Химическая лаборатория (фото). Chemical laboratory (photos)

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Лаборатория на гальваническом производстве / Electroplating plant: laboratory

Ниже показаны фотографии того, чем приходится заниматься химику на гальваническом производстве: анализ и корректировка состава гальванических ванн.

Признаюсь честно, выкладываю остатки фото, которые не попали в другие статьи (есть еще много фотографий ванны олово-висмут, но ее я оставлю на потом: там на целую детективную историю хватит). Разумеется, не стоит зарекаться: вполне возможно, что снова придется работать на гальваническом производстве, надеюсь, что оно будет не таким древним.

Итак. Анализ электролита сернокислотного меднения: определение содержания серной кислоты - титрование щелочью с метилоранжем. В начальной точке титрования индикатор красный, в конечной - оранжевый. Переход окраски метилоранжа и так нечеткий, а в нашем случае его фиксации дополнительно мешают цветные добавки в электролите.

Фиксанал гидроксида натрия, из которого говорят 0.1N раствор для титрования. Содержимое мутное и не вселяет доверия, но это - производство, поэтому я использовал и такие. Более современные фиксаналы имеют вид пластиковых бутылочек с твердой щелочью.

Определение содержания шестивалентного хрома в ванне хромирования (йодометрия).

Анализ электролита ванны блестящего никелирования. Определяется три параметра: содержание никеля, содержание хлорида и концентрация борной кислоты. Обратите внимание, что раствор дает много пены.

Откуда в электролите пена? В электролит никелирования вносят различные гальванические добавки: ПАВы для улучшения смачивания поверхности, для регулирования зернистости покрытия, для умягчения воды и т.д. На фото ниже показаны две такие добавки. На верхнем фото - "хорошая", с которой ванна работала стабильно, ниже - дешевая и менее качественная добавка, из-за которой возникали проблемы с покрытием. Директор купил ее против нашей воли, а потом стал рассказывать, что у других она работает нормально, поэтому он НЕ будет привозить из Германии более дорогую добавку персонально для нашего завода. Позже от менеджера узнал, что канистра с плохой добавкой была единственной (фото), т.е. поставить на другие производства эту добавку он не мог физически. На лжи можно далеко уйти, но обратной дороги нет.

Ванна химического никелирования. Соль никеля, гипофосфит натрия и добавки. Цвет ванны - зеленый. рН регулируется двумя растворами: серной кислотой и едким натром - это по регламенту.

Реально вместо едкого натра для увеличения рН ванны используется аммиак. Никель образует с аммиаком фиолетовый комплекс, похожий на аналогичный комплекс меди (синий). На верхнем фото - момент добавления аммиака. Верхняя часть ванны окрасилась в синий цвет. После перемешивания раствор снова стал зеленым, а рН вошел в пределы нормы.

Раствор гипофосфита с добавками - восстановитель, который используется для химического осаждения никеля. Рядом - ведро, с нанесенными ножом метками, этим ведром отмеряют растворы во время приготовления ванны.

А это - добавки в ванну олово-висмут: нитрат висмута и добавка ОС-20. В канистрах осуществляется процесс их растворения.

Сегнетова соль (тартрат натрия-калия). На конкретном производстве использовалась в двух местах: для корректировки ванны цианистой меди и для приготовления/ корректировки одной из ванн на линии металлизации пластика (коммерческое название ванны - Cu-Link). Последнюю ванну я готовил и корректировал сам, ванну цианистой меди корректировали рабочие - они были очень заинтересованы в ее стабильной работе. Мне оставалось только им напоминать, когда нужно проводить корректировку, и выбивать из директора сегнетову соль: для покупки любой мелочи приходилось подписывать бумаги у него лично.

Ванна снятия бракованных никелевых покрытий. Единственное место, где я нашел ее рецепт, - старый журнал с рукописными прописями.

