Необходимо сказать пару слов о воде, применяемой в технологическом процессе коатирования.
Не секрет, что одним из основных критериев, влияющих на качество получаемых гальванических покрытий, является не только количество, но и качество используемой воды, как для промывок, так и для приготовления электролитов. Чистая вода, с пониженным солесодержанием улучшает параметры гальванических процессов, и в то же время, снижает энергетические затраты на дальнейший процесс её очистки и запуска её в рецикл. Одним из нормативных документов, регламентирующих параметры качества применяемой воды и её количества в производстве, является стандарт 1991 года, действующий в наши дни: ГОСТ 9.314-90 «Вода для гальванического производства и схемы промывок. Общие требования». Этот стандарт распространяется на техническую воду для гальванического производства и устанавливает общие требования к качеству воды, способам её рационального использования и применению маловодных и малоотходных схем промывок. Выполнение требований стандарта обеспечивает сокращение расхода воды, реагентов при обезвреживании гальваностоков и снижение нагрузки на очистные сооружения.
| Наименование показателя | Норма для категории | Метод испытания | ||
|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | ||
| 1. Водородный показатель pH | 6,0…9,0 | 6,5…8,5 | 5,4…6,6 | Измеряют на pH-метре со стеклянным электродом с погрешностью измерений ±0,1 |
| 2. Сухой остаток, мг/дм3, не более | 1000 | 400 | 5,0 | ГОСТ 18164 |
| 3. Жесткость общая, мг-экв/дм3, не более | 7,0 | 6,0 | 0,35 | ГОСТ 4151 |
| 4. Мутность по стандартной шкале (не более), мг/дм3 | 2,0 | 1,5 | — | ГОСТ 3351 |
| 5. Сульфаты (SO42- ), мг/дм3, не более | 500 | 50 | 0,5 | ГОСТ 4389 |
| 6. Хлориды (Cl— ), мг/дм3, не более | 350 | 35 | 0,02* | ГОСТ 4245 |
| 7. Нитраты (NO3— ), мг/дм3, не более | 45 | 15 | 0,2* | ГОСТ 18826 |
| 8. Фосфаты (PO43-), мг/дм3, не более | 30 | 3,5 | 1,0 | ГОСТ 18309 |
| 9. Аммиак, мг/дм3, не более | 10,0 | 5,0 | 0,02* | ГОСТ 4192 |
| 10. Нефтепродукты, мг/дм3, не более | 0,5 | 0,3 | — | Контроль проводят по действующим методикам, утверждённым в установленном порядке |
| 11. Химическая потребность в кислороде, мг/дм3, не более | 150 | 50 | — | То же |
| 12. Остаточный хлор, мг/дм3, не более | 1,7 | 1,7 | — | ГОСТ 18190 |
| 13. Поверхностно-активные вещества (сумма анионных и неионогенных), мг/дм3, не более | 5,0 | 1,0 | — | Контроль проводят по действующим методикам, утверждённым в установленном порядке |
| 14. Ионы тяжёлых металлов, мг/дм3, не более: | 15,0 | 5,0 | 0,4 | — |
| — железо | 0,3 | 0,1 | 0,05 | ГОСТ 4011 |
| — медь | 1,0 | 0,3 | 0,02 | ГОСТ 4388 |
| — никель | 5,0 | 1,0 | — | Контроль проводят по действующим методикам, утверждённым в установленном порядке |
| — цинк | 5,0 | 1,5 | 0,2* | ГОСТ 18293 |
| — хром трёхвалентный (III) | 5,0 | 0,5 | — | Контроль проводят по действующим методикам, утверждённым в установленном порядке |
| 15. Удельная электрическая проводимость при 20° С, См/м, не более | 2∙10-3 | 1∙10-3 | 5∙10-4 | Измеряют на кондуктометре любого типа |
| * Нормы ингредиентов для воды 3-й категории определяются по ГОСТ 6709. | ||||
Понятно, что вода прежде всего, должна быть химически инертна к покрытию, и не разрушать его. А вот что касается физико-химических показателей, то здесь необходимо сразу учесть, что будет с ней дальше: либо, отправят на сброс после нейтрализации и извлечения токсичных компонентов, либо, запустят в рецикл после очистки. Тут нужно исходить из экономической составляющей процесса. Сразу нужно учесть, что для глубокой очистки воды с высоким солесодержанием, потребуется высокопроизводительное оборудование и арматура, выдерживающая давление более 16 атм. Повышая солесодержание, мы, тем самым, увеличиваем осмотическое давление жидкости, которое необходимо преодолеть для фильтрации через осмотический слой мембраны. Производительность можем повышать, либо повышая давление, либо увеличивая площадь поверхности фильтрующего слоя. Это касается глубокой очистки оборотной воды. В некоторых случаях целесообразно нейтрализовать токсичные примеси, удалить их из водного раствора, а солёную воду подмешивать в хозяйственно-бытовой сток, не превышая допустимые нормы по сбросу. Следует иметь ввиду, что в системах многократного использования воды допускается содержание вредных ингредиентов выше чем в приведённой таблице, но не выше допустимых значений в промывной ванне, после операции промывки.
