Acabamento de Metal

O tratamento da superfície dos metais aumenta sua durabilidade e melhora sua aparência. Um único produto pode passar por mais de um tratamento de superfície - por exemplo, um painel de carroceria pode ser fosfatado, preparado e pintado. Este artigo trata dos processos utilizados para o tratamento superficial de metais e dos métodos utilizados para reduzir seu impacto ambiental.

Operar um negócio de acabamento de metal requer cooperação entre a administração da empresa, funcionários, governo e a comunidade para minimizar efetivamente o efeito ambiental das operações. A sociedade está preocupada com a quantidade e os efeitos a longo prazo da poluição que entra no ar, na água e no ambiente terrestre. gestão ambiental eficaz é estabelecido através do conhecimento detalhado de todos os elementos, produtos químicos, metais, processos e resultados.

Planejamento de prevenção da poluição muda a filosofia de gestão ambiental de reagir a problemas para antecipar soluções com foco na substituição química, mudança de processo e reciclagem interna, usando a seguinte sequência de planejamento:

1. Iniciar a prevenção da poluição em todos os aspectos do negócio.
2. Identifique os fluxos de resíduos.
3. Estabeleça prioridades de ação.
4. Estabeleça a causa raiz do desperdício.
5. Identificar e implementar mudanças que reduzam ou eliminem o desperdício.
6. Meça os resultados.

A melhoria contínua é alcançada estabelecendo novas prioridades de ação e repetindo a sequência de ações.

A documentação detalhada do processo identificará os fluxos de resíduos e permitirá que prioridades sejam definidas para oportunidades de redução de resíduos. Decisões informadas sobre possíveis mudanças encorajarão:

• melhorias operacionais fáceis e práticas
• mudanças de processo envolvendo clientes e fornecedores
• mudanças para atividades menos prejudiciais sempre que possível
• reutilização e reciclagem onde a mudança não é prática
• usando o aterro de resíduos perigosos apenas como último recurso.

Principais processos e processos operacionais padrão

Limpeza é necessário porque todos os processos de acabamento de metal exigem que as peças a serem acabadas estejam livres de sujeiras orgânicas e inorgânicas, incluindo óleos, escamação, polimento e compostos de polimento. Os três tipos básicos de produtos de limpeza em uso são solventes, desengordurantes a vapor e detergentes alcalinos.

Solventes e métodos de limpeza desengordurantes a vapor foram quase totalmente substituídos por materiais alcalinos onde os processos subseqüentes são úmidos. Solventes e desengordurantes a vapor ainda estão em uso, onde as peças devem ser limpas e secas sem processamento posterior a úmido. Solventes como terpenos estão, em alguns casos, substituindo solventes voláteis. Materiais menos tóxicos, como 1,1,1-tricloroetano, foram substituídos por materiais mais perigosos no desengorduramento a vapor (embora este solvente esteja sendo eliminado como um destruidor de ozônio).

Os ciclos de limpeza alcalina geralmente incluem uma imersão em imersão seguida por uma eletrolimpeza anódica, seguida por uma imersão em ácido fraco. Limpadores não corrosivos e não silicatados são normalmente usados ​​para limpar alumínio. Os ácidos são tipicamente sulfúrico, clorídrico e nítrico.

Anodização, um processo eletroquímico para espessar o filme de óxido na superfície do metal (frequentemente aplicado ao alumínio), trata as peças com soluções diluídas de ácido crômico ou sulfúrico.

Revestimento de conversão é usado para fornecer uma base para pintura posterior ou para passivar para proteção contra oxidação. Na cromagem, as peças são imersas em uma solução de cromo hexavalente com agentes orgânicos e inorgânicos ativos. Para a fosfatação, as peças são imersas em ácido fosfórico diluído com outros agentes. A passivação é realizada através da imersão em ácido nítrico ou ácido nítrico com dicromato de sódio.

Galvanização elétrica envolve uma deposição de metal sem eletricidade. A deposição eletrolítica de cobre ou níquel é utilizada na fabricação de placas de circuito impresso.

galvanoplastia envolve a deposição de uma fina camada de metal (zinco, níquel, cobre, cromo, cádmio, estanho, latão, bronze, chumbo, estanho-chumbo, ouro, prata e outros metais como platina) sobre um substrato (ferroso ou não) ferroso). Os banhos de processo incluem metais em solução em formulações ácidas, alcalinas neutras e alcalinas de cianeto (veja a figura 1).

Figura 1. Entradas e saídas para uma linha típica de galvanoplastia

Moagem e corrosão química são processos de imersão de dissolução controlada usando reagentes químicos e agentes corrosivos. O alumínio é normalmente gravado em cáustico antes da anodização ou abrilhantado quimicamente em uma solução que pode conter ácidos nítrico, fosfórico e sulfúrico.

