SECCIONS
- Processos de galvanostegia
- Procés de zincat en medi fortament àcid
- Procés de zincat i reactius químics que intervenen
- Tractament d’Aigües Residuals de Procés
Processos de galvanitzat
La indústria de la galvanostegia s’ocupa del recobriment de peces metàl·liques i també no metàl·liques amb una capa fina d’un metall més noble que el bàsic, mitjançant canvis químics produïts per la corrent elèctrica.
De forma genèrica aquesta activitat es durà a terme en un reactor, on s’emmagatzemarà un electròlit determinat perquè l’energia elèctrica sigui transferida per un ànode, aportant-li ions en dissolució.
A la Galvanostegia s’utilitzen diferents operacions unitàries, amb l’objectiu de preparar, tractar i recobrir la peça. Aquests processos són els següents:
Preparació de la superfície de la peça i procedir al seu desgreixat
En aquesta operació es prepara la superfície de la peça, s’eliminen rebaves, punts d’aspresa, per posteriorment crear les condicions per a un tractament químic de superfície òptim que permeti l’adherència química dels metalls, subjectes del recobriment.
El desgreixat es pot dur a dos nivells; macro desgreixat on s’eliminen les grasses pesades i micro desgreixat on es produeix un procés d’afinament amb les grasses que formen pel·lícules d’adherència.
S’eliminen grasses i olis de superfície que es troben disposats sobre les peces metàl·liques. Les peces es tracten per immersió i imprimint la mínima agitació per evitar deformacions o trencaments.
És precís una bona capacitat de neteja de les peces per a posteriors tractaments de nitruració, oxidació superficial o els propis tractaments galvànics. Aquesta operació de desgreixat comprèn diferents processos possibles:
Tractaments amb àlcalis per immersió
Eliminació de grasses per immersió en bases fortes; NaOH, KOH. Es poden realitzar a temperatura elevada. Aquest bany genera a la llarga un residu que ha de ser neutralitzat, amb olis en dissolució i fangs metàl·lics.
Aquests tractaments requereixen banys d’esbandida posteriors per poder eliminar les sals, fruit de les reaccions de saponificació. Això provoca l’emulsionabilitat dels fluids, la qual cosa implica canvis de bany, recàrregues d’aigua, i una incidència en el factor “temps” en tot el procés.
Es pot produir una manca de capacitat de desgreixat per a peces o càrregues amb impediments posicional, geometries complexes, materials amb grau alt de porositat o metalls sinteritzats, etc. Normalment aquests banys estan additivats.
Tensioactius
S’empren com a complement de les dissolucions alcalines com a desgreixants neutres no iònics. El seu efecte es produeix per formació de micel·les i majoritàriament són usats en sistemes per aspersió. Les seves principals desavantatges radica en la dificultat per actuar amb peces de geometries difícils, materials sinteritzats, càrregues amb impediments posicional que impedeixen un fàcil accés del desgreixant a l’interior de la càrrega, així com la facilitat per emulsionar olis i fluids contaminants pel que requereixen freqüents canvis de banys.
Desgreixat per dissolvents orgànics
En aquest tipus de banys tradicionalment s’han utilitzat dissolvents orgànics clorats. Actualment, diferents directives de la UE imposen límits en la seva utilització per la seva incidència en el canvi climàtic. Aquests dissolvents permeten la dissolució de grasses i deixen les peces metàl·liques pràcticament seques.
No ataquen la peça ni alteren la coloració del material. Aquests dissolvents orgànics poden recuperar-se per destil·lació.
Desgreixat electrolític amb àlcalis
És un dels procediments més efectius de desgreixat. S’utilitza un electròlit fortament alcalí amb ajuda de la corrent elèctrica de càtode i rarament la d’ànode. S’utilitzen dissolvents organoclorats, i àlcalis forts amb la problemàtica dels COV.
Actualment, a causa de la prohibició de la utilització de dissolvents organoclorats aquests s’estan substituint per:
- Dissolvents parafínics(COV): Són compostos orgànics volàtils i inflamables pel que requereixen controls especials de seguretat.
- Dissolvents oxigenats: Són compostos que presenten un problema d’inflamabilitat i toxicitat. Són compatibles amb molts dissolvents utilitzats en pintures.
- Dissolvents fluorats: Igual que els productes basats en dissolvents clorats la majoria són ininflamables (excepte els que són mescles amb altres tipus de dissolvents) i altament volàtils, sent els productes més semblants als dissolvents clorats. Tenen la desavantatge d’una aplicació altament específica degut a la seva solubilitat i la seva elevada pressió de vapor. Aquesta sèrie de factors incideixen en el seu cost.
