содержание      ..     6      7      8      9     ..

2.4 Операции промывки и унос в гальваническом производстве

В гальваническом производстве при нанесении покрытий детали обрабатываются поочередно в нескольких растворах, имеющих, как правило, отличающиеся друг от друга составы с четкими границами интервалов концентраций веществ. При переносе деталей из одной технологической ванны в другую вместе с ней на ее поверхности выносится тонкая пленка раствора, которая в отсутствие промежуточной промывки загрязняет раствор технологической ванны, что в большинстве случаев приводит к появлению брака. В то же время вынесенный деталями раствор из последней технологической ванны в отсутствие промывки при сушке деталей образует на их поверхности тонкий налет сухих веществ, которые при эксплуатации изделий растворяются в конденсирующейся на поверхности деталей влаге и образуют раствор, способствующий коррозии покрытия и основы [33].

Для предотвращения загрязнения технологических растворов и обеспечения чистоты поверхности готовых изделий применяется межоперационная и окончательная промывки деталей.

Промывка может осуществляться объемным, поверхностным и комбинированным способами. По объемному (погружному) способу детали погружаются в заполненные промывной водой ванны, где происходит разбавление принесенного поверхностью деталей раствора. По поверхностному (струйному, пленочному, аэрозольному и т. п.) способу потоком воды или смеси воды с воздухом производится вытеснение пленки раствора, покрывающей поверхность деталей, за счет гидродинамического воздействия струи воды и замещение ее чистой водой. Комбинированный способ заключается в предварительной промывке деталей погружным способом с последующим душиро-ванием их над промывной ванной.

Струйные промывки характеризуются возможностью практически идеальной очистки поверхности деталей от вынесенного раствора.

Основной областью применения струйной промывки является производство печатных плат, нанесение покрытий на полосы, ленты, проволоку.

В гальванических цехах вследствие большого разнообразия форм и конфигурации обрабатываемых деталей главным и практически единственным способом промывки деталей является объемный (погружной).

В процессе промывки происходит удаление внешнего слоя пленки вынесенного раствора с поверхности деталей за счет движения промывной воды и разбавление оставшейся части вынесенного раствора за счет диффузии компонентов раствора в промывную воду. Так как скорость диффузии компонентов раствора значительно меньше скорости их конвективного переноса движущейся промывной водой, то повышение интенсивности перемешивания промывной воды резко увеличивает скорость выравнивания концентрации компонентов вынесенного раствора на поверхности детали и в глубине ванны промывки. В результате промывки происходит снижение концентрации веществ в приповерхностном слое раствора. Этот разбавленный раствор поверхностью деталей переносится в следующую технологическую ванну. Поэтому разбавление следует проводить до достижения такой концентрации, которая не вредила бы работе последующей технологической ванны или, если промывка осуществляется перед сушкой, не снижала бы качество готовых деталей. Другими словами, при промывке концентрация раствора на поверхности обрабатываемых деталей должна быть снижена до величины ниже допустимой, не оказывающей влияния на работоспособность последующей технологической ванны и не сказывающейся на качестве покрываемых деталей.

Таким образом, промывка предназначена для предотвращения загрязнения технологических растворов и обеспечения чистоты поверхности готовых деталей.

Требования к качеству промывной воды. Требования к качеству промывной воды определяются предельной концентрацией примесей в технологических растворах и свойствами и назначением покрытий.

Эффективность работы электролитов и качество получаемых осадков в значительной степени определяются чистотой растворов с точки зрения наличия или отсутствия в них посторонних неорганических и органических загрязнений. Загрязнения растворов далеко не всегда вызывают видимые невооруженным глазом дефекты, часто брак оказывается «скрытым» и выявляется при эксплуатации изделия. Например, не-

редки случаи, когда никелевые покрытия, удовлетворяющие требованиям по внешнему виду, не обладают паяемостью, являются хрупкими, не обеспечивают необходимой адгезии к ним последующих покрытий никеля, хрома, золота, серебра, палладия и др., имеют повышенное переходное сопротивление, не обеспечивают получение качественных сварных швов и т. п. Различные электролиты могут быть в большей или меньшей степени чувствительны к загрязнениям, но всегда загрязнения сказываются на свойствах покрытий. Для наиболее распространенных растворов и электролитов в таблице 2.44 приведены примерные допустимые концентрации вредных примесей, влияющих на качество обработки поверхности и наносимых покрытий.

Таблица 2.44 — Примерные допустимые концентрации вредных неорганических примесей в технологических растворах и электролитах

В процессе эксплуатации растворов содержание примесей в них колеблется в очень широких пределах, различающихся на 3-4 порядка в зависимости от состава электролита, покрываемых деталей, условий электролиза, случайных факторов. Многие металлические примеси соосаждаются совместно с основным металлом, некоторые вещества разрушаются на электродах, поэтому их концентрация в ванне постоянно уменьшается. Если скорость поступления в электролит таких примесей ниже скорости их удаления из электролита тем или иным способом (например, окислением на аноде), то можно считать такой источник загрязнений несущественным.

