозоля электролита хромирования - не ниже 96 % - 99 %. При использовании

в качестве фильтрующего материала нетканого иглопробивного волокнистого лавсана

для очистки воздуха, отсасываемого от травильных сернокислых ванн, достигается

степень очистки 90 % - 99 %.

Волокнистые фильтры типа ФВГ устанавливают, как правило, на значительном

расстоянии от ванн и чаще всего после вентилятора. Однако на пути от борта ванны до

вентилятора часть вредных веществ, выделяющихся в виде аэрозолей, тумана и

брызг, оседает на дно и стенки воздуховода. Со временем воздуховод засоряется, а

металлические стенки воздуховода (даже из коррозионно-стойкой стали) и элементы

вентиляторов подвергаются коррозии.

120

1 - бортовой отсос; 2 - промывочное устройство; 3 - люк; 4 - кассета;

5 - фильтрующая перегородка; 6 - выход очищенного воздуха;

7 - карман; 8 - штуцер вывода уловленного раствора

Рисунок 2.20 - Фильтр, встроенный в бортовой отсос

Для защиты вентиляционных систем используют фильтрующие элементы,

встраиваемые непосредственно в местные отсосы (см. рисунок 2.20). Фильтрующий

элемент из слоя иглопробивного войлока или полипропиленовых волокон, зажатый

между винипластовыми сетками, имеет вид прямоугольной кассеты, которая вставля-

ется через люк в корпус под углом относительно вертикальной оси и закрепляется

в пазах, уплотняемых войлоком. Уловленные капли раствора стекают в карман, нахо-

дящийся в нижней части кассеты, откуда выводятся наружу. Эффективность улавлива-

ния сернокислого тумана войлоком составляет величину порядка 100 %, а винипласто-

выми сетками с полипропиленовыми волокнами - 79 % - 99,7 %; эффективность

очистки воздуха от растворов хромирования составляет 98 %. Загрязненные кассеты

вынимают из корпуса бортового отсоса и регенерируют путем промывки в промывной

ванне. В таблице 2.54 приведены рекомендации по выбору фильтров.

Таблица 2.54 - Рекомендации по выбору фильтров

Технологический

Расход воз-

Состав

Концентрация

Тип фильтра;

процесс

духа, м³/ч

аэрозоля

на входе, мг/м³

степень очистки, %

Хромирование чер-

4-10

CrO3

0,09-0,34

ФВГ-Т; 96-99

ных металлов

Молочное хромиро-

8-16

CrO3

1,6-9,0

ФВГ-Т; 96-99

вание

Травление черных

HCl

0,1-3,3

Встроенные эле-

1-13

металлов

H2SO4

0,2-3,4

менты; 95-98

Осветление черных

8-10

CrO3

0,02-0,03

ФВГ-Т; 96-99

металлов

Электрохимическое

ФВГ-Т с регенера-

обезжиривание ме-

1-10

NaOH

0,01-4,2

цией паром;

таллов (кроме алю-

96-98

миния)

121

Окончание таблицы 2.54

Технологический

Расход воз-

Состав

Концентрация

Тип фильтра;

процесс

духа, м³/ч

аэрозоля

на входе, мг/м³

степень очистки, %

ФВГ-Т с регенера-

Оксидирование ста-

6-20

NaOH

0,1-0,55

цией паром;

ли щелочное

96-98

Снятие старых по-

Встроенные эле-

крытий с черных ме-

1,5-10

H2SO4

0,4-65,6

менты; 95-98

таллов

Для очистки отсасываемого воздуха от газообразных и парообразных веществ

используют методы абсорбции (физической и хемосорбции), адсорбции, каталитиче-

ские, термические, конденсации и компримирования.

Для физической абсорбции применяют воду, органические растворители,

не вступающие в реакцию с извлекаемым газом, и водные растворы этих веществ. При

хемосорбции в качестве абсорбента используют водные растворы солей и щелочей,

органические вещества и водные суспензии различных веществ. Адсорбционные ме-

тоды основаны на поглощении примесей пористыми телами - адсорбентами. Катали-

тические методы очистки основаны на химических превращениях токсичных компонен-

тов в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов. В основе метода конденса-

ции лежит явление уменьшения давления насыщенного пара растворителя при пони-

жении температуры. Метод компримирования базируется на том же явлении, что и ме-

тод конденсации, но применительно к парам растворителей, находящимся под избы-

точным давлением, поэтому в гальваническом производстве не применяется.

Абсорбционная очистка основана на принципе поглощения паров и газов жидки-

ми веществами - абсорбентами. Эффективность абсорбции зависит от коэффициента

массопередачи, площади контакта поглощающих и поглощаемых веществ, времени

контакта и величины движущей силы массопередачи. Последняя зависит в значитель-

ной степени от концентрации газов в очищаемом воздухе, состава абсорбента, темпе-

ратуры воздуха и жидкости.

Для улавливания хромового ангидрида, серной, фосфорной и соляной кислот

применяют воду или щелочной раствор.

В практической гальванотехнике при работах с азотной кислотой с отходящими

газами выбрасываются, как правило, NO и NO2 при их одновременном присутствии.

Основная сложность абсорбционных процессов связана с низкой химической активно-

стью и растворимостью оксида азота NO. Поэтому применяют абсорбционное погло-

щение с одновременным окислением NO в химически активные соединения. Эффек-

тивное улавливание оксидов азота достигается щелочным раствором перманганата

калия, содержащего 4 % NaOH (KOH) и 1 % - 1,6 % KМnО4 (чем больше содержание

KМnО4, тем эффективнее очистка).

Газообразные цианистые соединения улавливают 5%-ным раствором железного

купороса.

Для очистки отсасываемого воздуха от паров фтористоводородной кислоты (HF)

применяют раствор соды по реакции:

2HF + Na2CO3 → 2NaF + CO3↑ + Н2О

122

После насыщения поглотительного раствора фторид-ионы осаждают в виде

фторида кальция по реакции:

2NaF + Са(ОН)2 → СaF2↓ + 2NaОН

Отфильтрованный фторид кальция, являющийся ценным продуктом, может быть

использован в промышленности, например стекольной.

Для очистки отсасываемого воздуха методом абсорбции жидкой фазой исполь-

зуют пенные аппараты и абсорберы с подвижной насадкой.

Адсорбционные методы в отличие от абсорбционных позволяют проводить

очистку воздуха с небольшим содержанием газообразных и парообразных примесей.

В качестве адсорбентов используют пористые материалы с высокоразвитой

внутренней поверхностью. Внутренняя структура наиболее распространенных на прак-

тике промышленных адсорбентов характеризуется наличием различных размеров и

форм пустот или пор, среди которых различают макро-, переходные (мезо-) и микропо-

ры. Суммарный объем последних к единице массы или объема адсорбента определяет

в решении задач газоочистки как скорость (интенсивность) поглощения загрязняющего

компонента, так и адсорбционную способность (величину адсорбции) твердым погло-

тителем этого компонента.

К основным типам промышленных абсорбентов относятся активированные угли,

силикагели, алюмогели (активный оксид алюминия), цеолиты и иониты.

