Prevención de la contaminación en el forro …

Prevención de la contaminación en el forro ...

En este capítulo se proporciona una visión general de las técnicas de prevención de la contaminación que se aplican a platear líneas dentro de las operaciones de acabado de metales. Como se describe en general de la industria de acabados metálicos. la línea de recubrimiento es la parte del proceso de acabado de metales, donde el metal se aplica a un sustrato.

Prácticas de prevención de la contaminación comunes presentó una serie de técnicas generales de prevención de la contaminación para todo tipo de operaciones de acabado de metales. Estas técnicas generales pueden aplicar en una variedad maneras a las líneas de galvanoplastia. Las siguientes son algunas aplicaciones específicas de estas técnicas a los baños electrolíticos.

La limpieza general

Vigilancia de la composición del baño / Química

El control apropiado de los parámetros de funcionamiento de baño puede ocasionar una calidad de pieza de trabajo más consistente, así como la duración del baño por más tiempo. Esta estrategia es simple: determinar los parámetros de funcionamiento críticos y mantener dentro de los límites aceptables. El primer paso en este proceso es determinar los parámetros de funcionamiento óptimas para el proceso. El siguiente paso es garantizar la supervisión periódica de la química del baño, que es esencial en la determinación de la cantidad adecuada de productos químicos para agregar para mantener los parámetros de operación eficientes. Para muchas soluciones, kits de pruebas de campo simples están disponibles. La determinación de los parámetros de funcionamiento sobre una base de línea de recubrimiento individual es importante porque los proveedores a veces establecen especificaciones de concentración para los niveles más altos de lo que se requiere para un funcionamiento eficaz. Las concentraciones más altas significa un aumento en la generación de residuos y el arrastre. Muchas instalaciones de galvanoplastia dependen en gran medida de los proveedores para proporcionarles parámetros óptimos de operación. En algunos casos, las tiendas envían muestras mensualmente a sus proveedores, además de los análisis realizados en las instalaciones diarias. Las siguientes secciones describen los parámetros de funcionamiento de una instalación que deben establecer y las formas de determinar esos valores (IAMS 1995).

Proceso temperatura del baño de operación

El aumento de la temperatura del baño se reducirá la viscosidad de la solución de deposición, lo que permite el drenaje rápido de la pieza de trabajo y reducir la cantidad de solución que se arrastra en baños posteriores. Los operadores, sin embargo, deben evitar el uso de temperaturas muy altas debido a que muchos aditivos se descomponen en alta temperatura, y la acumulación de carbonato de aumentos en las soluciones de cianuro. Las temperaturas excesivas pueden causar también la solución del proceso se seque sobre la pieza durante la extracción, lo que aumenta el arrastre, el uso del agua, y los costos de mano de obra (appu 1995).

Proceso de alta temperatura del baño de operación

ventajas

  • Reduce la pérdida de volumen de dragout
  • Permite el uso de menores concentraciones de las soluciones

desventajas

  • Aumenta los costos de energía
  • Aumenta será necesaria la evaporación ya que más agua para reponer baño del proceso
  • Puede aumentar la exposición de los trabajadores a causa de emisiones más altas de baño del proceso (por ejemplo, baños de cianuro) (appu 1995)

Concentración de la solución de chapado

Las instalaciones deben determinar la concentración más baja de los productos químicos que se pueden utilizar para obtener un acabado de calidad. Si la línea de proceso se hace funcionar a temperaturas más altas, concentraciones más bajas se pueden utilizar para obtener resultados equivalentes a concentraciones más altas a temperaturas más bajas. En general, cuanto mayor es la concentración de productos químicos en una solución, mayor es la viscosidad y el arrastre. Como resultado, la película que se adhiere a la pieza de trabajo durante la retirada del baño de proceso es más gruesa y no drena de nuevo en el baño de proceso lo más rápido. La reducción de la concentración de la solución de recubrimiento puede aumentar la capacidad de la solución de proceso para drenar de manera eficiente a partir de una pieza de trabajo (EPA 1992).

Muchos fabricantes de productos químicos recomiendan una concentración de funcionamiento que es más alta de lo necesario. Para determinar la concentración del baño proceso más bajo posible, una instalación debe mezclar un baño nuevo proceso a la concentración recomendada mediana. Como se repone el baño de proceso, los operadores pueden seguir reduciendo la concentración química hasta que la calidad del producto comienza a deteriorarse. Por otra parte, los operadores pueden mezclar el nuevo baño a una concentración baja y aumentar gradualmente la concentración hasta el baño limpia, graba, o placas de las piezas de prueba adecuadamente. Las instalaciones pueden operar los baños de proceso de limpieza fresca a concentraciones más bajas que los baños utilizados. productos químicos de maquillaje se pueden añadir al baño usado el aumento de la concentración gradualmente para mantener el funcionamiento eficaz (EPA 1992).

Baja Concentración solución de deposición

ventajas

  • Reduce las pérdidas dragOut
  • Reduce el uso de químicos y costes
  • Reduce las tasas de generación de lodos

desventajas

  • Disminuye la tolerancia a las impurezas
  • Puede que no sea una opción si las especificaciones contractuales requieren una cierta concentración (URPA 1995)

La concentración más baja Chapado Solución Estudio de caso

EPA documentó una empresa que utiliza soluciones de chapado de baja concentración en vez de concentraciones de punto medio con el fin de reducir la masa total de los productos químicos arrastraron fuera. Este caso se refiere a cinco depósitos de níquel y un el arrastre anual de 2.500 galones. El costo de capital fue de $ 0 y eliminación de materia prima y los ahorros fueron de $ 1.300. (APPU 1995)

Aditivos para baños electrolíticos

Platers utilizar comúnmente varios aditivos químicos para ayudar en el proceso de recubrimiento y para reducir la generación de residuos. La mayoría de estos productos químicos se utilizan para reducir el arrastre de la solución en el agua de enjuague. Algunos de los aditivos más comunes se describen a continuación.

Agentes humectantes

Los agentes humectantes también pueden crear problemas de formación de espuma en los baños de proceso y podrían no ser compatibles con los sistemas de tratamiento de residuos. Por estas razones, los impactos, tanto en el baño de proceso y sistema de tratamiento deben ser evaluados antes de su uso (Ford 1994).

Agentes humectantes

ventajas

  • Reduce la pérdida de dragout por tanto como 50 por ciento
  • Puede mejorar la calidad de acabado

desventajas

  • Puede crear problemas de formación de espuma en baño del proceso
  • Algunas composiciones químicas de baño no son compatibles con agentes humectantes (URPA 1995)

Humectantes Estudio de caso

Productos químicos de proceso no quelados

Las empresas utilizan complejantes, incluyendo quelantes, en baños de procesos químicos para controlar la concentración de iones metálicos libres en la solución más allá de su límite de solubilidad normal. Los quelantes se encuentran generalmente en los baños utilizados para el grabado de metal, limpieza y deposición sin corriente eléctrica. Sin embargo, una vez quelantes compuestos entran en la corriente residual, que inhiben la precipitación de metales y tratamiento adicional debe ser utilizado. Estos productos químicos de tratamiento terminan como lodos y contribuyen al volumen de residuos peligrosos. Por ejemplo, cuando platers utilizan sulfato ferroso, un precipitante popular, el volumen de los lodos aumenta de manera significativa. Para algunas aplicaciones, los operadores de añadir sulfato ferroso en una proporción de 8: 1. Además, muchos de los baños de proceso usados ​​que contienen quelantes no pueden ser tratados en el lugar y se ponen en contenedores para su eliminación fuera del sitio, añadiendo a los costes de eliminación de residuos (EPA 1992).

acabado de metales utilizan una variedad de quelantes en diferentes procesos. En general, complexores leves, tales como fosfatos y silicatos se utilizan para la mayoría de los procesos de limpieza y de grabado. baños de metalización sin electricidad típicamente están quelados con compuestos quelantes ácido orgánico más fuertes que incluyen ácido cítrico, ácido maleico, y ácido oxálico. Algunas empresas también utilizan el ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), pero con menos frecuencia que los otros quelantes (PRC 1989). Sin embargo, EDTA es un componente común en muchos productos de limpieza.

Las empresas pueden utilizar químicas no quelados de proceso para procesos (por ejemplo, de limpieza alcalina y grabado) en el que mantener los metales eliminados de las superficies de piezas de trabajo en la solución para el tratamiento posterior puede no ser necesario. Una aplicación de lo anterior es chapado maniquí. En tales casos, los metales pueden ser autorizados a precipitar y el baño de proceso se pueden filtrar para eliminar los sólidos. Sin embargo, los productos químicos no quelados no se utilizan para deposición sin corriente eléctrica debido a que los quelantes desempeñan un papel importante al permitir que el baño de recubrimiento a la función (PRC 1989).

No quelados baños de limpieza proceso por lo general requieren la filtración continua para eliminar los sólidos. Estos sistemas generalmente tienen un filtro con tamaños de poro de 1 a 5 micras de espesor con una bomba que puede filtrar el contenido del tanque una vez o dos veces cada hora (PRC 1989). El costo de un sistema de filtro varía de aproximadamente $ 400 a $ 1,000 por cada tanque. Los costos de operación incluyen sustitución del filtro, así como los costes de eliminación y mantenimiento. Sin embargo, las empresas darán cuenta de ahorros en la reducción de tratamiento de residuos, manejo de lodos, y los costes de eliminación de los baños agotados. Otra ventaja importante de productos químicos de proceso no quelados es que la capacidad de eliminación de metal de tratamiento de aguas residuales generalmente se mejora y el efluente tratado es más probable que cumplir los límites de descarga (EPA 1992).

Una instalación puede aplicar varias modificaciones para reducir la contaminación del baño de proceso, alargando su vida y reducir la generación de residuos. Estas técnicas incluyen el uso de la atención adecuada ánodo, agua purificada, y los sistemas de ventilación / escape.

Ánodos: Pureza, embolsado, y Colocación

Los ánodos utilizados en el proceso de recubrimiento a menudo contienen impurezas que pueden contaminar un baño de proceso. Los ánodos con los grados más altos de pureza no contribuyen a la contaminación del baño, sin embargo, su coste puede ser mayor que los ánodos menos puras. Además, algunos contaminantes se añaden al ánodo para ayudar en el proceso de recubrimiento. Por lo tanto, haciendo coincidir correctamente el ánodo al proceso es crítico. Un método para reducir la contaminación de los ánodos es colocar bolsas de tela alrededor de ellos.

Esta técnica se puede evitar que las impurezas insolubles de entrar en un baño. Sin embargo, las bolsas deben ser mantenidos y hechos de un material que es compatible con la solución de proceso (EPA 1992). Para algunas soluciones de proceso, tales como cianuro de cobre, ensacado no es una opción viable. Las instalaciones también pueden experimentar con la colocación del ánodo en el baño de proceso. La colocación correcta del ánodo puede aumentar la calidad del proceso de recubrimiento que resulta en un menor número de rechazos, y puede reducir la necesidad de volver a trabajar piezas de trabajo.

Agua purificada

Las empresas pueden utilizar desionizada, destilada, o agua de ósmosis inversa para reemplazar el agua del grifo para el maquillaje del baño de procesos y operaciones de aclarado. contaminantes naturales tales como calcio, hierro, magnesio, manganeso, cloro, carbonatos, fosfatos y pueden reducir la eficiencia del agua de enjuague, minimizando el potencial para la recuperación dragout y el aumento de la frecuencia de baño de proceso dumping. Estos contaminantes también contribuyen al volumen de lodo cuando se extraen de las aguas residuales durante el tratamiento (EPA 1992). Para más información sobre temas relacionados con el agua purificada se incluyen en las Prácticas de prevención de la contaminación comunes en la sección sobre monitoreo de la calidad del agua.