А эта папка лежала по соседству - нетрудно догадаться, какие "материалы" находились в ней в "старые добрые времена" (доносы одних сотрудников на других, - если кто не понял).

Колба с аммиаком - покрылась белым налетом хлорида аммония (неплотная пробка).

Канистры с соляной кислотой и аммиаком (концентрированные растворы).

Пришла комиссия по прекурсорам. Соляная кислота в канистре осталась, но надпись - изменилась.

Колба Бунзена и воронка Бюхнера - установка для вакуумного фильтрования. В соседней комнате накрылась ванна золочения печатных плат: решили ее профильтровать. Для этого там был специальный насос с полипропиленовым фильтрующим картриджем. Но директору захотелось купить водоструйный насос, колбу и воронку для вакуумного фильтрования. Вскоре оказалось, что в лаборатории нет второго крана, чтобы водоструйный насос подключить, - все это лежит без дела до сих пор.

Бензин "калоша" ("галоша"). Легкая фракция бензина - часто используется для экстракции и обезжиривания. Также - в качестве растворителя и разбавителя красок. За полтора года работы на гальваническом производстве я пользовался этим бензином аж три раза: для приготовления гидрофобизирующей жидкости.

Канистры с бензином стояли на "малярке" - в помещении, предназначенном для покраски деталей, лакировки, снятия лака/краски и других видов малярных работ. Раньше там работала профессиональный маляр, но она уволилась. Нового маляра так и не смогли найти: люди приходили, смотрели на условия работы - разворачивались и уходили. А кто же делал покраску деталей и т.п.? Выполнять малярные работы заставляли то уборщицу, то слесаря, то зав. техбюро. Совок - он и в Киеве совок.

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Кислотная активация глины (бентонит и серная кислота) / Acid activation of clay (bentonite and sulfuric acid)

Впервые я основательно познакомился с глиной во времена счастливого детства. Как известно, при социализме было все хорошо и улицы были чистыми. Насколько чистыми, что в центре города можно было провалиться по колена в грязь. Даже щебень был не везде, не говоря уже об асфальте. Осенью и весной - грязь, летом - мелкая, противная пыль. Причина - глинистый грунт. Чернозем, правда, дает еще более липкую грязь, но в городке, куда мне угораздило попасть после Киева, грунт был именно глинистый.

Хотя химией я увлекся рано, но тогда не было даже мысли подумать о глине в контексте химии. Грязь - она и есть грязь. В лучшем случае - сырье для гончарных изделий, строительный материал (традиционная украинская хата - "мазанка"). Позже смотрел на глину как на сырье для производства кирпичей и цемента. Или сырье для производства алюминия. Еще позже - как на сорбент (в частности, медицинский - для детоксикации). Собственно - все. На долгие годы.

Именно в химической лаборатории столкнулся с глиной только когда мене шел четвертый десяток. Тогда я занимался тритием (сверхтяжелый изотоп водорода) и один энтузиаст преклонного возраста решил, что глина сможет поглотить тритий и прочно его связать. Поглотить-то она его поглощает, но наравне с протием (легкий изотоп водорода). Плюс поглощенный глиной тритий свободно вступает в реакции изотопного обмена с легким водородом. А, поскольку даже в воде, которая считается очень радиоактивной (из-за трития), протия намного-намного больше, чем трития (он всегда только в следовых количествах), толку от глины немного.

Зато я узнал, что глина это - не только каолинит (точнее минералы группы каолинита), но также монтмориллонит (монтмориллониты) и/или друге слоистые алюмосиликаты с примесями песка, карбонатов (и других "посторонних" включений). В конкретной лаборатории занимались преимущественно монтмориллонитом, который является основным минералом в составе бентонита (бентонитовых глин).

Следующий раз я столкнулся с глиной уже в другой лаборатории. Задача стояла обесцветить темное (техническое) подсолнечное масло. В специальной литературе описано много способов: действие горячей воды и пара, действие серной кислоты, обработка фосфорной кислотой, щелочью, перекисью водорода... Но все это в конкретном случае плохо помогало.

