特里Foecke明尼苏达州MnTAP技术援助项目
文摘
概述了源减少的机会,组织在三个类别:材料替代,流程修改,修改的操作实践。和效益等问题进行了讨论,以及每个在整个源减少努力的地方。选项是排名的顺序简单性和潜在影响,和一个起点为探索源减少电镀操作。
介绍
在过去的十年中,许多“机会”源减少废物产生的电镀行业已确定。事实上,记录最常见的是可能性,而镀的角度核电站运营商成为只有应用程序和测试领域的机会。电镀行业的特殊性,许多可能性存在源减少,然而实现仍然有限。为什么如此?
部分解决这个问题,本文将报告和讨论的技术和技术目前在使用,减少含金属的体积和/或毒性wastestreams产生的电镀行业。虽然目的是概述,但还是希望通过提供缺陷以及优势,实际上更可能会成为现实。在继续之前,然而,“源削减“优点一些定义适用于这个行业呈现的挑战及其流程。
这次讨论的目的,源减少电镀行业将包括以下:
——材料替换
-流程修改
——修改操作实践
材料替换可以被认为是“纯”源减少,在某种意义上,它可以减少或消除浪费的一代。然而,将会看到,这种纯洁几乎总是合金与实现的现实困难和继续,虽然改变了,废物产生。流程修改,主要是清洗系统,拥有相当大的电镀行业的承诺,承诺还很大程度上未被承认的。修改操作实践,包括化学过程解决方案和过程控制等活动的时机,将重叠在某种程度上,流程修改。事实上,这里没有意图列出这三个类别的源减少优先秩序。源减少活动在一个给定的植物会在任何这些类别,通过其他人在一个循环中每个更改驱动另一个互补的改变。
同样重要的是要注意,这些选择的类别驱动至少部分通过这次会议的组织以及这些程序。分离技术(如反渗透、离子交换、电解金属回收和蒸发),便于移植和进程内回收通常包括在讨论源减少电镀行业,[1][2],但在这次会议。
最后,减少源不应被视为任何超过wel1-conceived废物管理计划的重要组成部分。现场经验和文献,清楚的说明源减少,而成熟的开发的首选方法电镀工业的废物管理,无法消除浪费的一代。下面的讨论将展示,实现源减少,任何包含在它的定义,包括特定场地测试的可能性通常只不过好的想法。这个鸡生蛋还是蛋生鸡的困境是最明显的在文献中用于电镀工厂的操作人员,在文档往往限于明显成功和指导“试一试,你会喜欢它的!”
电镀Mastestream来源和特点
虽然看似小学,这部分包含在本文说明这个行业面临的挑战的多样性。此外,它将作为一个图形在提醒着人们并非所有含金属wastestreams镀电镀操作可以命名过程中解决方案作为他们的来源。虽然它可能是真的,镀后清洗的步骤操作和不可用的批处理电镀过程解决方案重大贡献者的金属电镀废水操作,其他贡献者,不大受源减少,也存在。事实上,在某些操作,从碳底污泥等废弃物处理镀镍溶液或盐酸富含锌剥夺镀电镀架和桶危险可能构成最大的wastestreams。[3]
过程流
系统组成
Wastestream组成
清洁
(除了有机溶剂)
酸碱液磨料磨具有机化合物螯合剂的解决方案
低或高pH值溶解金属复杂金属金属芯片和罚款
冲洗
水
低或高pH值
溶解的金属有机化合物化学螯合剂浪费
过程流系统成分Wastestream组成
过程流系统成分Wastestream组成
电镀 |
酸金属解决方案碱性金属螯合剂降低代理有机化合物的解决方案 |
低或高pH值溶解金属复杂金属废料的化学物质 |
蚀刻 |
酸碱性有机化合物的解决方案的解决方案 |
低或高pH值溶解金属复杂金属废料的化学物质 |
控制过滤 |
分析化学活性炭硅藻土过滤介质纸、聚丙烯、棉花 |
低或高pH值有机化合物溶解金属金属固体金属SIudge复合体 废物化学废物过滤介质 |
库存 |
集中过程化学 |
低或高pH值有机化合物溶解金属复杂金属螯合剂降低 |
剥离 |
碱性有机化合物解酸解螯合剂磨料磨具 |
低或高pH值溶解金属复杂金属废物化学金属芯片,罚款 |
废物处理 |
化学过程化学治疗 |
金属化合物 其他无机化合物 |
应该注意的是,在大多数情况下wastestreams过程化学不仅是由化学反应的副产品和电解。这个事实很重要当试图恢复并返回那些“逃”的解决方案(例如,稀释含金属冲洗流),往往过程和操作修改的重点。通常是不足以阻止产生浪费只是通过返回到它的源头。通常是某种类型的净化或分离,自己的废物产生源,最终将被要求。这么快把谎言的神话“闭环”操作。虽然源减少是强大的,只有减少,而不是消除。
材料替换
三源削减策略本文讨论材料替代电镀行业是最充满障碍以外的控制电镀核电站运营商。这是因为,在许多业务,现状已成为近编纂,非正式地通过客户验收和变革阻力或更正式的规范需要特定的进程。然而,电镀核电站运营商不逃避责任缺乏实现的替代过程。供应商经常被“浪潮”之前在设计过程中化学反应正好解决当前废水问题,然而只有少数勇敢的拓荒者在电镀行业已经改变,然后经常下极端的压力。下面的例子将说明材料替换的危险和承诺。