Los sistemas de ventilación / escape

Depuradores, de-vaporizadores, y las trampas de condensado eliminar las gotas y vapores de aire que pasa a través arrastradas sistemas de ventilación y de escape. Si segregados, los operadores pueden devolver algunos residuos de depuradores para procesar los baños después de la filtración. ventilación corriente ascendente permite que la niebla se acumule en el sistema de escape y el flujo de vuelta al tanque de proceso. Por ejemplo, los baños de cromado duro se pueden beneficiar de un sistema de ventilación corriente ascendente (EPA 1992).

baños de proceso que generan niebla hexavalente (por ejemplo baños de cromado y baños de níquel / cobre agitado con aire) deben estar en los tanques que tienen más de francobordo con el fin de reducir la cantidad de niebla en el sistema de ventilación. El espacio adicional en la parte superior del depósito (es decir, el francobordo) permite la niebla para volver a la bañera antes de arrastre en el aire que entra en el sistema de escape. Platers también se puede utilizar mantas de espuma o bolas de polipropileno flotando en baños de cromo duro o decorativos para mantener nieblas de alcanzar el sistema de escape (EPA 1992).

Sustitución química

Un chapista puede utilizar varios sustitutos químicos para reducir la cantidad de materiales tóxicos. Información detallada sobre estos sustitutos se presenta en las operaciones de acabado de Pre y en las próximas secciones de este capítulo. Sustitutos son los más utilizados para el cianuro debido a su toxicidad.

Reemplazar Cianuro-Based Chapado con procesos no cianurados-Basado

La conversión de los baños de proceso a las químicas de proceso no cianurados puede, en algunos casos, simplificar el tratamiento de aguas residuales, reducir los costos de tratamiento, y disminuir la generación de lodos. Las alternativas están disponibles para la mayoría de los procesos que contienen cianuro, como plata, cadmio, zinc, oro y cobre chapado. Sin embargo, inconvenientes a menudo están asociados con el cambio a chapado proceso sin cianuro. Para una descripción más detallada de las alternativas de cianuro, consulte la sección de prevención de la contaminación por cianuro Chapado-Basado en este capítulo.

En el sitio de Reciclaje y Recuperación

Existen varias oportunidades para chapistas para reciclar o reutilizar soluciones en baños ya sea dentro de los mismos tanques o en otros procesos. Esta sección cubre la regeneración de ácido solución, enjuague reactivo, y pasó la reutilización solución.

Regeneración solución de ácido

Pasamos Acid Bath Reciclar (Reactivo de enjuague)

Otro uso de las aguas de enjuague pasado limpieza ácida es como un influente para el enjuague después de un proceso de ataque leve. Por otra parte, el agua de enjuague de los enjuagues finales o críticos, que tienden a ser menos contaminada, puede ser utilizado en operaciones que no se requiera un alto grado de eficacia del lavado de enjuague. Los costos para la implementación de un sistema para reutilizar el agua puede variar mucho. Los sistemas simples pueden costar tan poco como unos pocos cientos de dólares, mientras que un sistema complejo puede costar cientos de miles de personas. La Figura 6 ilustra la reutilización de las aguas de enjuague para una limpieza alcalina, grabado al ácido suave, y la línea de la limpieza ácida.

Pasamos solución del baño Reutilización

baños de proceso que se han vuelto demasiado contaminada para la realización de operaciones a menudo son objeto de dumping en placas. Sin embargo, estas soluciones pueden tener usos valiosos en otras operaciones de acabado de metales, tales como:

  • precipitación del metal: soluciones cáusticas no quelados se puede utilizar para precipitar los metales. Sin embargo, las soluciones de limpieza que contienen detergentes, tensioactivos, y altas concentraciones de agentes humectantes tienden a destruir el floculante / capacidad del metal precipitado sedimentación (Ford 1994).
  • tratamiento de cromo: Las soluciones pueden actuar como reguladores del pH en un tanque de precipitación (precipitación se discute en la siguiente sección). Por ejemplo, las soluciones de ácido se pueden utilizar para ajustar el pH en el tratamiento de reducción de cromo. Sin embargo, debido a que estas soluciones suelen tener un alto contenido de metal, no deben ser utilizados para los ajustes de pH finales. Al igual que con la reutilización de las aguas de enjuague gastado, las instalaciones deben comprobar para asegurarse de que las soluciones de baño del proceso agotadas son compatibles antes de ser utilizados (EPA 1992).
  • tratamiento metales quelados: ácidos usados, en particular los de alto contenido de hierro, tales como reactivos de ataque cloruro férrico y soluciones de acero y de decapado de hierro, son particularmente deseables para el ajuste del pH (Ford 1994).
  • tratamiento Cyanide: soluciones cáusticas no quelados se puede utilizar para elevar el pH en la primera etapa del tratamiento de cianuro. En la segunda etapa, el pH se puede bajar con ácido gastado, pero se debe tener cuidado de no utilizar ácidos usados ​​que contienen níquel o hierro ya que estos metales forman complejos con cianuro que son extremadamente refractario a la cloración alcalina (Ford 1994).

La segregación de residuos

Eliminación de los sólidos por filtración

La filtración es una de las técnicas más comunes disponibles para mantener la pureza baño de proceso. Con mayor frecuencia, platers utilizan filtros de cartucho, ya sea como en el tanque o unidades externos para eliminar los sólidos en suspensión de la solución de proceso. La mayoría de los cartuchos en uso son desechables. Sin embargo, los filtros reutilizables están también disponibles. Los sistemas de filtros también se pueden utilizar en las operaciones de pre-acabado (principalmente en tanques más grandes). El costo varía dependiendo del tamaño y el tipo de filtro de los usos tienda (Cushnie 1994).

Filtración

ventajas

  • Prolonga la vida del baño
  • Reduce la compra de productos químicos para el maquillaje de baño y neutralización
  • Los filtros reutilizables disminuyen los costos de operación

desventajas

  • Ocupa espacio en el depósito (APPU 1995)

desventajas

  • Finalmente, el proceso ya no es efectiva y baño tendrá que ser objeto de dumping (URPA 1995)

La eliminación de contaminantes metálicos a través de baja corriente de electrólisis (Maniquí Chapado)

Un problema común con baños de galvanoplastia es la introducción de contaminantes metálicos en el baño que reducen la eficacia de la solución. El cobre es un metal contaminante común que se acumula en los baños de galvanoplastia. El cobre puede ser retirado de zinc y níquel baños a través de un proceso llamado chapado maniquí. chapado simulado es un proceso de tratamiento electrolítico en el que los contaminantes metálicos en una solución de acabado de metales se siembran usando electrólisis baja densidad de corriente. El proceso se basa en el principio electrolítico que el cobre puede ser chapada en una corriente eléctrica de baja (Ford 1994).

Cuando la concentración de cobre en un baño de proceso se vuelve demasiado alta, un operador puede colocar un panel en el baño electrolítico (el baño debe funcionar durante 1 o 2 días). Una corriente de goteo entonces se ejecuta a través del sistema, por lo general a una densidad de corriente de 1 a 2 amperios por pie cuadrado. En esta corriente, el cobre en la solución del baño de chapado se depositarse sobre el panel, pero los aditivos para el baño de chapado no se ven afectados. Algunos de los metales que platean también se pueden eliminar sin darse cuenta, pero el ahorro de extender la vida de la bañera por lo general justifica la pérdida de metal. Para obtener más información sobre este proceso, consulte la sección de técnicas de recuperación en la prevención de la contaminación en el aclarado.

La eliminación de Organics El uso de tratamiento con carbón

tratamiento de carbono de baños de galvanoplastia es un método común de la eliminación de contaminantes orgánicos. El carbono absorbe impurezas orgánicas que están presentes como resultado de la introducción de aceite o descomponer los componentes de baño. El tratamiento con carbón se puede utilizar tanto en una base continua y por lotes. Varios métodos de filtración están disponibles, incluyendo cartuchos de filtración de carbono (restringido para su uso en aplicaciones pequeñas), filtros de carbón, filtros de pre-capa, y la aplicación / agitación / filtración a granel. Las dosis típicas son de 1 a 4 libras de carbono por cada 100 galones de solución (Cushnie 1994).

La filtración de carbono Estudio de caso

Tal vez la única sustancia química más tóxica usada en el acabado de metales en una base de peso por peso es de cianuro. Electroplaters están en mayor riesgo de exposición al cianuro de hidrógeno (HCN) a través de la ingestión e inhalación, ya sea a través de un evento catastrófico o niveles bajos asociados con el procesamiento. Contacto con la piel con sales de cianuro disuelto es algo menos peligroso, pero causará irritación de la piel y erupciones cutáneas (Mabbett 1993).

Esta sección contiene información sobre las alternativas disponibles para chapado cianuro. La primera parte analiza la información general relativa a la sustitución de las soluciones no-cianuro para los baños tradicionales a base de cianuro. La siguiente sección se refiere a soluciones específicas (por ejemplo chapado de latón, cadmio, cobre, metales preciosos, y zinc) y proporciona información sobre los parámetros bioquímicos de baño alternativos y aplicación con éxito de tecnologías de reciclaje y recuperación.

La sustitución de cianuro puede tener efectos profundos en una unidad de acabado metálico. El cianuro, en la forma de sodio o cianuro de potasio, ha sido un componente clave de las soluciones de chapado durante muchos años, en particular en chapado de cobre, zinc, y otros metales. El cianuro es un excelente complexer y tiene una amplia tolerancia para las impurezas y las variaciones en la composición del baño. principales desventajas de cianuro son la toxicidad y el alto costo de tratamiento de aguas residuales (Ford 1994).

Por estas razones, la EPA y muchos estados limitan severamente la descarga de cianuro. Chapistas suelen utilizar un proceso de cloración alcalina que requiere hipoclorito de sodio o cloro para el tratamiento de corrientes residuales que contienen cianuro libre. Estos productos químicos pueden contribuir sustancialmente al lodo generación (Braun Intertec 1992). Para cianuros complejos, platers utilizan típicamente ultravioleta (UV) / ozono o tratamiento UV / peróxido. Este proceso es simple y rentable (Gallerani 1996).

Visión general de no cianurados Sustitutos

Muchos platers metal están buscando alternativas a chapado tradicional basado en cianuro. La preocupación por la salud y seguridad ocupacional, los costos de tratamiento de residuos, requisitos de cumplimiento normativo, y la posible responsabilidad han animado a los gestores de proceso para investigar nuevas tecnologías de chapado, no cianurados. La primera y más completa sustitución de cianuro que ha tenido lugar en la industria es la conversión del cianuro de zinc al cloruro de zinc o alcalinas de zinc (TURI 1994).

Las alternativas no cianuro generalmente han demostrado ser base específica y, por lo tanto, no son fáciles de sustituir. Además, las soluciones de chapado no cianurados son menos tolerantes que los baños de cianuro a los suelos que quedan en partes para chapado. Las empresas deben mantener los estándares más altos de limpieza si cambian a soluciones no-cianuro. Otra desventaja de los sustitutos no cianurados es que tienden a costar más que los baños convencionales (Ford 1994). Además, algunas de las tecnologías de recuperación comunes son más difíciles de usar con sustitutos no de cianuro.

Las alternativas no basadas en cianuro están disponibles para cianuro de cobre, zinc y cadmio procesos de galvanoplastia. Estos sustitutos pueden reducir los requerimientos reguladores de información, menos riesgos para los trabajadores, disminuir el impacto ambiental, y disminuir la responsabilidad corporativa. Platers deben sopesar las ventajas y desventajas de los baños no cianurados para aplicaciones específicas (Braun Intertec 1992).

La siguiente lista describe los factores que los proveedores de asistencia técnica deben tener en cuenta al recomendar cambios en una solución sin cianuro:

  • A menudo, varias soluciones de cianuro no sustituyen a la línea de cianuro sola.
  • Los controles del proceso y las prácticas de limpieza deben mantenerse dentro de unos límites más estrictos.
  • Sin la capacidad de complejos de cianuro, la retirada periódica de hierro y otros contaminantes potenciales podrían ser necesarias para asegurar la calidad de depósito. La filtración en general, es necesario cuando se utilizan procesos no cianurados.
  • Los tonos de color obtenidos en los depósitos de cromado no cianurados no siempre coinciden con los obtenidos con las mismas cromatos de color sobre los depósitos de cianuro. Los clientes deben ser notificados cuando la segregación de productos con diferencias de tono de color es importante.
  • Algunos procesos no cianurados no se adhieren satisfactoriamente a todas las superficies y tienden a ser frágil a altas temperaturas.
  • procesos no cianurados alcalinas generalmente proporcionan más depósitos dúctiles para las operaciones de formación subsiguiente de hacer procesos no cianurados de ácido.
  • En ambos procesos no cianurados ácidos y alcalinos, se requieren niveles más altos de agentes abrillantadores orgánicos o no orgánicos para lograr un acabado más estético atractivo. Sin embargo, residuo que queda en la pieza de trabajo puede causar problemas en futuros procesos de acabado tales como cromado.
  • sustitutivos del ácido requieren un revestimiento apropiado, tal como plástico (TURI 1994).

proveedores de asistencia técnica deben asegurarse de que las empresas que están considerando una conversión a un sustituto sin cianuro entienden los peligros inherentes a la conversión de una línea de cianuro. Muchos problemas se pueden evitar, siempre y cuando las empresas a desarrollar un plan bien pensado. La mayoría de los accidentes con cianuro en las operaciones de acabado de metales se han producido a causa de las conversiones mal planificadas de una línea de recubrimiento de cianuro para operaciones no cianurados (Gallerani 1996).