Был еще один способ - обесцвечивание растительных масел с помощью глины. Коллега рассказал, что на одном из предприятий, где работает его знакомый, этот способ является основным. У него было немного бентонитовой глины, но для обесцвечивания масла глину сначала предстояло активировать. Другая его знакомая защитила диссертацию по глинам, часть диссертации была посвящена применению глин в качестве сорбентов, но конкретный рецепт активации глины она оставила в секрете. Зато на явную ахинею вроде: "активация кислорода за счет ослабления связи О-Н возле поверхности глины и, как результат, возникновение бактерицидного эффекта" - не поскупилась.

Разумеется, что может найти один человек, то может и другой. При кислотной активации глины ее обычно обрабатывают соляной или серной кислотой. Коллега методом "проб и ошибок" установил, что глина для очистки масел активируется путем кипячения с разбавленной серной кислотой (с последующим фильтрованием и промывкой). Причем в качестве раствора серной кислоты вполне подходит продажный автомобильный электролит (т.е., никаких проблем с "прекурсорами").

Этим я и занялся. Масла (растительные и минеральные) чистят разными глинами, но в конкретном случае использовался бентонит.

Поместил навеску глины в колбу и стал осторожно добавлять серную кислоту. При этом выделялся газ, и образовывалось много пены: глина явно содержала карбонаты. Пришлось перенести все это в колбу побольше. Кстати, когда переносил пастообразную массу с помощью стеклянной воронки, - чуть не растолок горлышко новой колбы: стеклянная воронка оказалась слишком массивной. Перенес, поставил кипятиться на магнитную мешалку. На ночь выключил и оставил остывать, утром - отфильтровал и промыл. Потом решил прокипятить с серной кислотой еще раз - взял свежую порцию. Коллега сказал, что критерием окончания процесса является расслоение глины и жидкости. Серную кислоту (автомобильный электролит) после обработки глины можно собрать и повторно пустить в дело.

Все это хорошо, но бентонитовой глины у нас было мало. Коллега знал даже карьер в Черкасской области, но, если там узнают, зачем нам нужна такая глина, - не продадут.

И тут я вспомнил, что на одной из прошлых работ занимался бентонитом. Позвонил туда товарищу. Оказывается, бентонит у них есть, одолжить могут, но я могу найти его и самостоятельно... в супермаркете. Там он продается под названием "наполнитель для кошачьих туалетов". Собственно, их бентонит именно оттуда. Сходили - купил. Этот образец оказался более серым, чем тот, что был в лаборатории, но не думаю, что это важно. Взвесил и провел с ним такую же процедуру активации.

Потом - сушка. Сушильного шкафа у нас в лаборатории не было, поэтому пришлось сушить образцы в муфеле с неисправным регулятором. Принцип простой: включаешь, ждешь, пока печь разогреется до определенной температуры (ниже заданной - иначе будет перегрев за счет тепловой инерции), потом выключаешь. Перегрев в данном случае недопустим, поскольку он инактивирует глину.

После первого образца бентонита раствор серной кислоты был коричневым (цвет трехвалентного железа), а после второго образца - раствор имел отчетливый зеленый оттенок. Я решил, что это двухвалентное железо (в смеси с трехвалентным), коллега предположил, что это - никель.

- Редко, но в глинах бывает никель (город Никополь, например).

Так ли это - проверить нетрудно. Принес из дома диметилглиоксим и аммиак (их в лаборатории не было). Добавил к кислотной вытяжке глины избыток аммиака, отфильтровал объемный осадок гидроксидов алюминия и железа (гидроксид никеля, в отличие от них, растворим в избытке аммиака). Потом добавил спиртовый раствор диметилглиоксима. Сначала - ничего. Со временем появилась какая-то подозрительная взвесь коричневого цвета. Добавил бутанол - будь это комплекс никеля с диметилглиоксимом - он бы перешел в органическую фазу. Но нет: верхний (органический) слой остался бесцветным. Значит, не никель.

