X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Потребность в значительном росте производства продукции машиностроения, товаров широкого потребления, повышении качества продукции, сокращении материально-энергетических и трудовых ресурсов при изготовлении промышленных изделий диктует необходимость в соответствующем увеличении объёмов тех производств, которые обеспечивают надёжную защиту изделий от коррозии, снижение их металлоёмкости и улучшение товарного вида.

В решении этих вопросов существенная роль отводится гальванотехнике, которая в связи с бурным развитием различных отраслей промышленности, возникновением новых отраслей техники в последние десятилетия превратилась в весьма разветвлённый и специфический способ производства. Нет ни одной отрасли промышленности, где бы электрохимические, химические и анодно-оксидные покрытия не находили самого широкого применения. [1]

Нанесение гальванических покрытий представляет собой электрохимический процесс, при котором происходит осаждение слоя металла на поверхности изделия. В качестве электролита используется раствор солей наносимого металла. Само изделие является катодом, анодом выступает металлическая пластина. При прохождении тока через электролит соли металла распадаются на ионы. Положительно заряженные ионы металла направляются к катоду, в результате чего происходит электроосаждение металла.

Наиболее распространены цинкование и меднение. Цинковые покрытия широко применяются для защиты изделий из черных металлов от коррозии в различных климатических зонах и в атмосфере, загрязненной промышленными газами, для защиты от непосредственного влияния пресной воды и от коррозионного воздействия керосина, бензина и других нефтяных продуктов и масел. В среде, насыщенной морскими испарениями, покрытия цинком не стойки.

Медные покрытия чаще всего применяют для экономии никеля как подслой при никелировании и хромировании. Вследствие промежуточного покрытия стали и чугуна медью достигается лучшее сцепление между основным металлом и металлом покрытия и уменьшается вредное влияние водорода. Медные покрытия широко применяются также для местной защиты при цементации и в гальванопластике. Медные покрытия хорошо полируются, что имеет значение при декоративно-защитных покрытиях. Хорошо оснащенные гальванические цехи имеются почти на всех машиностроительных и металлообрабатывающих заводах.

Толщина, плотность, структура гальванических покрытий могут быть разными в зависимости от состава электролита и условий протекания процесса, таких как температура, плотность тока. Так, например, варьируя соотношением этих двух параметров можно получить блестящее или матовое хромовое покрытие, для блестящего никелирования в электролит добавляют блескообразователи – сульфосоединения.[3]

Каждый технологический процесс гальванического нанесения металлических покрытий состоит из ряда отдельных операций, которые можно разделить на 3 группы:

1. Подготовительные работы. Их цель – подготовка металла (его поверхности) для нанесения покрытия гальваническим путем. На этой стадии технологического процесса проводится шлифование, обезжиривание и травление.

2. Основной процесс, цель которого заключается в образовании соответствующего металлического покрытия с помощью гальванического метода.

3. Отделочные операции. Они применяются для облагораживания и защиты гальванических покрытий. Наиболее часто для этих целей применяют пассивирование, окраску, лакирование и полирование. [1]

Исходя из технологических процессов разных гальванических производств (линия цинкования, никелирования, хромирования, анодирования и др.), основными наиболее опасными ингредиентами гальванических отходов являются цинк, никель, хром, олово, висмут, свинец, кадмий, ртуть, железо, медь и др. Загрязнители, образующиеся в процессе обезжиривания поверхностей, определяются типами используемых растворителей, в качестве которых наиболее широко применяются растворы щелочей, хлорорганические растворители и фреоны. В отходах гальванических производств концентрации тяжелых металлов могут достигать: цинка – до 5740 мг/кг, никеля – до 200 мг/кг, хрома – до 5000 мг/кг, свинца – до 600 мг/кг, меди – до 5600 мг/кг, кобальта – до 30 мг/кг, кадмия – до 54 мг/кг, сурьма – до 200 мг/кг. В основном они находятся в соединениях в связанном состоянии. [4]

