Экологически безопасное гальваническое производство

Виноградов С. С.

Глобус, 1988 г.

Влияние на человека и теплокровных животных. Соединения железа для людей и теплокровных животных при введении внутрь малотоксичны.Летальная доза, при которой гибнет 50% особей) для крыс, получавших с питьевой водой растворимые соединения хлорида железа, составила 900 мг/кг массы. Абсолютная смертельная доза хлорида железа при приеме внутрь через сутки составила: для кроликов 890 мг/кг, для крыс 984-1986 мг/кг массы; сульфата железа - для кроликов 2778,8 мг/кг, для крыс - 1389-2778 мг/кг массы. Влияние на водные организмы. При поступлении в водоемы хлоридов, сульфатов и нитратов железа оно выпадает в осадок в виде гидроксида. Но малые концентрации железа остаются в растворе и при низком значении рН оказывают токсическое действие на рыб и мелкие водные организмы. Железо в концентрации в воде 1000 мг/л убивает рыб за несколько часов. Механизм вредного действия железа на рыб сводится к тому, что железо, находящееся в воде в виде гидроксида, осаждаясь на слизистой оболочке жабр рыб, закупоривает их и разъедает. В щелочной среде железо гибельно для рыб даже в концентрации 0,9 мг/л. Для карпа железо гибельно в концентрации 0,9 мг/л при рН 5,5 и ниже; для щуки, линя и форели железо гибельно в концентрации !-2 мг/л при рН 5,0-6,7; при концентрации 0,52 мг/л оболочка икры байкальского омуля покрывалась хлопьями оксида железа (III) и почти утрачивала механическую прочность, что вызывало нарушение газообмена эмбриона с окружающей средой и гибель икры. Вредная концентрация хлорида железа (III) составляет (на ион железа) для водного ослика 5 мг/л, для молоди дафний 18 мг/л, для взрослых дафний 21 мг/л через 48 часов. Железо в концентрации 1,25 мг/л снижает БПК5 (биологическое потребление кислорода за 5 суток) разведенных сточных вод на 1,51 мг/л по сравнению с контрольными пробами. Хлорид железа (II) в сточных водах в концентрации 5 мг/л (на ион железа) задерживает образование активного ила на очистных сооружениях и сбраживание осадка в метатенках; при этой концентрации гибнет микрофлора биологических фильтров. Кадмий. Содержится в природных водах и даже в атмосферных осадках. Концентрация кадмия в воде составляет в среднем 0,0013 мг/л. Максимальная концентрация кадмия, которая была обнаружена в питьевой воде, составляла 3,94 мг/л. При использовании пластмассовых труб для прокладки водопроводных сетей кадмий обнаруживается в питьевой воде. При концентрации кадмия более 2 мг/л вода становится мутной, а при 25 мг/л ощущается вяжущий привкус. Влияние на человека и теплокровных животных. Кадмий относится к числу особо ядовитых веществ. Смертельная доза для человека составляет 150 мг/кг массы через 1,5 ч после поступления в организм. Смертельная доза для собак - 150-600 мг/кг массы, для мышей 50-100 мг/кг массы, для кроликов 300-500 мг/кг массы. Кадмий способен накапливаться в организме, особенно сильно в печени, почках, поджелудочной и щитовидной железах. В опытах на хомяках доказано тератогенное и мутагенное действие кадмия на организм. Влияние на водные организмы. При концентрации кадмия в воде 0,00017 мг/л снижается репродукция дафний; при концентрации 0,008 мг/л наблюдается гибель форели. При концентрации хлорида кадмия 0,001 мг/л наблюдается гибель карпа через 8,7-18 часов; 0,0026 мг/л - гибель дафнии; 0,01 мг/л - гибель карася через 8-18 часов и форели через 7 суток. При концентрации нитрата кадмия 0,1 мг/л - гибель водорослей и дафний; 0,118мг/л - гуппий; 0,3 мг/л -гибель колюшки через 7 суток. Выше было отмечено кумулятивное действие кадмия на водные организмы. Даже при кратковременном пребывании в аквариуме с кадмием (одна неделя) в печени рыб обнаружено кадмия 4,91-6,71 мг/кг массы и в почках 2,26-4,13 мг/кг массы. Сульфат кадмия в концентрации 0,1 мг/л тормозит БПК5 речной воды, а 1 мг/л - сточных вод. При концентрации кадмия в воде 0,1 мг/л БПК5 снижается на 18-24 % и угнетаются процессы нитрификации (превращение аммонийных ионов в нитрит-ионы и потом в нитрат-ионы под действием нитрифицирующих микроорганизмов). Кадмий в концентрации 1-5 мг/л вредно действует на очистные сооружения канализации. Сбраживание осадков сточных вод в метатенках замедляется при концентрации кадмия 1 мг/л. Химическое обезжиривание 1) Температура раствора 60-80 °С. 2) Допускается снижать температуру раствора до 40°С при обработке деталей в винипластовых барабанах; до ЗО'С при обезжиривании деталей с изоляцией, при этом допускается увеличивать концентрацию едкого натра. 3) Продолжительность обработки конкретных деталей устанавливают опытным путем. 4) Интенсификация процесса достигается воздушным перемешиванием раствора при давлении 0,05 МПа (0,5 кгс/см2) и расходе воздуха от 15 до 20 м3/ч на каждый м3 раствора или применением ультразвука со снижением температуры раствора до 27 "С. При образовании большого количества пены в раствор добавляют 0,05-0,2 мл/л пеногасителя КЭ-10-12. 