Метал Финисхинг

Површинска обрада метала повећава њихову трајност и побољшава изглед. Један производ може бити подвргнут више од једне површинске обраде—на пример, панел каросерије аутомобила може бити фосфатиран, премазан и фарбан. Овај чланак се бави процесима који се користе за површинску обраду метала и методама за смањење њиховог утицаја на животну средину.

Вођење бизниса за завршну обраду метала захтева сарадњу између менаџмента компаније, запослених, владе и заједнице како би се ефекти операција на животну средину ефикасно минимизирали. Друштво брине о количини и дугорочним ефектима загађења које улази у животну средину ваздуха, воде и земљишта. Ефикасно управљање животном средином се успоставља кроз детаљно познавање свих елемената, хемикалија, метала, процеса и излаза.

Планирање превенције загађења помера филозофију управљања животном средином са реаговања на проблеме на предвиђање решења која се фокусирају на хемијску супституцију, промену процеса и унутрашњу рециклажу, користећи следећи редослед планирања:

1. Покрените превенцију загађења у свим аспектима пословања.
2. Идентификујте токове отпада.
3. Поставите приоритете за акцију.
4. Утврдите основни узрок отпада.
5. Идентификујте и примените промене које смањују или елиминишу отпад.
6. Измерите резултате.

Континуирано побољшање се постиже постављањем нових приоритета за акцију и понављањем редоследа акција.

Детаљна документација процеса ће идентификовати токове отпада и омогућити да се поставе приоритети за могућности смањења отпада. Информисане одлуке о потенцијалним променама ће подстаћи:

• лака и практична оперативна побољшања
• промене процеса које укључују купце и добављаче
• промене на мање штетне активности где је то могуће
• поновна употреба и рециклажа тамо где промена није практична
• коришћење депоновања опасног отпада само као крајње средство.

Главни процеси и стандардни оперативни процеси

Чишћење је потребно јер сви процеси завршне обраде метала захтевају да делови који се заврше не садрже органска и неорганска прљавштина, укључујући уља, каменац, једињења за полирање и полирање. Три основна типа средстава за чишћење која се користе су растварачи, парни одмашћивачи и алкални детерџенти.

Методе чишћења растварачима и одмашћивањем паром скоро су у потпуности замењени алкалним материјалима где су накнадни процеси влажни. Још увек се користе растварачи и одмашћивачи на паре где делови морају бити чисти и суви без даље мокре обраде. Растварачи као што су терпени у неким случајевима замењују испарљиве раствараче. Мање токсични материјали као што је 1,1,1-трихлоретан су замењени опаснијим материјалима у одмашћивању паром (иако се овај растварач постепено укида као средство за оштећивање озона).

Циклуси алкалног чишћења обично укључују потапање у воду након чега следи анодно електрочишћење, након чега следи урањање у слабу киселину. За чишћење алуминијума обично се користе средства за чишћење без нагризања, без силиката. Киселине су типично сумпорне, хлороводоничне и азотне.

Анодизирање, електрохемијски процес за згушњавање оксидног филма на површини метала (често се примењује на алуминијум), третира делове разблаженим растворима хрома или сумпорне киселине.

Конверзијски премаз служи за обезбеђивање подлоге за накнадно фарбање или за пасивизацију ради заштите од оксидације. Код хромирања, делови се потапају у хексавалентни раствор хрома са активним органским и неорганским агенсима. За фосфатирање, делови се потапају у разблажену фосфорну киселину са другим агенсима. Пасивација се постиже урањањем у азотну киселину или азотну киселину са натријум дихроматом.

Елецтролесс платинг укључује таложење метала без струје. У производњи штампаних плоча користи се електробезводно таложење бакра или никла.

Елецтроплатинг укључује наношење танког слоја метала (цинк, никл, бакар, хром, кадмијум, калај, месинг, бронза, олово, калај-олово, злато, сребро и други метали као што је платина) на подлогу (црну или не- гвоздени). Процесне купке укључују метале у раствору у киселим, алкалним неутралним и алкалним цијанидним формулацијама (видети слику 1).

