Яковлев АД 2020

загрязняя их и тем самым потенциально влияя на природу и здоро¬ вье людей.

Важнейшая задача специалистов в данной области ­ в наиболь­ шей степени минимизировать эти загрязнения.

12.2.1. ЗАЩИТА ВО ЗД УШНО Й С РЕД Ы

По имеющимся сведениям в России в 2007 г. при объеме потреб­ ления лакокрасочных материалов около 1 млн. т до 75 % продукции приходилось на составы, содержащие органические растворители. Са­ мое большое количество растворителей (в г/л) содержат органические смывки (до 850), грунтовки и эмали для окрашивания транспортных средств (500­700), мебельные нитратцеллюлозные и полиуретановые лаки (400­600), авторемонтные материалы (500­650). Минимальное количество растворителей приходится на строительные краски.

При работе с органорастворимыми материалами воздух, выбра­ сываемый вентиляцией с окрасочных постов (распылительные и су­ шильные камеры, местные вентиляционные отсосы и др.), всегда за­ грязнен парами растворителей и нередко красочным аэрозолем. Счи­ тают, что в момент нанесения лакокрасочного материала из пленки улетучивается в среднем 20 % имеющегося в нем растворителя, осталь­ ное его количество удаляется при сушке. Концентрация растворителя в воздушных выбросах распылительных камер, по опыту различных предприятий, составляет 80­400 мг/м3 , в газах, отходящих из сушиль­ ных камер, достигает 3­5 г/м3 . Эти концентрации сильно превосходят предельно допустимые в атмосферном воздухе населенных пунктов, которые для растворителей лежат в пределах 0,1­0,6 мг/м3 .

Необходимость создания нормальной экологической обстановки требует соблюдения комплекса технологических мероприятий, на­ правленных на снижение загрязнения атмосферы вентиляционными выбросами. Они сводятся:

1) к уменьшению валовых выбросов вредных выделений за счет замены экологически неполноценных лакокрасочных материалов на полноценные (водные и порошковые краски, материалы с высоким сухим остатком) и применения более совершенного оборудования;

2) к очистке выбрасываемого воздуха.

В связи с тем что удельное потребление лакокрасочных материа­ лов, содержащих органические растворители, все еще достаточно велико, важное значение имеет проблема очистки отходящих газов от растворителей и других вредных веществ.

Существуют разные способы очистки газов от присутствующих в них растворителей: конденсация, адсорбция, абсорбция, примене­ ние полимерных мембран, термическое и каталитическое окисление,

411

Установки для очистки газов способом каталитического окисле­ ния считаются более экономичными. На рис. 12.2 приведена схема такой установки. Наиболее активными являются платиновый и пал­ ладиевый катализаторы (марки НИАГАЗ­3Д, НИАГАЗ­8Д, НИАГАЗ­ 10Д, НТК­4 и др.). Энергия активации каталитического окисления растворителей на платиновом катализаторе особенно низка: для соль­ вента 45 кДж/моль, для толуола 50 кДж/моль. Это позволяет эффек­ тивно проводить процесс, начиная с 280 °С. С повышением темпера­ туры полнота окисления возрастает. Продуктами окисления являют­ ся в основном СО2 и Н2 О.

Очистка газов окислением сопровождается выделением значи­ тельного количества теплоты. Так, при дожигании паров сольвента с концентрацией 5 г/м3 температура газов повышается примерно на 150 °С. Это позволяет на 1 /3 компенсировать затраты теплоты на на­ грев газовых выбросов до температуры их окисления. Наиболее эф­ фективно работают установки, сблокированные с терморадиацион­ но­конвективными сушильными камерами газового типа. Установки оснащены реакторами: прямоточным с газовым обогревом или сбло­ кированным с рекуператором и имеющим электрообогрев; произво­ дительность реакторов по газу достигает 12,5 тыс. м3 /ч. До 80 % очи­ щенных газов повторно направляется в сушильные установки, т. е. используется по прямому назначению, остальное количество приме­ няют для других целей (подогрева воды, отопления и т. д.).

Очистка газовых выбросов естественно вызывает дополнитель­ ные затраты, однако при полном использовании (утилизации) теп­ лоты этих газов все затраты компенсируются и нередко достигается небольшая прибыль.