5) Допускается заменять тринатрийфосфат эквивалентным количеством пирофосфориокислого натрия. 6) Допускается заменять синтамид-5 на сульфирол-8, синтанол ДС-6 или сульфосид 31 в количестве 3-5 г/л. 7) При обезжиривании деталей из меди и медных сплавов рекомендуется снизить концентрацию едкого натра до 5-10 г/л. 8) При обезжиривании неполированных деталей из алюминия и его сплавов из состава раствора необходимо исключить едкий натр. 9) Не допускается обезжиривать полированные детали из алюминия и его сплавов. 10) При обезжиривании цинковых сплавов типа ЦАМ необходимо исключить из раствора едкий натр и кальцинированную соду, а рН раствора поддерживать в интервале 9,5-11, добавляя тетраборат натрия (буру) в количестве 6-8 г/л. 11) Ванна для обезжиривания должна иметь сливной карман для систематического удаления загрязнений, накапливающихся на поверхности раствора. Электрохимическое обезжиривание 1) Электрохимическое обезжиривание производят главным образом перед нанесением металлических покрытий. 2) Температура раствора 50-70 'С. 3) При обработке деталей в барабанах из полиэтилена, оргстекла или винипласта температура может быть снижена до 40"С; продолжительность обработки конкретных деталей устанавливают опытным путем. 4) Обработку сначала производят на катоде 3-10 мин, а в конце - на аноде 1-3 мин. 5) Детали типа пружин, стальные детали с цементированными поверхностями, стальные тонкостенные (до 1мм) детали обрабатывают только на аноде в течение 3-10 мин. 6) Обезжиривание деталей из меди и медных сплавов, коррозионно-стойкой и маломагнитной сталей производится на катоде. 7) Аноды - никель, никелированная сталь, углеродистая сталь. 8) Допускается заменять тринатрийфосфат эквивалентным количеством пирофосфорнокислого натрия. 9) Допускается заменять синтамид-5 на жидкое стекло в количестве 3-5 г/л или метасиликат натрия растворимый в количестве 5-10 г/л. 10) При обезжиривании деталей из меди и медных сплавов концентрацию едкого натра необходимо снизить до 5-10 г/л. 11) При обезжиривании деталей из цинковых сплавов необходимо исключить из состава раствора едкий натр и обработку проводить на катоде. 12) При обезжиривании деталей с полированной поверхностью применяют раствор с содержанием компонентов на нижнем пределе концентраций. 13) Допускается перемешивание сжатым воздухом; при образовании большого количества пены в раствор добавляют 0,05-0,2 мл/л пеногасителя КЭ-10-12. 1.3.2. Травление Поверхность металлов перед нанесением покрытий должна быть очищена от окалины, ржавчины и окисных пленок травлением. Процесс травления обычно следует за процессом обезжиривания, причем высокое качество травления находится в прямой зависимости от качества предварительного обезжиривания. Травление черных металлов осуществляют в различных кислотах и прежде всего в серной и соляной, а в некоторых случаях -в их смеси. Скорость удаления с поверхности деталей окалины, ржавчины и окислов зависит от их состава и структуры, а также от состава травильного раствора, его концентрации и температуры и способов травления. В общем виде состав окалины можно представить следующим образом: первый слой, прилегающий к поверхности металла, (50% толщины) составляет вюстит (FeO), следующий слой (40% толщины) составляет магнетит и последний наружный слой (10% толщины) - гематит . Внутренний слой ржавчины состоит из гидрата закиси железа Fe(OH)2, наружный слой - гидрат окиси Fe(OH)3. Соляная кислота удаляет окислы с поверхности стали преимущественно за счет их растворения. В серной кислоте удаление окислов происходит главным образом за счет подтравливания металла и механического удаления разрыхленного слоя окислов выделяющимся водородом. Для удаления окалины целесообразно применять смесь серной и соляной кислот (5-10% H2SO4 и 15-20% НС1). При травлении в серной и соляной кислотах в растворы кислот вводят ингибиторы с целью предохранения металла от перетравливания, а также снижения удельного расхода кислоты и предотвращения диффузии в основу водорода, вызывающего хрупкость деталей. Большое распространение получили ингибиторы: уротропин; ЧМ - хинолиновые основания (смесь); ПБ-5 - продукт конденсации анилина с уротропином (БА-6) и с параформальдегидом (БА-12); синтанол ДС-10; сульфонол НП-3; катапин К; КПИ-1,И-1 - высшие пиридиновые основания (смесь) и др. Необходимое содержание ингибиторов в травильных растворах колеблется от 0,1 до 2,0 %. Хорошие результаты (отсутствие перетравливания и снижение класса чистоты обработки поверхности) дает травление в концентрированной соляной кислоте с введением в нее уротропина 8-10 г/л и йодистого калия 0,5-1 г/л. Ортофосфорную кислоту применяют для травления стальных изделий, главным образом, перед нанесением на них лакокрасочных покрытий. Плавиковую кислоту применяют главным образом для травления отливок, имеющих на поверхности остатки формовочного песка. Азотную кислоту для травления черных металлов, как правило не применяют вследствие сильно разъедающего и окисляющего действия ее на поверхности изделий.