金属仕上げ

金属の表面処理は、耐久性を高め、外観を向上させます。 XNUMX つの製品に複数の表面処理が施される場合があります。 この記事では、金属の表面処理に使用されるプロセスと、環境への影響を軽減するために使用される方法について説明します。

金属仕上げ事業を運営するには、事業の環境への影響を効果的に最小限に抑えるために、会社の経営陣、従業員、政府、および地域社会の間の協力が必要です。 社会は、大気、水、および土地環境に侵入する汚染の量と長期的な影響に関心を持っています。 効果的な環境管理 すべての要素、化学物質、金属、プロセス、および出力に関する詳細な知識を通じて確立されます。

公害防止計画 環境管理の哲学を、問題に対応することから、次の計画シーケンスを使用して、化学物質の代替、プロセスの変更、および内部リサイクルに焦点を当てた解決策を予測することへとシフトします。

1. ビジネスのあらゆる面で公害防止を開始します。
2. 廃棄物の流れを特定します。
3. アクションの優先順位を設定します。
4. 無駄の根本原因を特定します。
5. 無駄を削減または排除する変更を特定して実装します。
6. 結果を測定します。

継続的な改善は、アクションの新しい優先順位を設定し、一連のアクションを繰り返すことによって達成されます。

詳細なプロセス文書により、廃棄物の流れが特定され、廃棄物削減の機会に優先順位を設定できるようになります。 変更の可能性について十分な情報に基づいた決定を下すと、次のことが促進されます。

• 簡単で実践的な運用改善
• 顧客とサプライヤーが関与するプロセスの変更
• 可能であれば、害の少ない活動への変更
• 変更が実際的でない場合の再利用とリサイクル
• 有害廃棄物の埋め立ては、最後の手段としてのみ使用します。

主な工程と標準業務工程

クリーニング すべての金属仕上げプロセスでは、オイル、スケール、バフ研磨、研磨剤などの有機および無機の汚れがないように部品を仕上げる必要があるためです。 使用されるクリーナーの XNUMX つの基本的なタイプは、溶剤、蒸気脱脂剤、およびアルカリ洗剤です。

溶剤および蒸気脱脂洗浄方法は、その後のプロセスが湿式であるアルカリ性材料にほぼ完全に置き換えられました。 溶媒と蒸気脱脂剤は、部品を洗浄して乾燥させる必要があり、それ以上湿式処理を行わない必要がある場合にまだ使用されています。 場合によっては、テルペンなどの溶剤が揮発性溶剤に取って代わります。 1,1,1-トリクロロエタンなどの毒性の低い物質は、蒸気脱脂においてより危険な物質の代わりに使用されています (ただし、この溶媒はオゾン層破壊剤として段階的に廃止されています)。

アルカリ洗浄サイクルには、通常、浸漬浸漬、陽極電気洗浄、弱酸浸漬が含まれます。 アルミニウムのクリーニングには通常、非エッチング、非ケイ酸塩のクリーナーが使用されます。 酸は、典型的には硫酸、塩酸および硝酸である。

陽極酸化金属表面の酸化膜を厚くするための電気化学的プロセス (アルミニウムによく適用される) は、希薄クロム酸または硫酸溶液で部品を処理します。

化成皮膜 その後の塗装のベースを提供するため、または酸化から保護するために不動態化するために使用されます。 クロメート処理では、活性な有機および無機剤を含む六価クロム溶液に部品を浸漬します。 リン酸塩処理では、部品を他の薬剤と一緒に希リン酸に浸します。 不動態化は、硝酸または重クロム酸ナトリウムを含む硝酸に浸漬することによって達成されます。

無電解めっき 電気を使わずに金属を堆積させる方法です。 銅またはニッケルの無電解めっきは、プリント回路基板の製造に使用されます。

電気めっき 金属 (亜鉛、ニッケル、銅、クロム、カドミウム、スズ、真鍮、青銅、鉛、スズ鉛、金、銀、およびプラチナなどのその他の金属) の薄いコーティングを基板 (鉄または非金属) に堆積させることを含みます。鉄）。 プロセス浴には、酸性、アルカリ性中性、およびアルカリ性シアン化物の溶液中の金属が含まれています (図 1 を参照)。