Слика 1. Улази и излази за типичну линију за галванизацију

Хемијско млевење и јеткање су контролисани процеси урањања у растварање коришћењем хемијских реагенса и нагризања. Алуминијум се обично угравира у каустику пре анодизације или се хемијски посветли у раствору који може да садржи азотну, фосфорну и сумпорну киселину.

Топло потапање премаза подразумевају наношење метала на радни предмет потапањем у растопљени метал (цинковање челика или калаја).

Добре праксе управљања

Важна побољшања безбедности, здравља и животне средине могу се постићи кроз побољшања процеса, као што су:

• коришћењем противструјног испирања и контроле проводљивости
• повећање времена дренаже
• коришћењем више или бољих средстава за влажење
• одржавање температуре процеса што је више могуће да би се смањио вискозитет, чиме се повећава опоравак од повлачења (тј. опоравак раствора који је остао на металу)
• коришћењем мешања ваздуха у испирању да би се повећала ефикасност испирања
• коришћење пластичних куглица у резервоарима за облагање да би се смањило замагљивање
• коришћење побољшане филтрације на резервоарима за облагање како би се смањила учесталост третмана пречишћавањем
• постављање ивичњака око свих процесних подручја како би се спречило изливање
• коришћењем одвојених третмана за регенерабилне метале као што је никл
• инсталирање система за опоравак као што су јонска размена, атмосферско испаравање, вакуумско испаравање, електролитичка рекуперација, реверзна осмоза и електродијализа
• допуњујући системе за опоравак са смањењем увлачења загађивача и побољшаним системима за чишћење
• користећи савремене контроле инвентара за смањење отпада и опасности на радном месту
• применом стандардних процедура (тј. писаних процедура, редовних оперативних прегледа и добрих оперативних дневника) како би се обезбедила основа за здраву структуру управљања животном средином.

Планирање животне средине за специфичне отпаде

Специфични токови отпада, обично истрошени раствори за облагање, могу се смањити:

• Филтрација. Картриџ или дијатомејска земља филтери се могу користити за уклањање накупљања чврстих материја, које смањују ефикасност процеса.
• Третман угљеником може се користити за уклањање органских загађивача (најчешће се примењује у никловању, бакарној галванизацији и цинковању и кадмијуму).
• Пречишћена вода. Природни загађивачи из воде и испирања (нпр. калцијум, гвожђе, магнезијум, манган, хлор и карбонати) могу се уклонити коришћењем дејонизације, дестилације или реверзне осмозе. Побољшање ефикасности воде за испирање смањује запремину муља из купатила који захтева третман.
• Замрзавање карбоната у цијанидном купатилу. Снижавање температуре купатила на –3 °Ц кристалише карбонате настале у цијанидном купатилу разградњом цијанида, прекомерном густином анодне струје и адсорпцијом угљен-диоксида из ваздуха и олакшава њихово уклањање.
• Падавине. Уклањање металних загађивача који улазе у купатило као нечистоће у анодама може се постићи преципитацијом са баријум цијанидом, баријум хидроксидом, калцијум хидроксидом, калцијум сулфатом или калцијум цијанидом.
• Алтернативе хексавалентним хромом. Хексавалентни хром се може заменити растворима за тровалентно хромирање за декоративне облоге. Превлаке за конверзију хрома за претходну обраду боје понекад могу бити замењене нехромираним превлакама или хромираним хемијама које се не испирају.
• Не-хелиране процесне хемије. Уместо да се хелатори додају процесним купатилима да би се контролисала концентрација слободних јона у раствору, могу се користити нехелиране процесне хемије тако да можда неће бити потребно држати метале у раствору. Овим металима се може дозволити да се таложе и могу се уклонити континуираном филтрацијом.
• Хемикалије које не садрже цијанидне процесе. Отпадни токови који садрже слободни цијанид се обично третирају хипохлоритом или хлором да би се постигла оксидација, а сложени цијаниди се обично таложе коришћењем гвожђе сулфата. Коришћење не-цијанидних процесних хемија истовремено елиминише корак третмана и смањује запремину муља.
• Одмашћивање растварачем. Топле алкалне купке за чишћење могу се користити уместо одмашћивања растварача пре обраде. Ефикасност алкалних средстава за чишћење може се побољшати применом електроструја или ултразвука. Предности избегавања испарења растварача и муља често превазилазе све додатне оперативне трошкове.
• Алкална средства за чишћење. Одбацивање алкалних средстава за чишћење када акумулација уља, масти и прљавштине од употребе достигне ниво који нарушава ефикасност чишћења купке може се избећи коришћењем уређаја за скидање плутајућих уља, уређаја за таложење или патронских филтера за уклањање честица и коалесцера уље-вода и коришћењем микрофилтрације или ултрафилтрације за уклањање емулгованих уља.
• Смањење повлачења. Смањење запремине извлачења из процесних купатила служи за смањење количине вредних процесних хемикалија које контаминирају воду за испирање, што заузврат смањује количину муља који настаје конвенционалним процесом преципитације метала.