Активированные угли характеризуются гидрофобностью (плохой сорбируемо-

стью полярных веществ, к которым относится и вода). Угли АГ-2 предназначены для

адсорбции газов, уголь СКТ - для улавливания паров органических веществ, угли АР,

СКТ-3 и АРТ - для очистки воздуха от паров летучих органических растворителей

(бензин, керосин, уайт-спирит и др.) из воздуха, отсасываемого от оборудования для

обезжиривания органическими растворителями. Скорость воздуха - 0,2 м/с. После

насыщения угля органическими растворителями его регенерируют продувкой острым

паром с температурой 110 °C - 120 °C, после чего паровоздушную смесь охлаждают в

конденсаторе и разделяют на воду (нижний слой) и растворитель (верхний слой), кото-

рые сливают в отдельные емкости.

Значительный интерес в последнее время вызывают активированные углерод-

ные волокна. Наряду с высокой термохимической стойкостью и хорошими поглоти-

тельными и фильтрующими свойствами волокнистые углеродные адсорбенты ввиду

малых диаметров волокон, составляющих (06-1,0)·10^-5 м, характеризуются повышен-

ными скоростями адсорбционно-десорбционных процессов.

Силикагели по своей химической природе представляют собой гидратированные

аморфные кремнеземы (SiO2·nН2О), являющиеся реакционноспособными соединениями

переменного состава, превращения которых происходят по механизму поликонденсации.

Силикагели служат для поглощения полярных веществ, к которым относится и

вода. Мелкопористые силикагели используют для адсорбции легкоконденсируемых па-

ров и газов. Крупнопористые и частично среднепористые силикагели служат эффек-

тивными поглотителями паров органических соединений.

Силикагели негорючи и характеризуются низкой температурой регенерации

(110 °C - 200 °C) и достаточно высокой механической прочностью. В то же время они

разрушаются под действием капельной влаги.

123

Алюмогели (активный оксид алюминия Al2О3·nН2О, где 0 < n < 0,6) в отличие от

силикагелей стойки к воздействию капельной влаги. Их используют для улавливания

полярных органических соединений и осушки газов.

Цеолиты представляют собой алюмосиликаты, содержащие в своем составе ок-

сиды щелочных и щелочно-земельных металлов (Me2/nO·Al2O3·xSiO2·уН2О) и характе-

ризующиеся регулярной структурой пор, размеры которых соизмеримы с размерами

молекул. Катионы цеолитов в определенных условиях их обработки могут замещаться

на соответствующие катионы контактируемых с ними растворов, что позволяет рас-

сматривать цеолиты как катионообменники. Поглощение вещества происходит в ос-

новном в адсорбционных полостях цеолитов, соединяющихся друг с другом входными

окнами строго определенных размеров. Проникать через окна могут лишь молекулы,

диаметр которых меньше диаметра входного окна.

Цеолиты обладают наибольшей адсорбционной способностью по отношению

к парам полярных соединений и веществ с кратными связями в молекулах.

Цеолит NaА может адсорбировать H2S, CS2, CO2, NH3, низшие диеновые и аце-

тиленовые углеводороды, этан, этилен, органические соединения, содержащие в мо-

лекуле одну метильную группу. Пропан и органические соединения с числом атомов

углерода в молекуле более трех этим цеолитом не адсорбируются.

Цеолиты типа Х адсорбируют все типы углеводородов, органические сернистые,

азотистые и кислородные соединения, галоидозамещенные углеводороды, пента- и

декаборан.

Для очистки отсасываемого воздуха, содержащего до 200 мг/м³ аэрозолей, газов

и паров, от примесей вредных веществ применяют адсорбционные методы с использова-

нием нетканых полотен, изготовленных из ионитовых волокон. С этой целью использу-

ются волокна на основе полиакрилонитрила типа ВИОН AC-1, ВИОН АН-1, ВИОН КН-1.

Поглощение веществ ионитами представляет собой процесс взаимодействия га-

зовой и парообразной среды с твердой фазой, обладающей способностью обменивать

ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в газовой фазе.

Ионообменные волокнистые (иглопробивные) материалы позволяют произво-

дить их регенерацию и могут многократно использоваться. Регенерацию полотен про-

изводят промывкой водой или растворами кислот или щелочей. Межрегенерационный

период работы фильтров зависит от концентрации примесей в очищаемом воздухе и

составляет от нескольких часов до нескольких месяцев. Нетканые полотна имеют ма-

лую плотность (менее 0,1 г/см³) и низкое аэродинамическое сопротивление. Они поз-

воляют получать большую фильтровальную поверхность в единице объема аппарата

(до 30 м²/м³), что обеспечивает большую пропускную способность фильтра при относи-

тельно низкой скорости фильтрования (0,1-0,2 с). Изготавливаются ионитовые филь-

тры для очистки воздуха от сернистого ангидрида, фтористого водорода, хлористого

водорода, аммиака, хлора, аэрозолей кислот и солей, в том числе солей никеля при их

содержании до 1 г/м³.

Для регенерации фильтров периодически или непрерывно к верхним кромкам

полотна подводится вода или другой регенерирующий агент, которые, стекая по слою

полотна, вымывают адсорбированные вещества, собираются в нижнем коллекторе, от-

куда периодически выводятся.

124

Для улавливания газов и аэрозолей HF, HCl, H2SO4, HNO3 применяют материал

ВИОН АН-1 (анионит). Оптимальная скорость фильтрации - 0,1 м/с. Температура

очищаемого воздуха - (20 ± 10) °C. Степень очистки воздуха - не менее 99 %.

Для улавливания газов и аэрозолей SO2, Cl2, H2S, HNO3 рекомендуется матери-

ал ВИОН КН-1 (катионит). Скорость фильтрации - 0,02-0,1 м/с. Степень очистки воз-

духа - не менее 95 %.

Для улавливания примеси цианидов щелочных металлов и цианистого водорода

из отсасываемого воздуха рекомендуют влажное (60 %) ионообменное волокно марки

AC-1. Регенерацию волокна после насыщения цианидами проводят 2%-ным раствором

NaOH или 5%-ным раствором Na2CO3.

Кислые примеси можно улавливать с применением насыпного слоя гранулиро-

ванных ионитов в кипящем слое, который необходимо непрерывно орошать водой или

раствором щелочи. Скорость воздуха в аппарате - 1-1,5 м/с. Размер гранул ионита -

менее 1 мм. Степень очистки воздуха достигает 98 %. Во избежание канального про-

скока воздуха, образования воздушных пузырей в кипящем слое и снижения степени

очистки воздуха отношение диаметра аппарата к слою сорбента принимают равным 2:1.

Перспективным является обезвреживание газовоздушных смесей, содержащих

органические растворители, термокатализом, т. е. каталитическим окислением при по-

вышенной температуре (250 °C - 400 °C). Паровоздушная смесь направляется после-

довательно в электронагреватель и каталитический аппарат. В нагревателе паровоз-

душная смесь нагревается до температуры начала каталитического окисления паров

растворителей (260 °C - 280 °C). Допустимый разогрев - не выше 650 °C. В катали-

тическом аппарате происходит беспламенное сжигание паров растворителей,

т. е. превращение их в углекислый газ и пары воды. Катализатор представляет собой

смесь оксидов неблагородных металлов с добавками платины и палладия (0,01 % -

0,001 %), нанесенных в виде активной пленки на нихромовую проволоку, свитую в спи-

раль. За счет реакции окисления температура паровоздушной смеси возрастает про-

порционально концентрации паров растворителей. Так, при исходном содержании па-

ров растворителей 1 г/м³ и степени очистки 95 % температура возрастает на 30 °C.