- Dissolvents parafínics (no COV): Es tracta de dissolvents parafínics que tenen un punt d’ebullició superior als COV. Una aplicació especial és la d’utilitzar-los com a procés intermedi, ja que la seva excel·lent capacitat de neteja, baixa volatilitat i viscositat, conjuntament amb la possibilitat de fer-los emulsionables, els permeten ser eliminats fàcilment amb processos i sistemes base aigua (el que moltes vegades no és possible fer amb les restes de grasses, olis viscosos, etc. que es desitgen desgreixar).
Rentat de desgreixat
Rentat amb aigua de les peces de la fase anterior, amb l’objectiu d’eliminar taques o deposicions irregulars a la superfície de les peces. En aquesta etapa s’utilitza aigua amb el resultat de la incorporació de residus de l’etapa interior.
Decapat
Procés de desoxidació. Té per objectiu eliminar els òxids presents a la superfície de la peça.
El decapat es pot realitzar en un bany àcid o alcalí. Les solucions bàsiques que s’utilitzen són hidroxids (sòdic, potàssic o càlcic) i carbonats (carbonat de sodi), additius orgànics i inorgànics i surfactants.
Les solucions àcides utilitzades poden ser àcid sulfúric, clorhídric o en determinats casos fluorhídric. Com a resultat d’aquesta etapa, s’originen aigües residuals i fangs degut a la remoció dels òxids.
Rentat de decapat
Consisteix en l’esbandida de les peces metàl·liques o plàstiques en un dipòsit amb aigua per evitar l’arrossegament d’àcid a les següents etapes del procés. Es generen aigües residuals contaminades del procés del decapat.
El seu objectiu és l’eliminació d’àcid remanent del procés anterior i evitar una posterior oxidació sobre peces. Les aigües residuals obtingudes són aigües d’esbandida per a tractament de neutralització.
Preparació mecànica de la peça
Consisteix en la preparació de la peça amb l’objectiu de deixar-la llisa, polida, brillant; en una paraula preparar la superfície per a la deposició d’una altra capa de metall. Aquesta etapa és important per a l’obtenció d’una bona qualitat de la peça. Es divideix en desbast, esmerilat i polit.
El desbast es realitza mitjançant discs abrasius de diferents mides i duresa, afinats amb gra o amb ceràmiques d’estructura mitjana. L’esmerilat pot realitzar-se mitjançant discs durs d’estructures mitjanes i amb ceràmics d’estructures, igualment mitjanes.
El polit pot ser mecànic, o electrolític mitjançant salmorres que treballen la superfície del metall deixant-la brillant. Per a aquesta etapa del procés, s’utilitzen àcids sulfúric, fosfòric, cròmic, nítric, cítric o bé combinacions d’ells per al cas del polit electrolític, així com aigua de refredament per evitar l’escalfament de les peces sensibles a la calor.
Els residus generats en aquesta etapa, són bàsicament els envasos dels químics usats, aigua calenta, material particulat del polit, dissolucions molt àcides de sals metàl·liques, en cas del crom és particularment important el crom (VI).
Neteja Física
Eliminació de partícules que van quedar en forma de grumolls a les peces metàl·liques. Per al desenvolupament d’aquesta etapa es requereixen materials de neteja (llana, fibres sintètiques) i aigua a temperatura ambient per eliminar aquelles partícules difícils de separar.
Etapa d’Electròlisi
En aquesta etapa es produeix pròpiament el recobriment electrolític. Les peces, fixades com a càtode, es recobreixen amb el metall apropiat, deixant uns fangs propis de la deposició metàl·lica, de les sals i dels processos d’òxid reducció que es produeixen al càtode i l’ànode (producció d’oxigen i hidrogen).
Per al desenvolupament d’aquesta activitat s’utilitzen materials metàl·lics de recobriment com sulfats, clorurs, cianurs de níquel, crom i estany. També s’utilitzen agents químics addicionals com: trisulfonat naftalè sòdic i formaldehid.
Els residus que s’originen principalment són residus líquids de les solucions de níquel, crom o estany, solucions additivades, dissolucions amb cianurs i recipients buits dels químics usats.
Rentat en Calent
La peça es renta amb una dissolució diluïda d’àcid clorhídric produint-se una dissolució residual àcida.
Assecat i engrassat
Les peces metàl·liques han d’assecar-se després del procés electrolític per evitar les taques sobre els dipòsits metàl·lics que s’han produït. El procés d’assecat es pot realitzar en suports d’assecat, forns d’assecat o mitjançant l’aspersió amb aire a temperatura elevada, 80-90ºC, amb l’objectiu d’eliminar la humitat superficial.