12.2.2. ЗАЩИТА ВО Д НО Й С РЕДЫ

При получении покрытий образуются разные загрязняющие вод­ ную среду стоки. Наибольшее количество сточных вод образуется при подготовке поверхности металлов ­ щелочном обезжиривании, трав­ лении, фосфатировании, оксидировании, пассивировании. Стоки воз­ никают также при мокрой очистке загрязненного воздуха в распыли­ тельных камерах, при нанесении красок электро­ и хемоосаждением.

Отходящие от агрегатов подготовки поверхности сточные воды содержат различные загрязнения: кислоты, щелочи, заэмульгирован­ ные масла, соединения хрома и др. Их количество колеблется в широ­ ких пределах. Так, содержание щелочных солей в отработанных рас­ творах агрегатов щелочного обезжиривания составляет 5­40, масел 0,1­1 г/л; растворы, сливаемые из ванн хроматирования, содержат до 8­10 г/л Сг6+ и 12­15 г/л Сг3+, а из ванн пассивирования ­ до 1 г/л

413

восстановления до Cr3+, для чего используют гидросульфит или ме­ табисульфит натрия. Восстановление ведут при рН 2,0­2,5. Далее раствор нейтрализуют до рН 8,5­9,0, добавляют хлорид кальция для связывания фосфатов, вводят полимерный коагулянт и после от­ стаивания суспензии осветленную жидкость сливают, а осадок от­ фильтровывают.

Интересны установки подготовки поверхности, работающие по замкнутому циклу с полной регенерацией отработанных растворов. Например, регенерацию серной кислоты из травильных растворов осуществляют по следующей схеме. Отработанный раствор, обога­ щенный сульфатом железа, обрабатывают хлороводородом. Обра­ зующийся по реакции

FeSO4 + 2HC1 — FeCl2 + H 2 SO 4

хлорид железа(11) отделяют от серной кислоты центрифугированием и разлагают в обжиговой печи:

2FеC12 + 2 Н 2 О + 0,5О2 — 4HC1 + Fe2 O3 .

Хлороводород вновь используется для обработки FeSO4; Fe2O3 является побочным продуктом, а регенерированная серная кислота возвращается в травильную ванну.

Очистка сточных вод, отходящих с установок нанесения лако­ красочных материалов, основана преимущественно на принципах хемо­ и электрокоагуляции и последующей ультрафильтрации. Наи­ более широко используется прием, связанный с хемокоагуляцией и фильтрованием суспензий. Применяют как традиционные неоргани­ ческие и органические коагулянты ­ сульфат алюминия, гидроксихло­ рид алюминия, полиакриламид, так и специальные ­ соли магния, кальция, цинка, алюмокремниевый коагулянт АКФК, ЛКР­52­016 и др. Последние два типа коагулянтов пригодны для очистки воды от водоразбавляемых и воднодисперсионных красок. Оптимальная кон­ центрация коагулянтов составляет 0,3­2,0 кг/м3 при содержании ла­ кокрасочного материала в воде 0,8­3,5 г/л.

Способ коагуляции и последующего выделения краски в спе­ циально оборудованной очистной установке позволяет достигать степени очистки воды, циркулирующей в гидрофильтрах распы­ лительных камер, 80 % и более. В этом случае вода может не заме­ няться в течение месяца и более, тогда как при локальном спосо­ бе очистки содержимое ванн необходимо обновлять еженедельно или чаще. Очистные установки при распылительных камерах осо­ бенно эффективны там, где налажена переработка отходов лако­

417

красочных материалов, а объем циркулирующей воды превышает 1500 м3 /ч.

Технический, экологический и экономический эффект достига­ ется при очистке способом ультрафильтрации отработанных рас­ творов ванн электроосаждения: в 2­3 раза уменьшается расход тех­ нической и обессоленной воды на промывку, в 7­10 раз снижаются потери лакокрасочных материалов при окрашивании. Ультрафильт­ рационные установки поэтому стали неотъемлемой частью всех ли­ ний электроосаждения.