Катализатор отличается способностью окислять различные компоненты выбро-

сов, обладает высокой механической прочностью, прост в обслуживании. В случае

оседания на нем пылевых частиц его периодически промывают. Регенерация катализа-

тора заключается в повторном нанесении активной пленки на нихромовую проволоку.

Для очистки отсасываемого воздуха от парообразных веществ используют кон-

денсаторы, в которых за счет охлаждения проходящего через него воздуха происходит

конденсация паров. Конденсатор представляет собой заключенные в кожух гладкие

или оребренные трубки, в которые подается вода или другая охлаждающая жидкость

при температуре более низкой, чем температура насыщения пара. Паровоздушная

смесь, обтекая трубки, охлаждается, часть пара сжижается, конденсат стекает в поддон

и выводится из аппарата. Увеличение количества сжижаемого пара возможно за счет

увеличения рабочего объема конденсатора, а при заданном объеме конденсатора -

за счет уменьшения диаметра трубок и увеличения их числа. При равных условиях,

чем ниже температура охлаждающей жидкости, тем большее количество пара может

быть сконденсировано.

125

Для обеспечения работы вентиляционных систем наибольшее распространение

имеют радиальные вентиляторы низкого и среднего давления типа ВР-300-45,

ВЦ 14-46 и ВЦ 4-70, а также канальные вентиляторы (ВК).

2.8.2 Методы и сооружения очистки сбросов (сточных вод и растворов)

2.8.2.1 Очистка сточных вод

Эффективность систем очистки сточных вод в значительной степени зависит от

группировки отдельных видов стоков и систем их канализования.

Сточные воды в зависимости от минерализации, совместимости содержащихся

в них соединений и содержания продуктов, представляющих ценность, должны транс-

портироваться отдельными системами канализационных сетей.

На предприятиях могут образовываться кислотные, щелочные, циансодержа-

щие, хромсодержащие, фторидсодержащие и другие типы сточных вод. Как правило,

эти воды должны поступать на очистные сооружения по раздельным сетям канализа-

ции. В сеть кислотных сточных вод нельзя сбрасывать стоки, загрязненные сульфитом,

сульфидами, цианидами, роданидами и другими соединениями, реагирующими в кис-

лой среде с образованием токсичных газообразных продуктов. Не допускается сброс

в сеть кислотных сточных вод и больших количеств карбонатов, так как скопление в ка-

нализационных колодцах углекислоты может привести к несчастным случаям при ре-

монте канализационной сети предприятия.

Отвод сточных вод с гальванического цеха осуществляется по меньшей мере

тремя раздельными сетями - хромсодержащей, циансодержащей и кислотно-

щелочной, при возможности выделяют фторидсодержащий сток в отдельную сеть. Если

в хромсодержащих сточных водах присутствуют фторидные соединения, то данный

вид стоков считается хромсодержащим.

В этом случае, как правило, сооружения для очистки сточных вод включают ком-

плекс установок, работа которых основана на использовании химических или физико-

химических процессов. Очищенные на очистных сооружениях стоки в зависимости от

своего состава и условий водоснабжения могут частично или полностью использовать-

ся для производственного водоснабжения, в частности для подпитки системы оборот-

ного водоснабжения.

В ряде производств или в отдельных технологических операциях могут образо-

вываться сточные воды, загрязненные преимущественно одним или немногими веще-

ствами, представляющими техническую ценность. Такие стоки по раздельным линиям

подаются на локальные очистные установки для извлечения и регенерации ценных

продуктов.

Очищенные на локальных установках стоки в зависимости от своего состава и

условий водоснабжения цеха либо возвращаются в тот же цех для повторного исполь-

зования, либо сбрасываются далее в общий коллектор сточных вод для совместной

с другими сточными водами доочистки на очистных сооружениях.

Использование и отведение сточных вод зависят также от степени их минерали-

зации и состава минеральных солей. На предприятиях, где наряду со сточными водами

образуются большие количества сточных вод с высокой концентрацией минеральных

солей (отработанные растворы), стоки целесообразно транспортировать отдельными

126

системами канализационных сетей - сточных вод и отработанных растворов. Для

каждой системы должен быть предусмотрен свой набор методов и комплекс очистных

сооружений. Ниже приведены основные методы и сооружения очистки сбросов [22],

[24], [41]-[46].

2.8.2.1.1 Реагентные методы

Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов осуществляется путем перево-

да ионов тяжелых металлов в малорастворимые и слабодиссоциированные соедине-

ния (гидроксиды или основные карбонаты) при нейтрализации сточных вод с помощью

различных щелочных реагентов: едкий натр, оксид кальция (негашеная известь), гид-

роксид кальция (гашеная известь), карбонат натрия (кальцинированная сода), карбонат

кальция (известняк, мел, мрамор), карбонат магния (магнезит), смесь карбонатов маг-

ния и кальция (доломит). При выборе реагентов для выделения примесей воды в виде

осадков необходимо исходить из значения произведений растворимости образующих-

ся соединений. С применением осадителей, дающих соединения с меньшим произве-

дением растворимости, степень очистки воды повышается.

При нейтрализации кислых сточных вод известковым молоком, содержащим зна-

чительное количество известняка, а также растворами соды некоторые ионы тяжелых

металлов (например, цинк, медь и др.) осаждаются в виде соответствующих основных

карбонатов. Последние менее растворимы в воде, чем соответствующие гидроксиды.

Поэтому при образовании основных карбонатов происходит более полный переход

ионов тяжелых металлов в малорастворимую форму. Дополнительно к этому за счет

образования слабодиссоциируемых фосфатов и трилонатов кальция известковое мо-

локо позволяет осаждать ионы тяжелых металлов из сточных вод, содержащих пиро-

фосфаты и трилонаты. Кроме того, основные карбонаты большинства металлов начи-

нают осаждаться при более низких значениях pH, чем соответствующие гидроксиды.

При действии карбоната натрия на ионы цинка образуется труднорастворимое

в воде соединение ZnCO3·Zn(OH)2·H2O. Экспериментально установлено, что для обес-

печения оптимальных условий осаждения цинка карбонатом натрия требуется значи-

тельное количество реагента. Поэтому рекомендуется проводить двухступенчатую

очистку воды от цинка, предусматривающую предварительную нейтрализацию свобод-

ной кислоты карбонатом натрия с последующим осаждением цинка едким натром.

Практически полное выпадение гидроксида меди происходит при pH = 8-10, а

с увеличением pH возможно образование растворимых купритов (NaHCuO2 или

NaCuCO3). Целесообразно осаждать катионы меди (II) из воды в виде гидроксокарбо-

ната, нерастворимого в воде, - Cu2(OH)2CO3. При обработке сточной воды, содержа-

щей пирофосфат меди, известковым молоком даже в небольшом его количестве (0,1 %

по СаО) концентрация меди в сточной воде при pH > 10 снижается ниже 0,02 мг/л.

