G.U. n. 51 del 03-03-09
MINISTERO DELL'AMBIENTE E DELLA TUTELA DEL TERRITORIO E DEL MARE
DECRETO 1 ottobre 2008
Linee guida per l'individuazione e
l'utilizzazione delle migliori tecniche disponibili in materia di trattamento di
superficie di metalli, per le attivita' elencate nell'allegato I del decreto
legislativo 18 febbraio 2005, n. 59.
IL MINISTRO DELL'AMBIENTE E DELLA TUTELA DEL TERRITORIO E DEL MARE
di
concerto con
IL MINISTRO DELLO SVILUPPO ECONOMICO
e
IL MINISTRO DEL
LAVORO, DELLA SALUTE E DELLE POLITICHE SOCIALI
Visto il decreto legislativo 18 febbraio 2005, n. 59, recante «Attuazione integrale della direttiva 96/61/CE relativa alla prevenzione e riduzione integrate dell'inquinamento» e in particolare l'art. 4, comma 1, che prevede l'emanazione di linee guida per l'individuazione e l'utilizzazione delle migliori tecniche disponibili, nonche' che l'autorizzazione integrata ambientale sia rilasciata, tra l'altro, nel rispetto delle linee guida medesime e l'art. 4, comma 2, che prevede che, fino all'istituzione di una nuova commissione integrata secondo le disposizioni dello stesso comma, operi la commissione istituita con decreto del Ministro dell'ambiente e della tutela del territorio del 19 novembre 2002 (pubblicato nella Gazzetta Ufficiale della Repubblica italiana n. 302 del 27 dicembre 2002) ai sensi dell'art. 3, comma 2 del decreto legislativo n. 372/1999;
Acquisiti gli elaborati tecnici riportati in allegato al presente decreto, predisposti dalla commissione istituita con decreto del Ministro dell'ambiente e della tutela del territorio del 19 novembre 2002 (pubblicato nella Gazzetta Ufficiale della Repubblica italiana n. 302 del 27 dicembre 2002) ai sensi dell'art. 3, comma 2 del decreto legislativo n. 372/1999;
Sentita la Conferenza unificata istituita ai sensi del decreto legislativo 25 agosto 1997, n. 281, nella seduta del 20 marzo 2008;
Decreta:
Art. 1. - Emanazione delle linee guida per l'individuazione e
l'utilizzazione delle migliori tecniche disponibili
1. Ai sensi
dell'art. 4, comma 1 e 2 del decreto legislativo 18 febbraio 2005, n. 59, sono
emanate linee guida recanti i criteri specifici per l'individuazione e
l'utilizzazione delle migliori tecniche disponibili, per gli impianti esistenti
che esercitano le attivita' rientranti nelle categorie descritte ai seguenti
punti dell'allegato I del medesimo decreto:
2.6. Impianti per il trattamento
di superficie di metalli e materie plastiche mediante processi elettrolitici o
chimici qualora le vasche destinate al trattamento utilizzate abbiano un volume
superiore a 30m3.
Tali linee guida, che costituiscono parte integrante del
presente decreto, sono riportate in allegato.
2. Per criteri di tipo generale
e per la definizione dei sistemi di monitoraggio, relativamente alle categorie
di attivita' citate al comma 1, linee guida riportate in allegato sono da
considerarsi unitamente alle linee guida generali e alle linee guida in materia
di sistemi di monitoraggio gia' emanate per le attivita' rientranti nelle
categorie descritte ai punti 1.3, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 e 6.1 nell'allegato I
del decreto legislativo 4 agosto 1999, n. 372 con decreto del 31 gennaio 2005,
pubblicato nel S.O. n. 107 alla Gazzetta Ufficiale del 13 giugno 2005.
Art. 2. - Entrata in vigore
1. Il presente decreto entra
in vigore il giorno successivo alla pubblicazione nella Gazzetta Ufficiale della
Repubblica italiana.
Il presente decreto sara' trasmesso agli organi di controllo per la registrazione e pubblicato nella Gazzetta Ufficiale della Repubblica italiana.
Allegato
IPPC
(Prevenzione e riduzione integrata
dell'inquinamento)
Linee Guida per le Migliori Tecniche
Disponibili nei Trattamenti di superficie dei metalli
Linee guida
per la individuazione ed utilizzazione delle migliori tecniche disponibili, in
materia di trattamento di superficie di metalli per le attività rientranti nei
punti 2.6 dell'allegato I del decreto legislativo 59/05.