С целью предупреждения возможного поступления отходов гальванических производств на почвенный покров территории предприятий и в окружающую их среду в целом необходимо постоянно соблюдать санитарно-гигиенические требования к их хранению, транспортированию, обработке и утилизации. Прежде всего, на предприятии должен быть налажен точный учет накапливаемых отходов. Хранение и транспортировка их должны осуществляться в специально подготовленных для этих целей емкостях и транспорте. В районе размещения таких цехов, а также в санитарно-защитной зоне, а при необходимости и за ее пределами, должен постоянно выполняться санитарный контроль за состоянием почвы и смежных с нею сред. Перспективным способом предотвращения загрязнения окружающей среды и отрицательного влияния гальванических отходов на здоровье населения является вовлечение этих отходов в производственные циклы других техногенных систем: главным образом, использование при изготовлении кирпича, бетонных строительных конструкций и др. Оптимальные варианты использования таких отходов определяются путем проведения специальных гигиенических исследований. [3]

Ежегодно в сточных водах гальванических цехов теряется более 0,46 тысяч тонн меди, 3,3 тысяч тонн цинка, десятки тысяч тонн кислот и щелочей. Помимо указанных потерь, соединения меди и цинка, выносимые сточными водами из очистных сооружений гальванического производства, оказывают весьма негативное влияние на экосистему.

Установлено, что соединения меди и цинка даже при малых концентрациях (0,001 г/л) тормозят развитие, а при больших (от 0,004 г/л) вызывают токсическое воздействие на водную фауну. [4]

Современное гальваническое производство занимает одно из лидирующих мест среди загрязнителей воздуха рабочей зоны. В гальванических цехах используются вещества, большинство которых являются вредными для здоровья персонала. Производственные условия отличаются повышенной влажностью, значительной концентрацией вредных паров и газов, дисперсных туманов и брызг электролитов. Профессиональные заболевания (астма, аллергия, язва внутренних органов, слепота и утрата обоняния), получаемые обслуживающим персоналом в этих цехах, в значительной мере связаны с воздействием на человека вредных производственных факторов на производстве. Соединения тяжелых металлов, в частности свинца и ртути, даже в относительно небольших концентрациях вызывают изменения функций метаболизма и структуры ряда органов и систем, определяют более высокий по сравнению с фоном уровень заболеваемости. Установлено наличие влияния свинца, цинка и меди на периферическую нервную проводимость. [2] Соединения хрома могут вызывать экзему, прободение носовой перегородки, рак кожи, патологические изменения в почках и др. Опасными для здоровья населения являются и другие тяжелые металлы, вызывающие как специфическое, так и неспецифическое воздействие на организм. Следует отметить, что комплексное воздействие на человека многих тяжелых металлов до сих пор многопланово не изучено. Значительные концентрации тяжелых металлов могут оказывать отрицательное воздействие на организм человека. Степень такого воздействия в определенной мере зависит от физико-химических свойств этих элементов, от формы их нахождения в составе соединений, концентраций, от сопротивляемости организма к их воздействию и др. Основное воздействие на здоровье человека оказывают жидкостные, газообразные и пылевые аэрозоли в воздухе рабочей зоны. При этом значительно снижается производительность труда работников и ухудшается качество выпускаемой продукции. [2]

Гальваническое производство является очень важным для некоторых отраслей промышленности, однако оно имеет существенные негативные экологические аспекты. Основные из них: большая энергоемкость и, следовательно, высокая себестоимость продукции производства и сложность понижения негативного экологического качества сточных вод цехов. Гальванические цехи относятся к вредным участкам производства, где необходимо постоянное соблюдение мер предосторожности и правил техники безопасности, контроль экологического состояния и состояния здоровья персонала. Экологическая безопасность воздействия на атмосферу, минимизация объемов и перечня выбросов загрязняющих веществ может быть обеспечена применением методов инженерной экологии или использованием малоотходных технологий, а также внедрением современных очистных сооружений. [4]

Список литературы

Гамбург Ю.Д. Гальванические покрытия. Справочник по применению. – М.: Техносфера, 2006. – 216 с.

Занько Н.Г., Малаян К.Р., Русак О.Н. Безопасность жизнедеятельности. – М.: Издательство «Лань», 2012. – 376 с.

Климов Е.С., Эврюкова М.Е., Колганова Н.С., Варламова С.И., Борисова В.В. Экологические проблемы гальванических производств // Успехи современного естествознания. – 2004. – № 11. – С. 68-69.

Ямпольский А.М., Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника. – Л.: Машиностроение, 1981. – 269 с.

Код для цитирования: Скопировать