Практикой очистки сточных вод установлено, что при совместном осаждении

гидроксидов двух или нескольких металлов при одной и той же величине pH достига-

ются лучшие результаты, чем при раздельном осаждении каждого из металлов. Реше-

ние о раздельной или совместной обработке потоков, содержащих тяжелые металлы,

должно приниматься индивидуально в каждом случае, исходя из объемов образую-

щихся сточных вод и экономической целесообразности в рамках применяемых техно-

логических решений. При локальном обезвреживании медь-, кадмий-, никель-, цинксо-

127

держащих потоков в качестве щелочного реагента рекомендуется использовать из-

весть (лучше III сорта, содержащую «недожог» СаСО3). При этом расход извести со-

ставляет на 1 весовую часть (в. ч.) кадмия - 0,5 в. ч. СаО, никеля - 0,8 в. ч. СаО, цин-

ка - 1,2 в. ч. СаО.

В качестве щелочных реагентов могут быть использованы отработанные щелоч-

ные растворы гальванопроизводства, а также другие производственные отходы,

например карбидный шлам.

Более глубокая очистка воды от ионов многих металлов возможна путем оса-

ждения их в виде труднорастворимых сульфидов. Оптимальные значения pH при оса-

ждении цинка сульфидом натрия составляет 2,5-3,5, при осаждении кадмия - 4. Од-

нако в этом случае следует строго нормировать добавление сульфидных реагентов, так

как избыток сульфидов резко увеличивает экологическую опасность стоков (ПДК суль-

фидов 0,005 мг/л, что значительно меньше, чем для ионов многих тяжелых металлов).

В последнее время находит практическое применение ферритный метод как мо-

дификация реагентного метода очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с по-

мощью железосодержащих реагентов.

Очистка сточных вод методом ферритизации заключается в сорбции примесей

(в том числе ионов тяжелых металлов) гидроксидом железа (III), образовании ферри-

тов и последующей топохимической реакции захвата сорбированных веществ кристал-

лической решеткой феррита - клатратировании *. Ферриты - это производные гипо-

тетической железистой кислоты HFeO2, в которой ионы водорода замещены ионами

металлов. В современной технике широко известны ферриты меди CuFe2О4, никеля

NiFe2О4, марганца MnFe2О4 и других металлов. Ферриты обладают ферромагнитными

свойствами, позволяющими выделять образующиеся осадки магнитной сепарацией.

Кроме того, ферриты тяжелых цветных металлов (никеля, меди, цинка и др.), в отличие

от гидроксидов тех же металлов, при обычной температуре практически нерастворимы

не только в воде, но и в разбавленных водных растворах сильных минеральных кислот

и едких щелочей. Ферромагнетизм и химическая инертность ферритов значительно

снижают экологическую опасность твердых отходов гальванического производства.

Основным реагентом ферритизационной обработки сточных вод служит гидрат

сернокислого закисного железа FeSO4·7H2O, являющийся отходом производства дву-

окиси титана или травления стали.

Высокий эффект очистки достигается при pH > 10, а ферромагнитный характер

формируемых осадков обеспечивается лишь при дозировке железа в очищаемую воду

в количестве до 1 г/л. При низких концентрациях железа в широком диапазоне pH об-

разуются соединения с выраженными магнитными свойствами. С увеличением концен-

трации железа уменьшается область pH, в которой оптимально проходят процессы

ферритообразования.

Очистку сточных вод от ионов тяжелых металлов методом ферритизации можно

проводить двумя способами. Первый способ заключается в добавлении в сборник со

сточными водами железного купороса, едкого натра (в виде 40%-ного водного раство-

* Клатраты - кристаллические соединения включения, в которых молекулы со-

единения «хозяина» образуют пространственный каркас, а молекулы соединения «гос-

тя» располагаются в полостях каркаса.

128

ра) и азотнокислого натрия. При суммарной концентрации в стоках ионов тяжелых ме-

таллов 30 мг/л в них вводятся 450 г/м³ железного купороса (90 г-ион/м³ в пересчете на

железо), 322 г/м³ раствора каустика и 45,6 г/м³ нитрата натрия. После этого сточная

вода нагревается острым паром до 60 °C (100 кг пара на 1 м³ стоков) и выдерживается

при барботировании воздухом в течение 1 ч (расход воздуха 100 м³/м³ стоков в час).

Затем стоки сбрасываются в отстойник. Время выдержки в отстойнике - 15-20 мин.

После этого осветленная часть стоков направляется на фильтрацию и далее в хозяй-

ственно-бытовую канализацию.

По второму способу очистка стоков проводится в две стадии. На первой стадии

формируется железосодержащая суспензия, и таким образом, чтобы она обладала

развитой поверхностью, высокой химической активностью и адсорбционной способно-

стью. На приготовление 1 м³ железосодержащей суспензии необходимо 208,5 кг же-

лезного купороса, 60 кг едкого натра и 21,3 кг азотнокислого натрия. Время выдержки

составляет 20 мин. Чем дольше суспензия выдерживается до прибавления ее в очи-

щаемые стоки, тем завершеннее, полнее реализуется способность ее к ферритообра-

зованию. На второй стадии сформированная суспензия вводится в очищаемые сточ-

ные воды.

Специфика ферритизационной обработки иногда объясняется адсорбционными

явлениями, обусловленными дефектами кристаллической решетки ферритов. Для по-

вышения степени адсорбции примесей (в том числе ионов тяжелых металлов) в сточ-

ную воду добавляют активированные ферриты, которые получают обработкой нитри-

тами гидроксидов двух- и трехвалентного железа, взятых в определенном соотноше-

нии. Полученные таким образом ферриты хорошо сорбируют ионы хрома, кадмия,

свинца, меди, никеля, кобальта, ртути, марганца и бериллия, они имеют емкость по тя-

желым металлам, в 1000-10 000 раз большую, чем магнетит, образующийся в сточной

воде при добавлении в нее железного купороса.

Для очистки (обезвреживания) циансодержащих сточных вод используются раз-

личные модификации реагентного метода, основанные на химическом превращении

высокотоксичных цианидов в нетоксичные, легкоудаляемые продукты: окисление циа-

нидов в щелочной среде до цианатов с последующим их гидролизом до карбонатов и

аммония.

В качестве реагентов-окислителей могут использоваться соединения, содержа-

щие активный хлор (хлорная известь, гипохлорит кальция, гипохлорит натрия, жидкий

хлор), а также озон, перманганат калия, перекись водорода.

Метод окисления цианидов соединениями хлора является одним из наиболее

распространенных.

Реакции окисления простых и комплексных цианидов активным хлором протека-

ют в щелочной среде при pH 10,5-12,5.

Продолжительность окисления цианидов активным хлором составляет 5-15 мин,

при механическом или гидравлическом перемешивании время обработки сточных вод

сокращается до 3-5 мин.

При применении хлорной извести или гипохлорита кальция рабочие растворы

реагентов готовят в виде 5%-ного раствора по активному хлору. При применении гипо-

хлорита натрия допускается использование более концентрированных растворов.

Циансодержащие сточные воды очищаются (обезвреживаются), как правило, по

схеме периодического действия: сточная вода поступает в усреднитель (накопитель),

129

откуда подается в реактор с непрерывным перемешиванием, который оборудован при-

борами автоматического регулирования подачи реагентов до требуемой pH среды. После

обезвреживания сточные воды направляются на нейтрализацию и отстаивание сов-

местно с кисло-щелочными стоками.