Revestimentos por imersão a quente envolvem a aplicação de metal a uma peça de trabalho por imersão em metal fundido (galvanização de aço com zinco ou estanho).

Boas práticas de gestão

Melhorias importantes de segurança, saúde e meio ambiente podem ser alcançadas por meio de melhorias de processo, como:

• usando enxágue contracorrente e controles de condutividade
• aumentando o tempo de drenagem
• usando mais ou melhores agentes umectantes
• mantendo as temperaturas do processo o mais altas possível para diminuir a viscosidade, aumentando assim a recuperação de arraste (ou seja, recuperação da solução deixada no metal)
• usando agitação de ar no enxágue para aumentar a eficiência do enxágue
• usando bolas de plástico em tanques de revestimento para reduzir a névoa
• usando filtração aprimorada em tanques de revestimento para reduzir a frequência do tratamento de purificação
• colocar um meio-fio em torno de todas as áreas de processo para conter derramamentos
• usando tratamentos separados para metais recuperáveis, como níquel
• instalação de sistemas de recuperação, como troca iônica, evaporação atmosférica, evaporação a vácuo, recuperação eletrolítica, osmose reversa e eletrodiálise
• complementando os sistemas de recuperação de arraste com reduções no arraste de contaminantes e sistemas de limpeza aprimorados
• usando controles de estoque modernos para reduzir o desperdício e os riscos no local de trabalho
• aplicar procedimentos padrão (ou seja, procedimentos escritos, revisões operacionais regulares e registros operacionais sólidos) para fornecer a base para uma estrutura de gestão ambiental sólida.

Planejamento ambiental para resíduos específicos

Fluxos de resíduos específicos, geralmente soluções de revestimento usadas, podem ser reduzidos por:

• Filtração. Filtros de cartucho ou terra de diatomáceas podem ser usados ​​para remover o acúmulo de sólidos, que reduzem a eficiência do processo.
• tratamento de carbono pode ser usado para remover contaminantes orgânicos (mais comumente aplicados em revestimento de níquel, galvanoplastia de cobre e revestimento de zinco e cádmio).
• Água purificada. Os contaminantes naturais na composição e enxágue da água (por exemplo, cálcio, ferro, magnésio, manganês, cloro e carbonatos) podem ser removidos usando deionização, destilação ou osmose reversa. Melhorar a eficiência da água de enxágue reduz o volume de lodo de banho que requer tratamento.
• Congelamento de carbonato de banho de cianeto. Abaixar a temperatura do banho para –3 °C cristaliza os carbonatos formados no banho de cianeto pela quebra do cianeto, densidades excessivas de corrente anódica e adsorção de dióxido de carbono do ar e facilita sua remoção.
• Precipitação. A remoção de contaminantes metálicos que entram no banho como impurezas nos ânodos pode ser obtida por precipitação com cianeto de bário, hidróxido de bário, hidróxido de cálcio, sulfato de cálcio ou cianeto de cálcio.
• Alternativas de cromo hexavalente. O cromo hexavalente pode ser substituído por soluções de cromagem trivalente para revestimento decorativo. Revestimentos de conversão de cromo para pré-tratamentos de tinta às vezes podem ser substituídos por revestimentos de conversão sem cromo ou produtos químicos de cromo sem enxágue.
• Processos químicos não quelatados. Em vez de quelantes serem adicionados aos banhos de processo para controlar a concentração de íons livres na solução, podem ser usados ​​produtos químicos de processo não quelatados para que não seja necessário manter os metais em solução. Esses metais podem precipitar e podem ser removidos por filtração contínua.
• Produtos químicos de processo sem cianeto. Fluxos residuais contendo cianeto livre são normalmente tratados usando hipoclorito ou cloro para realizar a oxidação, e cianetos complexos são comumente precipitados usando sulfato ferroso. O uso de produtos químicos de processo sem cianeto elimina uma etapa de tratamento e reduz o volume do lodo.
• Solvente desengordurante. Banhos de limpeza alcalinos quentes podem ser usados ​​no lugar do solvente desengraxante das peças de trabalho antes do processamento. A eficácia dos limpadores alcalinos pode ser aumentada pela aplicação de eletrocorrente ou ultrassom. Os benefícios de evitar vapores e lodos de solvente geralmente superam quaisquer custos operacionais adicionais.
• Limpadores alcalinos. Ter que descartar produtos de limpeza alcalinos quando o acúmulo de óleo, graxa e sujeira de uso atinge um nível que prejudica a eficiência de limpeza do banho pode ser evitado usando dispositivos de escumação para remover óleos flutuantes, dispositivos de decantação ou filtros de cartucho para remover partículas e coalescentes óleo-água e usando microfiltração ou ultrafiltração para remover óleos emulsificados.
• Redução de arrasto. A redução do volume de arrastamento dos banhos de processo serve para reduzir a quantidade de valiosos produtos químicos do processo que contaminam a água de enxágue, o que, por sua vez, reduz a quantidade de lodo gerado por um processo convencional de tratamento por precipitação de metal.