去离子水
所有替换的可能,使用去离子水代替自来水或软化水潜在最大的影响在减少废物产生和广泛的应用。强烈支持在文献[6][7],这个选项已经广泛使用在工业水质被认为是一个关键参数(如半导体制造)。然而大多数电镀操作使用去离子水代替蒸发镀过程解决方案,。这种选择的结果是显著的和深远的。
首先,任何材料添加到流程解决方案以外纯水或补充化学至少必须考虑潜在的污染物,需要通过净化或解决方案处理后去除。因此,添加自来水过程解决方案,当更换蒸发损失与“新鲜”水或捕获包含稀释过程化学冲洗,加速灭亡的解决方案,从而增加废物产生。
第二,冲洗水,尤其是在完全集成系统返回冲洗液含有化学过程流程解决方案应该尽可能的污染物。虽然某种程度的硬度是可容忍的同时实现高质量的冲洗,自来水经常超过这一水平的几个地区,[8],无论如何是不可预测的。这可能导致指责冲洗质量问题,如发现,在冲洗水是“脏”,没有确定哪些污染物问题。这反过来会导致更高的冲洗水卷(稀释污染物)和更高水平的废物产生。
最后,其他材料比纯水成为结合污染物必须移除(例如,与硬质水混合重金属离子)可以大幅提高废物量。[7]尤其如此氢氧化物沉淀系统和离子交换系统用于废水预处理。这两个技术区分重金属和其他无机wastestream组份。因此,在氢氧化污泥的情况下,我们可以有一个可能是由危险废物高达90%(干重)沉淀硬质水离子和其他无害的材料。在离子交换的情况下,我们有一个低效的使用树脂(特别是nonrecirculating系统)导致更大体积的再生解决方案和相关的废物。
系统可以产生足够量的去离子水冲洗镀在操作。然而,在大多数电镀设施所需的量,成本太高了。这里有另一个“哪个第一?”的问题:为了财务证明使用去离子水冲洗,冲洗水卷必须减少。但证明努力参与冲洗修改,过剩的高成本与使用去离子水将是最有说服力的。在欧洲,电镀行业通常使用更少的水和更密切适应水质作为参数,因为经济复苏的程度和回收的废水。使用这个模型,似乎这是一个材料替代最终必须在更广泛的范围内实现。
无氰电镀方法提取回收其中的解决方案
作为还原选项,这种替换是发自内心有吸引力,因为它完全消除过程化学成分,不仅需要特殊预处理活动,但也是一个健康和安全风险和平原可怕的那些不习惯于通过日常接触。特别是一种替换,无氰镀锌方法提取回收其中的过程,得到了充分的研究和开发,有两个相互竞争的化学反应过程,每个都有自己的吸引力和缺点。无氰镀铜方法提取回收其中,尤其是镀酸铜(硫酸铜)过程要比预想的更多的应用程序中使用。正在取得进展在无氰镉方法提取回收其中的过程。[9]然而,研究在这一领域(无氰电镀方法提取回收其中)仍然必须接受这些替代品之前普遍。[10]
而有吸引力的从成本和责任的角度包括废物处理时,这种替代仍被技术挑战。这些是无氰镀锌方法提取回收其中的总结在下表中,随着福利、计划和实现。
氯化锌 |
97 - 100%的效率 |
降低延性 |
(更高的生产速度) |
在5毫升厚度 |
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(低能源成本) |
减少板分布 |
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镜面抛光 |
高资本成本 |
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接受大部分chromaters |
设备 |
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低成本的化学 |
(耐蚀性) |
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更严格的化学防治 |
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要求 |
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碱性锌 |
良好的均镀能力 |
降低延性超过5 |
不需要特殊的设备 |
密耳厚 |
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废物处理成本降低 |
板不是很好吗 |
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铸铁和热处理 |
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钢 |