Las siguientes secciones proporcionan descripciones detalladas de los procesos utilizados comúnmente cianuro de chapado (latón, cadmio, cobre, metales preciosos, estaño y zinc) y las alternativas disponibles.

latón Chapado

Usos comunes

chapado de latón es uno de los procesos de chapado de aleación más comunes en uso hoy en día. Latón puede ser plateado en muchas aplicaciones y en diferentes grosores. Otra propiedad de chapado de latón es su capacidad para proporcionar una buena adherencia al acero y el caucho. El latón es, por lo tanto, que se utiliza comúnmente en la fabricación de cable de alambre de acero para su uso en neumáticos. Otras aplicaciones de las planchas de latón incluyen una variedad de acabados decorativos y de ingeniería (strow, 1982).

Placa de cobre viene en variedad de colores desde el amarillo hasta varios tonos de bronce y marrón. En algunos casos, platers utilizan latón como una placa muy delgada sobre otras placas brillantes. El níquel se utiliza a menudo bajo una placa de bronce para nivelar la superficie. Una placa de bronce luego se aplica sobre el níquel para proporcionar una superficie de latón brillante. latón amarillo es el material más común utilizado en el enchapado de latón. latón de color dorado se utiliza a menudo como una placa decorativa. El principal problema en la aplicación de un acabado de latón es rápida pérdida de brillo. La solución convencional a este problema es aplicar una capa protectora de la capa clara transparente en polvo o laca (Strow 1982).

Soluciones de baño común

soluciones de chapado de latón típicos son a base de cianuro. Los ingredientes básicos de una solución de chapado de latón cianuro son cianuro de sodio, cianuro de cobre, y cianuro de zinc. Otros constituyentes incluyen amoníaco y carbonato. En algunos casos, platers también añadir carbonato de sodio para proporcionar una acción de amortiguación de modo que el color de la placa es consistente. La proporción de cianuro de zinc es el elemento clave en el control de color de la placa y la composición de la aleación (Strow 1982).

contenido de baño

Soluciones alternativas para baño Latón Chapado

Entre los no-cianuro baños de latón, pirofosfato parece ser uno de los más prometedores. Sin embargo, los informes de campo han indicado que los aditivos son necesarios para operar esta aplicación correctamente. De lo contrario, se presentan problemas con el zinc sin alear conseguir contenida en el depósito. acabados metálicos han utilizado la histidina aditivo en una solución de pirofosfato de éxito. Los depósitos han demostrado cualidades similares a los depósitos de aleación de zinc de cobre tradicionales (Fujiwara 1993a).

Las pruebas se han completado en un baño de pirofosfato-tartar alcalina que contiene histidinas como una alternativa a las soluciones de cianuro de cobre. Las pruebas en estas soluciones han encontrado que su composición de la aleación fue casi constante en un amplio intervalo de densidades de corriente. Por otra parte, los depósitos de cobre brillantes que tienen una composición y color uniforme se obtuvieron durante casi toda el área del cátodo. Las pruebas se realizaron en una solución de baño que tenía un pH de 12,0 y una temperatura constante de 30 grados Celsius.

nitruro de zirconio es un recubrimiento que tiene características similares a las de latón y se aplica mediante un proceso de deposición alternativo. Este compuesto es mucho más fácil que el bronce a la placa y no se empaña. La superficie tiene un aspecto metálico y un tono de color bronce. La solución utiliza un proceso de deposición llamada sputterion chapado. chapado Sputterion consiste en recubrir una película fina en una capa uniforme sobre un material para formar una fuerte unión atómica. La película proporciona una buena resistencia al desgaste y sin variación de color que puede resultar de deslustre. En este proceso, la totalidad o algunas partes de la material a depositar entrar en una fase de gas y condensación del material se lleva a cabo bajo el bombardeo de iones constante (Kopacz 1992). Para obtener información adicional acerca de chapado sputterion, consulte Métodos Alternativos de metal de deposición.

Métodos de deposición alternativos

El proceso de electrorrevestimiento se ha utilizado como una alternativa a la galvanoplastia de latón. Este proceso coloca el revestimiento de metal sobre el sustrato a través de electrorrevestimiento. Se presenta en un color bronce y en clara y se puede utilizar para algunas aplicaciones decorativas. No se trata de placas de metal, sin embargo, la superficie terminada se asemeja a un acabado plateado. Este acabado proporciona una excelente resistencia en las pruebas de niebla salina. Un chapista en Illinois está utilizando este proceso de fundición inyectada de cinc como un reemplazo para la placa de latón (Peden, 1996).

El cadmiado

Usos comunes

Cadmio exhibe una resistencia superior a la corrosión (especialmente en ambientes marinos), lubricidad, y otras propiedades de ingeniería específicos. El cadmio también se suelda fácilmente. Por otra parte, debido a su toxicidad, hongo o el crecimiento de moho no es un problema. A menudo, el material recubierto de cadmio está cromada para aumentar la resistencia a la corrosión. El segmento más grande del mercado de cadmio chapado es la militar, que está empezando a cambiar sus especificaciones de los productos menos tóxicos (Haveman 1994).

Solución de baño común

El método más común para galvanoplastia cadmio es un baño de cianuro alcalino. El cadmio se suministra al baño en forma de cadmio y sus compuestos metálicos. Una para todo uso, brillante baño de cadmio tiene un cianuro de sodio a la proporción de cadmio de 5: 1. El hidróxido de sodio y carbonato de sodio también se utilizan en la solución del baño. Las temperaturas de funcionamiento oscilan entre los 24 grados centígrados a 32 grados centígrados. Se requiere una densidad de corriente de 20 a 40 amperios por pie cuadrado para conseguir un espesor de recubrimiento uniforme (ASM 1982).

Soluciones procedimiento alternativo para el cadmiado

soluciones cadmiado de los que no utilizan cianuro están disponibles comercialmente. Estos incluyen el ácido cadmio y soluciones de chapado alcalina cadmio. Dada la toxicidad del cadmio, sin embargo, los sustitutos ambientalmente más preferible no utilizan ninguno de cadmio o cianuro. Sustitución de revestimientos a base de cianuro de cadmio con uno de los no-cadmio, cianuro alternativas no elimina la exposición del lugar de trabajo tanto para el cadmio y cianuro y reduce las emisiones ambientales de ambos productos químicos. Tablas 9 y 10 presentan una visión general de las alternativas disponibles. Estas alternativas incluyen varios baños no cianurados base de cadmio, varias combinaciones de sustancias químicas a base de zinc y dos alternativas a base de estaño. Algunas de las alternativas han mejorado el rendimiento en comparación con el cadmio. Estos beneficios incluyen:

  • El zinc sustitutos exhiben una resistencia mejorada a la corrosión
  • aleaciones de zinc-níquel tienen mejor resistencia al desgaste
  • depósitos de zinc-cobalto presentan una buena resistencia a los ambientes que contienen dióxido de sodio

Algunas de las limitaciones de las alternativas de cadmio incluyen:

  • El aumento de la resistencia de contacto eléctrica para recubrimientos de zinc
  • lubricidad reducida
  • poder de penetración Disminución
  • Disminución de la resistencia a la corrosión en ambientes marinos

Alternativas

(+) Excelentes propiedades de soldabilidad

El cadmio neutra o ácida / sulfato de cadmio Ácido Fluoroborate

Tres sin cianuro, las alternativas a base de cadmio están disponibles: sulfato neutro, fluoroborato de ácido, o sulfato ácido. Sin embargo, estas alternativas a base de cadmio no tienen el poder de penetración de los procesos de cadmio de cianuro. El único sustituto que es capaz de una alta eficiencia del cátodo es fluoroborato de ácido, pero sólo a elevadas densidades de corriente. Dado que el cadmio es también una sustancia altamente regulado, las alternativas no cianurados que aún utilizan el cadmio no son tan preferible como los sustitutos que no contienen ni cadmio o cianuro (Pearlstein 1991).

Plating con aleaciones de zinc requiere que los parámetros de funcionamiento están controladas y se mantengan los estándares mucho más estrictos que con el cadmiado cianuro. Los parámetros críticos son el pH, la química, la temperatura y el nivel de agitación. aleaciones de zinc-níquel se pueden sembrar a partir de un proceso basado en el cloruro de que es similar a los baños de cloruro de cinc o de una solución de zinc sin cianuro alcalino. abrillantadores y otros aditivos hacen que estos procesos de aleación más caro de comprar y operar que los baños de cadmio. El metal de aleación se añade por lo general como un concentrado químico, que se compra al proveedor. Los ánodos de zinc generalmente se utilizan con esta solución porque ánodos de aleación no están fácilmente disponibles (Altmayer 1993a).

Para aplicaciones que requieren cadmio resistencia a la corrosión mejorada para ambientes salinos, aleaciones de zinc son sustitutos adecuados. zinc puro también se puede utilizar como un sustituto de los depósitos de cadmio pesados ​​(más de 1 milímetro de espesor). Sin embargo, los depósitos de aleación de zinc puede dejar de ser sustitutos adecuados cuando se especifica el cadmio por las siguientes características: una mayor lubricidad, capacidad de soldadura, baja resistencia de contacto eléctrica, facilidad de desmontaje después de haberse producido la corrosión, o la inhibición de hongo o moho crecimiento (Bates 1994).

El tratamiento de agua de enjuague de galvanoplastia de aleación de zinc por lo general es simplemente de ajustar el pH, eliminando la necesidad de la oxidación del cianuro. El zinc y cobalto, procesos de zinc-estaño, hierro y zinc-no añaden ningún metal al proceso que actualmente se regula en los programas de agua federales (Altmayer 1993a). Las siguientes secciones proporcionan una breve descripción de algunas de las aleaciones de zinc más comunes.

Alcalinas baños de cinc-níquel producen un depósito que tiende a favorecer a las aplicaciones que no requieren la capacidad de flexión. Esas aplicaciones son más adecuados para la estructura laminar de baños de ácido. recubrimientos de zinc-níquel alcalinos, sin embargo, proporcionan una de las calificaciones más altas de protección a la corrosión disponibles con un revestimiento de conversión de cromato. la protección a la corrosión es el resultado de la solución de cromato disolviendo algo de zinc de la superficie, dejando una capa rica en níquel. acabados de zinc-níquel proporcionan buenas propiedades de corrosión después de partes de formación de las operaciones y el tratamiento de calor. Otras características de alcalina de cinc-níquel son metales formulación de baja, gama limitada de colores cromato, dificultad en cromado debido a su contenido de níquel, y las limitaciones de temperatura que requieren un enfriador para el control (Zaki, 1989).

depósitos de zinc-cobalto contienen aproximadamente 1 por ciento de cobalto y 99 por ciento de zinc. El baño de ácido tiene un alto rendimiento catódico y alta velocidad de chapado. El depósito también ha reducido la fragilización por hidrógeno en comparación con los sistemas alcalinos. Los espesores de los depósitos tienden a variar sustancialmente con la densidad de corriente del baño de proceso (Murphy 1993).

La sustitución de zinc-cobalto para el cadmio Estudio de caso

La Compañía Foxboro, un fabricante de controles de procesos industriales ubicadas en el sureste de Massachusetts, emplea a 3.500 personas en tres instalaciones. La empresa fabrica una amplia gama de procesos de producción, desde el montaje electrónico a la limpieza, recubrimiento, pintura, desengrasado, y mecanizado.