1.
INTRODUZIONE
Con decreto del Ministro dell'ambiente e della tutela
del territorio, di concerto con il Ministro delle attività produttive e con il
Ministro della Salute, in data 15 aprile 2003, è stata istituita la Commissione
Nazionale ex art. 3, comma 2, del decreto legislativo 372/99 (recepimento della
direttiva 96/61/CE nota come IPPC), per la redazione delle linee guida per
l'individuazione delle Migliori Tecniche Disponibili (MTD), ai fini del
rilascio, da parte delle autorità competenti nazionale e regionali,
dell'autorizzazione integrata ambientale (AIA).
La Commissione suddetta ha
istituito, a sua volta, tredici gruppi tecnici ristretti (GTR), composti da
rappresentanti dei ministeri interessati e delle Associazioni di Categoria
dell'industria, con l'incarico di predisporre una proposta di linee guida in
ciascuno dei tredici settori ritenuti al momento prioritari.
Il documento
prodotto dal GTR1 "produzione e trasformazione dei metalli ferrosi"
ha lo scopo di approfondire le MTD disponibili per il settore dei trattamenti di
superficie, con lo scopo di aiutare sia l'azienda che deve presentare la domanda
di autorizzazione, sia l'autorità competente che dovrà istruire il procedimento
e rilasciare l'autorizzazione stessa.
In particolare il GTR ha deciso di
trattare separatamente l'industria dei trattamenti superficiali dell'alluminio
rispetto a quella dei trattamenti su altri metalli, sia per la specificità dei
processi coinvolti che per le caratteristiche stesse della struttura industriale
italiana.
Il documento prodotto, quindi, contiene un elenco delle
principali tecniche disponibili applicabili nell'industria delle finiture
superficiali, sia dal punto di vista delle prestazioni ambientali che
dell'accettabilità economica; poiché questo documento rappresenta un
approfondimento delle tecnologie utilizzate nel settore, esso non contiene
indicazioni sui valori limiti di emissione da adottare, poiché si ritiene che
questi ultimi siano definibili soltanto all'interno del processo autorizzativo,
tenendo conto sia degli aspetti impiantistici dello stabilimento che si
autorizza, sia delle caratteristiche del sito su cui opera.
Nel seguito
del testo, infine, si farà ripetutamente cenno al documento comunitario noto
come "BRef". Si tratta del documento di riferimento per l'identificazione delle
migliori tecniche, edito dall'ufficio IPPC della UE sito in
Siviglia.
L'Unione Europea, infatti, si è attrezzata per favorire
l'attuazione della direttiva IPPC creando un apposito ufficio, operante presso
il Centro comunitario di ricerca di Siviglia. L'ufficio "IPPC" coordina una
serie di gruppi tecnici che sono incaricati della redazione di documenti di
riferimento per l'individuazione delle migliori tecnologie, i cosiddetti
Best Available Techniques Reference documents (BRefs).
L'Italia ha attivamente contribuito ai lavori dei gruppi tecnici, con il
coordinamento del Ministero dell'Ambiente.
Per il settore dei trattamenti di
finitura superficiale dei metalli è oggi disponibile il documento "Integrated
Pollution Prevention and Control (IPPC) - Reference Document on Best Available
Techniques for the Surface Treatment of Metals and Plastics - BRef August 2006"
disponibile sul sito dell'ufficio IPPC di Siviglia all'indirizzo
http://eippcb.jrc.es.
Nei riferimenti al BRef, nel seguito di questo
documento, si farà uso dell'acronimo inglese BAT, che in lingua inglese è
utilizzato per indicare le Best Available Techiniques;
nel resto del testo si utilizzerà altresì l'acronimo italiano MTD ad
indicare la migliore tecnica disponibile (al singolare) o le migliori tecniche
disponibili (al plurale).
Il documento BRef "Integrated Pollution Prevention
and Control (IPPC) - Draft Reference Document on Best Available Techniques for
the Surface Treatments of Metals and Plastics - Final Draft May 2005" non si
occupa di trattamenti di superficie che utilizzano solventi e neppure della
verniciatura per elettroforesi (anaforetica o cataforetica) in quanto non sono
attività pertinenti al settore di trattamento dei metalli e plastica. Si
rimanda, se ne ricorrono i presupposti, al BRef "The second draft BRef on
Surface Treatment using solvents".