Однако некоторые примеси не захватываются покрытием и не разрушаются на электродах; такие примеси при длительной эксплуатации раствора постоянно накапливаются — их концентрация в ванне стремится к значению концентрации в источнике загрязнений. Одним из главных источников загрязнений, причем постоянным во времени, является промывная вода. Таким образом, концентрация вредных примесей в промывной воде должна быть ниже допустимых концентраций вредных примесей в растворах и электролитах. Легче предотвратить попадание и накопление примесей в электролитах, чем их удалять, так как многие примеси удаляются с большим трудом, например хлор-ионы, а есть практически не удаляемые, например ионы аммония.

Из вышеизложенного вытекает главный принцип определения качества воды для промывки: качество промывной воды определяется главным образом составом раствора, перед которым производится промывка. Качество воды в последней промывной ванне перед сушкой готовых деталей определяется свойствами и назначением покрытия. Так, например, после фосфатирования деталей под промасливание перед сушкой струей горячего воздуха промывку можно не проводить. В то же время детали с декоративными и функциональными покрытиями требуют перед сушкой тщательной промывки, причем повышенное содержание кальция и магния в промывной воде может вызвать образование пятен на поверхности покрытия.

Используемая для промывки деталей вода должна быть безопасной в эпидемиологическом отношении и химически инертной к покрытию.

В соответствии с ГОСТ 9.314—90 «Вода для гальванического производства и схемы промывок. Общие требования» в гальваническом производстве может использоваться вода трех категорий: из них вода 1-й категории по своим физико-химическим показателям соответствует питьевой воде, а вода 3-й категории — дистиллированной воде [34]. В таблице 45 приведены физико-химические показатели воды.

Таблица 2.45 — Физико-химические показатели воды

Перед многими операциями для промывки регламентируется применение воды только 3-й категории (см. таблицу 2.46), т. е. дистиллированной. Чем чище промывная вода, тем лучше промываются детали и тем качественнее получаются покрытия. Однако, учитывая практику работы гальванических цехов, применение дистиллированной воды для промывки деталей в большинстве случаев излишне.

Таблица 2.46 — Область применения воды по ГОСТ 9.314—90

Учитывая, что назначение промывки заключается в предупреждении загрязнения раствора следующей технологической ванны, а также то, что реально в гальванические цеха подается только питьевая водопроводная вода, можно предложить следующие рекомендации по использованию воды различного качества.

1) Для приготовления технологических растворов необходимо использовать дистиллированную воду в тех случаях, когда об этом указано в технологической документации; в остальных случаях следует использовать конденсат или питьевую водопроводную воду.

2) Для промывки в проточных ваннах перед всеми технологическими ваннами можно использовать обычную питьевую водопроводную воду. Когда предельная концентрация какого-либо вещества в технологическом растворе меньше, чем нормируемая концентрация этого вещества в питьевой воде, или в питьевой воде она не нормируется, в этом случае потребляемая водопроводная вода подвергается анализу на содержание в ней этого вещества и в случае необходимости подвергается очистке именно от этого вещества. Одним из наиболее часто встречающихся случаев в практике работы гальванических цехов является высокое содержание в водопроводной воде ионов железа, что может негативно сказаться на качестве многих, особенно никелевых и хромовых, покрытий. В этом случае перед подачей воды на промывку перед ванной нанесения покрытий необходимо подвергать воду очистке от железа любым доступным методом (например, аэрацией с последующей фильтрацией).

3) Для промывки в непроточных ваннах дистиллированную воду необходимо использовать лишь в том случае, когда промывная вода из этих ванн улавливания служит для подпитки технологической ванны, раствор в которой готовится на дистиллированной воде. Например, ванны улавливания после никелирования и хромирования заполняются дистиллированной водой, так как промывную воду из этих ванн улавливания постоянно подливают в ванны соответственно никелирования и хромирования для компенсации потерь растворов на испарение и унос в вентиляцию. Для промывки в проточных ваннах дистиллированную воду необходимо использовать в технологических процессах, в которых это особо оговаривается (микроэлектроника, радиотехника и т. п.). Кроме того, дистиллированную воду желательно использовать в схемах проточной промывки с очень малым расходом воды (1-5 л/ч). Вместо дистиллированной воды можно использовать конденсат, образующийся в системе подогрева растворов насыщенным или перегретым паром, а также воду, очищенную различными методами до показателей качества воды 3-й категории.

Использованная для промывки вода может быть повторно применена для других операций при условии выполнения требований по качеству воды для этих операций (см. таблицу 2.46).