Железо-сульфатный метод обезвреживания цианистых стоков основан на пере-

воде токсичных ионов циана в малотоксичные комплексные ионы [Fe(CN)6]^4- в сла-

бощелочной среде при использовании в качестве реагента FeSO4.

Расход FeSO4·7H2O составляет 5,36 мг на каждый 1 мг циана. Однако, для того

чтобы реакция протекала в нужном направлении, необходимо увеличить количество

вводимого FeSO4 в 4 раза и более. При этом остаточная концентрация циана - 2 мг/л.

Количество образующегося осадка при обработке стоков железным купоросом

составляет 20 % - 25 % от первоначального объема стока. Осадок может обладать

токсичными свойствами из-за наличия в нем захваченной части сточной воды с оста-

точными цианидами.

Реагентная очистка сточных вод от соединений шестивалентного хрома (хромо-

вая кислота и ее соли) осуществляется в две стадии: 1) восстановление шестивалент-

ного хрома до трехвалентного; 2) осаждение трехвалентного хрома в виде гидроксида.

В качестве реагентов-восстановителей наибольшее применение получили

натриевые соли сернистой кислоты - сульфит (Na2SO3), бисульфит (NaHSO3), пиро-

сульфит (Na2S2O5), а также дитионит натрия (Na2S2O4).

Теоретические дозы реагентов-восстановителей составляют (мг/1 мг Cr⁶⁺): для

сульфита - 3,63, бисульфита - 3,0, пиросульфита - 2,88, дитионита натрия - 1,67.

Соли сернистой кислоты добавляют к сточным водам в виде 10%-ных водных

растворов. Доза восстановителя зависит от исходной концентрации Сr⁶⁺ в сточной воде

и величины pH. Скорость и полнота реакций восстановления Cr⁶⁺ до Сr³⁺ в большой

степени также зависят от величины pH реакционной смеси. Наибольшая скорость ре-

акций восстановления достигается в кислой среде при pH = 2-2,5, что обычно требует

дополнительного подкисления сточных вод 10-15%-ным раствором серной кислоты

(возможно использование растворов других минеральных кислот).

Восстановление шестивалентного хрома проводят как на установках периодиче-

ского, так и непрерывного действия. При обработке хромсодержащих сточных вод на

установках периодического действия рекомендуется использовать два реактора, при-

чем полезный объем каждого из реакторов следует принимать равным расчетному ча-

совому расходу сточных вод. При обработке стоков на установках непрерывного дей-

ствия используют один реактор с полезной емкостью, равной 30-минутному расчетному

расходу.

На установках периодического действия хромсодержащие сточные воды иногда

нейтрализуют отдельно от сточных вод других видов. Для нейтрализации обычно ис-

пользуют известковое молоко, в более редких случаях - соду и едкий натр. Оптималь-

ная величина pH для осаждения Сr(ОН)3 составляет 8,5-9, при выходе за эти пределы

растворимость Сr(ОН)3 увеличивается и, как следствие, ухудшается полнота извлече-

ния гидроокиси хрома из сточных вод.

130

2.8.2.1.2 Мембранные методы

Процессы, возникающие при мембранном разделении смесей, определяются

свойствами мембран. Необходимо учитывать молекулярные взаимодействия между

мембранами и разделяемыми потоками, физико-химическую природу которых опреде-

ляет скорость переноса. Эти взаимодействия с материалом мембран отличают мем-

бранный метод от микроскопических процессов обычного фильтрования [47].

Мембранные методы отличаются типами используемых мембран, движущими

силами, поддерживающими процессы разделения, а также областями их применения.

Существуют мембранные методы шести типов:

1) микрофильтрация - процесс мембранного разделения коллоидных растворов

и взвесей под действием давления;

2) ультрафильтрация - процесс мембранного разделения жидких смесей под

действием давления, основанный на различии молекулярных масс или молекулярных

размеров компонентов разделяемой смеси;

3) обратный осмос - процесс мембранного разделения жидких растворов путем

проникновения через полупроницаемую мембрану растворителя под действием при-

ложенного раствору давления, превышающего его осмотическое давление;

4) диализ - процесс мембранного разделения за счет различия скоростей диф-

фузии веществ через мембрану, проходящий при наличии градиента концентрации;

5) электродиализ - процесс прохождения ионов растворенного вещества через

мембрану под действием электрического поля в виде градиента электрического потен-

циала;

6) разделение газов - процесс мембранного разделения газовых смесей за счет

гидростатического давления и градиента концентрации.

В области очистки стоков гальванического производства наибольшее примене-

ние нашли ультрафильтрация, обратный осмос (гиперфильтрация) и электродиализ.

Основные характеристики мембранных процессов представлены в таблице 2.55.

Таблица 2.55 - Основные характеристики мембранных процессов

Рабочий

Рабочее

Мембранный

Размер

Энергозатраты,

Удаляемые

диапазон,

давление,

процесс

пор

кВт·ч/м³

компоненты

мкм

кПа

Взвешенные твер-

Микро-

дые вещества, про-

фильтра-

>50 нм

0,08-2,0

7-100

0,1-0,5

стейшие ооцисты и

ция

цисты,

некоторые

бактерии и вирусы

Макромолекулы,

Ультра-

коллоиды, большин-

фильтра-

0,005-0,2

70-700

0,3-1

50 нм

ство бактерий, неко-

ция

торые вирусы, белки

Нанофиль-

Малые молекулы,

<2 нм

0,001-0,01

500-1000

1-2

трация

вирусы

131

Окончание таблицы 2.55

Рабочий

Рабочее

Мембранный

Размер

Энергозатраты,

Удаляемые

диапазон,

давление,

процесс

пор

кВт·ч/м³

компоненты

мкм

кПа

Малые молекулы,

красители,

соли

Обратный

0,000 1-

<2 нм

850-7000

5-7

жесткости, сульфа-

осмос

0,001

ты, нитраты, ионы

натрия, другие ионы

Метод обратного осмоса и ультрафильтрации. Процессы обратного осмоса и

ультрафильтрации основаны на способности молекул воды проникать через полупро-

ницаемые мембраны. Осмос - самопроизвольный переход воды в раствор (например,

сточные воды), отделенный от нее полупроницаемой мембраной, при этом со стороны

воды возникает осмотическое давление. Уровень раствора повышается до тех пор, по-

ка разница в уровнях не уравновесит осмотическое давление.

Это явление приводит к тому, что из стоков удаляется вода, а в стоках концен-

трируются ионы тяжелых металлов и другие загрязнения. Этот механизм справедлив

как для обратноосмотических (гиперфильтрационных), так и для ультрафильтрацион-

ных установок. Отличие заключается в практической реализации этих методов. При

обратном осмосе отделяются частицы (молекулы, гидратированные ионы), размеры

которых сравнимы с размерами молекул воды (диаметр частиц 0,000 1-0,001 мкм).

В обратноосмотических установках используют полупроницаемые мембраны толщиной

0,1-0,2 мкм с порами 0,001 мкм под давлением 6-10 МПа. При ультрафильтрации раз-

мер отделяемых частиц на порядок больше (диаметр частиц

0,001-0,02 мкм).

В ультрафильтрационных установках применяют полупроницаемые мембраны с пора-

ми 0,005-0,2 мкм под давлением 0,1-0,5 МПа.

