Регенерация отработанных электролитов химического никелирования

Сегодня технологию регенерация отработанных электролитов химникелирования и химмеднения используют для получения чистой катодной меди и никеля, а также их сплавов. Широкое применение химически восстановленные металлы нашли в качестве твердых, износо- и коррозионностойких элементов в оборонной промышленности (машиностроение, приборостроение, судостроение) энергетической и химической отраслях промышленного производства.

В настоявшее время существенно увеличилось использование покрытий, наносимы технологией химического восстановления в электронной промышленности. Химическое нанесение покрытий применяют для производства антенн, в микроэлектронике и полупроводниковой промышленности, при производстве печатных плат (PCB – printed circuit board), при изготовлении видео- и звукозаписывающего оборудования с особыми магнитными свойствами, в производстве жестких дисков для компьютерной техники, для экранирования радиотехнической техники от ВЧ электромагнитных волн, РЛС, радаров и других устройств, оборонного назначения.

Нанесение покрытий на металлы и пластики из химических электролитов дает преимущества над гальваническим покрытием в случае изделий, когда деталь имеет сложный профиль профиль, требуется высокая кроющая способность с учетом ресурсосберегающей технологии. Нанесение покрытия химическим (не гальваническим) методом дают значительный рост качества на стадии финальной обработки детали с в механизме трения или с в случае потребности высокой твердости. Предполагается, что произойдет частичная замена на 50—70 % твердого хромирования на нанесение сплавов Ni-В и Ni-Р, что диктуется повышением природоохранных требований.

Сегодня по данным American Electroplaters and Surface Finishers Society, внедрение процессов химического никелирования металлов и пластиков представлено изученным распределением: электронная промышленность до 25%, авиационная промышленность до 10%, энергетическая промышленность более 12%, машиностроительная отрасль более 10%, перекачивающая и запорная арматура до 9%, химическое покрытие металлом пластиков 9%, автопромышленность менее 5%, санитарно-гигиеническое оборудование менее 5%.

Несмотря на многочисленные достоинства и преимущества химического никелирования, определенную сложность вызывает то, что такие электролиты недолговечны при длительной эксплуатации. Поэтому их необходимо подвергать неоднократной корректировке по рецептурным составляющим, а также растворами реагентов, например аммиака, для поддержания технологически приемлемого значения рН, что приводит к постепенному изменению свойств рабочего раствора вследствие образования прочных аммиакатных комплексов с ионами никеля. Это в свою очередь снижает работоспособность рабочего раствора и требуется его замена, а отработанный раствор должен быть утилизирован.

Установлено, что утилизации подлежит отработанный раствор химического никелирования с рН 4,5—5,0, содержащий (г/л): ионы никеля – 6,5-8,0; аминоуксусную кислоту – 250; аммиак – 200. Если применить технологию выделения ионов никеля Ni2+ в виде осадка гидроксида, то данный раствор следует обработать щелочным реагентом, например NaOH. При этом первостепенной задачей становится замещение ионов аммония на ионы натрия по реакции:

NH4+ + NaOH = Na+ + H2O + NH3. (1)

Для этого необходимо израсходовать 444 г/л щелочи. Ожидаемый объем выделяемого газообразного аммиака с 1 л раствора составит 263,5 л. В соответствии с реакцией (2) для последующего осаждения ионов никеля необходимо израсходовать 9 г/л щелочи:

Ni2+ + 2NaOH = 2Na+ + Ni(OH)2. (2)

Таким образом, суммарный расход щелочи для обработки 1 л раствора составит 453 г. Проведенные авторами исследования показали, что расчетное количество щелочи занижено, поскольку не учитывалась устойчивость аминоуксусного комплекса никеля. Следовательно, применение реагентной технологии переработки проблематично вследствие большого расхода щелочи и обильного выделения токсичного аммиака. Поэтому считается, что переработка аммиакатных отработанных растворов химического никелирования является сложной задачей.

В зарубежной практике жидкие отходы рекомендуется упаривать с последующим термическим разложением остатка. В отечественной промышленности в большинстве случаев растворы сбрасывают на заводские очистные сооружения без локальной переработки, что приводит к нарушению работ всего комплекса водоочистки.

Для того чтобы исключить указанные выше трудности, а также продлить срок эксплуатации раствора в нашей Группе компаний разработан технологический процесс регенерации и утилизации отработанного раствора химического никелирования.

Пертрактор утилизации электролита химического никелирования

Процесс регенерации осуществляется следующим образом. Из установки химического никелирования (УХН) раствор направляется в приемную емкость (рисунок). Проходя через фильтр, раствор освобождается от частиц дисперсной фазы фосфитов никеля. Из приемной емкости с помощью насоса осветленный раствор подается в электролизер, где за счет протекания электрохимических реакций выделения водорода на катоде (2H22 + 2е = H2 + 2OH) происходит подщелачивание раствора (рН повышается), а за счет растворения никелевого анода (Ni = Ni2+ + + 2е) концентрация ионов никеля в растворе повышается. После электрохимической регенерации, которая длится не более 30 мин, раствор с помощью насоса 14 перекачивается в УХН. Регенерация увеличивает продолжительность эксплуатации раствора с 8 до 190—200 ч.

Отсутствие аммиакатных комплексов облегчает задачу утилизации отработанного раствора. Утилизация основана на извлечении ионов никеля методом катионного обмена через свободную жидкую мембрану (метод мембранной экстракции) в аппарате типа “пертрактор”. Процесс осуществляется следующим образом. Отработанный раствор из УХН направляется в сборник отработанного раствора, из которой насосом 15 подается в камеру экстракции 5/1 пертрактора 5, где в результате контакта с экстрагентом происходит обмен ионов никеля на ионы экстрагента. Циркулируя между камерой экстракции и сборником, отработанный раствор обедняется по ионам никеля. После извлечения ионов никеля до требуемых значений обедненный раствор из сборника направляется в емкость на приготовление новых порций рабочего раствора химического никелирования, а экстракт поступает в камеру реэкстракции 5/2. Сюда же из дозатора насосом 16 подается солянокислый раствор. В результате взаимодействия фаз ионы водорода из солянокислого раствора переходят в экстракт, вытесняя оттуда ионы никеля в водную фазу с образованием раствора хлорида никеля. При достижении заданного накопления никеля (до 40 г/л) раствор из дозатора через сорбционный фильтр направляется в электролизер для электроосаждения чистого металлического никеля, который затем используется как анодный материал.

В качестве экстрагента используют жидкий катионообменник, являющийся ноу-хау. Главное преимущество процесса – возможность понижения концентрации ионов никеля в отработанном растворе до 0,1 мг/л за одну стадию.

Таким образом, разработанный технологический процесс регенерации и утилизации растворов химического никелирования обеспечивает возможность поддержания электролита в рабочем состоянии для создания продолжительного срока службы, а также значительное уменьшение остаточной концентрации ионов Ni2+ в отработанном электролите, что дает возможность осаждать хч катодный никель и характеризуется экологической чистотой. Предлагаемая технология утилизации электролита химического никелирования относительно проста, не требует дорогостоящего оборудования и больших производственных площадей. Технологический процесс и оборудование внедрены на ряде предприятий РФ.

Меню
error: Content is protected !!