Влияние технологического процесса оловянирования на водные экосистемы

Аннотация: Рассмотрен технологический электрохимический процесс оловянирования, дана характеристика производства, материальных ресурсов, используемых в данном технологическом процессе. Дана оценка степени влияния технологического процесса на водные экосистемы.

В качестве исследуемого технологического процесса был выбран процесс оловянирования. Основные области применения покрытий оловом – защита изделий от коррозии и облегчение пайки различных деталей. Оловянные покрытия характеризуются хорошим сцеплением с основным металлом, эластичностью, устойчивостью к сероводороду и органическим кислотам. Они хорошо выдерживают свинчивание, механические удары и деформацию. Свежеосажденные покрытия хорошо паяются, а оплавленные не теряют этого свойства в течение длительного времени. Красивый вид оловянных покрытий, их высокая химическая стойкость в обычных атмосферных условиях, и особенно в органических кислотах, обеспечили им широкое применение для защиты металлов от коррозии [1].

Технологический процесс оловянирования состоит из нескольких этапов: контроль входной, снятие окисных пленок, оловянирование, выдержка, контроль толщины, промывка в спирте, лакирование, сушка, контроль размеров и внешнего вида, снятие недоброкачественного оловянного покрытия.

Расход химических веществ – компонентов технологических растворов – обусловлен их полезным расходом на образование покрытия, технологически неизбежными потерями, сменой отработанных растворов и приготовлением растворов при первичном запуске оборудования.

Технологические неизбежные потери включают в себя:

1. уменьшение содержания компонентов за счет химического взаимодействия с материалом деталей, продуктами коррозии и жировыми загрязнениями;
2. унос растворов деталями и приспособлениями при выгрузке их из ванны;
3. унос растворов в виде аэрозолей и капель в вентиляционные каналы вентилируемых ванн;
4. потери при фильтрации растворов и чистке ванн;
5. потери при приготовлении и корректировании растворов;
6. потери при регенерации электролитов под током.

В технологическом процессе используются следующие химические вещества: фосфат натрия, карбонат натрия, сульфат олова, серная кислота, добавка ЦКН-32 (антиоксидант для ионов олова (II), который сокращает потери олова), смачиватель ОП-10 (продукты взаимодействия смеси моно- и диалкилфенолов с окисью этилена O(CH₂-CH₂-O)_nCH₂-CH₂-OH). Рассчитаны потери всех химических веществ. Результаты расчетов сведены в таблицу материального баланса.

Таблица 1

Сводная таблица материального баланса

Главными отходами от гальванической линии являются сточные воды. Основными загрязняющими веществами в них являются: серная кислота (21,7 % от общего расхода химикатов), ЦКН-32 (15,33 %), сульфат олова (15 %). По результатам расчетов можно сделать вывод, что технологический процесс сбалансирован. Наибольшее влияние технологический процесс оловянирования оказывает на водные экосистемы. Расчет водопотребления на гальванические процессы проводим по методике [2].

Расход воды на промывку определяется по формуле:

где Q – расход воды на промывку, л/ч; k – коэффициент, учитывающий способ промывки: 1,0 – при объемном способе, 0,7 – при поверхностном и 0,5 – при комбинированном (k = 1); m – количество ступеней промывки с автономной подачей воды; q – удельный вынос (унос) раствора, л/м²; F – площадь обрабатываемой поверхности в единицу времени (производительность линии или технологической ванны), м²/ч; α – коэффициент, учитывающий наличие ванн улавливания: 0,4 – при одной ванне, 0,15 – при двух и 0,06 – при трех ваннах улавливания. Если ванны улавливания отсутствуют, то α = 1; К – кратность разбавления; N – количество ступеней проточной промывки.

Кратность разбавления при обезжиривании определяется по формуле К = С₀/С_n, где C₀ – концентрация отмываемого компонента в технологической ванне, 20 г/л, C_n – предельная концентрация отмываемого компонента в последней (по ходу движения деталей) ступени промывки, 0,8 г/л. Подставляя известные значения  получаем кратность разбавления, равную 25.

Рассчитываем расход воды на обезжиривание:

Расход воды на обезжиривание принимаем равным 160 л/ч.

Для расчета расхода воды на травление находим коэффициент разбавления с учетом значений С₀ = 100 г/л и С_n = 0,1 г/л, получаем значение коэффициента, равное 1000. Затем рассчитываем расход воды на травление:

  л/ч

Расход воды на травление принимаем равным 650 л/ч.

Для расчета расхода воды на оловянирование пересчитываем максимальную концентрацию SnSO₄ на ионы Sn²⁺ с учетом молярной массы SnSO₄, равной 214,77, и атомной массы Sn, равной 118,71:

25 г/л SnSO₄ = 13,82 г/л Sn.

Рассчитываем расход воды на оловянирование:

 л/ч

Расход воды на оловянирование принимаем равным 480 л/ч

Суммарный расход воды на промывку составит:

Q_{суммарный} = 160 + 650 + 480 = 1290 л/ч.

Умножив суммарный расход воды на действительный годовой фонд времени, найдем расход воды на промывку за год:

Q_год = 1290×2080 = 2683200 л

Таким образом, рассчитана кратность разбавления, расход воды на обезжиривание (160 л/ч), расход воды на травление (650 л/ч), расход воды на оловянирование (480 л/ч). Суммарный расход воды на промывку составит 1290 л/ч. Найдем количество воды, которое тратится на приготовление растворов основных ванн за год: расход воды на приготовление электролита равен 800 л/год. Растворы травления и обезжиривания сменяются раз в неделю. Учитывая то, что на линии присутствуют две ванны травления и одна ванна обезжиривания, а в году 52 рабочих недели, то расход воды на приготовление растворов травления и обезжиривания составит 62400 л/год.

Объем сточных вод, сбрасываемых за год, складывается из вод, тратящихся на промывку изделий и из вод, которые тратятся на приготовление растворов основных ванн, и равен 2746400 л. Масса загрязняющих веществ в сточных водах составляет: серная кислота 168,4 кг; олово сернокислое 116,35 кг; сода кальцинированная 51,82 кг; ОП-10 0,86 кг; ЦКН-32 118,79 кг; фосфат натрия 24,62 кг. Таким образом, в ходе технологического процесса оловянирования выделяются основные загрязняющие вещества – серная кислота, сульфат олова, фосфат натрия и карбонат натрия. Смачиватель ОП-10 является поверхностно-активным веществом, одним из преимуществ которого является то, что он легко подвергается биологической очистке в сточных водах.

Действующая система очистки сточных вод работает эффективно, что подтверждается данными о содержании загрязняющих веществ в сточных водах после очистки. Концентрация основных загрязняющих веществ в сточных водах после первичной очистки значительно ниже ПДК. Несмотря на то, что рассмотренный технологический процесс оловянирования является потребителем и загрязнителем воды, угрозы для водных экосистем он не представляет, благодаря эффективной работе очистных сооружений.

 

Список литературы

1. Мельников П. С. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://padabum.com/d.php?id=13708.
2. Виноградов С. С. Организация гальванического производства. Оборудование, расчёт производства, нормирование / Под редакцией проф. В. Н. Кудрявцева. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М. : Глобус, 2006. – 240 с.

 

Материал поступил в редакцию 06.06.2017
© Ермолаева В. А., 2017