Posteriorment sobre la peça metàl·lica es procedeix a dipositar una fina capa d’oli que té per objectiu protegir la peça de la humitat i evitar la seva oxidació. Aquest procés es realitza mitjançant un procés d’engreixat electrostàtic.
Procés de zincat en medi fortament àcid
Els revestiments electro galvanitzats (galvanoplàstia elèctrica) es creen en aplicar zinc a la làmina d’acer i decapar per electrodeposició. Com succeeix amb el galvanitzat de làmina, l’operació és contínua i el gruix del revestiment és mínim.
Aplicat en una planta de laminació d’acer, s’ingressa la làmina o tira, mitjançant equip d’entrada, en una sèrie de rentats i esbandides, després en el bany de zinc.
Poden afegir-se refinadors de gra per ajudar a produir un revestiment de zinc uniforme i ben unit a l’acer. Els revestiments electro galvanitzats s’apliquen a làmines i fils d’acer, i, per això, s’usen en aplicacions similars al galvanitzat de làmina continu o galvanitzat de fil.
Les aplicacions més comunes són a la indústria automotriu i muntures i subjectadors d’aparells. A més, per estendre la vida útil, els revestiments electro galvanitzats poden tractar-se per fer-los aptes per a la pintura, i això es recomana sovint a causa del revestiment de zinc extremadament prim.
El procés de zincat, s’inicia amb el desgreixat mitjançant mètodes químics, per saponificació de possibles olis mitjançant bases o per procediments d’electròlisi. Aquestes aigües resultants precisen de neutralització i tractament d’emulsió en cas que es produeixi. Posteriorment s’esbandeix la peça, per eliminar àlcalis i evitar disminuir l’efecte dels àcids posteriors en el decapat.
Un cop eliminada aquesta capa superficial d’oli o altres deposicions superficials, es procedeix al decapat. El decapat químic es produeix amb àcids forts i temps controlats.
El seu objectiu és eliminar taques d’òxids o altres recobriments que de forma circumstancial s’haguessin produït sobre la peça. Aquest bany produirà una dissolució fortament àcida amb sals procedents de l’atac d’òxids, sulfats i clorurs de ferro. Per evitar posteriors deposicions, s’utilitzen complexants per al ferro i altres metalls com l’EDTA. Aquesta dissolució deixarà la peça preparada per al procés electrolític.
L’especificació que regeix, B633 de l’ASTM, llista quatre classes de galvanoplàstia amb zinc: Fe/Zn 5, Fe/Zn 8, Fe/Zn 12 i Fe/Zn 25, on el número indica el gruix del revestiment en microns (µm).
En el procés de deposició electrolítica, a l’ànode es dipositarà el zinc metàl·lic i es desprendrà hidrogen.
Al càtode es produiran efectes més complexos com són:
- L’oxidació del SO42- a S2O8 2-
- La descomposició del S2O8 2- a SO42- i SO32-, generant com a subproducte oxigen.
- Síntesi del H2SO4
- Descomposició de l’aigua amb producció d’oxigen.
Posterior a l’electròlisi, és precís un altre esbandida i trasllat al procés de passivació amb l’objectiu de produir una capa protectora sobre la peça. En aquest procés s’utilitzen àcids forts com el cròmic i sulfúric.
En el cas particular d’acer, les normes ASTM A380 i ASTM A967 cobreixen una àmplia gamma de processos de neteja, desescorxat i passivat de peces, equips i sistemes d’acer inoxidable, així com especificacions de tractament de passivat químic de peces d’acer inoxidable.
En el cas del zinc, en funció del temps de residència d’electrodeposició, el pH del bany, l’agitació i la temperatura obtindrem diferents estructures de passivat com per exemple; passivat iridiscents blavós (arc de Sant Martí zincat), passivat (color oliva), passivat (iris zincat) i un passivat de negre zinc.
L’arranjament més comú d’electròlit/ànode de zinc usa plom/plata, o altres ànodes insolubles i electròlits de sulfats de zinc. També s’usen ànodes solubles de zinc pur.
El revestiment es desenvolupa a mesura que ions de zinc carregats positivament en la solució es redueixen mitjançant electricitat al metall de zinc i es dipositen al càtode carregat positivament (làmina d’acer).
Els rangs de temperatura es situen entre 18 i 30ºC. Posterior al procés de passivat segueix un esbandida per eliminar reactius i procedir a l’assecat.