図 1. 一般的な電気めっきラインの入力と出力

ケミカルミリングとエッチング 化学試薬とエッチング液を使用した制御された溶解浸漬プロセスです。 アルミニウムは通常、陽極酸化の前に苛性アルカリでエッチングされるか、硝酸、リン酸、および硫酸を含む可能性のある溶液で化学的に光沢化されます。

溶融コーティング 溶融金属（鋼の亜鉛またはスズ亜鉛メッキ）に浸漬することにより、ワークピースに金属を適用することを含みます。

優れた管理慣行

重要な安全、健康、および環境の改善は、次のようなプロセスの改善を通じて達成できます。

• 向流洗浄と導電率制御の使用
• 排水時間の増加
• より多くのまたはより良い湿潤剤を使用する
• プロセス温度をできるだけ高く維持して粘度を下げることで、ドラッグアウト回収率 (つまり、金属に残った溶液の回収率) を高めます。
• すすぎ時に空気攪拌を使用してすすぎ効率を高めます
• メッキタンクにプラスチックボールを使用してミストを減らします
• めっき槽のろ過を改善し、浄化処理の頻度を低減
• 流出物を封じ込めるためにすべてのプロセスエリアの周りに縁石を配置する
• ニッケルなどの回収可能な金属を個別に処理する
• イオン交換、常圧蒸発、真空蒸発、電解回収、逆浸透、電気透析などの回収システムの設置
• 汚染物質の引き込みを減らし、洗浄システムを改善することで、引き抜き回収システムを補完する
• 最新の在庫管理を使用して、廃棄物と職場の危険を減らします
• 健全な環境管理構造の基礎を提供するための標準的な手順 (すなわち、文書化された手順、定期的な運用レビュー、および健全な運用ログ) の適用。

特定廃棄物の環境計画

特定の廃棄物の流れ、通常は使用済みめっき溶液は、次の方法で削減できます。

• 濾過。 カートリッジまたは珪藻土フィルターを使用して、プロセスの効率を低下させる固形物の蓄積を除去できます。
• カーボン処理 有機汚染物質の除去に使用できます (ニッケルメッキ、銅電気メッキ、亜鉛およびカドミウムメッキで最も一般的に適用されます)。
• 精製水。 水のメークアップとリンスに含まれる天然の汚染物質 (カルシウム、鉄、マグネシウム、マンガン、塩素、炭酸塩など) は、脱イオン、蒸留、または逆浸透を使用して除去できます。 すすぎ水の効率を改善することで、処理が必要なバススラッジの量が減少します。
• シアン浴炭酸塩凍結。 浴の温度を–3 °C に下げると、シアン化物の分解、過剰な陽極電流密度、および空気からの二酸化炭素の吸着によってシアン化物浴で形成された炭酸塩が結晶化し、それらの除去が促進されます。
• 降水量。 アノードの不純物として浴に入る金属汚染物質の除去は、シアン化バリウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム、硫酸カルシウム、またはシアン化カルシウムによる沈殿によって達成できます。
• 六価クロムの代替品。 六価クロムの代わりに三価クロムめっき液を用いて装飾めっきを行うことができます。 塗料前処理用のクロム化成コーティングは、非クロム化成コーティングまたはリンス不要のクロム化学薬品に置き換えることができる場合があります。
• 非キレート化プロセス化学。 溶液中の遊離イオンの濃度を制御するためにプロセス浴にキレート剤を添加する代わりに、キレート化されていないプロセス化学物質を使用して、金属を溶液中に保持する必要がないようにすることができます。 これらの金属は沈殿させることができ、連続濾過によって除去することができます。
• 非シアンプロセスケミカル。 遊離シアン化物を含む廃棄物の流れは、通常、次亜塩素酸塩または塩素を使用して処理されて酸化され、複雑なシアン化物は通常、硫酸第一鉄を使用して沈殿します。 シアン化物を含まないプロセス ケミストリーを使用することで、処理ステップが不要になり、スラッジの量が減少します。
• 溶剤脱脂。 処理前のワークピースの溶剤脱脂の代わりに、高温のアルカリ洗浄浴を使用できます。 アルカリ洗浄剤の効果は、電流または超音波を適用することによって高めることができます。 溶媒の蒸気やスラッジを回避する利点は、多くの場合、追加の運用コストを上回ります。
• アルカリ洗浄剤。 使用による油、グリース、および汚れの蓄積が浴の洗浄効率を損なうレベルに達した場合、アルカリ洗浄剤を廃棄しなければならないことは、スキミング装置を使用して浮遊油を除去し、沈殿装置またはカートリッジフィルターを使用して微粒子を除去し、油水コアレッサー、および精密ろ過または限外ろ過を使用して乳化油を除去します。
• 引きずり軽減。 プロセスバスからのドラグアウトの量を減らすことは、すすぎ水を汚染する貴重なプロセス化学物質の量を減らすのに役立ち、従来の金属沈殿処理プロセスによって生成されるスラッジの量を減らします。