La principal ventaja de zinc-hierro es su capacidad para desarrollar un revestimiento de conversión de color negro intenso uniforme. Además, la aleación es fácilmente soldada y mecanizada y se utiliza fácilmente en fleje de acero. Este revestimiento se ha utilizado con éxito como una capa de base antes de pintar. La principal desventaja de los recubrimientos de zinc-hierro es su limitada capacidad para proporcionar resistencia a la corrosión (Murphy 1993).

Las soluciones de ácido de cinc-níquel proporcionan revestimientos brillantes que presentan un alto poder lanzar. Las buenas propiedades de corrosión se mantienen después de partes- operaciones de conformación y de tratamiento térmico ya que el ácido de zinc-níquel proporciona un contenido de níquel mayor que el baño de zinc alcalino, lo que tiende a aumentar la corrosión. Desafortunadamente, las soluciones de ácido también tienden a producir depósitos con peor distribución del espesor y una mayor variación entre las áreas de aleación de densidad de corriente de alta y baja que su homólogo de alcalina. Otras desventajas incluyen la gama limitada de colores cromato, se requiere el uso de ánodos inertes adicionales, y los sistemas de tratamiento segregadas. Para piezas de trabajo que se están cromado después de una placa de cadmio, esta solución es difícil de trabajar debido a mayores niveles de abrillantador y contenido de níquel crean un revestimiento más frágil, lo que hace más difícil de cromato (Zaki 1989).

El cambio en el proceso, por lo tanto, no puede justificarse sobre la economía solos (PNWPPRC 1996).

Procesos de deposición alternativos para el cadmiado

50/50 zinc-cadmio de aleaciones, con in-situ Reclaim

Ion Vapor Deposition de aluminio

revestimientos de aluminio depositadas por deposición de vapor de iones (IVD) pueden sustituir a los recubrimientos de cadmio en algunas aplicaciones, eliminar el empleo de cadmio y cianuro. Esta tecnología es especialmente adecuado para aplicaciones que requieren cadmio para proteger los sustratos de acero de la corrosión y para inhibir el crecimiento de organismos tales como el moho y los hongos. revestimientos de aluminio por deposición de iones de vapor se pueden aplicar a una amplia variedad de sustratos metálicos, incluyendo aleaciones de aluminio y sustratos de plástico / compuestos. Este proceso no utiliza ni crea ningún material peligroso.

Las ventajas de los revestimientos de aluminio IVD incluyen la uniformidad en el espesor de acabado y excelente poder de penetración. Los depósitos se pueden sembrar en lugares de difícil alcance, haciendo IVD atractiva para el recubrimiento de formas complejas. El proceso es limitado, sin embargo, en su capacidad de depositar recubrimientos en los agujeros profundos y rebajes, en particular en configuraciones en las que la profundidad del orificio sea superior al diámetro (Pearlstein 1991). procesos IVD se discuten en más detalle en los métodos alternativos de metal de deposición.

Usos comunes

Soluciones de baño comunes y Tratamiento de Residuos

Los principales componentes de los baños de cianuro de cobre son cianuro de potasio, hidróxido de potasio y cianuro de cobre. chapado cianuro de cobre requiere un procedimiento de tratamiento de residuos en dos etapas. El primer paso es la destrucción del cianuro usando gas cloro o menos peligrosos, pero más cara, tratamiento con hipoclorito. El segundo paso es la precipitación de los metales (es decir, el ajuste del pH con una cáustica). El lodo producido a partir de este tratamiento contiene pequeñas cantidades de cianuro, lo que aumenta significativamente los costes de eliminación (ASM 1982).

Las ventajas de sustituir baños de galvanoplastia de cobre a base de cianuro con una solución de cianuro no incluyen la reducción de la exposición del medio ambiente y riesgos para la salud de los empleados. cobre sin cianuro tiene las siguientes ventajas:

  • reduce en gran medida los riesgos de seguridad para los trabajadores
  • Puede reducir los costos y la complejidad del tratamiento de soluciones de chapado gastados
  • No representa ningún riesgo de cianuro de hidrógeno evolución (HCN) desde el arrastre a un baño ácido
  • Puede aumentar la velocidad de chapado
  • Elimina una corriente de desechos peligrosos que se describe
  • Elimina o reduce Inventario de Emisiones Tóxicas (TRI) los requisitos de información
  • Puede reducir la generación de lodos debido a la reducción de las concentraciones de metales
  • No podría requerir tratamiento para los carbonatos en la solución de deposición (EPA 1994)

Cuestiones relacionadas con la no cianurados Sustitutos

Sin cianuro de cobre chapado requiere un análisis más frecuentes y baño de ajuste que el chapado a base de cianuro. baños de galvanoplastia de cobre a base de cianuro son relativamente indulgente con la composición del baño, ya que eliminan las impurezas. baños no cianurados son menos tolerantes a la mala limpieza de la superficie de limpieza tan completa y la activación de la superficie es crítica para obtener un acabado de calidad. El personal debe ser capaz de operar el proceso sin cianuro tan fácilmente como el proceso basado en cianuro (EPA 1994).

Los costos de operación del baño son sustancialmente más altos para los procesos no cianurados que el proceso de cianuro, sin embargo, sustituyendo el baño a base de cianuro con un baño sin cianuro elimina la necesidad de tratamiento de las aguas residuales contaminados con cianuro. Esto reduce sustancialmente la diferencia de costo entre las dos soluciones. Dados los altos costos de operación, una instalación podría no ser capaz de justificar esta conversión en la economía por sí sola a menos que la instalación se enfrenta a considerables costos de tratamiento para las emisiones de cianuro.

Aplicaciones reportados

limitaciones

procesos no cianurados alcalinas no son capaces de depositar cobre adherente sobre fundiciones de zinc y piezas de aluminio zincada sin huelga de cobre. La única excepción es un proveedor que dice ser capaz de placa estas piezas utilizando un proceso patentado. Varias instalaciones están probando este método en una escala piloto (Altmayer 1993). De estas pruebas piloto, dos instalaciones informó que los costos son aproximadamente dos a tres veces más que otros procesos, incluso cuando se consideran los costos de tratamiento y eliminación de residuos. Una de estas instalaciones se ha dejado de utilizar el proceso, mientras que la otra instalación ha continuado con el proceso de la creencia de que los beneficios del aumento de la seguridad y el cumplimiento son la pena el costo (EPA 1994).

Para el recubrimiento de cobre, se han desarrollado ciertos baños alcalinos no cianurados de composición patentada. Cuatro alternativas ampliamente conocidos a cobre chapado de cianuro son sulfato de cobre ácido, el ácido fluoroborato de cobre, cobre alcalino, y pirofosfato de cobre. La Tabla 11 proporciona una breve descripción de estas cuatro soluciones de baño alternativos.

Alternativas

(+) PH operativo del 8,0 a la 9.8
(-) Más sensibles a los contaminantes orgánicos que el cobre ácido
(-) Podría requerir un mayor tiempo de chapado

(+) Podrían ser utilizados como baño de huelga
(-) Puede contener amoniaco

Específica sin cianuro Alternativas

baños alcalinos no cianurados producen depósitos de grano fino y densas similares a los depósitos de cobre cianuro. La única área donde podrían diferir es en la pureza del depósito. Aditivos en soluciones alcalinas de cobre incorporan un rastro de materia orgánica en el depósito. Esta solución es ideal para piezas que requieren depósitos gruesos, tales como los que se utilizan como tratamiento térmico (carburación) pasar la noche en piezas de acero. El depósito denso es una excelente barrera contra la difusión de carbono (Braun Intertec 1992).

La solución de cobre alcalino sin cianuro utiliza iones de cobre cúprico mientras que el proceso de cianuro contiene cobre monovalente. La composición química de los resultados de cobre chapado en monovalentes más rápido en los mismos niveles de densidad de corriente. Platers pueden operar baños de cobre alcalino a densidades de corriente más altas que las soluciones de cianuro para producir más rápido chapado en general. El poder de penetración del proceso sin cianuro es superior al proceso de cianuro, especialmente en el enchapado de barril. Este proceso utiliza una cuarta parte y la mitad del cobre contenido en una solución de cianuro, lo que resulta en la generación de lodos más bajo debido a las concentraciones de metales inferiores (Mabbett 1993).

El sustituto alcalina tiene inconvenientes significativos. Cobre alcalino baños no cianurados operan a valores de pH significativamente más bajos (8,0 a 8,8) que entre las líneas de cobre cianuro tradicionales. A pesar de los pH más bajos, los baños no cianurados tienen problemas para tolerar la contaminación de zinc y no han tenido éxito en el chapado de cobre sobre superficies de zinc. El proceso de cobre alcalino también es más sensible a las impurezas y la química puede ser difícil de controlar. Además, el cambio a cobre alcalino requiere un tanque con revestimiento y, en algunos casos, la adición de un tanque de purificación. En general, el coste de sustitución es bastante alta en comparación con el coste de las soluciones de cianuro de cobre (Mabbett 1993).

La sustitución de cobre alcalino Soluciones para el cianuro de cobre Estudio de caso

En la prueba de la solución, las partes se colocaron en los procesos de bastidor y barril en condiciones controladas. Sobre la base de series de producción limitados, los baños se ampliaron a las cantidades de producción más altos. Las condiciones de baño y se optimizaron los datos fue tomada en condiciones de placa después del control de calidad.

Tri-Jay llegó a la conclusión de que mientras que el baño tenía la promesa, la operación necesita una estrecha vigilancia y la solución podría no ser muy adecuado para aplicaciones de talleres de trabajo. El proceso resultó ser sin problemas en latón chapado y, con una limpieza apropiada, el acero también. Piezas de fundición, sin embargo, presentan demasiados problemas de contaminación para que esta solución sea económicamente viable. Para las industrias electrónica y automotriz y para las operaciones de galvanoplastia de carrete a carrete, esta solución podría ser muy factible. (1995a DEM RI)

El baño de sulfato de cobre es el de uso más frecuente de los electrolitos de cobre ácidos. Un baño de cobre ácido con la ayuda iones sulfato ha demostrado ser versátil. Sin embargo, el bajo pH a veces puede atacar el sustrato y aumentar la concentración de hierro en el baño de proceso. El proceso se utiliza principalmente en la fabricación y de electroformación operaciones panel impreso de cableado y para la aplicación de cobre como capa de imprimación para el cromo. Alterando la composición del baño, chapistas pueden utilizar sulfato de cobre chapado en orificio pasante de placas de circuito impreso en una relación de depósito de 1: 1 se desee. Con aditivos, el baño produce un depósito brillante con buenas características de nivelación o un depósito semi-brillante que se pule con facilidad (Braun Intertec 1992).

En contraste con el cobre pesada baños de cianuro de galvanoplastia, baños de sulfato de cobre son altamente conductor y tienen composiciones químicas sencillas. baños de sulfato son económicos para preparar, operar y tratar. Anterior problemas baño de sulfato se han superado con nuevas formulaciones y aditivos. La huelga de cianuro de cobre aún podría ser necesario para el acero, zinc o estaño-plomo metales comunes (Braun Intertec 1992).

ácido fluorobórico es la base para otro baño de recubrimiento de cobre que proporciona una mayor solubilidad y la conductividad, así como altas velocidades de galvanoplastia. Este baño es sencillo de preparar, estable y fácil de controlar. La eficiencia operativa se acerca al 100 por ciento. Los depósitos son lisa y atractiva y se pueden pulir fácilmente a un alto brillo. La adición de melaza para el baño, cuando funciona a 120 grados Fahrenheit, da lugar a depósitos que son más fuertes y más difícil (Weisenberger, 1982). Los agentes adicionales se deben utilizar para evitar la porosidad excesiva en espesores superiores a 20 milésimas de pulgada. Los inconvenientes de esta solución de baño son que es más costoso, tiene menos sistemas de aditivos disponible, y es más peligroso de usar que otras alternativas no cianurados. El tratamiento de las aguas residuales también es más costoso (Murphy 1993).

pirofosfato de cobre se utiliza principalmente para producir depósitos gruesos. Estos baños se utilizan para aplicaciones multi-placa decorativa, agujero pasante chapado de placas de circuito impreso, y una parada obligatoria en el caso de los aceros de endurecimiento selectivo. Los tipos de placas obtenidas con esta solución son similares a los obtenidos con un baño de cianuro de alta eficiencia. Sin embargo, se requiere una huelga si chapado sobre el acero, magnesio, aluminio o zinc. pirofosfato baños alcalinos presentan una buena poder de penetración, las tasas de galvanoplastia, recubrimiento y ductilidad. En adición, el baño normalmente funciona a un pH casi neutro. Depósitos de este baño son de grano fino y semi-brillante. La principal desventaja de pirofosfato de cobre es que la química es caro y de aguas residuales es más difícil de tratar en comparación con los tradicionales aguas residuales de cianuro de cobre (Braun Intertec 1993).