___
1 Il gruppo di
lavoro e così composto:
- ing. Franco Degli Atti (ENEA) come
coordinatore
- cav. Francesco Coletto, dott. Lorenzo Dalla Torre, dott.
Leandro Trentin, dott.ssa Laura Guagno (ASSOGALVANICA)
- ing. GianPaolo
Barbarossa e ing. Riccardo Boi (AITAL)
- ing. Alfredo Pini e ing. Francesco
Andreotti (APAT)
- doti. Mauro Rotatori e ing. Federico Spadoni (CNR)
-
ing. Flavio Bregant e ing. Gaetano Di Tursi (FEDERACCIAI)
- dott. Riccardo
Crebelli (ISS)
- ing. Giuseppe Pugliesi (MAP)
- dott. Paolo Bragatto
(ISPESL)
- ing. Lucia Muto e dott.ssa. Fiorella Aste
(MATT)
___
2. RICOGNIZIONE DELLA SITUAZIONE DEL SETTORE
2.1.
INDUSTRIE GALVANICHE
Il settore si sostanzia in un insieme di imprese (o
di reparti interni) che effettuano servizi produttivi destinati a trattare
componenti o prodotti di altre imprese (o dell'impresa integrata in cui il
reparto è incorporato) mediante l'applicazione di una serie di processi chimici
od elettrochimici meglio specificati in seguito.
Rientrano tra i processi i
trattamenti comunemente noti nel mercato come:
> Zincatura
>
Nichelatura
> Cromatura
> Ottonatura
> Ramatura
>
Fosfatazione
> Bronzatura
> Stagnatura
> Cadmiatura
>
Brunitura
> Rodiatura
> Altri trattamenti
Il settore si
presenta in modo estremamente variegato e complesso, tanto che risulta oltremodo
difficile la sua stessa definizione. Un metodo per descriverlo, comunque
approssimativo, è quello di basarsi sui dati ISTAT derivanti dai censimenti
delle imprese industriali relativamente alla categoria economica "28510
Trattamento e Rivestimento dei Metalli"; si deve comunque aver riguardo a tali
dati considerando che sono escluse dal computo aziende che effettuano gli stessi
procedimenti su materiali plastici e che probabilmente sfuggono imprese che
operano nel campo dei circuiti stampati. Inoltre si deve considerare che possono
essere escluse imprese che si qualificano in altre categorie economiche e che
svolgono al loro interno, in propri reparti, trattamenti e rivestimenti
superficiali su beni di propria produzione.
Secondo i dati Istat
risultano oltre 6000 le imprese della categoria economica citata con un dato
relativamente stabile negli ultimi tre censimenti: nel 1991 n. 6014, nel 1996 n.
6064, mentre nel 2001 gli operatori risultano essere 6062.
| Classe Addetti | Numero Imprese Anno 2001 |
| 1 | 1315 |
| 2 | 819 |
| Da 3 a 5 | 1244 |
| Da 6 a 9 | 966 |
| Da 10 a 15 | 821 |
| Da 16 a 19 | 271 |
| Da 20 a 49 | 489 |
| Da 50 a 99 | 105 |
| Da 100 a 199 | 29 |
| Da 200 a 249 | 1 |
| Da 250 a 499 | 2 |
Tabella 1 - Dati ISTAT 2001
Non vi è modo di verificare
oggettivamente in maniera diretta quante di queste imprese ricadano nell'ambito
di applicazione della direttiva IPPC, in altre parole ci si deve basare su
alcuni assunti del tutto ipotetici imperniati sui dati a disposizione che
possano aiutare in una stima dimensionale; si assume quindi vi sia una certa
relazione tra numero di addetti e dimensioni degli impianti.
Da 6.062
operatori si sottraggono le micro-imprese, ovvero le imprese monoaddetto pari a
1.315 unità.
Tale gruppo di imprese si assume sia costituito da aziende
che:
> operano con un solo addetto al servizio di altre imprese del
settore (ad es. con operazioni di pre-lavorazione quali pulitura metalli,
sabbiatura, pallinatura, levigatura etc..)
> operano nel settore con
microimpianti di dimensioni inferiori alla soglia di 30 metricubi.