Неколико метода за смањење повлачења укључују:

• Радна концентрација процесног купатила. Концентрацију хемикалија треба одржавати што је могуће нижом да би се минимизирао вискозитет (за брже одводњавање) и количина хемикалија (у филму).
• Радна температура процесног купатила. Вискозност процесног раствора се може смањити повећањем температуре купатила.
• Средства за влажење. Површински напон раствора може се смањити додавањем средстава за влажење у процесно купатило.
• Позиционирање радног предмета. Радни предмет треба поставити на сталак тако да се лепљиви филм слободно одводи и да се не заглави у жљебовима или шупљинама.
• Време повлачења или дренаже. Што се предмет брже уклања из процесне купке, то је дебљи филм на површини радног предмета.
• Ваздушни ножеви. Удувавање ваздуха на радни предмет док је сталак за радни предмет подигнут изнад процесног резервоара може побољшати дренажу и сушење.
• Спреј за испирање. Они се могу користити изнад загрејаних купатила тако да је брзина протока испирања једнака стопи испаравања резервоара.
• Платинг купке. Карбонате и органске загађиваче треба уклонити како би се спречило накупљање контаминације која повећава вискозитет купке за оплату.
• Дренажне плоче. Простори између процесних резервоара треба да буду покривени дренажним плочама како би се процесна решења ухватила и вратила у процесно купатило.
• Танкови за извлачење. Радне предмете треба ставити у резервоаре за извлачење (резервоар за „статичко испирање”) пре стандардне операције испирања.

Повлачење хемикалија користи различите технологије. Ови укључују:

• Испаравање. Атмосферски испаривачи су најчешћи, а вакуумски испаривачи нуде уштеду енергије.
• Јонска размена користи се за хемијско обнављање воде за испирање.
• Елецтровиннинг. Ово је електролитички процес у коме се растворени метали у раствору редукују и таложе на катоди. Таложени метал се затим обнавља.
• Електродијализа. Ово користи јонопропусне мембране и примењену струју како би се одвојиле јонске врсте из раствора.
• Обрнути осмоза. Ово користи полупропусну мембрану за производњу пречишћене воде и концентрованог јонског раствора. Висок притисак се користи да се вода прогура кроз мембрану, док већину растворених соли мембрана задржава.

Исперите воду

Већина опасног отпада произведеног у постројењу за завршну обраду метала потиче од отпадне воде која настаје операцијама испирања које следе након чишћења и облагања. Повећањем ефикасности испирања, објекат може значајно смањити проток отпадних вода.

Две основне стратегије побољшавају ефикасност испирања. Прво, може се створити турбуленција између радног предмета и воде за испирање кроз испирање спрејом и мешање воде за испирање. Користе се померање регала или принудна вода или ваздух. Друго, време контакта између радног предмета и воде за испирање може се повећати. Више резервоара за испирање постављених противструјно у низу ће смањити количину воде за испирање која се користи.

Индустриал Цоатингс

Термин премази укључује боје, лакове, лакове, емајле и шелаке, китове, пунила и заптиваче за дрво, средства за уклањање боја и лакова, средства за чишћење четкица и сродне производе за бојење. Течни премази садрже пигменте и адитиве дисперговане у течном везиву и мешавини растварача. Пигменти су неорганска или органска једињења која обезбеђују боју и непрозирност премаза и утичу на проток и трајност премаза. Пигменти често садрже тешке метале као што су кадмијум, олово, цинк, хром и кобалт. Везиво повећава адхезивност, кохезивност и конзистенцију премаза и примарна је компонента која остаје на површини када је премаз завршен. Везива укључују разна уља, смоле, гуме и полимере. Адитиви као што су пунила и екстендери могу се додати премазима како би се смањили трошкови производње и повећала трајност премаза.