Ácido Cobre Versus alcalinas cobre Soluciones

Chapado de cobre a partir de baños de ácido se utiliza ampliamente para electroformación, electrorrefinación, la fabricación de polvo de cobre, y galvanización decorativo. baños de placas de cobre ácido contienen cobre en forma bivalente y son más tolerantes que las impurezas iónicas baños alcalinos. Sin embargo, tienen menos poder de macro-lanzamiento y tasas de distribución más pobres que las soluciones alcalinas. baños ácidos tienen un excelente poder de micro-lanzar, que puede ser eficaz en el sellado de piezas fundidas porosas. Al igual que con los baños alcalinos, el chapista debe aplicar una huelga de una pieza de trabajo antes de la siembra en acero o zinc (Braun Intertec 1993).

Procesos de deposición alternativos para Chapado

El Departamento de Defensa está poniendo a prueba la viabilidad de un depósito de cobre utilizando las nuevas tecnologías de deposición, tales como la pulverización por plasma, deposición iónica y la deposición catódica. Para obtener más información sobre estas tecnologías, consulte Métodos Alternativos de metal de deposición.

Tratamiento de Residuos de alcalino sin cianuro de cobre

Tratamiento de aguas residuales de soluciones de cobre no cianurados es más simple que los de los procesos de cianuro de cobre debido a la eliminación de la eliminación de cianuro. Otro beneficio se reduce la generación de lodos debido a que el proceso no contiene cianuro de la mitad a un cuarto de la cantidad de cobre como un baño de cianuro de cobre-fuerza. Por otra parte, las alternativas no de cianuro de eliminar el sistema de cloración de dos etapas que utiliza productos químicos tales como cloro o hipoclorito de sodio que puede aumentar la generación de lodos. Una desventaja potencial de la bañera sin cianuro es que con frecuencia se puede contaminar más allá del control (como sucedió en la prueba piloto), lo que requiere un mayor tratamiento y la eliminación de la línea de proceso (Freeman 1995).

Las tecnologías de separación para Chapado

Esta sección proporciona ejemplos concretos de tecnologías de reciclaje y recuperación de recubrimiento de cobre incluyendo intercambio iónico, electrodiálisis, la recuperación electrolítica, y ósmosis inversa. Una discusión más a fondo de las tecnologías de reciclado individuales se incluye en prevención de la contaminación en el aclarado.

platers de cobre pueden utilizar de intercambio iónico para recuperar un alto porcentaje de cobre de los baños de galvanoplastia y aguas de enjuague contaminadas. Por ejemplo, una tienda de chapado Montreal envió agua de enjuague con concentraciones de cobre de alrededor de 300 partes por millón a partir de una solución de sulfato de cobre chapado (cobre ácido) a una unidad de resina de intercambio iónico. La unidad de reducción de la concentración de cobre a aproximadamente 1 parte por millón. Cada 20 a 30 minutos, la resina se regenera con ácido sulfúrico diluido, el intercambio de iones de cobre en la resina con iones de hidrógeno. La solución de sulfato de cobre concentrado producido a partir del proceso de regeneración se añadió a la tanque de revestimiento según sea necesario. A través de este proceso de intercambio iónico, la empresa recuperó 95 por ciento de la cobre de la enjuague corriente (RI DEM 1995a).

Usado en una línea de enjuague estancada, electrodiálisis puede recuperar del 90 al 95 por ciento de la dragout de soluciones de chapado de cobre calentadas. Este dragout concentrado va de nuevo en el tanque de revestimiento mientras que la corriente diluida se devuelve al tanque de enjuague. La electrodiálisis puede funcionar continuamente sin regeneración, sólo requiere una fuente de alimentación de CC para el funcionamiento, y consume relativamente pequeñas cantidades de electricidad. Una desventaja de la electrodiálisis es que se recupera impurezas baño de recubrimiento junto con el cobre. Las membranas de este proceso también son propensos a la suciedad ya sea de sólidos en el baño o de compuestos que forman en las hojas (RI DEM 1995b).

Este proceso se recupera sólo los metales que se arrastran en el agua de enjuague. de metal suficiente debe estar presente en la solución para formar una tira utilizable. Un depósito de cobre homogéneo requiere la solución de enjuague para tener concentraciones de 2 a 10 gramos por litro. Los cátodos con mayor área de superficie pueden recuperar cobre a partir de concentraciones mucho más bajas (en el rango de 10 a 50 miligramos por litro).

Un galvanizador en Providence, Rhode Island, alcanzó la recuperación de 85 gramos por minuto durante 9 días usando un electrodo de 5 pies cuadrados. La unidad recibe el flujo desde un tanque dragout y devolvió el agua limpia para el mismo tanque. Las concentraciones de cobre de este tanque en particular se redujo de 150 a 10 miligramos por litro. Otras compañías han experimentado reducciones similares de aproximadamente el 88 por ciento del cobre a partir de los dos tanques de enjuague de pie y enjuagues que se ejecutan (RI DEM 1995a).

pruebas de rendimiento de la EPA han demostrado la ósmosis inversa (OI) para tener éxito en la recuperación de metales a partir de los dos baños de cobre y cobre chapado cianuro de ácido. Membranas de ósmosis inversa se utilizan en aplicaciones de cianuro puede ser que necesite tratamiento previo. A Plater cianuro de cobre informó de que su unidad de RO recuperó 98 a 99 por ciento de la de cobre a partir de sus residuos de chapado y 92 a 98 por ciento del cianuro. El tipo de membrana utilizada es un factor importante en la determinación de la eficacia de RO. membranas de celulosa no pueden soportar cianuro y soluciones con alto o bajo pH. Sin embargo, muchas membranas son resistentes a estas condiciones (RI DEM 1995a).

huelgas de cobre a menudo se utilizan para depositar una capa intermedia delgada (huelga) de cobre sobre una variedad de sustratos, incluyendo piezas de acero fundido y morir de zinc antes de que esos metales se sembraron con otros metales. Se requiere esta capa de chapado éxito, ya que promueve la adhesión sobre metales difíciles de placa y protege algunos sustratos de degradación en soluciones de chapado posteriores. Debido a la huelga de cobre se aplican con frecuencia, la búsqueda de reemplazos para las soluciones de cianuro pueden ayudar enormemente instalaciones en la reducción de la cantidad de cianuro que utilizan (Hughes 1991).

Alternativas de cobre de la huelga

Diluir pirofosfato de cobre ha sido visto como un reemplazo viable para la huelga de cianuro porque la solución no se degrada substrates.The principal desventaja de esta química es que por lo general toma tres veces más tiempo a la placa que las soluciones de cianuro tradicionales (Hughes 1991). Para obtener más información sobre esta alternativa, consulte la sección anterior sobre chapado cianuro de cobre en este capítulo.

soluciones de chapado de níquel de alta pH han estado disponibles durante mucho tiempo como un sustituto de huelga cianuro de cobre en superficies zincada y piezas de fundición inyectada de cinc. Para obtener resultados óptimos con níquel de alto pH, el Plater debe equilibrar la relación entre sulfato de níquel y sulfato de sodio. La relación apropiada depende de varios factores, incluyendo la geometría de la pieza; piezas con formas complejas requieren concentraciones de sulfato de sodio más altas que las piezas con geometría simple. Para el recubrimiento de las operaciones por encima de un pH 5,4, platers utilizan hidróxido de amonio y ácido sulfúrico para el control de pH. contaminación de zinc debe ser retirado continuamente a través de bajo dummying densidad de corriente en una celda de purificación. Limpieza de las piezas antes de chapado es más crítica en alto pH niquelado de huelgas tradicionales de cianuro de cobre. Debido a que la química del baño no es propietario y no requiere aditivos, instalaciones se mezclan sus propias soluciones. Esto hace que el costo de funcionamiento de este baño inferior a la que operan las líneas de ataque de cobre cianuro y significativamente menor que el costo de operar baños de cobre no cianurados alcalinas (Freeman 1995).

El uso de sodio en el baño afectará a las características de depósito de la huelga. Cuanto mayor sea el contenido de sodio de este baño de niquelado, más frágil el depósito llega a ser. El baño, por lo tanto, debe utilizarse sólo como una huelga antes de níquel convencional o de chapado de cobre. Las piezas que se someten a ciclos de fatiga o cambios extremos de temperatura pueden experimentar fallos por fatiga temprana y una menor resistencia a la corrosión (Freeman 1995).

La sustitución de níquel de alto pH para una huelga de cianuro de cobre eliminará una corriente residual de cianuro. Sin embargo, el ion amonio presente en la formulación de níquel de alto pH puede causar problemas de tratamiento de residuos a menos que la concentración se puede minimizar a través de técnicas de recuperación dragout. Otra desventaja de esta técnica es que el baño contiene un contenido de metal más alta que el proceso de cianuro de cobre y dos veces el contenido de metal del proceso sin cianuro alcalino. el volumen de lodos de tratamiento de aguas residuales se verían afectados en consecuencia (Freeman 1995).

Metales preciosos

La electrodeposición de metales preciosos con fines decorativos y de ingeniería es una parte importante de la industria de acabados metálicos. Dado el alto costo de un galón de solución de metales preciosos, chapistas han utilizado muchos métodos para conservar y recuperar las soluciones de metales preciosos. Debido a esto, hay más información disponible sobre las tecnologías de recuperación de metales preciosos que los metales comunes (por ejemplo, cobre, níquel y zinc). Las formas comunes de recuperación de metales en las operaciones de metales preciosos incluyen intercambio iónico o electrodeposición (Ford 1994).

Oro platino

Usos comunes

Hasta hace poco, se utilizó el chapado en oro principalmente con fines decorativos en joyas y cubiertos. Actualmente, el oro se utiliza ampliamente en la industria electrónica, debido a sus buenas propiedades de contacto eléctrico, así como la corrosión y resistencia a la oxidación. Las aplicaciones típicas de chapado de oro incluyen las placas de circuitos, contactos, conectores, bases de los transistores, circuitos integrados y componentes impresos. chapado en oro también se usa ampliamente en la industria química para los reactores e intercambiadores de calor (ASM, 1982).

Tradicionalmente, el oro ha sido chapado a partir de soluciones de cianuro de oro de potasio, aunque muchos tipos diferentes de aleaciones de oro y de oro están disponibles. Sin embargo, planchas de oro pueden ser divididas en ocho clases generales:

  • Clase A: decorativo 24K flash de oro (de 2 a 4/1000000 de espesor) chapado en operaciones de bastidor y el barril
  • Clase B: oro decorativo destello de aleación (de 2 a 4/1000000 de espesor) chapado en operaciones de bastidor y el barril
  • Clase C: decorativo flash de aleación de oro (de 20 a 40/1000000 de espesor) se sembraron en operaciones de bastidor
  • Clase D: / electrónico de alta pureza oro suave Industrial plateado en el bastidor, barril, y las operaciones selectivos en placa
  • Clase E: Industrial / 99,5 por ciento de oro duro, brillante, pesada y electrónica (20 a 200/1000000 de espesor) se sembraron en rack, barril, y las operaciones selectivos en placa
  • Clase F: Industrial / aleación de oro electrónica pesada (de 20 a 400/1000000 de espesor) se sembraron en operaciones selectivos en placa y bastidor
  • Clase G: repintado, la reparación, y general; depósitos son aleaciones puros y brillantes (de 5 a 40/1000000 de espesor) chapados en las operaciones selectivos en placa y bastidor
  • Clase H: Varios incluso electromecánicos formación de aleaciones de oro y oro, estatuas, y aplicaciones arquitectónicas (Weisberg 1993)

En general, chapistas utilizan altos contenidos de oro con un espesor pesada porque esto permite mayores densidades de corriente de cátodo y eficiencias más altas. Otros métodos que se pueden utilizar para chapistas aumentar la velocidad de recubrimiento incluyen altas temperaturas de operación y aumento de la agitación (ASM 1982).