Позже, когда переписывал реактивы, нашел вот этот пакет с белым каолином.

В данной лаборатории было еще одно знакомство с глиной. Технолог передала образцы пасты (глина + ПАВ) - какое-то косметическое средство. Нужно было измерить вязкость. Как? Сначала попробовал напрямую - поместил ротор вискозиметра прямо в пасту. Вязкость оказалась слишком высокой, а паста - неоднородной: в ней возникали каверны (пустоты), что полностью обесценивало все измерения. Позвонили технологу. Оказывается, нужно взять навеску пасты, размешать с водой и измерить вязкость суспензии. Попробовал. Результат - нулевой: большая часть глины сразу выпадала в осадок, как только прекращалось перемешивание, а вязкость того, что оставалось, была на уровне воды.

Зато обнаружился интересный эффект. После выпадения основной части глины в осадок оставалась тонкая взвесь. Так вот, ее стабильность по мере увеличения концентрации ПАВ сначала уменьшалась, проходила через минимум, потом снова росла. Т.е. небольшие добавки ПАВ стабилизировали суспензию, бОльшие - приводили к флокуляции и осветлению, еще бОльшие - снова стабилизировали суспензию. С этими ПАВами не угадаешь.

Ах да... Забыл о главном. Удалось ли очистить (обесцветить) техническое подсолнечное масло с помощью глины, активированной серной кислотой? Нет: не удалось. Эффекта практически никакого: в разных случаях интенсивная окраска растительных масел может быть обусловлена разными веществами (т.е., метод, который хорошо действует для одних образцов, может оказаться бесполезным для других). Так и в нашем случае: бентонит хорошо чистил другие образцы подсолнечного масла, но оказался неэффективным для данного образца. Зато было интересно [K2].

Позже мне таки удалось снизить интенсивность окраски подсолнечного масла до допустимого уровня - это потребовало последовательного применения сразу нескольких методов очистки.

P.S. Про кислотную активацию глинистых минералов можно, например, почитать: Komadel, P., & Madejova, J. (2013). Acid Activation of Clay Minerals [ Handbook of Clay Science, 385–409] [ссылка]

Комментарии

^К1 Масла можно и хорошо получается чистить на магнезоле. Чистил отработанное масло после многократных жарок, цвет темный иногда темно-коричневый с запахом. После чистки становился прозрачным, и добивался полного отсутствия запаха.

[Магнезол (magnesol) - силикат магния примерного состава MgO·2.6SiO₂·H₂O]

^К2 Много раз попадалась информация и методики в практикумах по очистке масла при помощи отбельной глины (например, бентонитовая глина, но безо всякой сернокислотной варки), например, нашёл в книге: Коновалов П.Г., Жебровский В.В., Шнейдерова В.В. Лабораторный практикум по химии пленкообразующих и по технологии лаков и красок (1977) - стр.145 [ссылка].

На мой взгляд, серная кислота напрочь разрушила весь монтмориллонит (которого и так не сильно много в глинах) и таким образом все положительные поверхностные, в том числе, адсорбционные, свойства были убиты в зародыше. То есть глину конечно "активируют" зачем-то, но где это реально нашло полезное применение в сорбентах я не в курсе (плацебо?), так как адсорбционная ёмкость после этой процедуры падает примерно в 50 раз. Освобождают поверхность глины при помощи серной кислоты при изготовлении катализаторов перед нанесением активного вещества перед прокаливанием, отсюда, видимо, эта безумная путаница.

Можете попробовать использовать, например, медицинский препарат Смекта, я очищаю им спиртовые растворы от красителей после перегонки при переработке слива спиртов (при содержании большого количества органических красителей, отгон заметно окрашен). Смектиты имеют удельную поверхность до 300 м²/г и замечательно справляются с загрязнениями, сорбируя молекулы красителей.