12.2.3. УТИЛИЗАЦИЯ И ПЕРЕРАБО ТКА О ТХО Д О В

Использование вторичных материальных ресурсов ­ необходи­ мое условие роста экономики, совершенствования производства и уменьшения загрязнения окружающей среды. В окрасочных произ­ водствах такими ресурсами могут служить отходы лакокрасочных материалов, осаждающихся в распылительных камерах, ваннах оку­ нания, камерах облива и других агрегатах. Количество отходов опре­ деляется величиной потерь лакокрасочных материалов, которые толь­ ко в машиностроении и металлообработке достигают многие тысячи тонн. Подсчитано, что отходы пентафталевых эмалей в тракторной промышленности составляют 8­10 % от их общего расхода, отходы меламиноалкидных эмалей на заводах автомобильной промышлен­ ности ­ 25 %.

Утилизируют в основном отходы алкидных, меламиноалкидных, мочевиноформальдегидных, полиакрилатных, эпоксидных (горяче­ го отверждения), перхлорвиниловых, нитратцеллюлозных и некото­ рых других жидких лакокрасочных материалов. Это главным обра­ зом пастообразные и полутвердые материалы, собираемые в ваннах гидрофильтров распылительных камер, установок струйного облива и окунания. Они содержат до 50 % воды и до 30 % пленкообразую­ щего вещества. Возможна переработка и твердых отходов, отлагаю­ щихся на подвесках, стенках, полу и решетках распылительных камер. В зависимости от вида лакокрасочного материала перераба­ тываются отходы со сроком хранения от 1 до 7 сут. Отходы высокоре­ акционноспособных лаков и красок (полиуретановые, эпоксидные, на основе ненасыщенных полиэфиров и др.), а также длительно (бо­ лее двух недель) хранящиеся после нанесения, как правило, не пере­ рабатываются, а уничтожаются (сжигаются).

Процесс регенерации отходов осуществляется в специально вы­ деленных отделениях (участках) окрасочных цехов по следующей

418

ется на следующих принципах: 1) укрупнение пылевидных частиц механическим или тепловым воздействием; 2) переработка в жидкие органорастворимые материалы посредством растворения; 3) получе­ ние водносуспензионных лакокрасочных материалов путем диспер­ гирования в воде. Технология утилизации таких красок разработана в СПб государственном технологическом институте (Техническом университете). Утилизация отходов приводит к значительной эко­ номии лакокрасочных материалов и дает большой экономический эффект.

12.3.БЕЗО ПА С НО С ТЬ ТРУД А ПРИ ПО ЛУЧЕНИИ ЛА КО КРА С О ЧНЫХ ПО КРЫТИЙ

Большинство лакокрасочных материалов содержат органические растворители и другие огнеопасные и вредные вещества, поэтому при работе с ними приходится применять специальные меры пре­ досторожности.

Многие органические растворители относятся к легковоспламе­ няющимся и горючим жидкостям, пары которых образуют с возду­ хом взрывоопасные смеси. Нижний концентрационный предел вос­ пламенения (НКПВ) наиболее пожароопасных растворителей (аце­ тон, толуол, смесевые растворители 646, 647, Р­4, Р­40, РКБ­1 и др.) составляет 45­52 г/м3 , или 1,2­1,8 % (об.), температура вспышки ­ от ­18 до +5 °С; температурные пределы воспламенения: нижний от ­20 до +7 °С, верхний от +7 до +20 °С.

Пожаро­ и взрывоопасными являются не только жидкие, но и порошковые краски. Хотя энергия, необходимая для их воспламене­ ния, в десятки раз выше, чем для огнеопасных растворителей, НКПВ невысок и составляет для большинства порошковых красок 17­35 г/м3 ; температура самовоспламенения порошковых красок (325­500 °С) также приближается к соответствующему показателю большинства органических растворителей.

Наиболее токсичными из применяемых материалов являются пары и аэрозоли растворителей, в первую очередь ароматических и галогенсодержащих углеводородов, мономеров (стирол, акрилаты), некоторых пластификаторов и отвердителей (совол, амины, трикре­ зилфосфат, изоцианаты). Ограничивается применение сольвента, кси­ лола и толуола; их содержание в лакокрасочных составах не должно превышать 15 %.

Особенно неблагоприятное действие на организм работающих оказывают пыль и аэрозоли красок, содержащих свинцовые, кадмие­

420