Soluciones de baño común

Los cuatro grupos generales de soluciones de chapado de oro son el cianuro alcalino oro, cianuro de oro neutral, cianuro de oro y ácido, y las soluciones no-cianuro (generalmente a base de sulfito-). baños de cianuro alcalinas se han utilizado durante el siglo pasado. Debido a la acción de complejos de cianuro, sin embargo, la obtención consistente co-depósito de aleaciones de oro es difícil a menos que el procedimiento se opera a altas densidades de corriente. Como resultado, platers han limitado el uso de baños de cianuro alcalinas a parpadear depósitos. Alrededor de la década de 1950, los baños brillantes fueron desarrollados usando la plata y selenio como agentes de aleación. Cierto éxito se ha demostrado con baños neutros. Libre de cianuro en la salida, estos baños se acumulan cianuro de potasio mediante la adición de cianuro de potasio oro para reponer el oro en el baño de proceso (Braun Intertec 1992). Cada uno de los grupos se puede combinar con las diferentes clases de operaciones de galvanoplastia discutidos anteriormente.

  • cianuro de oro alcalina: Clase A, B, C, D, ocasionalmente F, G, y H
  • Neutro cianuro de oro: Esto se utiliza generalmente para lograr el oro de alta pureza plateado para la clase D y G.
  • cianuro de oro y ácido: Se utiliza para brillante, oro duro y chapado en aleación de oro. Se utiliza de vez en cuando de las clases B, C, E, F y G.
  • oro sin cianuro: De vez en cuando, se utiliza para la Clase A, B, C, D, F, G, y H (Weisberg 1993).

Soluciones alternativas chapado en oro

El alto precio del oro ha hecho de la conservación crítico y ha dado lugar a una búsqueda de sustitutos. La Tabla 12 proporciona una visión general de las alternativas a la chapa del cianuro de oro.

Solución alternativa

  • Los depósitos son frágiles y cambios bruscos de temperatura pueden provocar grietas
  • Se requiere más investigación

* Poca información sobre esta solución está disponible

Palladium, un metal precioso, ha surgido como un sustituto viable para el oro duro y, en algunos casos, oro suave termina en la última década. Los atributos de paladio incluyen menor coste, menor peso específico, los atributos más que el oro, y la composición de la solución. aleaciones de paladio y paladio-níquel se han utilizado principalmente para los conectores separables y los dedos placa de circuito impreso. Recientemente, se han encontrado muchas aplicaciones adicionales, incluyendo el contacto de acabado para los conectores de borde de tarjeta, marcos de plomo para el envasado de IC, el contacto soldable y terminaciones de extremo para condensadores cerámicos de capas múltiples, dispositivos optoelectrónicos semiconductores para el embalaje, grabado resiste para placas de circuito impreso, piezas de la batería, y objetos de decoración para la joyería y el hardware de consumo. todas estas aplicaciones se aprovechan de las propiedades de costes más bajos y materiales de paladio, los cuales, en muchos casos, son superiores a las de oro. El uso de paladio también elimina el uso de cianuro de paladio porque se deposita a partir de soluciones no cianurados. Las dos soluciones principales para el paladio son y basado en amina orgánica (Abys 1993) a base de amoníaco.

Procesos de deposición alternativos para el chapado en oro

Varias instalaciones están probando el uso de procesos de deposición alternativos para el chapado en oro. Se están probando procesos tales como la implantación iónica y la deposición por pulverización catódica. Para obtener más información sobre estos procesos, consulte Métodos Alternativos de metal de deposición.

Tecnologías de recuperación para chapado en oro

Debido al alto costo de las sales de metal de chapado en oro, las tecnologías de recuperación son ampliamente utilizados. Incluso con el alto costo de algunas de las tecnologías, sigue siendo económicamente viable para las empresas que utilizan tecnologías tales como el intercambio iónico y la ósmosis inversa.

En circuito cerrado de recuperación de metal para joyería Fabricante Estudio de caso

Howard H. dulce e hijo es un fabricante de joyería de 125 de trabajo especializada en la producción de plata, oro y perlas y cadenas de oro llenas. Las operaciones de la empresa son ampliamente integrado que abarca el diseño y la fabricación de las piezas de trabajo para sus máquinas de la cadena de decisiones, la estampación de piezas planas y tubos, y el talón y la cadena de decisiones para la soldadura, enchapado, y el montaje de joyería acabada. A finales de 1995, la empresa se enfrenta a nuevas regulaciones que ellos requieren para implementar más controles de contaminación. La compañía determinó que una de las principales fuentes de residuos peligrosos era una habitación de burn-out donde el cobre utilizado en la fabricación de perlas de oro fue despojado.

Frente a este requisito, la empresa examinó en primer lugar las opciones de tratamiento de aguas residuales tradicionales. Problemas con el espacio y el costo de inmediato se hizo evidente. La compañía optó por invertir en un sistema de ACCA, un sistema de recuperación de circuito cerrado prácticamente por el oro y el cobre. Durante el primer año de funcionamiento, el nuevo sistema de Sweet recuperó 263 onzas troy de oro y 2,144 libras de cobre.

El total de los costos de capital y de ingeniería para el sistema de ACCA Technologies era $ 95.000. El periodo de recuperación de la recuperación de oro y cobre adicional fue de 12,6 meses. Después del primer año, el sistema arrojó $ 95.000 anualmente en metales recuperados. Además, se eliminó la necesidad de la eliminación de lodos.

(Cubierta metálica y acabado de superficies 1993)

Usos comunes

El mayor uso de la placa de plata está en el comercio y cubiertos hueco. El uso es el segundo mayor en la industria electrónica, donde grandes cantidades de plata se sembraron en los conductores, guías de onda, y artículos similares debido a la conductividad eléctrica sin igual de plata. En la mayoría de estas aplicaciones, la plata se deposita sobre las aleaciones de cobre y de cobre. La industria aeroespacial utiliza la plata como una placa sobre el acero en la fabricación de motores de avión (SME 1985).

Soluciones de baño común

galvanoplastia plata comercial ha sido practicada desde mediados del siglo XIX. El baño de chapado contiene plata en forma de cianuros de plata de potasio y cianuro de potasio libre. Platers también puede usar cianuro de sodio, pero generalmente prefieren la forma de potasio. La cantidad de cianuro libre en las soluciones de plata es extraordinariamente alto. Por ejemplo, un baño de cobre y cianuro común tiene de 2 a 4 onzas de cianuro libre por galón, mientras que la cantidad de cianuro libre en las soluciones de plata habitualmente es de 16 a 22 onzas. Se requieren grandes cantidades de cianuro para aumentar el poder de penetración de la solución. Por lo general, una pequeña cantidad de carbonato de potasio y / o hidróxido de potasio también se añade al baño. baños de plata por lo general se hacen funcionar a temperatura ambiente a pesar de chapado de alta velocidad se ha realizado a temperaturas de hasta 120 grados Fahrenheit (SME, 1985).

Cuando se desean, los depósitos de plata brillantes duros, se utilizan aditivos patentados que contienen metales o abrillantadores orgánicos en general. Algunas combinaciones de aditivos aumentan la resistencia al deslustre del depósito de plata. Al igual que con todas las soluciones brillantes, el contenido de metales y cianuro libre del baño debe ser monitoreado de cerca (SME 1985).

Soluciones alternativas para el cianuro de plata

Teniendo en cuenta las grandes cantidades de cianuro utilizadas en baño de plata, la búsqueda de alternativas adecuadas podrían reducir en gran medida los niveles de cianuro en las aguas residuales. Se han hecho varios intentos de introducir alternativas no cianurados. La mayoría de estas soluciones se basan en amonio, haluro, y los complejos aminotio que contienen plata y una variedad de sales de conductividad y abrillantadores. En casi todos los casos, las soluciones de cianuro no han tenido problemas, especialmente en la producción de espesor, depósitos brillantes. Muchas de las alternativas que han sido probados no son adecuados debido a la fotosensibilidad. Sin embargo, algunas formulaciones patentadas son dignos de mención. La Tabla 13 proporciona una visión general de las alternativas para chapado cianuro de plata.

Solución alternativa

  • El óxido de zinc e hidróxido de sodio
  • El cloruro de zinc y cloruro de amonio

Química y conversión eléctrica

El anodizado

Como se ha mencionado en la sección anterior, la anodización es un acabado superficial electrolítico especializado para el aluminio que imparte dureza, resistente a la corrosión, aumenta la adherencia de la pintura, proporciona aislamiento eléctrico, imparte características decorativas, y ayuda en la detección de defectos de superficie en el aluminio. Este procedimiento emplea medios electroquímicos para desarrollar una película de óxido superficial sobre la pieza de trabajo, la mejora de resistencia a la corrosión.

El anodizado se diferencia de galvanoplastia de dos maneras. En primer lugar, la pieza de trabajo es el ánodo en lugar de el cátodo como en galvanoplastia. En segundo lugar, en lugar de añadir otra capa de metal al sustrato, anodizado convierte la superficie del metal para formar un óxido que es integral con el sustrato (SME 1985).

La industria utiliza tres tipos principales de anodizado: anodizado crómico ácido (llamado Tipo I anodización), anodizado ácido sulfúrico (llamado anodizado Tipo II), y anodizado de revestimiento duro, una combinación de ácido sulfúrico con un ácido orgánico tales como ácidos oxálico (llamado Tipo III anodización). Debido a la estructura, la superficie de anodizado se puede teñir fácilmente. Estos tintes son orgánicos u organometálico y, a menudo contienen cromo en el estado trivalente. Ya sea que las piezas se tiñen o no, que tienen que ser sellados. El sellado se puede realizar con agua caliente, acetato de níquel, o dicromato de sodio, dependiendo de las propiedades requeridas (SME 1985).

anodizado con ácido crómico se lleva a cabo en una solución de ácido crómico. La solución de cromo hexavalente crea una capa fina y dura (Ford 1994).

Tipo II (ácido sulfúrico) El anodizado

Sulfúrico anodizado ácido se lleva a cabo en una solución de 15 por ciento de ácido sulfúrico. Durante el proceso de anodizado, el aluminio se disuelve de la superficie de la pieza y cambia las características de la superficie de un revestimiento de óxido. Este proceso crea una estructura de superficie que es a la vez porosa y más duro que el aluminio base. Sellado de este revestimiento proporciona una mayor protección contra la corrosión. Cuando la concentración de aluminio en la solución del baño se acumula a un cierto nivel (15 a 20 galones por litro), el proceso se vuelve menos eficiente y requiere tratamiento (Ford 1994).

anodizado de revestimiento duro es una forma de anodizado ácido sulfúrico en la que el contenido de ácido es ligeramente mayor (20 por ciento) y se añade un aditivo orgánico para el baño. Este aditivo ayuda a crear una estructura de poros más estrecha que aumenta la dureza del recubrimiento de óxido. anodizado de capa dura tiene una alta resistencia a la abrasión, erosión y corrosión. Este tipo de revestimiento también se puede aplicar en capas más gruesas que las de tipo I o de tipo II de anodización (Ford 1994).

Platers utilizan varios métodos para tratar los residuos generados a partir de soluciones de baño de anodizado. Las tecnologías que se han empleado con éxito incluyen sistemas de evaporación operando bajo presión reducida, la sedimentación, ósmosis inversa, filtración, y el anión y los intercambiadores de cationes.

La sustitución de tipo I con ácido crómico anodizado Tipo II Ácido Sulfúrico El anodizado

Debido a los mandatos federales y estatales que se imponen a las operaciones que utilizan cromo hexavalente, los investigadores han estudiado la viabilidad de sustituir Tipo I Tipo II anodizado con ácido sulfúrico anodizado. Los resultados de un estudio de la NASA indican que en aplicaciones en las que se utiliza la anodización para impartir protección contra la corrosión en el aluminio, Tipo II de anodizado ácido sulfúrico es superior a la de tipo I crómico anodizado ácido (Danford 1992).