> non
operino più, ovvero siano nella fase di uscita dal mercato ed esistano solo
formalmente in attesa della definitiva cessazione dell'attività.
In tal modo
si riducono da 6.062 a 4.747 le imprese con questa prima ipotesi.
Similmente,
operando per assunzioni, si ritiene che non possano essere più del 10 % le
aziende con 2 addetti che rientrino nel campo di applicazione della IPPC;
approssimando ad 81 (su 819) le aziende da considerare nella IPPC con 2 addetti,
si sottraggono 738 operatori dalle 4747 unità; con questa seconda scrematura si
ha una ulteriore riduzione a 4.009 operatori.
Procedendo con la
scrematura e considerando le 1.244 aziende da 3 a 5 addetti si stima nel 20 % le
imprese che superino i 30 metricubi di soglia prevista che assoggetta l'impresa
alla Direttiva 96/61/CE; si devono quindi considerare circa 249 operatori
soggetti e sottrarne 995. Si arriva quindi a 3014 unità
residue.
Ugualmente per le 966 imprese da 6 a 9 addetti si stima il 30 %
di imprese soggette alla IPPC quindi 289 unità; in questo modo si riducono le
aziende a 2337 residue.
Nella categoria da 10 a 15 addetti, si ipotizza
che siano il 40 % le imprese in IPPC, in questo gruppo sono censite 821 unità;
si considerano 328 in IPPC e si sottraggono le restanti portando a 1.844 imprese
nel settore.
Nelle restanti classi si suppone che tutte le imprese siano
soggette alla direttiva.
Ne consegue che si stimano in 1844 le imprese
della categoria economica 28.510 soggette ad IPPC, così suddivise per classi di
addetti:
| Classe Addetti | Numero Imprese IPPC nella
categoria 28510 stimate |
| 1 | 0 |
| 2 | 81 |
| Da 3 a 5 | 249 |
| Da 6 a 9 | 289 |
| Da 10 a 15 | 328 |
| Da 16 a 19 | 271 |
| Da 20 a 49 | 489 |
| Da 50 a 99 | 105 |
| Da 100 a 199 | 29 |
| Da 200 a 249 | 1 |
| Da 250 a 499 | 2 |
| Totale imprese in IPPC | 1844 |
Tabella 2 - Stima delle imprese ricadenti in IPPC
A queste
andranno aggiunte aziende operanti su materiali plastici ed aziende che per
qualsiasi motivo siano uscite dal campo di rilevazione Istat.
L'ipotesi che
1.844 imprese superino la soglia dei 30 m3 di vasche si basa sul
fatto che venga effettuata ai fini del calcolo della soglia la sommatoria delle
cubature delle vasche contenenti soluzioni chimiche od elettrochimiche che
portino ad alterazioni della superficie (vasche di trattamento e finissaggio
come più oltre individuate).
Una notazione è importante: si è avuto riguardo
al numero imprese per esigenze di semplificazione e perché in questo paragrafo
si dà uno sguardo introduttivo al profilo economico del settore. In realtà nel
concreto si dovrà esaminare l'insieme delle unità locali che sono analizzate nel
§ 3.1.2.
2.2. Dati sulla produzione
Data la trasversalità del
comparto risulta presso che impossibile fornire dati univoci sulla
produzione:
> nel caso di trattamenti su minuterie di massa, l'unità di
misura è in generale il peso;
> per i trattamenti a telaio l'unità di
misura è il numero di pezzi trattati; all'interno di questa sottocategoria già
si comprende come risulta difficile comparare dati produttivi che possono
riguardare volta a volta e solo a titolo d'esempio: occhiali, componenti per
lampadari, sedie e tavoli, parti di motore a scoppio, bigiotteria, componenti
per cicli e motocicli, attrezzature medicali, componenti per elettrodomestici,
tubi e profilati... etc.;
> nel caso di trattamenti in continuo si parlerà
di superficie trattata in metri quadri o se trattasi di fili/cavi metri lineari
trattati;
> nel caso dei circuiti stampati in generale si potranno avere
dati sulla produzione espressi in opportune misure di superficie.