Требования к качеству промывки. Главным требованием является исключение критического (свыше допустимого) загрязнения технологических растворов и обеспечение надлежащего качества поверхности готовых деталей. Однако в отличие от требований к качеству промывной воды здесь рассматривается вклад в загрязнение последующего технологического раствора не только компонентами, содержащимися в исходной воде, применяемой для промывки, но и компонентами, вынесенными поверхностью деталей из предыдущей технологической ванны. При промывке в ванне непроточной промывки раствор, вынесенный из технологической ванны с деталями, и растворенные в нем вещества полностью с поверхности деталей не удаляются, а лишь снижается их концентрация путем разбавления промывной водой. Первая партия деталей промывается чистой водой, а последующие — водой, загрязненной веществами, смытыми с поверхности предыдущих деталей. Таким образом, в промывной воде постоянно увеличивается концентрация компонентов раствора из предыдущей ванны. При отсутствии постоянного или периодического обмена загрязненной промывной воды на чистую может наступить такой момент, когда состав промывной воды сравняется с составом предыдущего технологического раствора и промывная ванна полностью прекратит выполнять свое назначение. Поэтому загрязненная промывная вода должна частично или полностью обмениваться на чистую. Скорость обмена промывной воды должна быть такой, чтобы вынесенное поверхностью деталей количество компонентов предыдущего технологического раствора не повлияло на работу последующего технологического раствора, т. е. в промывной ванне необходимо поддерживать концентрацию компонентов предыдущего технологического раствора меньше предельной. Для окончательной промывки готовых деталей предельная концентрация компонентов раствора в последней ванне промывки определяется назначением и свойствами покрытия.

Таким образом, основным критерием качества промывки являются величины предельных концентраций отмываемых веществ (компонентов предыдущего технологического раствора) в промывной воде последней по ходу движения деталей ступени промывки (а значит, и на поверхности детали), которые представлены в таблице 2.47 и соответствуют ГОСТ 9.314—90.

Таблица 2.47 — Величины предельных концентраций отмываемых веществ

На качество промывки после некоторых операций влияет температура воды. Так, например, щелочные растворы плохо смываются с деталей холодной водой, и поэтому после химического и электрохимического обезжиривания, травления алюминия и т. п. промывку ведут в горячей воде (60 °С — 90 °C). В то же время после обработки в горячем растворе щелочного оксидирования стальные детали нежелательно промывать в горячей воде, так как она может вскипеть вследствие опускания в нее горячих деталей (нагретых до 140 °С).

Если после горячей промывки следует активация, то перед этой операцией необходимо предусмотреть промывку в холодной воде, что исключает быстрое высыхание деталей после промывки в горячей воде и окисления, а также перетравливания горячей поверхности деталей в ванне активации. В соответствие с ГОСТ 9.314—90 горячая вода (выше 60 °С) применяется после операций обезжиривания, травления и снятия травильного шлама в щелочных растворах, при наличии на поверхности значительного количества масел или смазок, перед химическим обезжириванием или перед

одновременным обезжириванием-травлением, перед нанесением покрытий в теплых и горячих растворах, перед сушкой.

Горячая вода не рекомендуется к применению после операций хроматирования по цинковому и кадмиевому покрытиям и химического оксидирования стали, алюминия и его сплавов.

Теплая вода (40 °С — 60 °С) применяется после операций обезжиривания, хро-матирования, травления легких сплавов, снятия шлама, анодирования, перед и после химического оксидирования. В остальных случаях рекомендуется применять для промывки деталей холодную воду.

Характеристика систем промывки. Системы промывки могут выполнять две функции — промывки и улавливания. Улавливание предполагает последующий возврат уловленного раствора в технологическую ванну.

Наиболее распространенным является погружной способ промывки, который осуществляется в проточных и непроточных условиях.

При промывке в проточной воде после технологической ванны применяют три основные схемы (см. рисунок 2.2): одноступенчатая промывка в одной (одинарной) ванне (а); многоступенчатая прямоточная промывка в нескольких последовательно устанавливаемых ваннах (ступенях) * промывки, оборудованных самостоятельной системой подачи и слива воды (б); многоступенчатая противоточная (многокаскадная) промывка (в, г), при которой направление потока воды (на рисунке 2.2 справа налево) противоположно направлению движения деталей.

а — одноступенчатая (одинарная); б — двухступенчатая прямоточная; в — двухступенчатая противоточная (двухкаскадная); г — трехступенчатая противоточная (трехкаскадная) ванна промывки; Т — технологическая
ванна
Рисунок 2.2 — Схемы промывок


* Ступень промывки - изолированная емкость с водой, в которой осуществляется однократная промывка; ванна промывки - емкость с водой, которая может быть как изолированной, так и содержащей несколько отделенных друг от друга отсеков с водой, но объединенных в одном корпусе.

Многокаскадная противоточная промывка, при прочих равных условиях, обеспечивает меньший расход воды, но большие концентрации загрязнений в сточных водах, поступающих на очистку.

Широкое внедрение многокаскадной промывки сдерживается трудностями в изготовлении многокаскадных ванн, а также недостатком производственных площадей в действующих цехах. Однако применение многокаскадных ванн промывок не только сокращает расход промывной воды (а значит, и объем сточных вод), но и приводит к совершенствованию работы очистных сооружений, а в некоторых случаях к резкому сокращению количества очистного оборудования и производственных площадей, предназначенных для очистки сточных вод. Выбор схемы промывки определяется составом технологических ванн, требуемым качеством промывки деталей, характеристиками очистного оборудования, величиной площади гальванического цеха, платежеспособностью предприятия.

Изменение схем промывки может в десятки раз сократить затраты на очистку сточных вод, а в некоторых случаях вообще свести их к нулю.

Промывка в ваннах с проточной водой обеспечивает не только удаление компонентов растворов с поверхности деталей, но и постоянное поддержание минимальной загрязненности промывной воды.