Типови органских растварача који се користе у премазима укључују алифатичне угљоводонике, ароматичне угљоводонике, естре, кетоне, гликол етре и алкохоле. Растварачи диспергују или растварају везива и смањују вискозитет и дебљину премаза. Растварачи који се користе у формулацијама премаза су опасни јер су многи канцерогени за људе и запаљиви су или експлозивни. Већина растварача садржаних у премазу испарава када се премаз стврдњава, што ствара емисије испарљивих органских једињења (ВОЦ). Емисије ВОЦ постају све више регулисане због негативних ефеката на здравље људи и животну средину. Бриге о животној средини у вези са конвенционалним састојцима, технологијама наношења премаза и отпадом премаза су покретачка снага за развој алтернатива за превенцију загађења.

Већина премаза се користи на архитектонским, индустријским или специјалним производима. Архитектонски премази се користе у зградама и грађевинским производима и за декоративне и заштитне услуге као што су лакови за заштиту дрвета. Индустријски објекти укључују операције премазивања у различитим производним процесима. Индустрија аутомобилске индустрије, металних конзерви, пољопривредних машина, премазивања намотаја, намештаја и прибора од дрвета и метала и кућних апарата су главни потрошачи индустријских премаза.

Дизајн формулације премаза зависи од сврхе примене премаза. Премази обезбеђују естетику, заштиту од корозије и површине. Цена, функција, безбедност производа, безбедност животне средине, ефикасност преноса и брзина сушења и очвршћавања одређују формулације.

Процеси премазивања

Постоји пет операција које обухватају већину процеса премазивања: руковање и припрему сировина, припрему површине, премазивање, чишћење опреме и управљање отпадом.

Руковање и припрема сировина

Руковање и припрема сировина подразумева складиштење инвентара, операције мешања, разређивање и прилагођавање премаза и пренос сировина кроз објекат. Процедуре и праксе праћења и руковања су потребне како би се смањило стварање отпада услед кварења, неспецификације и неправилне припреме који могу бити резултат прекомерног проређивања и последичног расипања. Пренос, било ручни или преко цевоводног система, мора бити заказан како би се избегло кварење.

Припрема површине

Врста технике припреме површине која се користи зависи од површине која се облаже—претходна припрема, количина земље, масти, премаза који се наноси и потребна завршна обрада површине. Уобичајене операције припреме укључују одмашћивање, претходно премазивање или фосфатирање и уклањање премаза. За потребе завршне обраде метала, одмашћивање укључује брисање растварачем, хладно чишћење или одмашћивање паром халогенизованим растварачима, водено алкално чишћење, полуводено чишћење или чишћење алифатским угљоводоником ради уклањања органске земље, прљавштине, уља и масти. Кисело кисељење, абразивно чишћење или чишћење пламеном се користе за уклањање каменца и рђе.

Најчешћа операција припреме металних површина, осим чишћења, је фосфатни премаз, који се користи за унапређење адхезије органских премаза на металне површине и успоравање корозије. Фосфатни премази се наносе урањањем или прскањем металних површина раствором фосфата цинка, гвожђа или мангана. Фосфатирање је процес завршне обраде површине сличан галванизацији, који се састоји од серије хемијских процеса и купатила за испирање у које се делови урањају да би се постигла жељена припрема површине. Погледајте чланак „Површинска обрада метала“ у овом поглављу.

Уклањање премаза, хемијско или механичко, врши се на површинама које захтевају поновни премаз, поправку или инспекцију. Најчешћи метод уклањања хемијског премаза је уклањање растварача. Ови раствори обично садрже фенол, метилен хлорид и органску киселину за растварање премаза са обложене површине. Завршно прање водом за уклањање хемикалија може створити велике количине отпадне воде. Абразивно пескарење је уобичајен механички процес, сува операција која користи компримовани ваздух за покретање медијума за пескарење на површину како би се уклонио премаз.