Обратный осмос рекомендуется использовать при следующей концентрации сто-

ков: для одновалентных солей - не более 5 % - 10 %; для двухвалентных - 10 % -

15 %; для многовалентных - 15 % - 20 %. Для уменьшения влияния концентрацион-

ной поляризации организуют рециркуляцию раствора и перемешивание прилегающего

к мембране слоя жидкости, применяя мешалки, вибрационные устройства и увеличе-

ние скорости движения жидкости вдоль поверхности мембраны. Наиболее эффектив-

ная работа мембран при прочих равных условиях достигается при скорости потока

жидкости от 0,3 до 0,9 м/с. Увеличение скорости потока выше 1,0 м/с в ряде случаев

приводит к снижению водопроницаемости и коэффициента опреснения.

С повышением давления удельная производительность мембран увеличивается,

так как растет движущая сила процесса. Однако при высоких давлениях происходит

уплотнение материала мембран, что вызывает снижение проницаемости, поэтому для

каждого вида мембран устанавливают оптимальное рабочее давление.

С ростом температуры уменьшаются вязкость и плотность раствора, что способ-

ствует росту проницаемости. Однако при этом повышается осмотическое давление, ко-

торое уменьшает проницаемость. Кроме того, при повышении температуры начинается

усадка и стягивание пор мембраны (что приводит к уменьшению проницаемости), а

также возрастает скорость гидролиза материала мембраны, сокращая срок ее службы.

132

Аппараты для ультра- и гиперфильтрации подразделяются по способу укладки

мембран на четыре типа:

1) аппараты типа «фильтр-пресс» с плоскопараллельными фильтрующими эле-

ментами. В этих аппаратах мембраны уложены с обеих сторон плоских пористых дре-

нажных пластин, которые расположены на расстоянии 0,5-5,0 мм друг от друга. Филь-

трующие элементы зажаты между двумя фланцами, стянутыми болтами. Фильтрат, по-

следовательно прошедший через мембраны, уходит через дренажные слои. Применя-

ются при невысокой производительности. Основной недостаток этих аппаратов - не-

высокая удельная площадь поверхности мембран (60-300 м² на 1 м³ объема аппарата)

и большая металлоемкость;

2) аппараты с трубчатыми фильтрующими элементами имеют ряд преимуществ:

простота конструкции, малая металлоемкость, легкость перемешивания раствора.

В качестве фильтрующих элементов используют пористые трубы (металлические, ке-

рамические, пластмассовые) диаметром 6-30 мм, на внутреннюю или внешнюю по-

верхность которых наносится мелкопористая подложка, а на нее полупроницаемая

мембрана. Недостаток аппаратов - невысокая удельная площадь поверхности мем-

бран (100-200 м²/м³), трудность замены вышедших из строя мембран;

3) аппараты с фильтрующими элементами рулонного или спирального типа

имеют большую удельную площадь мембран (300-800 м²/м³). При изготовлении аппа-

рата пакет, состоящий из двух мембран, гибкой пористой пластины и гофрированного

сепарационного листа, навивают в виде спирали на трубу, имеющую продольные про-

рези. Сточная вода движется в каналах гофрированного листа. Проникающий через

мембраны фильтрат заполняет объем пустот в пористой пластине и проходит по ним

к трубе, откуда удаляется. Ширина навивающегося пакета равна 300-500 мм, а длина -

0,6-2,5 м. Недостаток этих аппаратов - сложность монтажа и смены мембран, труд-

ность обеспечения герметичности аппарата;

4) аппараты с мембранами из полых волокон малого диаметра (45-200 мкм). Во-

локна (из ацетатцеллюлозы, нейлона и др.) собираются в пучки длиной 2-3 м, которые

прикрепляются к стенкам аппарата. Удельная площадь поверхности мембран в этих

аппаратах достигает 20 000 м²/м³. Расположение волокон может быть линейным или

U-образным. Аппараты с мембранами из полых волокон компактны и высокопроизво-

дительны. Недостаток аппаратов - трудность замены поврежденных волокон. Если

разделяемый раствор протекает внутри волокон, то необходима тщательная очистка

его от механических загрязнений.

На рисунке 2.21 представлена принципиальная схема ультра- и гиперфильтра-

ции (обратный осмос).

133

1 - накопитель стоков; 2 - насос; 3 - механический фильтр;

4 - накопитель стоков и концентрата 2-й ступени;

5 - обратноосмотический аппарат 1-й ступени; 6 - накопитель фильтрата

1-й ступени; 7 - обратноосмотический аппарат 2-й ступени

Рисунок 2.21 - Принципиальная схема ультра- и гиперфильтрации

(обратного осмоса)

Наибольшее распространение для очистки сточных вод гальванических произ-

водств получили двухступенчатые установки типа УГОC-1 и УГОC-2. На первой ступе-

ни происходит концентрирование сточных вод, полученный концентрат возвращается

в производство. На второй ступени проводят дополнительную очистку фильтрата пер-

вой ступени. Производительность установки УГОC-1 по фильтрату на первой и второй

ступенях составляет соответственно 95 и 70 л/ч, для установки УГОC--2 производи-

тельность составляет для первой ступени 630 л/ч, для второй ступени 450 л/ч.

На тамбовском заводе АО «Комсомолец» выпускается серия обратноосмотиче-

ских установок мембранных рулонных (УМР) для очистки воды от различных загрязнений,

в том числе для очистки сточных вод гальванических производств (УМР 12/10/2-ВПУ).

ЗАО «Баромембранная технология» выпускает ультрафильтрационные и обратно-

осмотические установки различного назначения - от бытовых установок серии «Ручеек»

до установки очистки сточных вод гальванических производств серии УМГ производи-

тельностью 1-25 м³/ч.

Метод электродиализа. Сущность процесса удаления солей из воды электро-

диализом состоит в следующем. Если в среднее отделение ванны, разделенной диа-

фрагмами на три отделения (см. рисунок 2.22), залить воду, содержащую растворен-

ные соли, например сульфат натрия, а в крайние отделения, залитые чистой водой,

поместить электроды и вести электролиз, то анионы будут переноситься током в анод-

ное пространство. На аноде будет выделяться кислород и образовываться кислота

(пропорционально количеству выделившегося кислорода). Одновременно с этим кати-

оны переносятся в катодное пространство. На катоде будет выделяться водород и об-

разовываться щелочь (пропорционально количеству выделившегося водорода).

134

КМ - катионитовая мембрана; АМ - анионитовая мембрана;

- - катод; + - анод

Рисунок 2.22 - Схемы электродиализаторов с пористыми диафрагмами

(а) и ионообменными мембранами (б)

Однако по мере прохождения тока концентрация сульфата натрия в среднем

пространстве снижается и в процессе переноса электричества начинают в большей

степени принимать участие ионы Н⁺ и ОН^-, образующие в среднем пространстве воду.

Таким образом, со временем уменьшается эффективность очистки, т. е. уменьшается

доля тока, расходующегося на унос из среднего пространства загрязнителя (сульфата

натрия). Одновременно с этим осуществляется ненужный перенос в среднее простран-

ство катионов Н⁺ из анодного и анионов ОН^- из катодного пространства. Кроме того, по

мере увеличения концентрации сульфат-ионов в анодном и ионов натрия в катодном

пространстве увеличивается разность концентраций между крайними и средним про-

странствами, градиент которой способствует повышению диффузии через пористые

диафрагмы катионов из катодной камеры и анионов из анодной обратно в центральное

пространство (см. волнистые стрелки на рисунке 2.22), т. е. за счет диффузии увеличи-

вается скорость обратного движения ионов.