Los costos de operación y mantenimiento son típicamente mucho más baja para el anodizado ácido sulfúrico que para el ácido crómico, debido a menores requerimientos de energía. los costos de tratamiento de aguas residuales son más bajos, así porque el ácido sulfúrico sólo requiere la extracción del cobre mientras que el ácido crómico requiere de técnicas más complejas de reducción de cromo. El cambio de materiales también significa que el coste de eliminación de lodo se reduce considerablemente.

Sustituyendo crómico anodizado con ácido sulfúrico Estudio de caso

Ion Vapor Deposition como un sustituto de anodizado Recubrimientos

La naturaleza frágil de los revestimientos anodizados puede causar un fallo por fatiga en estructuras de aleación de aluminio. Sin embargo, el revestimiento de aluminio suave dúctil deposición de vapor de iones (IVD) no afectará a las propiedades mecánicas del metal base de forma perjudicial. Además, el recubrimiento IVD ofrece una excelente protección sacrificial y la corrosión bajo tensión, el aumento de la vida útil de los productos que utilizan este revestimiento. Este revestimiento puede permitir construcciones más fuertes que ahorran peso, particularmente importante en el diseño de nuevos aviones (Muehlberger 1983). Para obtener más información sobre recubrimientos IVD, consulte Métodos Alternativos de metal de deposición.

La regeneración de ácido crómico

Crómico Ácido Estudio de caso

Ácido Sulfúrico anodiza Regeneración con intercambio iónico

Tradicionalmente, chapistas utilizan intercambio iónico para eliminar los contaminantes metálicos de corrientes de aguas residuales. Sin embargo, las resinas de intercambio de iones de eliminar los componentes de hidrógeno y sulfato de la solución de anodización ácido / aluminio sulfúrico. A medida que la solución pasa a través de las columnas, se elimina el ácido. A continuación, la corriente residual, que consiste en una pequeña cantidad de ácido además de todo el aluminio de la solución de anodización, fluye al sistema de tratamiento de aguas residuales. Para recuperar el ácido, platers utilizan agua para eliminar los componentes ácidos de la resina, que forma una solución de ácido sulfúrico que es baja en aluminio disuelto y se puede utilizar de nuevo en el proceso de anodizado (Ford 1994).

Ácido sulfúrico anodiza Regeneración con electrodiálisis

La electrodiálisis elimina los iones metálicos (cationes) de soluciones utilizando una membrana selectiva, una corriente eléctrica, y los electrodos. Esta tecnología utiliza una mezcla química (catolito) como la captura y medios de transporte para los iones metálicos. Este catolito se forma un lodo de metal y requerirá del cambio periódico de espera. El lodo recuperado es peligrosa, sin embargo, las empresas deberían trabajar con una empresa externa para recuperar el metal en el lodo. El uso de electrodiálisis, las instalaciones pueden eliminar todas las impurezas metálicas del baño de anodizado, mantener de forma indefinida. Al mantener la concentración de contaminantes en el baño bajo proceso, el agua de enjuague que potencialmente puede reciclarse de nuevo al baño, cerrando el bucle en el proceso. El costo de operar este sistema dependerá del tamaño del baño de anodizado ácido, el nivel de concentración de metal, la capacidad de eliminación de metal de la unidad de electrodiálisis, y la capacidad de recuperar metales en el lodo. Para obtener más información sobre esta tecnología, consulte la sección de reciclado / recuperación en la prevención de la contaminación en el aclarado.

Ácido Sulfúrico anodiza Regeneración usando ácido Retraso

Teóricamente, solución anodize ácido sulfúrico y el baño de inmersión brillante ácido fosfórico pueden ambos ser regeneradas usando retraso ácido, que es un procedimiento de sorción usando resinas de intercambio iónico. El costo de tal operación de recuperación es probable que sea económicamente viable para las operaciones solamente muy grandes. Para obtener más información sobre las tecnologías de adsorción de ácido, consulte la prevención de la contaminación en el enjuague (Steward 1985).

También es posible recoger lodos de neutralización el agua de enjuague y de tratamiento de los vertederos de lote de anodización y de grabado de sosa cáustica, pulse los lodos tan seco como sea posible, y luego disolver el lodo en ácido sulfúrico para hacer una solución de alumbre concentrado, que puede ser vendido como un subproducto para la coagulación en las operaciones de tratamiento de aguas residuales. Las instalaciones deben asegurarse de que tienen un mercado para el pastel de alumbre antes de emprender esta opción (Steward 1985).

Usos comunes

Soluciones de baño común

Las pinturas son a base de disolvente, las soluciones de óxido a menudo contienen materiales peligrosos (por ejemplo, arsénico, plomo, permangate, antimonio y dicromato), y el proceso de galvanoplastia más populares pueden contener más de 1 libra por galón de solución de cianuro de sodio libre (METFAB 1995).

Soluciones alternativas para ennegrecimiento de baño

El Departamento de Rhode Island de la Gestión Ambiental en conjunto con METFAB Ventas y Servicio a prueba la solución Versy Negro largo de un período de 14 meses en varios lugares. El estudio mostró que Versy Negro no sólo es una alternativa viable, sino también un producto superior. Versy Negro superó ennegrecimiento tradicional de las siguientes maneras:

  • Más fácil de controlar
  • Fácil de aliviar
  • Fácil de laca
  • la química estable
  • excelente adhesión
  • Más fácil para volver a trabajar
  • No hay riesgo de seguridad
  • No hay riesgo ambiental

Tratamiento de residuos de este proceso es simple. Debido a que el proceso no utiliza quelantes, el tratamiento puede llevarse a cabo simplemente precipitación con cáusticos (ajuste del pH). La ausencia de quelantes en el proceso también significa que el tratamiento de los metales que entran en la corriente residual de otros procesos es menos problemático. Los quelantes hacen que la precipitación menos eficaz debido a su capacidad para mantener los metales de reaccionar con cáusticos para formar hidróxidos insolubles (METFAB 1995).

Chapistas suelen utilizar revestimientos de cromato para reducir al mínimo la formación de óxido y garantizar la adherencia de la pintura después de anodizado piezas de aluminio. Estos revestimientos también se utilizan más de zinc y cadmio para simular la apariencia de níquel brillante y cromo. Otras aplicaciones incluyen el uso como un revestimiento sobre zinc o partes cadmiados para evitar la formación de óxido blanco. Dependiendo del color, de cromado se lleva a cabo en una solución de ácido crómico y aditivos. A pesar de estos baños contienen cromo hexavalente, que no son baños electrolíticos y, por lo tanto, no generan el mismo nivel de la niebla / los vapores de galvanoplastia cromado o anodizado. Por esta razón, el proceso de cromado no está regulado en la norma MACT Chrome (Katz, 1992).

Descripción del proceso

El operador sumerge partes anodizado en una solución que contiene una sal de cromo hexavalente, ya sea ácido crómico o cromato, y un ácido, a menudo ácido nítrico. Esta solución se disuelve las capas exteriores del sustrato y provoca un aumento del pH en la interfase superficie-líquido. Este cambio da lugar a la precipitación de un gel de complejo de cromo delgada sobre la superficie. El gel se compone de hexavalente y el cromo trivalente y el sustrato en sí. Estas películas de cromato proporcionan una mayor resistencia a la corrosión y se forman en una amplia gama de colores: claro, amarillo, oro, y de color gris oliva (Ford 1994). La Tabla 17 presenta un resumen de la cromado común utiliza para diferentes sustratos.

Metal

Por desgracia, como el cromado, cromado implica materiales altamente cancerígenos y tóxicos. Si se inhala, nieblas cromato con el tiempo pueden causar cáncer de pulmón. Salud y consideraciones de seguridad y el aumento del costo de la eliminación de los desechos que contienen cromo han llevado a los usuarios evaluar los tratamientos alternativos. Existe un número de alternativas, sin embargo, pocos proporcionan la protección contra la corrosión de los revestimientos de conversión de cromato. anodización El ácido sulfúrico se puede sustituir por algunos recubrimientos de conversión de cromo aunque los recubrimientos son más frágiles y significativamente más gruesa que los producidos con cromato (Freeman 1995).

Alternativas para Cromado

Un nuevo libre de cromo, después de la llamada de enjuague Gardolene VP4683 ha sido desarrollado para su uso en acero fosfatado de zinc, aluminio y superficies antes de pintar. El enjuague contiene sólo compuestos metálicos inorgánicos como el ingrediente activo con no hexavalente o cromo trivalente. El enjuague se aplica a temperaturas de hasta 100 grados Fahrenheit y a un pH ligeramente ácido. El fabricante describe protección contra la corrosión y adherencia de la pintura como igual a la de cromo hexavalente (Gestión del acabado 1991).

El crecimiento en la capa de óxido de alta temperatura Agua desionizada

El sistema de crecimiento de la capa de óxido se ha desarrollado y refinado en la última década. El recubrimiento de proceso se aplica en una serie de pasos, incluyendo un paso crecimiento de la capa de óxido en agua desionizada hirviendo, para construir una base de pintura resistente a la corrosión en el aluminio. Se están desarrollando ambos métodos de inmersión y aspersión de vapor. El proceso no utiliza ningún material peligroso y es completamente inorgánica y no tóxico. baño y aguas de enjuague agotados requieren un tratamiento limitado antes de su vertido al alcantarillado sanitario. El proceso puede soportar una mayor exposición a la temperatura que el revestimiento de conversión de cromato y es delgada, pero resistente a la abrasión. Las soluciones químicas que se utilizan para aplicar los revestimientos son muy diluida, lo que facilita mucho la vida y la solución simple vigilancia y control (Meyers 1994).

La pasivación sin cromato de zinc

El Centro Avanzado de galvanoplastia en Dinamarca ha desarrollado dos métodos diferentes de tratamiento, ambos basados ​​en el uso de pasivación molibdato y fosfato (referido como MolyPhos) como alternativas a la de cromado. Cromado de zinc a menudo se utiliza en las industrias automotriz, aeroespacial y electrónica. Platers pueden utilizar MolyPhos para la pasivación de zinc galvanizado en lugar de cromato. Dependiendo del sustrato de zinc y el medio ambiente en el que se coloca la pieza de trabajo, este método funcionará de manera similar a cromato amarilla. MolyPhos se desempeña bien en las pruebas de exposición al aire libre, los ensayos de adhesión, y las pruebas CMT, pero no hace bien justo en las pruebas de niebla salina. Los resultados de numerosos ensayos de corrosión se resumen en la Tabla 18 (Tang 1993).

sustrato

Otra alternativa prometedora es el sistema de pretratamiento de aluminio libre de cromo Sanchem-CC. El siguiente es un resumen del proceso:

  • Primera etapa: Hervir en agua desionizada o vapor para formar una película de óxido de aluminio hidratado.
  • Segunda etapa: Tratar en una solución de sal de aluminio patentada durante al menos 1 minuto a un mínimo de 205 grados Fahrenheit.
  • Tercera Etapa: Tratar en una solución de permanganato propio a los 135 a 145 grados enheit Fahr- durante al menos 1 minuto.

En los casos en que se requiere resistencia a la corrosión máxima para ciertas aleaciones de aluminio, el proceso requiere una cuarta etapa. Los desarrolladores afirman que este proceso coincide estrechamente el rendimiento de un proceso de conversión de cromato (EPA 1994).

El óxido de circonio, un revestimiento de conversión orgánica, es una alternativa a cromatado para algunas aplicaciones. Este revestimiento es uno de los tratamientos de cromado no solamente disponibles en el mercado para el aluminio. Este proceso por lo general implica la inmersión del sustrato en una solución acuosa que contiene un material polimérico y una sal de zirconio. Los depósitos de circonio en la superficie en forma de óxido de circonio. Estos recubrimientos se han utilizado en las latas de aluminio para algún tiempo, pero que no se han probado en los tipos de entornos en los que se utilizan típicamente revestimientos de conversión de cromato. Una aplicación más amplia de este revestimiento como un reemplazo total de cromado debe basarse en pruebas adicionales (EPA 1994).

Otro revestimiento de conversión de cromato Alternativas

Varios procesos adicionales podrían resultar factible en la eliminación de cromo a partir de revestimientos de conversión. Estos incluyen SBAA y otras tecnologías emergentes.