На рисунке 2.3 представлены варианты организации налива чистой и слива отработанной промывной воды из ванн промывки. Стрелками показано направление движения воды.

Рисунок 2.3 — Варианты организации налива чистой и слива отработанной промывной воды из ванн промывки

Варианты слива и налива (а, б, в) не способствуют качественной промывке деталей, так как вода обменивается лишь в меньшей части объема ванны, и образуются застойные зоны с повышенным загрязнением воды. Варианты (г, д и е) характерны для ванн со сливным карманом: вариант (г) характерен для малых и средних ванн, вариант (е) с донным барботером характерен для длинных ванн, вариант (д) сложен в изготовлении. Вариант (ж) прост в изготовлении и наиболее удобен при ручном обслуживании ванн и сильной неравномерности загрузки ванны, когда необходимы частые смены промывной воды или имеется возможность организовать периодически непроточный

режим промывки. Для варианта (з) затруднена корреляция регулировок кранов на подающем и сливном трубопроводах для поддержания требуемого уровня воды в ванне.

Ванны промывки в непроточной воде с периодическим сливом промывной воды (периодически непроточный режим промывки) используют для улавливания ценных или высокотоксичных компонентов (драгметаллов, соединений хрома и т. п.). В большинстве случаев (кроме нанесения драгметаллов) применяется одна ванна непроточной промывки — ванна улавливания, после которой устанавливаются ванны проточной промывки. Без последующей ванны проточной промывки одна ванна улавливания используется при мелкосерийном производстве, в случае малых (менее 10 л/ч) нерегулируемых расходов воды. В остальных случаях без последующей ванны проточной промывки одна ванна улавливания не применяется, так как в ней очень быстро накапливается предельная концентрация отмываемого вещества и промывная вода подлежит довольно частой смене — продолжительность непроточного режима соответствует времени обработки нескольких загрузок, т. е. порядка нескольких часов.

При работе ванны улавливания совместно с ваннами проточной промывки концентрация отмываемых веществ в уловителе не ограничивается предельной концентрацией отмываемого вещества (см. таблицу 2.47), а достигает половинной концентрации компонентов в технологической ванне. Поэтому вода в ванне улавливания, используемой совместно с ваннами проточной промывки, меняется значительно реже — продолжительность непроточного режима может составить несколько месяцев и зависит от назначения ванны улавливания.

Последовательная промывка в нескольких непроточных ваннах может использоваться в качестве самостоятельной схемы, так как в этом случае продолжительность непроточного периода (время работы между сменой воды) значительно увеличивается: при промывке в двух ваннах улавливания — до нескольких суток, при промывке в трех ваннах улавливания — до нескольких недель, а при промывке в четырех ваннах улавливания — до нескольких месяцев. В связи с этим перевод нескольких проточных ванн в периодически непроточный режим промывки значительно облегчает регулирование расхода воды, так как в этом случае расход воды определяется объемом ванн улавливания и частотой смены промывной воды. Работа нескольких ванн промывок в периодически непроточном режиме за счет исключения нерационального использования воды (особенно во время простоев оборудования) позволяет дополнительно сократить расход воды на 20 % — 30 %.

Основные способы сокращения расхода воды на промывку (рационализация водопотребления). Система промывки считается рациональной в том случае, если она обеспечивает достижение требуемого качества промывки с наименьшими капитальными и эксплуатационными затратами при безопасных условиях труда и без экологического ущерба окружающей среде.

В соответствии с формулой (2.1) расход воды на промывку после технологической операции зависит как от количества ванн промывки с собственной подачей воды (одинарных прямоточных или каскадных ванн), так и от количества ступеней (емкостей, секций и т. п.) проточной промывки.

Из данных, представленных в таблице 2.48, можно сделать следующие выводы:

- чем больше ванн (ступеней) промывки, тем меньше требуемый расход воды;

- при замене прямоточной промывки на противоточную расход воды сокращается пропорционально количеству ступеней промывки;

- увеличение ступеней промывки приводит к разному сокращению расхода воды: большее сокращение расхода воды на промывку (в десятки раз) достигается при замене одноступенчатой ванны промывки (одинарной) на двухступенчатую (прямоточную или каскадную). Увеличение ступеней промывки еще на одну приводит к менее значительному сокращению расхода воды — в 3-4 раза. При переходе от трехступенчатой к четырехступенчатой промывке водопотребление сокращается лишь на 30 % — 50 %. Дальнейшее увеличение ступеней промывки не имеет практического смысла, так как малая экономия воды достигается значительным увеличением занятой производ-ственной площади цеха. Поэтому на практике больше трех ступеней проточной промывки устанавливать не рекомендуется.

Таким образом, можно определить три группы способов, с помощью которых можно регулировать водопотребление: изменение количества ступеней промывки N, замена прямотока на противоток (п при N = const) и перевод проточных ванн в непроточные, т. е. увеличение ванн улавливания а.

В таблице 2.49 приведены значения расчетного удельного расхода воды на промывку после наиболее распространенных операций обработки поверхности для одно-, двух- и трехступенчатых прямоточных и противоточных промывок. Химическая формула отмываемого вещества указана в таблице 2.47.