Non
risulta possibile né conveniente determinare esattamente dei dati sulla
produzione dei particolareggiati. Si possono quindi effettuare delle stime
basate sempre sui dati Istat ufficiali, cercando un rapporto tra numero di
addetti e fatturato dell'impresa ed assumendo quindi che il fatturato sia
l'unico dato omogeneo per paragonare le attività accomunate unicamente dalla
tecnologia applicata e dalla direttiva IPPC, e non tanto dai mercati di sbocco,
che sono i più diversi tra loro; del resto le stesse difficoltà hanno condotto
il legislatore comunitario ad individuare una soglia basata sulla cubatura delle
vasche come soglia per l'applicazione della direttiva in questo particolare
settore, scontrandosi anche esso con le stesse difficoltà statistiche di
rilevazione di dati univoci sulla produzione.
Nel 2001 sono state censite
6.062 imprese con un numero di addetti rilevato di 56.006
unità; nell'ipotesi di stimare un fatturato per addetto di 90.000 € si ha un
fatturato globale nazionale di circa 5.000 000.000 €. L'ipotesi deriva dal fatto
che il settore manifesta una certa crisi che negli ultimi anni ha portato il
fatturato a decrescere per unità di addetto, e i dati possono quindi essere
considerati solo come verosimili. In ogni caso è pensabile che anche
microaziende non possano reggersi a lungo se l'unico addetto lavorante non
raggiunge un reddito lordo marginale minimo (si suppone 1.500 € mese netti con
lordi di circa 3.000 € mese, ovvero circa 40.000 € annui + costi vari di
produzione (energia, materie prime impiegate, spese di trasporto, affitto,
telefono, spese generali, ecc..) tali da pervenire almeno ai 90.000 € annui di
fatturato.
Di fatto 6.062 imprese con 56.006 addetti totali portano ad
una media aritmetica di addetti di poco superiore a 9 unità, il che porterebbe a
concludere secondo l'assunto che mediamente l'impresa con nove addetti dovrebbe
fatturare circa 810.000 € anno.
A riprova, si ha un dato su un campione
di 900 imprese (vedi § 3.4.1.1) riferito al biennio 1999/2000 esposto dalla SEAT
(il campione viene descritto in tale paragrafo); dal fatturato complessivo di
1400 miliardi di lire, si ricava per ciascuna impresa il fatturato di circa
803.000 €.
L'avvertenza è d'obbligo vista l'estrema varietà del settore: la
varianza intorno alla media aritmetica è elevatissima e non può essere
trasferita sic et simpliciter alla singola unità produttiva:
infatti risulta
evidentemente diversa una azienda che effettua ad esempio trattamenti preziosi
(oro, argento, platino..) da una azienda che effettua sempre ad esempio
zincatura poiché la struttura dei costi è diversissima non fosse altro che,
nell'esempio, per il costo diversissimo della materia prima.
Alcuni esempi
successivamente indicati evidenziano come sia estremamente variabile il dato in
base alle diverse lavorazioni eseguite.
2.3. Distribuzione
territoriale degli impianti
Utilizzando i dati ufficiali più recenti
forniti dall'Istat si è raggiunta la seguente ripartizione per Regione delle
6.062 imprese. Data l'estrema frammentazione del settore e la piccola dimensione
media prevalente non si è ritenuto opportuno guardare inizialmente alle Unità
Locali delle imprese (che in totale risultano essere 6.604) cosa che ora si è
considerata dato che l'obiettivo è la definizione della distribuzione
territoriale degli impianti. In ogni caso la ripartizione ottenuta resta
indicativa in quanto comprende tutte le imprese della categoria economica
"28510" ed esclude imprese non appartenenti alla categoria ma soggette alla IPPC
o che sono estranee al campo di rilevazione Istat.
Andrà quindi verificata in
ciascuna Regione quante siano in concreto le unità produttive che superino il
valore di soglia di 30 metricubi di vasche utilizzate per trattamenti chimici od
elettrochimici che portino ad alterazione della superficie. A titolo indicativo
si riporta la media dipendenti per le unità locali di ciascuna
Regione.