Vários métodos para reduzir o arrasto incluem:

• Concentração operacional do banho de processo. A concentração química deve ser mantida o mais baixa possível para minimizar a viscosidade (para uma drenagem mais rápida) e a quantidade de produtos químicos (no filme).
• Temperatura de operação do banho de processo. A viscosidade da solução do processo pode ser reduzida aumentando a temperatura do banho.
• Agentes umectantes. A tensão superficial da solução pode ser reduzida pela adição de agentes umectantes ao banho do processo.
• Posicionamento da peça. A peça de trabalho deve ser posicionada no rack de forma que o filme aderente escorra livremente e não fique preso em ranhuras ou cavidades.
• Tempo de retirada ou drenagem. Quanto mais rápido uma peça de trabalho for removida do banho de processo, mais espessa será a película na superfície da peça de trabalho.
• facas de ar. Soprar ar na peça de trabalho conforme o rack de peças de trabalho é elevado acima do tanque de processo pode melhorar a drenagem e a secagem.
• Enxágües com spray. Estes podem ser usados ​​acima de banhos aquecidos de modo que a vazão de enxágue seja igual à taxa de evaporação do tanque.
• Banhos de chapeamento. Carbonatos e contaminantes orgânicos devem ser removidos para evitar o acúmulo de contaminação que aumenta a viscosidade do banho de revestimento.
• Placas de drenagem. Os espaços entre os tanques de processo devem ser cobertos com placas de drenagem para capturar as soluções de processo e devolvê-las ao banho de processo.
• Tanques de arraste. As peças de trabalho devem ser colocadas em tanques de arraste (tanques de enxágue estático) antes da operação de enxágue padrão.

A recuperação prolongada de produtos químicos usa uma variedade de tecnologias. Esses incluem:

• Evaporação. Os evaporadores atmosféricos são os mais comuns e os evaporadores a vácuo oferecem economia de energia.
• Troca iônica é usado para recuperação química de água de enxágue.
• Electrowinner. Este é um processo eletrolítico pelo qual os metais dissolvidos na solução são reduzidos e depositados no cátodo. O metal depositado é então recuperado.
• Eletrodiálise. Isso utiliza membranas permeáveis ​​a íons e corrente aplicada para separar as espécies iônicas da solução.
• Osmose Reversa, Nanofiltração, Ultrafiltração. Isso utiliza uma membrana semipermeável para produzir água purificada e uma solução iônica concentrada. A alta pressão é usada para forçar a água através da membrana, enquanto a maioria dos sais dissolvidos são retidos pela membrana.

Água de enxaguar

A maioria dos resíduos perigosos produzidos em uma instalação de acabamento de metal vem de águas residuais geradas pelas operações de enxágue que seguem a limpeza e o revestimento. Ao aumentar a eficiência do enxágue, uma instalação pode reduzir significativamente o fluxo de águas residuais.

Duas estratégias básicas melhoram a eficiência do enxágue. Primeiro, a turbulência pode ser gerada entre a peça de trabalho e a água de enxágue por meio de enxágues e agitação da água de enxágue. Movimento do rack ou água ou ar forçado são usados. Em segundo lugar, o tempo de contato entre a peça de trabalho e a água de enxágue pode ser aumentado. Vários tanques de enxágue configurados em contracorrente em série reduzirão a quantidade de água de enxágue usada.

Revestimentos Industriais

O termo revestimentos inclui tintas, vernizes, lacas, esmaltes e goma-lacas, betumes, enchimentos e selantes para madeira, removedores de tinta e verniz, limpadores de pincéis e produtos de pintura afins. Os revestimentos líquidos contêm pigmentos e aditivos dispersos em uma mistura de aglutinante líquido e solvente. Os pigmentos são compostos inorgânicos ou orgânicos que fornecem cor e opacidade ao revestimento e influenciam o fluxo e a durabilidade do revestimento. Os pigmentos geralmente contêm metais pesados, como cádmio, chumbo, zinco, cromo e cobalto. O aglutinante aumenta a adesividade, a coesão e a consistência do revestimento e é o principal componente que permanece na superfície quando o revestimento é concluído. Os aglutinantes incluem uma variedade de óleos, resinas, borrachas e polímeros. Aditivos como cargas e extensores podem ser adicionados aos revestimentos para reduzir os custos de fabricação e aumentar a durabilidade do revestimento.