Таблица 2.49 — Расчетный удельный расход воды на промывку после наиболее распространенных операций обработки деталей на подвесках для одно-, двух- и трехступенчатых прямоточных и противоточных промывок

Дополнительные меры по рационализации водопотребления действующего гальванического цеха. Выше были описаны основные меры по сокращению расхода воды на промывку, заключающиеся в выборе наиболее оптимальной из одинарных, ступенчатых прямоточных и противоточных (каскадных) ванн промывки. Чем больше количество ступней промывки, тем меньше расход воды на промывку; при этом наиболее эффективными являются противоточные (каскадные) ванны промывки. С повышением количества ступеней промывки разница в расходах воды для разных типов промывных ванн резко снижается.

Увеличение количества ванн или замена типа ванн промывки требует дополнительной производственной площади. Кроме того, это связано с работами по значительной переделке металлоконструкции гальванической линии, трубопроводов, а также канализационной и вентиляционной систем.

Во избежание значительных затрат на перемонтаж гальванической линии вместо увеличения числа ступеней промывки можно предложить ряд дополнительных мер по рационализации водопотребления, осуществление которых не требует значительных дополнительных капитальных затрат, но которые значительно оптимизируют существующие в цехе системы промывки. К таким мерам относятся: использование воды из систем охлаждения и нагрева, интенсификация промывки, изменение последовательности промывных операций, повторное использование промывной воды на других операциях промывки.

Использование воды из систем охлаждения и нагревания. В случае отсутствия на предприятии оборотного водоснабжения в системах охлаждения и нагрева на промывных операциях целесообразно использовать воду после охлаждения выпрямителей, ванн анодирования, хромирования и т. д. и горячую воду после нагрева ванн

промывки, обезжиривания, хромирования, никелирования и т. д. При паровом нагреве ванн образующийся конденсат лучше использовать для приготовления или корректировки технологических ванн.

Здесь следует отметить, что хотя использование данного способа сокращения расхода воды на промывку не приводит к сокращению объемов сточных вод, зато снижает плату за потребляемую воду.

Интенсификация промывки. Идеальная промывка предполагает полное выравнивание состава раствора на поверхности детали с составом промывной воды в объеме промывной ванны. В действительности раствор, приносимый деталями в промывную ванну, смешивается с промывной водой не мгновенно, а по прошествии некоторого промежутка времени, определяемого скоростью диффузионных процессов. Рекомендуемая продолжительность промывки деталей на подвесках в спокойной воде составляет не менее 60-100 с в зависимости от свойств отмываемых растворов и температуры промывной воды. В то же время в соответствии с ГОСТ 9.305—84 и ГОСТ 9.314—90 продолжительность промывки деталей на подвесках может составлять 20 с, что явно мало. При недостаточной продолжительности промывки отмываемые ионы и частицы не успевают диффундировать с поверхности деталей в объем промывной ванны, что приводит к повышенному переносу отмываемых веществ в последующие ванны, т. е. к некачественной промывке. На практике для частичного снятия диффузионных ограничений за счет более интенсивного омывания деталей обычно увеличивают подачу воды, что приводит к ее перерасходу. Для исключения этого рекомендуется интенсифицировать промывку путем перемешивания промывной воды с помощью барботеров в ванне подвесочного типа, а в барабанных ваннах — путем не менее чем двукратного погружения вращающегося барабана в ванну промывки на 10-15 с с последующей выдержкой его над ванной до прекращения стекания жидкости.

Изменение последовательности промывных операций. После технологической операции детали дополнительно промывают в ваннах промывки по одному из трех вариантов: после предыдущей (см. рисунок 2.4, а)), либо после последующей технологической ванны (см. рисунок 2.4, б)), либо после предыдущей и после последующей ванн (см. рисунок 2.4, в)). В первом и во втором вариантах изменения последовательности промывки число прямоточных ступеней промывки увеличивается на одну, в третьем — на две ступени.

В первом варианте в качестве рассматриваемой (Т2) технологической ванны могут служить ванны активации, бесцианистого меднения и никелирования и некоторых других операций нанесения покрытий. Во втором варианте в качестве рассматриваемой (Т2) технологической ванны могут служить ванны обезжиривания, активации, цинкования и никелирования перед хромированием и некоторых других операций нанесения покрытий перед их финишной обработкой. Третий вариант (см. рисунок 2.4, в)) применим для ванны никелирования перед хромированием и осветления цинковых и кадмиевых покрытий.

Таким образом, без каких-либо затрат можно в десятки раз сократить водопо-требление только за счет изменения маршрута движения деталей.

Перечисленный список операций, для которых рекомендуются измененные последовательности промывных операций, не является исчерпывающим — возможны и другие варианты. В качестве примера в таблице 2.50 представлены удельные нормы расхода воды на промывку при традиционной и измененной последовательности про-мывных операций в одинарных ваннах промывки по рисунку 2.4 после некоторых технологических ванн.