___
___
Fig. 1 - Media dipendenti per le unità locali (anno
2001)
La distribuzione delle imprese, delle unità locali e degli
addetti per regione è riportata nella tabella successiva
| Regione | Categoria economica 28510 NUMERO IMPRESE Istat 2001 |
UNITÀ LOCALI Istat 2001 |
ADDETTI Istat 2001 |
Media Addetti per Unità locale 2001 |
| Piemonte | 969 | 1058 | 7956 | 7.5 |
| Valle d'Aosta | 4 | 4 | 23 | 5.7 |
| Lombardia | 2198 | 2371 | 18786 | 7.9 |
| Trentino Alto Adige | 29 | 30 | 330 | 11 |
| Veneto | 777 | 858 | 8540 | 9.9 |
| Friuli Venezia Giulia | 89 | 102 | 1165 | 11.4 |
| Liguria | 65 | 72 | 452 | 6.2 |
| Emilia-Romagna | 720 | 773 | 6600 | 8.5 |
| Toscana | 393 | 417 | 2864 | 6.8 |
| Umbria | 29 | 32 | 358 | 11.1 |
| Marche | 152 | 165 | 1714 | 10.38 |
| Lazio | 124 | 137 | 1194 | 8.7 |
| Abruzzo | 52 | 58 | 990 | 17 |
| Molise | 5 | 6 | 178 | 29.6 Max |
| Campania | 174 | 201 | 2127 | 10.5 |
| Puglia | 109 | 125 | 1498 | 11.9 |
| Basilicata | 18 | 21 | 201 | 9.5 |
| Calabria | 48 | 51 | 308 | 6 |
| Sicilia | 75 | 82 | 523 | 6.3 |
| Sardegna | 32 | 41 | 199 | 4.8 min |
| Totale Italia | 6062 | 6604 | 56006 | 8.48 |
Tab. 3 - Distribuzione delle imprese, delle unità locali e degli
addetti per regione
Come si vede il massimo di dimensione media si
ottiene in Molise con 29.6 addetti per unità locale, il minimo in Sardegna con
4.8 addetti per unità locale. La media nazionale per U.L. è di 8.48
addetti.
2.4. Personale impiegato
Il personale impiegato da
dati ufficiali Istat 2001 si sostanzia in 56.006 addetti suddivisi nelle
6.062 imprese o se si vuole su 6.604 unità locali. Dal 1991 al 2001 l'incremento
occupazionale si avvicina alla 10.000 unità (da 46521 a 56.006 addetti). La
crescita occupazionale sarebbe quindi di circa 1000 addetti per anno. Vedi
tabella 3 per le dimensioni delle medie imprese e la distribuzione territoriale
degli occupati.
L'occupazione femminile pesa per 12.775
addetti rispetto alla predominante maschile.
Le donne si qualificano come
dipendenti per 10.789 unità; usualmente fanno parte dello staff
contabile-amministrativo o dello staff tecnico-scientifico delle aziende;
inoltre vengono maggiormente impiegate in lavori dove è necessaria una grande
abilità manuale, velocità di aggancio/sgancio di piccoli particolari trattati a
telaio, laddove sia richiesta una maggior precisione nella fase di
aggancio/sgancio imballo e controllo del prodotto trattato (occhialeria,
minuterie per lampadari, particolari per l'elettronica, minuteria di
precisione..). Minore l'impiego femminile in settori produttivi più
"pesanti".
Sono infine 1.986 le donne non dipendenti, addette quindi con
ruolo di titolare o contitolari o coadiuvanti familiari, a riprova delle
caratteristiche delle imprese del settore
L'occupazione maschile
si sostanzia in 43.231 addetti di cui 35.244 dipendenti, 7.987
indipendenti.
Per quanto riguarda l'occupazione flessibile, sempre nel
2001 nel settore sono stati rilevati numero 1.320 Co.Co.Co. e numero
1.186 addetti interinali. Mentre si ritiene che i Co.Co.Co. siano
l'espediente per trattenere al lavoro professionalità sempre più rare che vanno
scomparendo (es. pulitori manuali di metalli che vanno in quiescenza ), l'esigua
percentuale (2 %) di interinali sembra dovuta all'utilizzo dello strumento della
flessibilità a scopi di prova e selezione di nuovo personale da assumersi
direttamente in seguito, dapprima con contratti a tempo determinato e per una
buona parte trasformati a tempo indeterminato.
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___
Fig. 2 - Numero addetti per regione
2.5. Dati
macroeconomici
Fornire dati effettivamente macroeconomici è oltremodo
difficile per questo settore di attività.
Si può innanzitutto dire che le
6.062 imprese finora considerate sono imprese di "servizi produttivi" che
portano a completare il ciclo produttivo rifinendo componenti metalliche
prodotte dalle 25998 imprese censite dall'Istat nella categoria di lavori
di meccanica generale per conto terzi in ambito nazionale.