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更严格的化学防治 |
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要求 |
锌氰化物电镀过程一直是受欢迎,因为它容忍杂质和易于控制。事实上,它通常是用最小的过滤操作,搅拌,使用清洁的部分。此形成鲜明对比的两个选择,这需要仔细控制,在他们的应用程序是有限的。所以镀核电站运营商不仅面临着调整到一个新的化学过程,但处理的新方法,很有可能限制哪些部分可能镀。仔细的审查表2也揭示了一个关键的限制领域的延性。因为镀锌厚度大于.005”是经常做防腐,降低延性降低腐蚀保护,无氰镀锌方法提取回收其中过程实际上是局限于更多的化妆品应用。
它可能会提高氰化锌过程的操作解决方案和减少废物产生巨大影响。[12][13]改善操作后,可能会进一步可以捕捉并返回“逃”的过程从清洗系统解决方案。然而,即使氰化物电镀系统可以“闭环”和过程解决方案成功地维护使用标准的净化技术,这种趋势无疑是向替代品。可能需要运行几个流程解决方案,前一个就足够了,和合金电镀过程(例如,锌/镍和锌/钴)可能会看到更广泛的腐蚀保护申请。无论机制、治疗和处理成本和社区,worker-right-to-know活动将最终迫使氰化物电镀系统从现场。
三价铬电镀和染色处理的解决方案
这是另一个替换出现立即有吸引力,因为它大大减少了相关的健康风险六价铬过程解决方案。三价铬电镀过程中,于1975年首次商业化,正在接受大量的研究和开发的关注。有多达500的安装执行全国三价铬电镀。[14]三价铬化处理解决方案不太普遍,主要原因是技术壁垒等生产时间和减少腐蚀保护。[15]另一个立即吸引这种替代是减少废物处理成本。首先,由于三价比六价铬过程更稀,冲洗系统损失大大减少,从而减少治疗的需要。此外,前六价铬的还原步骤所需的预处理降水可以消除。
然而,三大问题仍然没有解决。[14][15]自六价铬是装饰(薄板在明亮的表面)、功能(厚板,可能后来被削减或地面)或保护(用铬酸盐处理),任何替代品必须复制这些功能。“颜色”的关键问题是装饰镀铬。不容易定义,顾客的感知(和铁甲工)通常是六价和三价的盘子没有相同的外观。特别是镀情况部分由不同的过程可能放置在并列,这可能是一个实现的重大障碍。遇到更严重的屏障功能的硬铬电镀。三价的解决方案通常存款相对较薄的涂层,甚至最厚的功能应用程序是不够的,离开这个市场(大)六价过程解决方案,至少目前。三价铬酸盐的情况下,一致的保护问题已经提到。另一方面,三价过程需要更少的当前存款同等厚度的镀层有更好的均镀能力(电镀隐藏式地区)和不会存款“燃烧”板(通常拒绝的原因)。
六价铬电镀的解决方案被证明是适合走出危机,恢复源减排技术,和治疗水chrome-bearing废水应该为这个原因继续下降。开发的“高效”和“低浓度”解决方案将会继续,为了进一步减少这些排放。但健康影响的流行病学从暴露到六价铬,写入法规针对这些数据,展示一个near-monumental案例。最明显的和紧迫的是空气的排放量。[16]即使控制装置可以降低排放水平规定规定,工人接触线级别是占优势的问题将推动这个替换。显然需要更多的研究,更多的实地经验,但六价铬过程是出路。
流程修改
本文流程修改为目的的来源减少电镀操作被定义为设备的变化将导致减少代的废物。故意排斥分离和浓缩技术覆盖在这次会议。本节的目的是列出的选项,在粗糙的简单实现,并提供每个应该把它放在一个整体的信息来源减少计划。然而,一些通用的评论。首先,流程修改需要资本投资,更重要的是,需要生产停机时间。接下来,这些选项可以实现之前,必须收集大量背景资料等参数确定冲洗水卷,污染水平,清洗效率和有效性,废酸洗液利率,和产品质量要求。如果没有这些数据,决定适合给定的商店,而不是一个通用的商店,是非常困难的。最后,操作和线管理人员应参与从概念到实现过程,以确保最好的机会和应用程序。
排水板
简单和廉价的,这些设备仍在电镀操作很少。排水板的目的是捕获滴,防止他们浪费到地板上,需要治疗。建筑可以是任何兼容的材料。应该小心东方董事会,直接滴到正确的解决方案(例如,滴回流程浴的过程解决方案,不是下面的冲洗)。一个小水坝两端在防止径流也很有用。
Agitation-solution和空气
用于冲洗系统,搅拌可以大大提高清洗效率。[6]这可能导致较低的冲洗水卷和开门,进一步减少机会。介绍了搅拌清洗槽的底部通过一组h型的的管道(有时称为一个分布器)有足够的创造一个洞钻相当大的动荡。正是这种湍流增强过程解决方案去除,使更少的水做更多的工作。只应该小心使用清洁的空气,但小隔膜压缩机(< 60美元)往往充分配备球阀时节流。