Рисунок 2.4 — Изменение последовательности промывочных операций

Таблица 2.50 — Удельные нормы расхода воды на промывку при традиционной и измененной последовательностях промывных операций (см. рисунок 2.4) в одинарных ваннах после некоторых технологических операций

Следует еще раз отметить, что наибольший эффект сокращения расхода воды на промывку за счет изменения последовательности промывных операций достигается в случае, когда после рассматриваемой технологической ванны установлена одинарная промывка. Применение измененных схем промывок в случае одинарной ванны промывки (в том числе с ванной улавливания) позволяет в десятки раз сократить водо-потребление. Для более экономичных двухступенчатой прямоточной и двухкаскадной противоточной промывок изменение последовательности промывных операций приводит к сокращению расхода вода в несколько раз.

Однако так как при изменении последовательности промывок происходит смешение компонентов нескольких технологических ванн в одной промывной воде, то необходимо учитывать следующие ограничения:

- недопустимо после обработки в цианистых растворах детали промывать в ваннах промывки, используемых после технологических ванн с кислыми растворами, и наоборот, в противном случае в атмосферу будет выделяться сильно токсичное вещество — цианистый водород;

- при раздельном обезвреживании кисло-щелочных и хромсодержащих стоков недопустимо после обработки в хромовых растворах детали промывать в ваннах промывки, используемых после технологических ванн, не содержащих соединения шестивалентного хрома, и наоборот, в противном случае соединения шестивалентного хрома попадут в кисло-щелочные стоки.

Следует предотвращать ухудшение качества обработки поверхности из-за:

- растравливания покрытий (например, при дополнительной промывке деталей с цинковым покрытием в промывной ванне после активации по первому варианту изменения последовательности промывок (см. рисунок 2.4, а)) может произойти некоторое подтравливание цинкового покрытия);

- контактного выделения металлов (например, если в линии нанесения покрытий на детали из стали и медных сплавов после активации деталей из медных сплавов и активации стальных деталей дополнительная промывка осуществляется в одной промывной ванне, то в ней на стальных деталях будет происходить контактное выделение меди);

- осаждения на поверхности деталей малорастворимых соединений (например, при дополнительной промывке деталей после кислого активирования в промывной ванне после щелочного обезжиривания с высоким содержанием силикатов по первому варианту изменения последовательности промывок (см. рисунок 2.4,а)) может произойти образование на поверхности деталей пленки нерастворимой кремниевой кислоты, которая будет препятствовать дальнейшему нанесению покрытия).

Необходимо обеспечивать выдержку деталей над ваннами для исключения попадания капель промывной воды в технологические растворы при переносе деталей над технологическими ваннами по второй и третьей схемам, так как по этим схемам в ванне промывки после рассматриваемой технологической операции используется более загрязненная промывная вода.

Повторное использование промывной воды. Промывная вода после основных технологических операций за счет изменения обвязки трубопроводов может использоваться вторично в ваннах промывки после подготовительных операций перед этими же основными технологическими операциями по схеме, представленной на рисунке 2.5.

Т1 и Т2 — ванны подготовительных операций; Т3 — ванна основной операции нанесения покрытия; П — ванны промывки: вариант «А» — перекачка промывной воды с помощью эрлифта, вариант «Б» — соединение промывных ванн по схеме сообщающихся сосудов
Рисунок 2.5 — Варианты обвязки ванн промывки для повторного использования промывной воды





Вода подается в ванну проточной промывки после основной ванны нанесения покрытия Т3 (цинкования, кадмирования, меднения, никелирования, оловянирования, нанесения сплавов олова, фосфатирования, оксидирования и анодирования). Затем промывная вода последовательно проходит через ванны промывки после подготовительных операций Т1 и Т2 (активации и обезжиривания или осветления и травления алюминия), после чего сбрасывается на очистные сооружения. В этом случае общий расход воды определяется потреблением воды на промывку после операции нанесения покрытий.

Экономия воды для представленной на рисунке 2.5 линии с одинарными промывками составляет сумму расходов промывной воды после обезжиривания и активации для нанесения гальванических покрытий до 700 л/м2, а после травления и осветления при анодировании алюминия — до 1500 л/м2.

Перекачка промывной воды осуществляется либо с помощью воздушных эрлифтов (см. рисунок 2.5, вариант А)), либо объединением ванн по схеме сообщающихся сосудов, (рисунок 2.5, вариант Б)).

Внедрение повторного использования воды требует лишь незначительных работ по изменению обвязки трубопроводов на ваннах промывки, но позволяет снизить расход воды по отдельным линиям покрытия в 2-4 раза в зависимости от количества и типа объединенных ванн промывки.

Например, для представленной на рисунке 2.6 гальванической линии никелирования общий расход воды при объединении ванн промывки равен расходу воды на промывку после операции никелирования, у которой удельный расход воды максимальный и составляет ~420 л/м2.

Об — ванна электрохимического обезжиривания; Акт — ванна активации;

Ni — ванна никелирования; У — ванна улавливания; П — ванны промывки

Рисунок 2.6 — Схема многократного использования промывной воды в гальванической линии никелирования



Без объединения промывочных ванн общий для всей линии удельный расход воды составил бы 770 л/м2. На практике, когда во все промывные ванны вода льется одинаково и без регулировки, сокращение расхода воды достигается ровно в 3 раза: из трех водопроводных кранов закрываются два. При этом требуется проведение лишь незначительных работ по изменению обвязки трубопроводов на ваннах промывки. Представленные на рисунках 2.5 и 2.6 схемы многократного использования промывной воды — не что иное, как схемы частичного водооборота: вода, использованная в одной промывной ванне, без очистки направляется на промывку в другую ванну и далее в третью, т. е. хотя вода используется всего три раза, но зато без какой-либо очистки и без подпитки, что требуется для классического водооборота.

