Российско-белорусская команда ученых предложила метод получения белых пигментов, которые можно применять в различных отраслях промышленности, из токсичных отходов металлургии и машиностроения. Предложенный метод позволяет не только получать пигменты высокой чистоты и яркости, но и существенно снизить токсичность исходного материала, а, следовательно, упростить его утилизацию. Работа была опубликована в журнале Journal of Chemical Technology and Biotechnology.
Гальванизация — это метод покрытия одного металла каким-либо другим металлом путём электролиза. В промышленности ее применяют для укрепления металлической поверхности изделий и защиты их от коррозии. Чаще всего гальванизируют цинком с применением растворов на основе хлорида аммония в качестве электролитов. При этом промышленная гальванизация опасна для здоровья человека и наносит существенный вред экологии, поскольку в результате промывки поверхностей деталей после нанесения гальванического покрытия в сточные воды попадают ионы тяжелых металлов.
В настоящий момент проблема токсичных отходов гальванических производств, в т.ч. цинкования решается путем восстановления и повторного использования электролитов. Однако восстановление отработанных электролитов — это сложный многоступенчатый процесс, для реализации которого требуется оборудование стоимостью в десятки тысяч евро. При этом электролиты способны выдерживать только ограниченное число циклов восстановления, после чего дальнейшее их продуктивное использование уже невозможно, и снова остро встает проблема их утилизации.
Благодаря высокой концентрации ионов цинка, которые обладают способностью образовывать цветное соединение, отработанные электролиты цинкования основе хлорида аммония возможно использовать для производства пигментов, что особенно актуально для регионов, которые закупают пигменты за рубежом из-за отсутствия собственного производства. Однако с производством пигментов из отходов процесса гальванизации связан ряд сложностей, поскольку в составе отработанных электролитов присутствуют посторонние примеси и загрязнения, что усложняет процесс получения пигментов высокого качества.
Ученые из Белорусского государственного технологического университета, НИТУ «МИСиС» и Института общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси предложили метод получения высококачественных белых пигментов из отработанных электролитов цинкования на основе хлорида аммония. В качестве исходного материала исследователи использовали образцы отработанных электролитов цинкования, полученных на машиностроительных предприятиях Беларуси. Промышленные электролиты обычно содержат примеси катионов железа и блескообразователей, которые могут влиять на качество полученного пигмента.
Производство пигментов из отработанных электролитов цинкования включает в себя выделение самих гальванизирующих электролитов, осаждение ионов цинка фосфатом натрия, отфильтровывание образовавшегося осадка, вымывание из него водорастворимых солей и последующую температурную обработку. При этом растворы, оставшиеся после извлечения ионов цинка — наиболее ценной и токсичной их составляющей — возможно безопасно утилизировать на местных предприятиях.
«Мы установили, что присутствие блескообразующих добавок в отработанных электролитах практически не влияет ни на эффективность извлечения ионов цинка, ни на белизну полученного пигмента, в то время как железные примеси могут приводить к потере белизны. Однако, если содержание ионов железа не превышает определенных значений, возможно получение пигментов оптимальной белизны и яркости. Все полученные нами образцы отличала 98% белизна. При этом эффективность извлечения ценных ионов цинка превысила 99%», — отметил сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Валентин Романовский.
«В результате промышленной апробации было установлено, что полученные пигменты могут использоваться в керамической промышленности при получении белых глазурей. Свойства полученных пигментов также свидетельствуют о возможности их использования в лакокрасочной промышленности, для окрашивания пластмасс и в других отраслях», — пояснила доцент кафедры промышленной экологии Белорусского государственного технологического университета Ольга Залыгина.
Как отмечают авторы исследования, производство пигментов из отработанных электролитов цинкования позволит не только обеспечить промышленность высококачественными пигментами, но и снизить нагрузку на окружающую среду, поскольку после извлечения ионов цинка такие отходы возможно утилизировать без применения дорогостоящего оборудования и дополнительных мер безопасности.