ドラッグアウトを減らすいくつかの方法には、次のものがあります。

• プロセス槽の操作濃度。 薬品の濃度をできるだけ低くして、粘度を最小限に抑え (より迅速に排出するため)、薬品の量を (フィルム内に) 抑える必要があります。
• プロセスバスの動作温度。 プロセス溶液の粘度は、槽の温度を上げることによって下げることができます。
• 湿潤剤。 処理槽に湿潤剤を添加することにより、溶液の表面張力を下げることができます。
• ワークの位置決め。 接着フィルムが自由に排出され、溝や空洞に閉じ込められないように、ワークピースをラックに配置する必要があります。
• 撤去または排水時間. ワークピースが処理槽から早く取り出されるほど、ワークピース表面の膜が厚くなります。
• エアナイフ。 ワークラックをプロセスタンクの上に上げながら、ワークにエアを吹き付けることで、水はけと乾燥を改善できます。
• スプレーリンス。 これらは、すすぎの流量がタンクの蒸発速度と等しくなるように、加熱されたバスの上で使用できます。
• めっき浴。 炭酸塩と有機汚染物質は、めっき浴の粘度を上昇させる汚染の蓄積を防ぐために除去する必要があります。
• 排水板。 プロセスタンク間のスペースは、プロセス溶液を捕捉してプロセス槽に戻すために排水板で覆う必要があります。
• ドラッグアウトタンク。 ワークピースは、標準的なすすぎ操作の前に、引き抜きタンク (「静的すすぎ」タンク) に入れる必要があります。

薬品のドラッグアウト回収には、さまざまな技術が使われています。 これらには以下が含まれます：

• 蒸発。 大気圧蒸発器が最も一般的で、真空蒸発器はエネルギーを節約します。
• イオン交換 すすぎ水の化学回収に使用されます。
• 電解採取。 これは、溶液中の溶解金属が還元されて陰極に析出する電解プロセスです。 その後、堆積した金属が回収される。
• 電気透析. これは、溶液からイオン種を分離するために、イオン透過膜と印加電流を利用します。
• 逆浸透. これは、半透膜を利用して精製水と濃縮イオン溶液を生成します。 高圧を使用して水を強制的に膜に通過させますが、ほとんどの溶解塩は膜によって保持されます。

水ですすいでください

金属仕上げ施設で発生する有害廃棄物のほとんどは、洗浄とめっきに続くすすぎ作業で発生する廃水に由来します。 すすぎ効率を高めることで、施設は廃水の流れを大幅に削減できます。

XNUMX つの基本的な戦略により、すすぎ効率が向上します。 まず、スプレーすすぎやすすぎ水の攪拌により、ワークピースとすすぎ水の間に乱流が発生する可能性があります。 ラックの移動または強制的な水または空気が使用されます。 第２に、ワークピースとすすぎ水との間の接触時間を増加させることができる。 複数のすすぎタンクを直列に逆流に設定すると、使用するすすぎ水の量が減ります。

工業用コーティング

用語 コーティング 塗料、ワニス、ラッカー、エナメルおよびシェラック、パテ、木材フィラーおよびシーラー、塗料およびワニス除去剤、ペイント ブラシ クリーナー、および関連する塗料製品が含まれます。 液体コーティングには、液体バインダーと溶媒混合物に分散された顔料と添加剤が含まれています。 顔料は、コーティングの色と不透明度を提供し、コーティングの流れと耐久性に影響を与える無機または有機化合物です。 顔料には、カドミウム、鉛、亜鉛、クロム、コバルトなどの重金属が含まれていることがよくあります。 バインダーは、コーティングの接着性、凝集性、および一貫性を高め、コーティングが完了したときに表面に残る主要なコンポーネントです。 バインダーには、さまざまなオイル、樹脂、ゴム、ポリマーが含まれます。 充填剤や増量剤などの添加剤をコーティングに加えて、製造コストを削減し、コーティングの耐久性を高めることができます。