Применение схемы многократного использования промывной воды (как и в случае изменения последовательности промывочных операций) требует учитывать ограничения, аналогичные ограничениям для изменения последовательности промывных операций. Эти ограничения приведены ниже:

1) недопустимо после обработки в кислых растворах детали промывать в воде из ванн промывки после технологических ванн, содержащих цианистые соединения;

2) недопустимо при раздельном обезвреживании кисло-щелочных и хромсодержащих стоков смешивать кисло-щелочные и хромсодержащие промывные воды;

3) следует исключать ухудшения качества обработки поверхности за счет:

а) растравливания покрытий (например, повторное использование промывной воды из ванны промывки после осветления для промывки деталей после цинкования может привести к некоторому подтравливанию цинкового покрытия);

б) контактного выделения металлов (например, если в линии нанесения покрытия на детали из стали и медных сплавов стальные детали промываются в воде из ванны промывки активированных деталей из медных сплавов, то в ней на стальных деталях будет происходить контактное выделение меди);

в) осаждения на поверхности деталей малорастворимых соединений (например, поступление кислой промывной воды после операции активации деталей в ванну промывки после обезжиривания в ванне с высоким содержанием силикатов может привести к образованию на поверхности деталей пленки нерастворимой кремниевой кислоты, которая будет препятствовать дальнейшему нанесению покрытия);

4) необходимо учитывать влияние посторонних примесей на работоспособность технологических растворов, например:

а) если объединить промывные ванны после обезжиривания, активации, никелирования и оловянирования в линии оловянирования латунных деталей, то промывная вода после оловянирования, загрязненная соединениями олова, будет использоваться для промывки деталей перед никелированием. В этом случае соединения олова с деталями попадут в ванну никелирования и отрицательно повлияют на ее работоспособность;

б) если объединить все промывные ванны в линии нанесения многослойного покрытия никель-медь-никель-хром на стальные детали, то промывная вода после меднения, загрязненная соединениями меди, будет использоваться для промывки деталей перед никелированием. В этом случае произойдет загрязнение электролита никелирования ионами меди, что приводит к появлению бракованных покрытий.

Снижение уноса химических веществ из рабочих ванн в сбрасываемые промывные воды. Уменьшение уноса раствора из технологических ванн достигается оптимизацией конструкции подвесок и размещения на них деталей, устройством дополнительных отверстий в барабанах для облегчения вытекания из них раствора, устройством между технологическими и промывными ваннами козырьков с наклоном в сторону технологических ванн, увеличением времени выдерживания деталей над поверхностью ванны (времени стекания), а также применением обдува, встряхивания и т. п.

Из рисунка 2.7 видно, что при прочих равных условиях увеличение времени выдержки деталей над ваннами с 4 до 16 с сокращает унос раствора в 3 раза.

Рисунок 2.7 — Зависимость удельного уноса раствора деталями от времени стекания раствора


Одним из наиболее эффективных способов снижения уноса растворов является душирование деталей малым количеством воды в момент извлечения их из технологической ванны.

Другим способом является подпитка технологических ванн водой из ванн улавливания. Ванны улавливания обычно устанавливают в том случае, если происходит заметное суточное уменьшение объема электролита в технологических ваннах. Основной причиной уменьшения объема раствора в технологической ванне является нагрев электролитов и испарение воды. В таблице 2.51 представлены ориентировочные значения скоростей испарения воды из ванн в зависимости от температуры раствора.

С такой же скоростью промывную воду (вручную или механизировано) рекомендуется переливать из уловителя в технологическую ванну.

Таблица 2.51 — Ориентировочные значения скоростей испарения воды из ванн в зависимости от температуры раствора

С такой незначительной экономией воды можно было бы и не считаться. Однако одновременно с переносом промывной воды из ванны улавливания в технологическую ванну возвращаются компоненты электролита. Это, с одной стороны, снижает потери химикатов и экологическую опасность производства, а с другой стороны, в ванне улавливания снижается концентрация отмываемых компонентов растворов и, следовательно, сокращается унос компонентов растворов в последующие проточные промывные ванны, что влечет за собой уменьшение расхода воды на промывку.

Перелив промывной воды из уловителя в технологическую ванну можно осуществлять с помощью простейшего воздушного эрлифта, действие которого основано на захвате и подъеме воды сжатым воздухом, подаваемым в нижний конец вертикального участка трубопровода, подающего воду в ванну.

Ориентировочные значения скоростей испарения воды из ванн можно использовать для расчетов водного баланса отдельных операций, так как ошибки в расчетах, возникающие из-за игнорирования влияния состава раствора, температуры и влажности окружающего воздуха на скорость испарения воды, на практике легкоустранимы регулировкой скорости перелива воды, обеспечивающей поддержание постоянного уровня раствора в технологической ванне.

