Оглавление | Видео опыты по химии | Видео опыты по физике | На главную страницу |
Химия и Химики № 3 2021 Журнал Химиков-Энтузиастов |
Химическая лаборатория (фото) - ч.5 Chemical laboratory (photos) Добрьій Химик |
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. |
Начальная точка титрования |
Конечная точка титрования |
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.
|
Добавка ОС-20 |
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. |
Химическая лаборатория (фото) - ч.6 Chemical laboratory (photos) Добрьій Химик |
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. |
Бентонит |
Добавлена серная кислота |
По центру и справа - образцы подсолнечного масла, которые я пытаюсь очистить другими способами |
Кипячение с кислотой |
Фильтрование и промывка |
Фильтрат |
Воронка со специальными каналами (в данном случае - бесполезны) |
Повторное кипячение с серной кислотой |
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. |
Бентонит - новый образец |
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.
|
Активированный бентонит перед сушкой. Сверху - образец глины, который был в лаборатории, снизу (две меньшие чашки) - бентонит из супермаркета |
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. |
Качественная реакция на никель (с диметилглиоксимом) |
Раствор после обработки глины серной кислотой |
Добавлен аммиак. Гидроксиды железа и алюминия отфильтровываю |
Добавлен спиртовый раствор диметилглиоксима. Красная окраска не появилась |
Позже раствор стал коричневым |
Добавил бутанол - окрещенное вещество не перешло в органическую фазу |
Позже, когда переписывал реактивы, нашел вот этот пакет с белым каолином.
|
Каолин |
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. |
Паста из глины и раствора ПАВ (косметика) |
Перемешивание на магнитной мешалке |
Измерение вязкости (роторный вискозиметр) |
Оседание суспензии при стоянии (слева направо растет концентрация ПАВ, количества глины и воды - одинаковые) |
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] |
Активированную глину добавляю в техническое подсолнечное масло |
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. |