Os tipos de solventes orgânicos usados ​​em revestimentos incluem hidrocarbonetos alifáticos, hidrocarbonetos aromáticos, ésteres, cetonas, glicol éteres e álcoois. Os solventes dispersam ou dissolvem os aglutinantes e diminuem a viscosidade e a espessura do revestimento. Solventes usados ​​em formulações de revestimentos são perigosos porque muitos são carcinógenos humanos e são inflamáveis ​​ou explosivos. A maioria dos solventes contidos em um revestimento evapora quando o revestimento cura, o que gera emissões de compostos orgânicos voláteis (VOC). As emissões de VOC estão se tornando cada vez mais regulamentadas devido aos efeitos negativos sobre a saúde humana e o meio ambiente. As preocupações ambientais associadas a ingredientes convencionais, tecnologias de aplicação de revestimento e resíduos de revestimento são uma força motriz para o desenvolvimento de alternativas de prevenção da poluição.

A maioria dos revestimentos é utilizada em produtos arquitetônicos, industriais ou especiais. Os revestimentos arquitetônicos são usados ​​em edifícios e produtos de construção e para serviços decorativos e de proteção, como vernizes para proteger a madeira. As instalações industriais incorporam operações de revestimento em vários processos de produção. As indústrias automotiva, latas de metal, máquinas agrícolas, revestimento de bobinas, móveis e utensílios de madeira e metal e eletrodomésticos são os principais consumidores de tintas industriais.

O projeto de uma formulação de revestimento depende da finalidade da aplicação do revestimento. Os revestimentos fornecem estética e proteção contra corrosão e superfície. Custo, função, segurança do produto, segurança ambiental, eficiência de transferência e velocidade de secagem e cura determinam as formulações.

processos de revestimento

Existem cinco operações que compreendem a maioria dos processos de revestimento: manuseio e preparação de matérias-primas, preparação de superfície, revestimento, limpeza de equipamentos e gerenciamento de resíduos.

Manuseio e preparo de matéria-prima

O manuseio e preparação de matéria-prima envolve armazenamento de estoque, operações de mistura, diluição e ajuste de revestimentos e transferência de matéria-prima através da instalação. Procedimentos e práticas de monitoramento e manuseio são necessários para minimizar a geração de resíduos de deterioração, fora da especificação e preparação inadequada que podem resultar do desbaste excessivo e consequente desperdício. A transferência, seja manual ou através de um sistema de tubulação, deve ser programada para evitar deterioração.

Preparação da superfície

O tipo de técnica de preparação de superfície usada depende da superfície a ser revestida - preparação anterior, quantidade de sujeira, graxa, revestimento a ser aplicado e acabamento superficial necessário. As operações de preparação comuns incluem desengorduramento, pré-revestimento ou fosfatação e remoção do revestimento. Para fins de acabamento de metais, o desengorduramento envolve limpeza com solvente, limpeza a frio ou desengorduramento a vapor com solventes halogenados, limpeza alcalina aquosa, limpeza semi-aquosa ou limpeza com hidrocarboneto alifático para remover sujeira orgânica, sujeira, óleo e graxa. Decapagem ácida, limpeza abrasiva ou limpeza com chama são usadas para remover carepa e ferrugem.

A operação de preparação mais comum para superfícies metálicas, além da limpeza, é o revestimento de fosfato, usado para promover a adesão de revestimentos orgânicos em superfícies metálicas e retardar a corrosão. Os revestimentos de fosfato são aplicados por imersão ou pulverização de superfícies metálicas com solução de fosfato de zinco, ferro ou manganês. A fosfatização é um processo de acabamento de superfície semelhante à galvanoplastia, que consiste em uma série de processos químicos e banhos de enxágue nos quais as peças são imersas para obter a preparação de superfície desejada. Consulte o artigo “Tratamento de superfície de metais” neste capítulo.

A remoção do revestimento, química ou mecânica, é realizada em superfícies que requerem repintura, reparo ou inspeção. O método de remoção de revestimento químico mais comum é a decapagem com solvente. Essas soluções geralmente contêm fenol, cloreto de metileno e um ácido orgânico para dissolver o revestimento da superfície revestida. Uma lavagem final com água para remover os produtos químicos pode gerar grandes quantidades de águas residuais. O jateamento abrasivo é o processo mecânico comum, uma operação a seco que usa ar comprimido para impulsionar um meio de jateamento contra a superfície para remover o revestimento.