流器
这些都是有效的在处理人性倾向想用最干净的水冲洗,有时没有必要在一个设计良好的冲洗系统。直接放置在清洗槽的入口,他们限制流到一个预先确定的水平。一旦确定正确的流量,这是一个简单的事情来保持流动。然而,non-adjustable器,这可能是一个问题在jobshops变量工作流程。
导细胞
流控制器利用电导率细胞可以解决这一问题的变量工作流程。只在需要时水流,只有一组值的污染(清洁)从而减少水的体积要求管理或治疗。校准这组值是一个重要的活动,并且可以清洗粉碎了超过一种类型的过程解决方案在同一冲洗系统。设备也需要勤奋的维护,由于探测器可以成为涂层,必须定期清洗。安装应该占这个可能性。[19]
喷淋漂洗和空气刀
这些设备被分组,因为相似的应用程序。安装在处理罐的嘴唇时,管道将水或空气的流动工件通过适当的喷嘴可以减少解决方案进行后续的流程步骤。特别是应用于工件被从一个电镀的解决方案,这可以让它可能保持解决方案过程中,而不是成为wastestream稀释。不是所有的解决方案都能接受这样的解决方案移除,也系统适用于滚镀。
废酸洗液复苏
从这个选项,修改过程不仅需要资本和停机时间,而且面积。这可以在许多电镀操作,一个巨大的障碍,因此这个选项是最容易实现在新设施或实质性的重建过程线。这个概念是使用非流动冲洗,或空罐,捕获流程解决方案最终返回到流程,有或没有进一步的分离或浓度。它已经广泛应用与镀镍和铬和看起来功能很好。然而,一些问题出现。
最重要的问题是污染的过程解决方案。只是举个例子,镍,钠和钙浓度的出现提升了废酸洗液时返回到流程解决方案,可能被用于冲洗的水来源。这些污染物影响电镀过程。有机物、氯化物和重金属,来源包括流程解决方案本身和正在处理的工作,还可以积累和构成问题。最后,镍金属可以上升到不受欢迎的浓度,因为阳极和阴极效率的差异。虽然这些问题可能需要数年才能显现在少量操作,最终需要治疗和净化。[20]
因此,重要的是,这个选项不是匆忙地实现。注意数据收集,提倡早期在本节中,将有助于指导决策过程。仔细的过程控制,提倡在下一节中,会使问题可见影响生产之前。过程的所有元素,包括清洁和蚀刻的解决方案,必须被视为不可或缺的成功废酸洗液复苏。
多个冲洗水箱
设计成流动逆流时尚,使用超过一个清洗槽在文献中一致支持。众多的安排是可行的,[3]和效果是否允许废酸洗液复苏,对用水可以显著的影响。[6]三容系统,例如,可以冲洗有效。1注单槽作为一个系统可以与流量。特别是结合选择早些时候提到的在这一节中,产品质量不应受损。不幸的是,这个选项是非常困难的实现在现有业务,因为空间的限制。
修改操作实践
活动在本节将讨论被定义为本文变化依赖于人类参与减少废物产生的影响。而不是一个完整的列表,这些变化可以看作是那些最可能的来源减少电镀操作。本节的目的是在粗糙的重要性顺序列表选项,并提供信息的重要性。虽然不依赖于数据收集流程修改,因此最初更具吸引力,这些选项仍然有些难以实现,因为人为因素定义它们。最重要的警告被扩展,改变是很困难的对于人类来说,即使在最好的情况下,必须采取和治疗占的情绪和请求操作人员的参与。
过程控制解决方案
从历史上看,解决方案维护电镀操作被认为是最重要的在高附加值的情况下(例如,电路板或半导体)。绝大多数电镀核电站运营商允许,能够允许,伟大的变化过程参数和化学平衡的解决方案。然而,这个纬度的影响解决方案需要提前处理,拒绝部分,广泛的净化和过滤和广义抵抗过程需要小心控制的解决方案。所有的这些影响可以看到增加废物产生。
然而,当源还原选项实现过程解决方案控制变得至关重要。材料替换的讨论,大多数新流程将在“windows”只能比那些他们取代窄得多。和完全集成的系统,例如那些讨论下修改过程,需要跟踪的污染物中输给了下水道。因此,电镀核电站运营商希望追求源减少,必须考虑所有流程的熟悉和控制是至关重要的。
培训和教育
很多次运营商要求只有“操作”,也就是说,由机械执行某些功能。是否完成工作以外的行动后果不在工作范围。虽然昂贵和困难,这个选项可以被视为一个梯形的概念在很多操作,没有设备,没有过程,会比操作员分配给它。因此,至少,运营商应该理解泄漏的后果,泄漏和溢出,目的地,立即和最终所有废物和废物产生的过程中。
撤军的时间
删除的速度工作从流程解决方案可以有最大的影响的任何单一因素对废酸洗液体积。[3][6]而撤军的速度控制是简单的自动化处理时,手动操作是高度可变的。在这些操作中,下一个选项变得更为重要。
扩展排水时间
流失的时间至少10秒已被证明会降低废酸洗液40 + % /立即冲洗。[22]再次直接当处理自动化,实现这个选项在手动操作的关键是为工件提供合适的休息而流失。
接触时间