| Наименование компонента или иона электролита | Наименование операции, перед которой проводится промывка | Наименование электролита, перед которым проводится промывка | Допустимая концентрация компонента в воде после операции промывки Сд, мг/дм3 |
|---|---|---|---|
| Общая щёлочность в пересчёте на едкий натр | — | Щелочной Кислый или цианистый | 800 100 |
| Анодное окисление алюминия и его сплавов | — | 50 | |
| Красители (для окрашивания покрытий Ан. Окс.) | Межоперационная промывка, сушка | — | 5 |
| Кислота в пересчёте на серную | — | Кислый Щелочной Цианистый | 100 50 10 |
| Наполнение и пропитка покрытий, сушка | — | 10 | |
| CN—общ., Sn2+, Sn4+, Zn2+, Cr6+, Pb2+ | Межоперационная промывка, сушка | — | 10 |
| CNS—, Cd2+ | Межоперационная промывка, сушка | — | 15 |
| Cu2+, Cu+ | Никелирование, сушка | — | 2 10 |
| Ni2+ | Меднение, Хромирование, сушка | — | 20 10 |
| Fe2+ | Сушка | — | 30 |
| Соли драгоценных металлов в пересчёте на металл | Сушка | — | 1,0 |
| ПРИМЕЧАНИЯ: 1. За основной компонент (ион) данного раствора или электролита принимают тот, для которого критерий промывки является наибольшим. 2. При промывке изделий, к которым предъявляют особо высокие требования, допустимые концентрации основного компонента могут устанавливаться опытным путём. | |||
Концентрация основных ингредиентов в воде на выходе из гальванического производства, так же, регламентируется стандартом, но здесь не учитываются соли уже присутствующие в исходной воде, что, в свою очередь, влияет на весь проект в целом: от водоподготовки до очистки стоков.
| Наименование ингредиента | Допустимый предел вредных ингредиентов в стоках гальванического цеха (не более), мг/дм3 |
|---|---|
| Хром (VI) | 1000 |
| Медь | 30 |
| Никель | 50 |
| Цинк | 50 |
| Кадмий | 15 |
| Свинец | 10 |
| Олово | 10 |
| Хлориды (Cl— ) | 500 |
| Сульфаты (SO42- ) | 1000 |
| Цианиды (CN— ) | 30 |
| Нитраты (NO3— ) | 60 |
| Аммиак | 15 |
В гальваническом производстве следует применять системы многократного использования воды, обеспечивающие её регенерацию и рекуперацию ценных компонентов.
На вновь проектируемых и реконструируемых гальванических производствах при промывке деталей и приготовлении электролитов в операциях подготовки поверхностей деталей к покрытию необходимо применять воду 2 и 3-й категории. При промывке деталей применять схемы многократного использования воды.
Микробиологические показатели воды для всех трёх категорий — по ГОСТ Р 51232-98. В системах многократного использования, воду проверяют не менее одного раза в месяц на соответствие требованиям ГОСТ Р 51232-98.
Промывку деталей от рабочих растворов и электролитов осуществляют по различным схемам, обеспечивающим установленную концентрацию основных компонентов в промывной воде. Для операций промывки, требующих больших расходов проточной воды, а также для извлечения ценных компонентов рабочей ванны, следует применять дополнительные ванны улавливания с непроточной водой. Ванны улавливания наполняют водой такого же качества, как и рабочие ванны. Растворы из ванн улавливания следует использовать при корректировке рабочих ванн или утилизировать.
Другими важными критериями, обеспечивающими более рациональное использование ресурсов и реагентов, являются — время промывки и время стекания растворов, которые должны быть оптимальны в ходе процесса. В зависимости от применяемого метода промывки (что также немаловажно), устройства системы фиксации деталей (подвесы или барабаны), а также в зависимости от конфигурации самих изделий, подбирают время для этих операций. В справочниках есть некоторые данные, хотя и весьма условные. Оптимизировать эти процедуры необходимо в ходе отладки технологии коатирования. Ниже показана зависимость продолжительности промывок от их метода и конфигурации деталей (таблица 4).
| Наименование метода | Область применения | Дополнительные указания |
|---|---|---|
| Погружной — промывка в ваннах с проточной и непроточной водой | Обработка на подвесках деталей, имеющих пазы, углубления и т.п. Обработка деталей насыпью | Минимальная продолжительность промывки 20 с |
| Струйный или импульсно- струйный — промывка из душирующих устройств | Обработка на подвесках деталей преимущественно простой конфигурации | Минимальная продолжительность промывки 10 с |
| Комбинированный — последовательно струйный и погружной | Промывка деталей после обработки в трудно смываемых растворах и деталей сложной конфигурации | Минимальная продолжительность промывки 20 с |
Методы промывки, приведённые для одноступенчатой схемы, распространяются на все схемы промывок. Для аэрозольного метода промывки используют сжатый воздух нечётного класса загрязнений по ГОСТ 17433.
Среди основных способов промывки, как видно из таблицы, можно выделить: погружной, струйный и смешанный. Струйные или импульсно-струйные методы более экономичны, чем погружные, так как происходит процесс замещения плёнки гальванического раствора с поверхности детали слоем воды за счёт гидродинамического воздействия, в случае погружного метода — всего лишь разбавление (снижение концентрации) в этой поверхностной плёнке. Однако, в случае деталей со сложной конфигурацией, струйная промывка малоэффективна, и может быть применена как дополнительная к погружному методу. Струйную промывку применяют, в основном на линиях производства печатных плат.
Наиболее распространён — погружной метод промывки, который может осуществляться как впроточных, так и непроточных условиях.
Могут быть применены и другие экономически и экологически обоснованные методы промывок, обеспечивающие требования данного стандарта.
| Вид обработки | Время стекания не менее, с | Норма удельного выноса, л/м2 | |
|---|---|---|---|
| Кислые растворы | Щелочные и хромсодержащие растворы | ||
| На подвесах | 6 | 0,2 | 0,3 |
| В колоколах | 15 | 0,4 | 0,6 |
| В барабанах | 15 | 0,4 | 0,6 |
| В корзинах и сетках | 15 | 0,5 | 0,75 |