Чтобы снизить унос компонентов технологических растворов из ванны улавливания в сточные воды, желательно постоянно производить их извлечение из промывной воды с помощью химических, электрохимических, сорбционных, мембранных и термических методов. В ванне улавливания установится концентрация компонентов раствора на более низком уровне, чем половинная концентрация в технологической ванне, — остаточная концентрация компонентов технологического раствора в ванне улавливания будет определяться производительностью локального очистного оборудования.

Для того чтобы совсем исключить унос компонентов технологического раствора в сточные воды, необходимо постоянно поддерживать в ванне улавливания их концентрацию на уровне (или ниже) предельных концентраций отмываемых компонентов. В этом случае промывная вода, уносимая деталями, не повлияет на работу последующих технологических ванн и, следовательно, детали не нуждаются в дополнительной промывке в проточной воде. Таким образом можно полностью исключить сброс промывной воды в стоки. На это и рассчитывают многие разработчики локального очистного оборудования, предлагая способы организации бессточных технологий за счет подключения своих установок к ваннам улавливания. Для реализации бессточной схемы промывки, состоящей из одной ванны улавливания, необходимо использовать такое локальное очистное оборудование, производительность которого в диапазоне концентраций загрязнений 1-10 мг/л превышала бы скорость приноса компонентов электролитов в ванну улавливания (1-100 г/ч).

Однако практически ни одним из известных методов очистки промывных вод не удается поддерживать такую концентрацию всех компонентов технологического раствора в одной ванне улавливания, особенно при полной загрузке технологических ванн.

С увеличением количества ванн улавливания или ванн промывки, работающих в периодически непроточном режиме *, резко увеличивается время работы ванн в непроточном режиме и сокращается расход воды на промывку. Несмотря на то, что установка дополнительных ванн вызывает на практике значительные трудности, в этом случае количество переходит в качество. При расходах воды 1-3 л/ч не только возможно по-новому организовать работу очистных сооружений, но и вообще отказаться от них, как показано ниже.

Снижение уноса химических веществ из растворов с повышенной температурой. К технологическим растворам, работающим при повышенной (более 25 °C) температуре и содержащим ионы тяжелых металлов и цианид-ионы, относятся электролиты оловянирования, меднения, никелирования, хромирования, нанесения сплавов, анодного оксидирования алюминия, магния, меди и их сплавов, фосфатирования, полирования, хромсодержащие растворы наполнения и пассивирования.

Сброс промывной воды на очистку отсутствует в том случае, когда вся промывная вода возвращается в технологическую ванну и ее объем не превышает объема испаряемой воды из технологической ванны.

Таким образом, для исключения сброса промывной воды на очистные сооружения необходимо обеспечить как минимум равенство скорости испарения воды (расхода воды на испарение) и расхода воды на промывку, чему способствуют повышенная температура раствора в технологической и промывных ваннах, а также увеличение количества ванн промывки.

Обеспечить получение минимального и строго нормированного расхода воды на промывку позволяет схема промывки, состоящая из нескольких ванн, работающих в периодически непроточном режиме.

Порядок организации бессточной операции заключается в расчете скорости испарения воды из технологической ванны и подборе такого количества периодически непроточных ванн промывки, которое требует расхода промывной воды меньше величины потерь воды из технологической ванны за счет испарения и уноса в вентиляцию.



* Периодически непроточный режим заключается в переводе проточных ванн промывки в ванны улавливания до того момента, когда в последней по ходу движения деталей ванне улавливания концентрация отмываемых компонентов достигнет предельной концентрации сп; после этого загрязненная вода меняется на чистую. Продолжительность периодически непроточного периода соответствует времени работы ванны между сменами в ней воды.

Для уменьшения числа ванн периодически непроточной промывки, обеспечивающих бессточность операций, необходимо увеличить потери воды на испарение — либо за счет увеличения температуры технологических растворов (что не всегда допустимо), либо за счет организации нагрева (до температуры ниже температуры разложения компонентов растворов) в ваннах промывки или в сборнике промывной воды из первой ванны. Так, чтобы в рассмотренных примерах обеспечить бессточную промывку только с помощью трех ванн промывки, после хромирования необходимо осуществлять нагрев воды в каждой из ванн не ниже 60 °C (или не ниже 70 °C в двух ваннах), а после никелирования достаточно подогревать воду не ниже 60 °С в одной-двух ваннах промывки.

Если же в ваннах улавливания постоянно производить извлечение компонентов технологического раствора из промывной воды с помощью электрохимических и мембранных (в первых ваннах улавливания) или сорбционных методов (в последней ванне улавливания), то и без нагрева промывной воды в ваннах улавливания, и при работе с холодным технологическим раствором возможно снижение количества необходимых ванн улавливания до 2-3 шт. в зависимости от эффективности и производительности локального очистного оборудования.

Конкретное воплощение схем бессточных операций зависит от многих факторов: производительности технологической ванны, объема ванн периодически непроточной промывки, площади зеркала технологического раствора, концентрации и температуры электролита, сложности профиля обрабатываемых деталей, температуры, влажности и давления окружающего воздуха, эффективности работы бортовых отсосов, времени выдержки деталей над технологической ванной, продолжительности и интенсивности промывки.

содержание      ..     6      7      8      9     ..