塗料に使用される有機溶剤の種類には、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、エステル、ケトン、グリコールエーテル、アルコールなどがあります。 溶剤はバインダーを分散または溶解し、コーティングの粘度と厚さを減少させます。 コーティング剤に使用される溶剤は、その多くが発ガン性物質であり、可燃性または爆発性であるため危険です。 コーティングに含まれるほとんどの溶剤は、コーティングが硬化する際に蒸発し、揮発性有機化合物 (VOC) が排出されます。 人間の健康と環境に悪影響を与えるため、VOC 排出量の規制がますます厳しくなっています。 従来の成分、コーティング塗布技術、およびコーティング廃棄物に関連する環境への懸念は、汚染防止の代替案を開発する原動力となっています。

ほとんどのコーティングは、建築、工業、または特殊製品に使用されます。 建築用塗料は、建物や建築製品に使用され、木材を保護するワニスなどの装飾および保護サービスに使用されます。 産業施設では、さまざまな生産プロセスにコーティング作業が組み込まれています。 自動車、金属缶、農業機械、コイル コーティング、木材および金属製の家具および備品、家電産業は、工業用塗料の主要な消費者です。

コーティング配合の設計は、コーティング用途の目的によって異なります。 コーティングは美観、腐食および表面保護を提供します。 コスト、機能、製品の安全性、環境への安全性、転写効率、乾燥および硬化速度によって処方が決まります。

コーティング工程

ほとんどのコーティング プロセスは、原材料の取り扱いと準備、表面処理、コーティング、機器の洗浄、廃棄物管理の XNUMX つの作業で構成されています。

原材料の取り扱いと準備

原材料の取り扱いと準備には、在庫保管、混合操作、コーティングの薄化と調整、および施設内の原材料の移動が含まれます。 腐敗、仕様外、不適切な準備による廃棄物の発生を最小限に抑えるために、監視と取り扱いの手順と慣行が必要です。 腐敗を避けるために、手動または配管システムを介した転送をスケジュールする必要があります。

表面処理

使用する表面処理技術の種類は、コーティングする表面 (前処理、汚れの量、グリース、適用するコーティング、および必要な表面仕上げ) によって異なります。 一般的な準備作業には、脱脂、プレコーティングまたはリン酸塩処理、およびコーティング除去が含まれます。 金属仕上げの目的での脱脂には、溶剤による拭き取り、低温洗浄またはハロゲン系溶剤による蒸気脱脂、水性アルカリ洗浄、半水性洗浄または脂肪族炭化水素洗浄が含まれ、有機汚れ、汚れ、油およびグリースを除去します。 ミルスケールやサビを除去するために、酸洗い、研磨洗浄、または火炎洗浄が使用されます。

洗浄以外の金属表面の最も一般的な準備作業はリン酸塩コーティングであり、金属表面への有機コーティングの接着を促進し、腐食を遅らせるために使用されます。 リン酸塩コーティングは、金属表面に亜鉛、鉄、またはリン酸マンガン溶液を浸漬またはスプレーすることによって適用されます。 リン酸塩処理は、電気めっきと同様の表面仕上げプロセスであり、一連のプロセス化学薬品と洗浄槽で構成され、部品を浸漬して目的の表面処理を実現します。 この章の記事「金属の表面処理」を参照してください。

再コーティング、修理、または検査が必要な表面に対して、化学的または機械的なコーティング除去が行われます。 最も一般的な化学コーティング除去方法は、溶剤ストリッピングです。 これらの溶液は通常、フェノール、塩化メチレン、有機酸を含み、コーティングされた表面からコーティングを溶解します。 化学物質を除去するための最終的な水洗では、大量の廃水が発生する可能性があります。 研磨ブラストは一般的な機械的プロセスであり、圧縮空気を使用してブラスト媒体を表面に押し付けてコーティングを除去する乾式操作です。