As operações de preparação de superfície afetam a quantidade de resíduos do processo de preparação específico. Se a preparação da superfície for inadequada, resultando em um revestimento ruim, a remoção do revestimento e a repintura aumentam a geração de resíduos.

Revestimento

A operação de revestimento envolve a transferência do revestimento para a superfície e a cura do revestimento na superfície. A maioria das tecnologias de revestimento se enquadra em 1 de 5 categorias básicas: revestimento por imersão, revestimento por rolo, revestimento por fluxo, revestimento por pulverização e a técnica mais comum, revestimento por pulverização atomizado a ar usando revestimentos à base de solvente.

Os revestimentos por pulverização atomizados a ar geralmente são conduzidos em um ambiente controlado por causa das emissões de solvente e do excesso de pulverização. Dispositivos de controle de overspray são filtros de tecido ou paredes de água, gerando filtros usados ​​ou águas residuais de sistemas de purificação de ar.

A cura é realizada para converter o aglutinante de revestimento em uma superfície dura, resistente e aderente. Os mecanismos de cura incluem: secagem, cozimento ou exposição a um feixe de elétrons ou luz infravermelha ou ultravioleta. A cura gera VOCs significativos de revestimentos à base de solvente e representa um potencial de explosão se as concentrações de solvente subirem acima do limite inferior de explosividade. Consequentemente, as operações de cura são equipadas com dispositivos de controle de poluição do ar para evitar emissões de VOC e para controle de segurança para evitar explosões.

Preocupações ambientais e de saúde, regulamentações crescentes que afetam as formulações de revestimentos convencionais, altos custos de solventes e dispendioso descarte de resíduos perigosos criaram uma demanda por formulações de revestimentos alternativas que contenham constituintes menos perigosos e gerem menos resíduos quando aplicados. Formulações alternativas de revestimento incluem:

• Revestimentos de alto teor de sólidos, contendo o dobro da quantidade de pigmento e resina no mesmo volume de solvente que os revestimentos convencionais. A aplicação reduz as emissões de VOC entre 62 e 85% em comparação com os revestimentos convencionais à base de solvente de baixo teor de sólidos porque o teor de solvente é reduzido.
• Revestimentos à base de água usando água e uma mistura de solvente orgânico como veículo com água usada como base. Em comparação com os revestimentos à base de solvente, os revestimentos à base de água geram entre 80 e 95% menos emissões de VOC e solventes usados ​​do que os revestimentos convencionais à base de solvente de baixo teor de sólidos.
• Revestimentos em pó não contendo nenhum solvente orgânico, consistindo de pigmento finamente pulverizado e partículas de resina. Eles são pós termoplásticos (resina de alto peso molecular para revestimentos espessos) ou termoendurecíveis (compostos de baixo peso molecular que formam uma camada fina antes da reticulação química).

Limpeza de equipamentos

A limpeza do equipamento é uma operação de manutenção de rotina necessária nos processos de revestimento. Isso cria quantidades significativas de resíduos perigosos, especialmente se solventes halogenados forem usados ​​para limpeza. A limpeza de equipamentos para revestimentos à base de solventes tem sido tradicionalmente realizada manualmente com solventes orgânicos para remover os revestimentos dos equipamentos de processo. A tubulação requer lavagem com solvente em lotes até que esteja limpa. O equipamento de revestimento deve ser limpo entre as trocas de produto e após as paradas do processo. Os procedimentos e práticas utilizados determinarão o nível de resíduos gerados por essas atividades.

Gestão de resíduos

Vários fluxos de resíduos são gerados por processos de revestimento. Os resíduos sólidos incluem recipientes de revestimento vazios, lama de revestimento de pulverização excessiva e limpeza de equipamentos, filtros usados ​​e materiais abrasivos, revestimento seco e panos de limpeza.

Os resíduos líquidos incluem águas residuais da preparação de superfícies, controle de pulverização excessiva ou limpeza de equipamentos, revestimento fora da especificação ou excesso de materiais de preparação de superfícies, pulverização excessiva, derramamentos e soluções de limpeza gastas. A reciclagem de circuito fechado no local está se tornando mais popular para solventes usados ​​à medida que os custos de descarte aumentam. Líquidos à base de água são geralmente tratados no local antes da descarga para sistemas de tratamento de propriedade pública.

As emissões de VOC são geradas por todos os processos de revestimento convencionais que usam revestimentos à base de solvente, exigindo dispositivos de controle, como unidades de adsorção de carbono, condensadores ou oxidadores catalíticos térmicos.

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