РЕГЕНЕРАЦИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ ГАЛЬВАНОПРОИЗВОДСТВА

Одной из наиболее значимых экологических проблем, связанной с технологическими процессами гальванопроизводства, является образование высококонцентрированных и высокотоксичных отработанных технологических растворов и электролитов. Отсутствие должного внимания к этому вопросу приводит к тому, что в сети городской канализации, а далее через городские очистные сооружения в поверхностные водоемы сбрасываются токсичные загрязнения в десятки и сотни раз выше допустимых концентраций для нормальной жизни животного и растительного мира водной среды.

При регенерации отработанных электролитов широко используют электрохимические, мембранные, реагентные и сорбционные методы, УФ-облучение, фильтрацию и другие. При регенерации сильнокислых растворов травления и электролитов анодирования алюминия используют метод мембранного электролиза (для регенерации раствора травления на основе хлорида меди и хромсодержащих растворов анодирования), метод ретардации (запаздывания, когда при пропускании через сильноосновную анионную смолу разрушается кислота, а соли нет), методы диализа, нанофильтрации и др.

В качестве электролитов анодного оксидирования наиболее часто используют сернокислый, щавелевокислый и хромовокислый электролиты [1].

При оксидировании в сернокисломом электролите получают твёрдые оксидные плёнки, вместе с высокими декоративными свойствами. Сернокислый электролит, благодаря своей экономичности, возможности обработки в нем различных сплавов алюминия и получения оксидных покрытий, обладающих хорошими эксплуатационными свойствами, наиболее широко применяется в промышленности. Бесцветные, прозрачные защитно-декоративные оксидные покрытия в сернокислом электролите могут быть получены на сплавах, в которых содержание легирующих компонентов не превышает (масс. %): железа 0,5; меди 2; магния 7; цинка 7; кремния 3; марганца 0,8; хрома 0, и титана 0,3 [5].

Оксидирование в щавелевокислом электролите позволяет получать качественные электроизоляционные покрытия. Цвет оксидных покрытий, получаемых в щавелевокислом электролите, зависит от их толщины, состава обрабатываемого сплава и режима электролиза. С увеличением толщины пленки на алюминии от 5 до 100 мкм ее цвет изменяется от серовато-белого до коричневого. Покрытия, сформированные при комнатной температуре, имеют серебристую окраску, с повышением температуры и анодной плотности тока они приобретают желтый, а затем коричневый цвет, напоминающий бронзу. Светлые пленки можно окрашивать органическими красителями в черный цвет. В зависимости от состава обрабатываемого сплава цвет покрытий может быть светло-коричневым и даже черным.

Хромовокислые электролиты оксидирования менее агрессивны по отношению к алюминию и оксидной пленке, чем сернокислые. Это, в основном, и определяет область их применения. В таких электролитах обрабатывают детали первого и второго класса точности, а также изделия, имеющие сварные и клепаные соединения. Особенно пригодны эти электролиты для обработки изделий из литейных алюминиево-кремниевых сплавов. Наличие на поверхности деталей мелких пороков литья, раковин, из которых трудно удалить следы оксидировочного электролита, делают невозможным использование для их оксидирования весьма агрессивного сернокислого раствора. В этом случае хромовокислый электролит имеет преимущество.

При длительной эксплуатации хромового электролита анодного оксидирования в нем накапливаются различные примеси, ионы алюминия, хрома и др. Которые отрицательно влияют на качество анодной пленки алюминиевых деталей, повышая количество брака готовой продукции на предприятиях.

Количество примесей в хромовом электролите контролируется химическим анализом. В Табл.1 представлены результаты анализов за 2014 г. хромового электролита анодного оксидирования отдельно взятой ванны машиностроительного предприятия.

Таблица 1

Как видно, из представленных результатов по мере эксплуатации электролита в нем увеличивается содержание алюминия, Cr6+ в пересчете на CrO3. Согласно действующим нормативам содержание Аl не должно превышать 3 г/л, Cr6+ в пересчете на CrO3 – 120 г/л, в противном случае электролит необходимо заменять или регенерировать, с целью получения качественных гальванопокрытий.

Нами рассмотрена возможность регенерации хромового электролита анодного оксидирования методом мембранного электролиза. В литературе описан ряд экспериментов, в которых погружной электрохимический модуль используют для регенерации технологических растворов и очистки промывных вод [2-4].

При погружении электрохимического модуля с катионитовой мембраной, внутренним катодом и внешним нерастворим анодом, в процессе электролиза ионы Al3+ будут переходить в погружной модуль, а ионы Сr3+ будут окисляться на аноде с одновременным подкислением раствора:

Регулируя силу тока, можно произвольно ускорять или замедлять реакцию (1) и таким образом, поддерживать постоянный состав хромового электролита, отвечающий оптимальным значениям отношения Сr(VI)/Сr(III). При этом, полностью ликвидируются периодические сбросы отработанного электролита. А корректировка состава сведена к минимуму, к компенсации уноса электролита с обрабатываемыми деталями.

Список литературы

1.     Гальванотехника: Справочник / Под ред. Гинберга А.М., Иванова А.Ф., Кравченко Л.Л. – М.: Металлургия, 1987. 736 с.

2.     Кругликов С.С., Тураев Д.Ю., Кузнецова Н.С. Гальванотехника и обработка поверхности. 2003. № 1. С. 37.

3.     Курушина Н.В., Клещевникова И.В. Экология производства. 2006. № 3.

4.     Тураев Д.Ю., Веселовская А.И., Кругликов С.С. Успехи в химии и химической технологии. 2006. № 9. С. 72.

5.     Ямпольский А.М., Ильин В.А. Гальванотехника. Краткий справочник. – Л.: Машиностроение, 1972. 224 с.