Le tipologie di
prodotti trattati in generale comprendono:
> Beni di consumo
durevole
> Mezzi di trasporto (parti di motori a scoppio e parti
strutturali e componenti)
> Beni di investimento (macchinari, componenti
elettronici)
> Semilavorati metallici (coils, wire processing,
bullonerie)
> Prodotti per l'edilizia
> Prodotti medicali
>
Prodotti aerospaziali
> Preziosi
> Altro
I servizi
produttivi si estendono poi ad altri settori di attività, aumentando la quantità
di imprese servite in modo difficilmente misurabile, specie quando le
lavorazioni riguardano altri supporti non metallici come:
>
Plastica
> Vetro
> Materiali ceramici
Altro campo notevole è
quello relativo alla produzione di circuiti stampati, di stampi mediante
elettroformatura e di campi connessi alla produzione artistica.
La
localizzazione delle imprese, o meglio degli impianti, è funzione della
localizzazione delle aziende clienti. Questo spiega la ripartizione territoriale
che segue pedissequamente la distribuzione delle decine di migliaia di imprese
servite, con gli squilibri tra nord e sud ben noti. Sembra inoltre acclarato che
esiste una "utilità di luogo" che spinge alla specializzazione produttiva;
questo provoca un inserimento del settore nelle "economie di distretto". Per
fare un esempio il distretto dell'occhialeria del Cadore fruirà dei servizi
specializzati di imprese di trattamenti sulle montature degli occhiali, dei
relativi astucci metallici e dei loro componenti.
Le dimensioni degli
impianti saranno come sempre funzione delle dimensioni delle componenti da
trattare. Intorno al 2001 erano oltre una trentina le imprese di trattamenti
specializzate nell'occhialeria e si sono progressivamente ridotte di una decina
nell'ultimo triennio risentendo della crisi indotta dai mercati produttivi dei
paesi dell'Est Europa e dell'Estrema Asia.
Questa tendenza dell'ultimo
triennio deve essere tenuta in considerazione in termini più generali per tutto
il settore.
Oltre alle difficoltà concorrenziali, derivanti dall'ingresso
recente in tutti i comparti dei produttori Asiatici tra cui spicca la Cina, si
deve considerare un ulteriore aspetto che incrementa le difficoltà delle imprese
di trattamenti dal lato dell'input. Per essere più precisi le materie prime
impiegate sono essenzialmente metalli raffinati la cui domanda è cresciuta con i
tassi di crescita del Pil dei nuovi paesi produttori. L'eccesso di domanda si è
scontrato con la rigidità dell'offerta che non può attivare impianti produttivi
nuovi se non nel lungo periodo. L'incremento dei costi di materie prime ha
raggiunto in taluni casi il 120 %. La stagnazione ha impedito alle imprese del
settore di riversare tali aumenti di costo sui prezzi di vendita. L'elevata
quotazione dell'euro rispetto al dollaro non è riuscita a calmierare i prezzi di
acquisto delle materie prime mentre ha impedito una consistente ripresa nei
settori esportatori serviti dalle imprese di trattamenti.
2.6.
Sottosettori
Le aziende del settore eseguono lavorazioni che debbono in
generale fornire al prodotto trattato una o più caratteristiche tra le
seguenti:
> Il miglioramento dell'aspetto estetico
> La resistenza
alla corrosione, allo sfregamento, all'attrito, all'usura agli agenti
chimici
> La conducibilità elettrica
> L'isolamento termico
>
La conducibilità termica
> Il miglioramento dello scorrimento o
lubrificazione
> La saldabilità
> La modificazione delle proprietà
ottiche o di rifrazione
> L'isolamento dall'irraggiamento
>
L'inossidabilità alle alte temperature
> L'igienicità
Questa
estrema diversità di funzioni d'uso dei trattamenti si sostanzia in lavorazioni
accomunate sì dalla tecnologia applicata ma diversissime per tipologia.
A
livello nazionale si è cercato di ottenere dei dati che discriminino per
tipologia specifica di attività. Utilizzando i dati derivati da SEAT relativi al
1999/2000 si ritrova:
> 900 imprese nazionali indicate dalla SEAT nel
comparto generale "Galvanotecnica" delle quali:
· 55.5 % "Cromatura e
Nichelatura"
· 20.5 % "Ossidazione anodica"
· 5% "Argentatura e
Doratura"
· 19% "Altre lavorazioni"
Per queste aziende analizzate (non
si sa in base a quali criteri) si stimano 1.400 miliardi delle vecchie Lire di
fatturato, ovvero quasi 700 milioni di € (circa 803.000 € per
impresa).