这是指一项工作的时间实际上是在一辆坦克被冲洗。其影响洗涤效率,因此其潜力源减少,可以那么伟大,之前的两个选择。[21]综上所述,这三个选项提供一套清洗程序,如果做得好,可以减少废酸洗液,因此浪费需要治疗50%以上。
部分取向
只适用于架操作,是否允许一部分“杯”的解决方案,它是一个重要的因素,有时是开放的调整。然而,在许多操作和许多地方考虑这考虑重载的电镀覆盖率和困气。另一个简单的改变是确保向下点或面向角落的折磨着部分。[21]
管家
涵盖许多微小的变化,这类可以非常重要的或无关紧要的,根据电镀工厂。泄漏、泄漏和溢出应检查每月一次用一张白纸下滑过程下的坦克。架应该小心翼翼地维护,尤其是镀涂层和过度,这两个可以增加废酸洗液俘获的解决方案。桶应该检查排水效率、行动以来暴跌工作可以“锤头”开口关闭。最后,库存应该受到保护,特别是从水分。一些最昂贵的废物处理原材料不能使用。
Sunmary
正如简介中提到的,实现源减少电镀操作可以被描述为一系列的循环,触摸首先流程修改,然后材料替代,也许操作实践。如果得到一个起点,然而,它可能会收集尽可能多的数据在正在做什么操作在一个给定的时间,和为什么它是这样做。的可能性是更大的陷阱指出本文是可以避免的。
引用
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[2]Cushnie乔治•C。1985年,Jr .)。电镀废水污染控制技术。诺伊斯出版物,派克岭,新泽西。
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[5]罗伊,克拉伦斯。1980。“近距离的保护。”Environmental Compliance and Control Course. American Electroplater's Society, Inc., Winter Park, Florida.
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[11]调查,杰拉德H。1988年4月,Jr .)。“锌镀188。”Products Finishing, Gardner Publications, Inc., Cincinnati, Ohio.
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[14]斯奈德,唐纳德·l . 1988年3月。“三价:第二个十年。”Products Finishing, Gardner Publications, Inc., Cincinnati, Ohio.
[15]绝,克劳斯博士彼得。1988年6月。“明确的铬酸盐:理论与实践”。Products Finishing, Gardner Publications, Inc., Cincinnati, Ohio.
[16]扎基纳比尔。1989。“遵守空气质量标准与新三价铬电镀技术”。10th AESF/EPA Conference on Environmental Control for the Metal Finishing Industry. American Electroplaters and Surface Finishers Society, Inc., Orlando, Florida.
[17]匿名。1988年10月。“三价。”Products Finishing, Gardener Publications, Inc., Cincinnati, Ohio.
[18]中国环境管理有限公司1988。废物审计Study-Metal完成行业。美国环境保护署和加利福尼亚州卫生服务,旧金山,加利福尼亚。
[19]北奥,约翰·f·McGathen和杆。1977年9月。“浪费——指南水处理”。金属加工、金属和塑料的出版物,Inc .,纽约,纽约。
[20]科曼,莱尔。1988。“一些尚未解决的问题在闭环镍复苏。”9th AESF-EPA Conference on Environmental Control for the Metal Finishing Industry. American Electroplaters and Surface Finishers Society, Inc., Orlando, Florida.
[21]Meitzer,迈克尔·保罗。1989。减少环境风险:源减少电镀行业”的博士论文,加州大学洛杉矶分校。
[22]Bosshardt富有。1987。减少废酸洗液库珀和镀锡/铅。实习报告,明尼苏达州的技术援助项目,明尼阿波利斯,明尼苏达州。
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