Средний выход по току (отношение удаленного количества солей к количеству

соли, которое должно быть удалено при 100%-ном использовании тока) при очистке

воды в трехкамерных диафрагменных аппаратах не превышает 20 %. Он может быть

повышен при использовании мелкопористых керамических диафрагм, которые обла-

дают высоким сопротивлением диффузии.

Эффективность процесса очистки сточной воды резко повышается в результате

применения электрохимически активных (ионообменных) мембран, способных пропус-

кать ионы только одного знака. Благодаря селективной ионной проводимости, а также

высокому сопротивлению диффузии ионообменных мембран применение их позволяет

повысить выход по току до 85 % - 95 %.

На рисунке 2.23 представлена принципиальная схема электродиализной очистки

промывных и сточных вод. Катоды в электродиализаторах изготавливаются из нержа-

веющей стали или титана, аноды в зависимости от состава очищаемой воды - из пла-

тинированного титана, графита, сплавов свинца или магнетита.

135

1 - накопитель стоков; 2 - насос; 3 - механический фильтр;

4 - сорбционный фильтр; 5 - электродиализатор; 6 - выпрямитель

Рисунок 2.23 - Принципиальная схема электродиализной очистки

промывных и сточных вод

Процесс очистки на электродиализных установках осуществляется по трем ос-

новным схемам: прямоточной, циркуляционной порционного действия и циркуляцион-

ной непрерывного действия.

При прямоточной схеме загрязненную воду пропускают по дилюатному контуру

один раз, и при этом солесодержание снижается до заданной концентрации. Эти схемы

бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми. Для уменьшения сопротивления

мембранного пакета рассол частично повторно возвращается в цикл установки. Рецир-

куляции может также подвергаться и дилюат, но в этом случае при большом количе-

стве рециркуляций возрастают энергетические потери из-за снижения средней концен-

трации очищаемого потока.

В циркуляционных установках порционного действия загрязненную воду пропус-

кают многократно через дилюатные камеры до получения заданной степени очистки

исходной воды. С целью исключения увеличения перепада концентраций в камерах

воду рассольных камер разбавляют очищенной водой, с тем чтобы его концентрация

не более чем в 3-4 раза превышала концентрацию солей в очищаемой воде. Недо-

статком этой схемы является трудность автоматизации процесса, вызванной постоян-

ным изменением электросопротивления из-за нестационарности режима очистки и

необходимостью в связи с этим регулирования напряжения.

В циркуляционных системах непрерывного действия процесс очистки сводится

к циркуляции через камеры электродиализного аппарата, или только рассола, или рас-

сола и дилюата с непрерывной продувкой рассола. Контур рассола выполняется за-

мкнутым и с частичным его сбросом.

В циркуляционных схемах имеет место повышенный расход электроэнергии на

повторную перекачку рассола и дилюата.

Различают три гидравлических вида потокораспределения воды: параллельное,

последовательное и комбинированное.

При параллельном потокораспределении очищаемая вода и рассол движутся

параллельно по дилюатным и рассольным камерам электродиализного аппарата,

обычно работающего по порциональной циркуляционной схеме очистки. Выход по току

составляет порядка 60 %.

136

При последовательном движении всей очищаемой воды и рассола потоки их по-

следовательно проходят все дилюатные и рассольные камеры. Основным недостатком

такой схемы является создание большого перепада концентраций по обе стороны

мембран, так как с одной стороны мембраны находится очищенная вода, а с другой -

рассол, с концентрацией в 2-2,5 раза большей, чем у исходной воды. В таких условиях

селективность мембран снижается, и это особенно заметно у мембран, находящихся

на концевых участках движения потоков воды. По этой причине понижается выход по

току и уменьшается срок службы мембран. Выход по току составляет порядка 40 % -

45 %.

Комбинированная система распределения потоков воды в многокамерных аппа-

ратах предполагает параллельное движение жидкости по всем рассольным камерам и

последовательное движение очищаемой воды по дилюатным камерам. Разность кон-

центраций очищенной воды и рассола на выходе из аппарата в 2 раза меньше, а рас-

ход электроэнергии в 1,5 раза ниже, чем при последовательной системе. Выход по току

достигает 90 % - 95 %.

Основным недостатком электродиализа является концентрационная поляризация,

приводящая к осаждению солей на поверхности мембран и снижению показателей очист-

ки. Поэтому периодически электродиализный комплекс промывается серной кислотой.

2.8.2.1.3 Ионообменные методы

Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов

(цинка, меди, хрома, никеля, свинца, кадмия, ртути, марганца и т. д.), а также соедине-

ний мышьяка, фосфора и цианистых соединений. Этот метод очистки позволяет реку-

перировать ценные вещества при высокой степени очистки воды.

Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой

фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ио-

ны, присутствующие в растворе (сточной воде). Вещества, составляющие эту твердую

фазу, носят название ионитов. Они практически нерастворимы в воде. Иониты, спо-

собные поглощать из растворов положительные ионы, называются катионитами, отри-

цательные ионы - анионитами. Первые обладают кислотными свойствами, вторые -

основными. Если иониты обменивают и катионы, и анионы, их называют амфотерными

[22], [24].

Иониты бывают неорганические и органические. Это могут быть природные или

синтетические вещества.

К неорганическим природным ионитам относят цеолиты, глинистые минералы,

полевые шпаты, различные слюды и др.

К неорганическим синтетическим ионитам относятся силикагели, пермутиты,

труднорастворимые оксиды и гидроксиды некоторых металлов (алюминия, хрома, цир-

кония и др.).

Органические природные иониты - это гуминовые кислоты почв и углей. Они

проявляют слабокислотные свойства. Для усиления кислотных свойств и обменной ем-

кости угли измельчают и сульфируют в избытке олеума. В результате такой обработки

получаются сульфоугли. К недостаткам таких ионитов следует отнести их малые хими-

ческую стойкость и механическую прочность зерен, а также небольшую обменную ем-

кость, особенно в нейтральных средах.

137

К органическим искусственным ионитам относятся ионообменные смолы с раз-

витой поверхностью. Они-то и приобрели наибольшее практическое значение для

очистки сточных вод. Синтетические ионообменные смолы представляют собой высо-

комолекулярные соединения, углеводородные радикалы которых образуют простран-

ственную сетку, называемую матрицей, с фиксированными на ней ионообменными

функциональными группами, состоящими из способного к обмену противоиона, соеди-

ненного с матрицей фиксированными (анкерными) ионами. Например, сульфокатиони-

ты записываются как RSO3Н. Здесь R - матрица, Н - противоин, SО3 - фиксирован-

ный (анкерный) ион.

В зависимости от степени диссоциации различают сильно- и слабокислотные ка-

тиониты (в Н⁺ - или Nа⁺-форме), сильно- и слабоосновные аниониты (в ОН^-- или со-

левой форме), а также иониты смешанного типа. К сильнокислотным относятся катио-

ниты, содержащие сульфогруппы (SO3H) или фосфорнокислые группы [PO(OH)2].