La conversión alternativa de revestimiento Estudio de caso

Una instalación utilizando un sistema tradicional de cromato generó muchas formas de residuos peligrosos (en el aire y las aguas residuales). La instalación sustituye su proceso de cromado con un recubrimiento a base de agua de conversión de emulsión seca en el lugar. El producto es completamente libre de cromo y adaptable para calentar las aplicaciones de rociado. El producto a base de permanganato se considera ambientalmente seguro a temperaturas ambiente. De hecho, pequeñas cantidades residuales de la sal de potasio que se depositan como una capa primaria son deseables en el sistema de tratamiento de aguas residuales industriales, ya que ayuda en el tratamiento de otros contaminantes de aguas residuales común.

La sustitución del proceso de revestimiento de conversión de cromato se tradujo en un revestimiento que une fuertemente a la superficie metálica y proporcionan una buena resistencia a la corrosión. La cobertura uniforme se logra fácilmente, y la superficie sin pintar no frota apagado en las manos del trabajador o emitir humos tóxicos cuando soldada. Las piezas pueden ser pintadas inmediatamente, lo que reduce el tiempo necesario para completar el proceso de acabado. (Freeman 1995)

Regeneración de cromatado Soluciones

Tanto intercambio iónico y métodos electroquímicos se han demostrado como métodos eficaces para regenerar cromatos usados; Sin embargo, en casi todos los casos, la unidad de acabado de metales se basa en un proveedor de productos químicos de marca para el equilibrio adecuado en el baño de cromado. Cualquiera de estas tecnologías regeneradoras hacen que realiza el acabado responsable del mantenimiento química global de todos los componentes en el baño. proveedores de propiedad podrían proporcionar este servicio para facilitar aún más finalistas en el mantenimiento de un equilibrio adecuado cuando una de estas técnicas se utiliza (Steward 1985).

Las soluciones basadas-quelante para la pasivación

El ácido nítrico es una formación de humos, asfixiante, y el líquido corrosivo. vapores del ácido son tóxicos y el líquido causa quemaduras graves en los tejidos. Debido a estos atributos, Cal-Chem de South El Monte, California, ha desarrollado una solución sustituto más seguro para su uso con la pasivación del acero. La solución contiene quelantes en lugar de ácido nítrico. Los quelantes proporcionan una alternativa atractiva debido a que son no tóxicos y biodegradables, sin embargo, platers hay que tener cuidado de esta solución en el tratamiento de residuos (microcontaminación 1993). Para obtener más información, consulte la primera sección de este capítulo.

Fosfatado se usa para tratar varios metales (principalmente de acero y hierro) para impartir resistencia a la corrosión y promover la adherencia de acabados tales como pintura y lacas. tratamientos de fosfatación proporcionar un revestimiento de cristales de fosfato de metal insolubles que se adhieren fuertemente al metal base. En general, las soluciones de fosfatación se preparan a partir de concentraciones líquidas que contienen uno o más metales divalentes, ácido fosfórico libre, y un acelerador (Ford 1994).

Los revestimientos de hierro y fosfato de zinc son a menudo utilizados como bases de pintura y recubrimientos de fosfato de manganeso se aplican principalmente a las piezas ferrosas para el robo y las piezas del motor (por ejemplo) gripado. Otros usos metalúrgicos para revestimientos de fosfato están ayudando en la formación de acero, resistencia al desgaste, y protección contra la corrosión (con la adición de aceites o ceras). La elección del recubrimiento de zinc o fosfato de hierro depende de las especificaciones del producto. En general, los procesos más amplios de fosfato de zinc en varias etapas proporcionan una adherencia mejor pintura, protección contra la corrosión, y la protección contra la oxidación de los procesos de fosfato de hierro. baños de fosfato de zinc, sin embargo, tienden a ser más caros, requieren más mantenimiento, y a menudo resultan en más disposición de lodos (SME 1985).

Prevención de la contaminación en el procedimiento de fosfatación

Regeneración de fosfatación Baños

Los precipitados se forman continuamente en operaciones de fosfatado que presentan problemas de mantenimiento. A menudo, esto resulta en el vertido de la solución. Por lo general, los precipitados se acumulan en el tanque, principalmente en los serpentines de calefacción. Cuando la solución se retira del tanque, esta acumulación de lodos se puede retirar manualmente. La solución debe ser decantó de nuevo en el tanque para minimizar el desperdicio porque este utiliza el espacio y el tiempo; esto se realiza con poca frecuencia. Un sistema más eficiente implica el uso de un sistema de recirculación continua a través de un clarificador con agitación suave en la zona del manto de lodo. Esto permite el uso indefinido de la solución y permite una fácil extracción de lodo deshidratado de la parte inferior del clarificador (Steward, 1985).

Ultrafiltración en el procedimiento de fosfatación Estudio de caso

R. B. Blanca, Inc. de Bloomington, Illinois, opera una planta de fabricación de chapa que fabrica unidades de estanterías de acero pintado. La compañía utiliza una sola etapa, de hierro acuosa sistema de fosfatado / desengrasante para mejorar la seguridad de los trabajadores y reducir la generación de emisiones de disolventes orgánicos y residuos peligrosos. A pesar de que el interruptor elimina los riesgos y responsabilidades asociadas con disolventes orgánicos, se introdujo un nuevo problema de eliminación de residuos. desengrasado y fosfatado simultáneo en el mismo baño forman una emulsión de aceite-agua. Con el uso prolongado, se vio comprometida la acumulación de aceite en el baño de la limpieza reducida y fosfatado eficiencia y la calidad del producto. Además, el arrastre de aceite del baño en el agua de enjuague que finalmente empujó a los niveles de aceite y grasa en el desempeño por encima del límite permisible.

En el pasado, la compañía utilizó skimmer para controlar las manchas de aceite en la superficie y prolongar la vida de la bañera, pero los skimmers fueron sólo parcialmente eficaces. Cuando el aceite en el baño comenzó a sacrificar la calidad del producto y los niveles de descarga bordes más cerca del límite máximo permitido, el baño tenía que ser reemplazado. En función de las tasas de producción, el baño duró típicamente 3 a 4 meses. Sustitución de la bañera es necesario perder un día completo de tiempo de producción para llevar el proceso fuera de línea, la organización con un transportista de residuos para drenar y disponer de los contenidos, y recargar el tanque con 5.000 litros de agua dulce y las materias primas. Los costes de eliminación solo eran $ 15.000.

La compañía analiza los costos y beneficios asociados con la instalación del sistema de ultrafiltración para determinar la viabilidad económica de esta tecnología. Sobre la base de los gastos y los ahorros estimados, el periodo de recuperación para esta tecnología era sólo 6,9 meses. El valor actual neto y la tasa interna de retorno de los índices eran $ 152.143 y 178 por ciento, respectivamente.

En resumen, los resultados de la evaluación indican que:

  • La aplicación de ultrafiltración produjo reducciones significativas en los desechos peligrosos, especialmente significativo cuando se compara con los métodos anteriores que utilizan tanques de desengrase y fosfatado separada y disolvente orgánico.
  • En la mayoría de las aplicaciones de fosfatado, ultrafiltración es económicamente atractivo aunque se requiere la inversión de capital. Las solicitudes para el reciclado / reutilización de las aguas residuales a través de ultrafiltración tienen un buen potencial para mejoras de prevención de la contaminación, así como una buena economía. Sin embargo, las empresas primero deben investigar cuidadosamente los parámetros altamente sensibles, como las incrustaciones en los sistemas a pequeña escala e identificar la variabilidad en su operación y su efecto en el proceso. (EPA 1995)

Cuestiones referentes a acabados de aluminio

acabado de aluminio anodizado y utiliza principalmente tratamientos de cromado. Antes de anodizado o cromado, una pieza de trabajo por lo general procede a través de un proceso de limpieza y ataque químico. Tanto anodizado y cromado utilizan esquemas similares para limpieza. Si es necesario, chapistas realizan el lavado por inmersión disolvente o menos tóxicos. El limpiador utilizado para piezas de aluminio no debe contener hidróxido de sodio porque esto aluminio ataques químicos. Un ejemplo de una solución de limpieza aceptable es bórax (tetraborato de sodio). proveedores de asistencia técnica deben ser conscientes de que, incluso si un limpiador está hecho de una sustancia no tóxica, si la solución de limpieza se contamina con aceites y lubricantes, la solución gastada puede ser clasificado como un residuo peligroso (SME 1985).

Durante el proceso de grabado, carbón menudo se forma en la pieza de trabajo de aluminio. El carbón se debe retirar antes de aplicar otro tratamiento. Por lo general, este tratamiento se lleva a cabo con un nítrico o dip ácido nítrico / fluorhídrico, también conocido como destiznado (Cushnie 1994). El proceso de destiznado implica el uso de grandes cantidades de ácidos. Varios productos actualmente en el mercado utilizan aproximadamente 10 por ciento de la cantidad usual de ácido nítrico. Comúnmente, nitrato férrico está sustituido como agente destiznado en presencia de pequeñas cantidades de ácido nítrico. La acción y la tasa destiznado de nitrato férrico son comparables a la tradicional de 50 por ciento baño de ácido nítrico (Ford 1994).

Pelar

Ocasionalmente, las piezas de trabajo que tienen un recubrimiento metálico ha de ser pelado al metal base. La mayoría de desmontaje de inmersión se lleva a cabo con cianuro, que no ataca sustratos de acero pero se disuelve muchos de los metales usados ​​como recubrimientos. Aparentemente hay muchas soluciones diferentes Stripping ya que son combinaciones de metal de revestimiento aplicadas / base. En general, tienden a ser ácidos, álcalis, o a base de cianuro. Pueden ser quelados en gran medida o nada en absoluto. La propiedad más importante de estas soluciones (además de la capacidad de pelar el recubrimiento) es que no deben atacar el metal base. El uso de decapantes de metal a base de cianuro resulta en la generación de soluciones contaminados con cianuro y una serie de problemas de cumplimiento de los residuos peligrosos asociados salud ocupacional. Estas soluciones requieren procedimientos especiales de tratamiento y eliminación. Curiosamente, extracción puede ser una parte del proceso de acabado, en particular para piezas complejas que sólo requieren chapado sobre ciertas superficies. La parte entera está plateado y luego las zonas en las placas debe permanecer se enmascaran fuera y la parte entera se sumerge en la solución de extracción para eliminar el acabado deseado (Ford 1994).

Varios no-cianuro de inmersión alcalina baños de decapado están disponibles para eliminar el cobre o níquel a partir de diferentes sustratos. Estos baños suelen utilizar ya sea el ion amonio o una amina para proporcionar complejante. Persulfato o aniones clorito se pueden utilizar, así como formulaciones propietarias. El uso de decapantes no cianurados elimina el cianuro de la solución decapante pasado. En general, estos strippers no cianurados son menos tóxicos que sus homólogos a base de cianuro y son más susceptibles a la degradación biológica y química, que resulta en más simples y menos caros costes de tratamiento y eliminación. Además, el uso de un separador no cianuro puede simplificar la eliminación de metales a partir de soluciones gastadas. Estos metales son difíciles de eliminar a partir de soluciones a base de cianuro debido a que forman un complejo fuerte con el ligando de cianuro (EPA 1994).

Debido a que las soluciones de decapado no cianurados son típicamente formulaciones patentadas, la química detallada de la eliminación de revestimiento no está disponible para la mayoría de las soluciones. soluciones de desprendimiento están disponibles para una amplia variedad de combinaciones de metal de revestimiento de metal / base y características de procesamiento puede variar ampliamente (EPA 1994).

Aplicaciones reportados

strippers sin cianuro han estado disponibles durante muchos años. Los principales inconvenientes de esta tecnología incluyen la falta de velocidad, el grabado de algunos sustratos, y la necesidad de corriente electrónica. Como los costes de eliminación de cianuro aumento strippers, muchas empresas han convertido a pelar sin cianuro y se han ajustado los ciclos de producción en consecuencia para la velocidad más lenta extracción (EPA 1994).

Características de funcionamiento

costos

Los impactos en los costos al utilizar decapantes no cianurados son:

  • No se requiere un gran desembolso de capital
  • Los costos de solución de maquillaje es probable que aumente ligeramente
  • los costos de tratamiento de residuos se reducen debido al tratamiento con cianuro reducida (EPA 1994)

Las instalaciones deben ser conscientes de que los costos de tratamiento podrían no cambiar o podrían aumentar si el cianuro se utiliza todavía en otros procesos en la instalación.

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