表面処理操作は、特定の処理プロセスからの廃棄物の量に影響します。 表面処理が不十分でコーティングが不十分な場合、コーティングの除去と再コーティングによって廃棄物が発生します。

コーティング

コーティング作業では、コーティングを表面に転写し、表面のコーティングを硬化させます。 ほとんどのコーティング技術は、ディップ コーティング、ロール コーティング、フロー コーティング、スプレー コーティング、および最も一般的な技術である溶剤ベースのコーティングを使用した空気噴霧スプレー コーティングの 1 つの基本的なカテゴリのいずれかに分類されます。

エアアトマイズスプレーコーティングは、通常、溶剤の放出とオーバースプレーのため、制御された環境で行われます。 オーバースプレー制御装置は布フィルターまたは水壁であり、使用済みフィルターまたは空気洗浄システムからの廃水を生成します。

硬化は、コーティング バインダーを硬く強靭な接着面に変換するために実行されます。 硬化メカニズムには、乾燥、ベーキング、または電子ビームまたは赤外線または紫外線への暴露が含まれます。 硬化は、溶剤ベースのコーティングから大量の VOC を生成し、溶剤濃度が爆発の下限を超えた場合、爆発の可能性をもたらします。 そのため養生工程では大気汚染防止装置を設置し、VOCの排出を防止し、爆発を防止する安全管理を行っています。

環境と健康への懸念、従来のコーティング処方に影響を与える規制の強化、高い溶媒コスト、高価な有害廃棄物処理により、有害成分が少なく、適用時に廃棄物が少ない代替コーティング処方に対する需要が生まれています。 代替コーティング配合には次のものがあります。

• ハイソリッドコーティング、 従来の塗料と同じ量の溶剤に62倍の量の顔料と樹脂を含んでいます。 塗布により、溶剤含有量が減少するため、従来の低固形分溶剤ベースのコーティングと比較して、VOC 排出量が 85 ～ XNUMX% 減少します。
• 水性コーティング 水と有機溶媒の混合物をキャリアとして使用し、水をベースとして使用します。 溶剤ベースのコーティングと比較して、水ベースのコーティングは、従来の低固形分溶剤ベースのコーティングよりも、80 ～ 95% 少ない VOC 排出量と使用済み溶剤を生成します。
• 粉体塗装 有機溶剤を含まず、微粉砕された顔料と樹脂粒子で構成されています。 それらは、熱可塑性（厚いコーティング用の高分子量樹脂）または熱硬化性（化学的に架橋する前に薄い層を形成する低分子量化合物）の粉末です。

機器の洗浄

装置のクリーニングは、コーティング プロセスで必要な定期的なメンテナンス操作です。 これにより、特に洗浄にハロゲン系溶剤を使用した場合、大量の有害廃棄物が発生します。 溶剤ベースのコーティングの装置洗浄は、従来、プロセス装置からコーティングを除去するために有機溶剤を使用して手作業で行われてきました。 配管は、きれいになるまでバッチで溶剤で洗い流す必要があります。 コーティング装置は、製品の変更とプロセスのシャットダウン後に洗浄する必要があります。 使用される手順と慣行によって、これらの活動から発生する廃棄物のレベルが決まります。

廃棄物管理

コーティングプロセスでは、いくつかの廃棄物の流れが発生します。 固形廃棄物には、空の塗料容器、オーバースプレーおよび機器の洗浄による塗料スラッジ、使用済みフィルターおよび研磨剤、乾燥塗料および洗浄布が含まれます。

液体廃棄物には、表面処理、オーバースプレー制御または機器のクリーニング、仕様外または過剰のコーティングまたは表面処理材料、オーバースプレー、こぼれ、および使用済みの洗浄液からの廃水が含まれます。 廃棄コストの上昇に伴い、使用済み溶剤のオンサイトでのクローズド ループ リサイクルが一般的になりつつあります。 水性液体は通常、公営の処理システムに排出される前に現場で処理されます。

VOC 排出は、溶剤ベースのコーティングを使用するすべての従来のコーティング プロセスで発生し、炭素吸着装置、コンデンサー、熱触媒酸化装置などの制御装置が必要です。

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