К слабокислотным - карбоксильные (СООН) и фенольные (С6Н5ОН) группы. Сильно-

основные иониты содержат четвертичные аммониевые основания (R3NOH), слабоос-

новные - аминогруппы различной степени замещения (-NH2; = NH; ≡ N).

Поглотительная способность ионитов характеризуется обменной емкостью, ко-

торая определяется числом эквивалентов ионов, поглощаемых единицей массы или

объема ионита. Различают полную, статическую и динамическую обменные емкости.

Полная обменная емкость - это количество поглощаемого вещества при полном

насыщении единицы объема или массы ионита. Статическая обменная емкость - это

обменная емкость ионита при равновесии в данных рабочих условиях. Статическая

обменная емкость обычно меньше полной. Динамическая обменная емкость - это ем-

кость ионита до «проскока» ионов в фильтрат, определяемая в условиях фильтрации.

Динамическая емкость меньше статической.

Обменная емкость сильнокислотных катионитов и сильноосновных анионитов по

отношению к различным ионам остается постоянной в широком интервале значений

pH. Обменная емкость слабокислых катионитов и слабоосновных анионитов в большой

степени зависит от величины pH и максимальна для слабокислых катионитов в щелоч-

ной среде (pH > 7), а для слабоосновных анионитов - в кислой среде (pH < 7).

Иониты в контакте с водой не растворяются, но поглощают некоторое количе-

ство воды и набухают. При набухании объем ионитов увеличивается в 1,5-3 раза. Сте-

пень набухания зависит от строения смолы, природы противоионов, состава раствора.

Синтетические иониты набухают в воде больше и имеют большую обменную емкость,

чем природные. Срок службы синтетических катионитов значительно больше, чем ани-

онитов. Это объясняется низкой стабильностью групп, выполняющих роль фиксиро-

ванных ионов.

Селективность обмена зависит от величины давления набухания в порах смолы

и от размера пор ионита. При малом размере пор большие ионы не могут достичь

внутренних активных групп. В целях повышения селективности ионитов к определен-

ным металлам в состав смол вводят вещества, способные образовывать с ионами этих

металлов внутрикомплексные соединения (хелаты).

138

Установлены ряды ионов по энергии их вытеснения из сильно- и слабокислотных

катионитов. Например, для слабокислотного катионита КБ-4 получен следующий ряд:

Mg²⁺ < Ca²⁺ < Ni²⁺ < Co²⁺ < Cu²⁺. Для сильнокислотного сульфокатионита КУ-2 получен

следующий ряд:

H⁺ < Na⁺ < NH⁴⁺ < Mg²⁺ < Zn²⁺ < Co²⁺ < Cu²⁺ < Cd²⁺ < Ni²⁺ < Ca²⁺ < Sr²⁺ < Pb²⁺ < Ba²⁺.

Установлен аналогичный ряд поглощения анионов сильных кислот на сильноос-

новном и слабоосновном анионитах:

Cl^- < NO^3- < SO42- < CrO42-.

Анионы слабых кислот по сродству к сильноосновным анионитам образуют сле-

дующий ряд: силикаты < бораты < фосфаты.

Иониты выпускают в виде порошка (размер частиц 0,04-0,07 мм), зерен (0,3-

2,0 мм), волокнистого материала, листов и плиток. Крупнозернистые иониты предна-

значены для работы в фильтрах со слоями значительной высоты (1-3 м), порошкооб-

разные - со слоями высотой 3-10 мм.

Ряд смол, выпускаемых в РФ, имеет произвольное наименования (Н, НО, ВС).

Некоторые названия отражают состав смол: СДВ - стиролдивинилбензол; ЭДЭ -

этилендиаминэтиленхлоргидрин; МСФ - моносульфат и др. В последнее время в мар-

кировке смол для катионитов употребляют букву К, для обозначения анионитов - А.

Буква В (после А) записывается для высокоосновных анионитов, буква Н - для низко-

основных анионитов. Числовое обозначение указывает порядковый номер производ-

ственной серии, например: КУ - катионит универсальный; КФ - катионит фосфорно-

кислый; АВ - анионит высокоосновной; АН - анионит низкоосновной. В таблице 2.56

представлены некоторые марки ионитов и их зарубежных аналогов.

Таблица 2.56 - Некоторые марки отечественных ионитов и их зарубежных аналогов

Rohm&

Nitrokem

Отечествен-

Dow

Lanxess

Purolite

Токем

Haas

ные

Тип смолы

Amberlit

Dowex

Lewatit

Varion

Purolite

ИОС

SR1L

HCR-C

S 100

То-

C 100 E

кем-100

Сильнокислот-

То-

IR 120

HCR

S 100

C 100

КУ-2-8 Na

ные катиониты

кем-140

гелевые

HGR

C 100 x

То-

IR 122

кем-150

SP 120

C145

То-

MSC-1

KSM

C150

КУ-23

252

кем-120

Сильнокислот-

То-

ные катиониты

200 C

CM-12

SP 112

C155

кем-121

макропористые

То-

кем-122

139

Окончание таблицы 2.56

Rohm&

Nitrokem

Отечествен-

Dow

Lanxess

Purolite

Токем

Haas

ные

Тип смолы

Amberlit

Dowex

Lewatit

Varion

Purolite

ИОС

То-

IRC 86

MAC3

CNP-LF

KCM

C105

КБ-4

Слабокислотные

кем-200

катиониты

То-

CNP 80

кем-250

То-

IRA 94

MWA-1

MP 64

ADA

A 100

АН-31

кем-400

То-

IRA 96

MP 62

A 103 S

АН-31

кем-320

Слабоосновные

IRA 67

WGR

A 830

аниониты

IRA 68

WBA

AP 246

A 845

A200/A3

IRA 410

SAR

M 600

IRA 910

MSA-2

MP 600

ADM

A 510

IRA401

То-

A420

кем-820

То-

IRA 402

SBR

M 500

AT400

A 400

AB-17-8

кем-900

Сильноосновные

A 505/A

AB-17-

То-

аниониты

IRA 900

SBR-P

MP 500

ATM

500

10П/0,8

кем-800

MP 500

То-

IRA 958

A 500 P

АВ-17-2П

кем-840

IRA 996

A 520 E

Ионообменные смолы могут

применяться как

в плотном неподвижном слое

в установках периодического действия (фильтрах), так и в псевдоожиженном или дви-

жущемся слое в аппаратах непрерывного действия.

Фильтр периодического действия представляет собой закрытый цилиндрический

сосуд с расположенным на днище щелевым дренажным устройством, служащим для

равномерного отвода очищенной воды по всему сечению фильтра. Если подача сточ-

ной воды и регенерирующего раствора осуществляется сверху, фильтр называется

параллельноточным, если сточная вода поступает снизу, а регенерирующий раствор

сверху - противоточным.

Преимущество аппаратов непрерывного действия с псевдоожиженным слоем

ионита проявляется при очистке сточных вод, содержащих высокодисперсные взвеси,

заиливающие плотный слой ионита в типовых ионообменных фильтрах.

Применяются аппараты непрерывного действия различных конструкций, однако

общим у них является нижний отбор отработанного ионита и последующая подача его

в верхнюю часть регенерационного устройства. В этих установках ионит движется по

140

ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛОВ И ПЛАСТМАСС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ИЛИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (ИТС 36-2017) - часть 3