Procés de zincat i reactius químics que intervenen
| Procés | Químics |
| Procés de desgreixat químic o desgreixat electrolític | Na2CO3 , NaOH, Na2SiO3, Gluconats |
| Esbandida | Aigua |
| Passivació | H2CrO4, H2SO4 |
| Esbandida | Aigua |
| Electrodeposició de zinc | Sals de zinc, clorurs de sodi i potassi, àcid sulfúric |
| Esbandida | Aigua |
| Decapat | H2SO4/HCl |
| Esbandida | Aigua |
Tractament d’Aigües Residuals de Procés
Els residus que es produeixen durant un procés de galvanostegia es poden classificar en:
- Efluents àcids o bàsics, procedents d’esbandides que poden ser neutralitzats.
- Efluents amb concentracions elevades de metalls pesants; aquests són precipitades mitjançant valors de pH adequats. Normalment a pH propers a 7, la majoria dels metalls poden precipitar-se en forma d’hidroxids. Aquests hidroxids o la seva evolució a òxid per pèrdua d’aigua, poden separar-se en forma de fangs i gestionar-se de forma específica.
- Efluents amb continguts en Cr(VI). Aquest ió precisa d’un tractament específic. En primer lloc ha de ser reduït a Cr(III) mitjançant un reductor com el sulfit de sodi. Posteriorment, el crom (III) és precipitat per neutralització de l’efluent en forma d’hidroxid de crom(III) que evoluciona a òxid de crom (III).
- Efluents orgànics. Aquests efluents contenen emulsions oleoses (taladrines), inhibidors, EDTA, gluconats.
- Efluents específics amb cianurs en dissolució. En aquest cas, com en el dels metalls, serà precís un tractament específic. En concret, els cianurs s’hauran de sotmetre a un medi fortament bàsic i oxidant. A causa de la seva perillositat, els cianurs estan sent desplaçats a altres sals amb menys risc.
Les aigües residuals procedents d’aquests tractaments es poden presentar en forma d’emulsió (diferents fases), juntament amb una varietat de metalls pesants (crom, zinc…) en dissolució, matèria orgànica (antioxidants, inhibidors, gluconats, detergents..), àcids i bases.
Les emulsions típiques estan formades per aigua-oli. Els residus susceptibles de ser tractats, procedeixen de la refrigeració, tall, lubricació, recobriment de superfícies, esbandides, etc. El residu més característic és la taladrina emulsionable (oli mineral, 10% en aigua); emulgent aniónic (sulfonat de sodi); emulgent no iònic (mercaptobenzo tiazol), additius anticorrosius, pH 8-9,5, antiespumants, bactericides, fungicides.
Hi ha diferents formes de tractar les emulsions, en general el procés més habitual consisteix en la separació de la suspensió col·loïdal dels compostos orgànics en aigua (separar la fase oleosa de la fase aquosa) utilitzant un canvi de pH. Es pot procedir a la valorització energètica de la fase oleosa, controlant sempre el contingut de clor i sofre. La separació de fases es veu afavorida amb la temperatura.
El procés de tractament d’aquestes aigües residuals, passa per l’eliminació dels metalls pesants, el tractament de l’emulsió i neutralització d’efluents. Aquest fet produirà unes aigües residuals amb alt contingut de calci, sodi, sulfats, clorurs procedents bàsicament dels processos de neutralització i d’utilització d’electròlits. Aquests elevats paràmetres de salinitat obliguen a tractaments específics. Dos són els processos més utilitzats per al tractament d’aquestes aigües; l’evapocondensació i l’òsmosi inversa.
L’evaporació i posterior condensació de l’aigua tractada (evapocondensació) obté alta eficàcia en el tractament d’aquest tipus de residus que es caracteritzen per una alta salinitat i al seu torn permet la reutilització de l’aigua condensada, la disminució del volum de residus i la reutilització de determinades sals.
Una limitació important a tenir en compte és la presència de compostos orgànics volàtils, ja que en el procés d’evaporació es transfereixen al vapor de les fases condensables. En aquest cas, es pot realitzar un procés d’evapoxidació o tractaments alternatius en fases prèvies o condensades.
En aquest procés el concentrat reté les sals mentre que la fase de vapor condensat permet l’obtenció de l’aigua. L’evaporador/concentrador combina la tecnologia de buit i bomba amb escalfadors per obtenir una destil·lació a baixa temperatura.
Alguns dels paràmetres importants que defineixen el procés són el % de concentrat obtingut a l’evaporador, el valor dels cabals objecte de tractament, consum energètic, costos d’operació/manteniment i cost de gestió de l’evaporat-concentrat. L’alta eficàcia en el tractament d’aquestes aigües residuals mitjançant la tecnologia de l’evaporació, fa que aquest sigui un dels mètodes més àmpliament usats en el camp de la indústria de recobriments.