Операције припреме површине утичу на количину отпада из специфичног процеса припреме. Ако је припрема површине неадекватна, што доводи до лошег премаза, онда уклањање премаза и поновно наношење додатно повећавају стварање отпада.

премазивање

Операција наношења премаза укључује преношење премаза на површину и очвршћавање премаза на површини. Већина технологија наношења премаза спада у 1 од 5 основних категорија: премазивање потапањем, премазивање у ролнама, премазивање протоком, премазивање спрејом и најчешћа техника, премазивање распршеним ваздухом помоћу премаза на бази растварача.

Премази распршени ваздушним распршивањем се обично изводе у контролисаном окружењу због емисије растварача и прекомерног распршивања. Уређаји за контролу прекомерног прскања су филтери од тканине или водени зидови, који генеришу или коришћене филтере или отпадну воду из система за чишћење ваздуха.

Очвршћавање се врши да би се везиво за премаз претворило у тврду, жилву, приањајућу површину. Механизми очвршћавања укључују: сушење, печење или излагање електронском снопу или инфрацрвеном или ултраљубичастом светлу. Очвршћавање ствара значајне ВОЦ из премаза на бази растварача и представља потенцијал за експлозију ако концентрације растварача порасту изнад доње границе експлозивности. Сходно томе, операције сушења су опремљене уређајима за контролу загађења ваздуха како би се спречиле емисије ВОЦ и за безбедносну контролу како би се спречиле експлозије.

Бриге за животну средину и здравље, повећани прописи који утичу на конвенционалне формулације премаза, високи трошкови растварача и скупо одлагање опасног отпада створили су потражњу за алтернативним формулацијама премаза које садрже мање опасне састојке и стварају мање отпада када се примењују. Алтернативне формулације премаза укључују:

• Високо чврсти премази, који садрже двоструку количину пигмента и смоле у ​​истој запремини растварача као конвенционални премази. Примена смањује емисију ВОЦ између 62 и 85% у поређењу са конвенционалним премазима на бази растварача ниске чврстоће јер је садржај растварача смањен.
• Премази на бази воде користећи воду и смешу органских растварача као носач са водом која се користи као база. У поређењу са премазима на бази растварача, премази на бази воде стварају између 80 и 95% мање емисија ВОЦ и истрошених растварача од конвенционалних премаза на бази растварача са ниским садржајем чврстог материјала.
• Прашкасти премази не садржи органски растварач, састоји се од фино уситњених пигмента и честица смоле. Они су или термопластични (високе молекуларне смоле за дебеле премазе) или термореактивни (једињења мале молекулске тежине која формирају танак слој пре хемијског унакрсног повезивања) прахови.

Чишћење опреме

Чишћење опреме је неопходна операција рутинског одржавања у процесима премаза. Ово ствара значајне количине опасног отпада, посебно ако се за чишћење користе халогенирани растварачи. Чишћење опреме за премазе на бази растварача традиционално се спроводи ручно са органским растварачима за уклањање премаза са процесне опреме. Цевовод захтева испирање растварачем у серијама док се не очисти. Опрема за премазивање мора се чистити између промена производа и након прекида процеса. Коришћене процедуре и праксе ће одредити ниво отпада који настаје из ових активности.

Управљање отпадом

Неколико токова отпада настаје процесима премазивања. Чврсти отпад обухвата празне контејнере за премазивање, муљ од премаза од прекомерног прскања и чишћење опреме, истрошене филтере и абразивне материјале, суве премазе и крпе за чишћење.

Течни отпад обухвата отпадну воду од припреме површине, контроле прекомерног прскања или чишћења опреме, ван спецификације или вишак материјала за премазивање или припрему површине, прекомерно прскање, просуте и истрошене растворе за чишћење. Рециклажа затворене петље на лицу места постаје све популарнија за истрошене раствараче како трошкови одлагања расту. Течности на бази воде се обично третирају на лицу места пре испуштања у системе за третман у јавном власништву.

Емисије ВОЦ се генеришу свим конвенционалним процесима наношења премаза који користе премазе на бази растварача, што захтева контролне уређаје као што су јединице за адсорпцију угљеника, кондензатори или термички катализатори.

Назад