Sempre in base agli annuari SEAT della meccanica si trovano
degli elenchi nominativi a fini pubblicitari:
b) 477 imprese nazionali si
riconoscono nel comparto "Cromatura e Nichelatura" (comprendenti quindi
nichelature, cromature decorative e cromature a spessore) con una media di
fatturato indicata intorno ad 1 Miliardo di vecchie Lire per azienda.
c) 207
imprese italiane si pubblicizzano come zincature elettrolitiche
d) 353
imprese si riconoscono nella categoria "Trattamenti e finiture superficiali
metalli"
e) 444 si pubblicizzano in un computo generico
"Galvanotecnica"
f) 20 imprese nella lavorazione "stagnatura e
piombatura"
g) 13 imprese come "Ramatura, Ottonatura e Bronzatura"
h) 174
imprese come "Argentatura, Doratura, Platinatura e Rodiatura"
Si
tralasciano attività di Fosfatazione o Fosfatizzazione, Ossidazione Anodica,
Lucidatura Metalli, o genericamente di Metallizzazione anch'esse comunque citate
in altre categorie dalla SEAT.
Si noti che 1.688 sono il totale delle imprese
che si pubblicizzano negli annuari SEAT nelle categorie indicate dal punto b al
punto h, mentre nell'analisi settoriale (punto a) si citano 900 imprese,
compreso il 20 % di Ossidazioni Anodiche, cioè altri 180 operatori circa esclusi
dalla pubblicazione nominativa nei punti successivi.
Il totale delle
imprese così ottenibile (1688 nominative + 180 ossidazioni anodiche) è un numero
molto vicino agli operatori che sono stati stimati ricadere nell'ambito
d'applicazione della direttiva 96/61/CE (§ 3.1).
2.7. Impatto
ambientale del settore
Gli elementi che concorrono a definire l'impatto
ambientale del settore sono:
> Consumo delle seguenti risorse
primarie (Input):
- acqua
- energia
- metalli
- prodotti
chimici
> Produzione: dai fattori della produzione indicati
come input trae origine un processo che produce determinati risultati o benefici
ambientali connessi alla missione produttiva.
> Emissioni
(Output):
- acque reflue
- rifiuti
Saranno trattate dapprima
brevemente i benefici ambientali connessi all'attività per poi concentrarsi sui
costi, ovvero sugli input e sulle emissioni od"output".
2.8. Benefici
ambientali
Nel bilancio dell'impatto ambientale non si può non tener
conto dei risultati produttivi del settore in termini sia di effetti diretti sul
risparmio di risorse sia di impatto dei prodotti a fine Ciclo di Vita
(CVP).
1. Efficiente utilizzo di risorse naturali
La ragion
d'essere delle lavorazioni del settore è normalmente il rivestimento mediante
film sottili di un materiale meno nobile con un materiale più raro, in modo che
le caratteristiche tecnico funzionali del secondo siano sfruttate al massimo a
vantaggio di risorse naturali meno rare.
Esempi di efficiente utilizzo di
risorse naturali con le tecnologie di tipo elettro-chimico:
> 1 g d'oro
ricopre e dà funzionalità a migliaia di contatti elettrici;
> un set di
posate "silver plated" da 12 pezzi richiede da 70 a 90 g. di argento invece di
qualche Kg. richiesto da posate in argento massiccio.
Studi recenti sono
stati effettuati su due lavorazioni prevalenti Nichelatura e Zincatura:
>
Lavorazioni a base di NICHEL: nell'Unione Europea solo il 4 % del nichel
richiesto sul mercato viene utilizzato nel settore dei trattamenti metallici; il
dato assoluto è di 18000 tonnellate di nichel destinate all'impiego per
trattamenti di nichelatura. Queste 18000 tonnellate di nichel sviluppano secondo
una stima fondata sui risultati della ricerca commissionata da Assogalvanica
all'Istituto Nazionale Fisica della Materia una massa di prodotti metallici
trattati in UE non inferiore a 2.570.000 tonnellate.
> Lavorazioni a
base di ZINCO: nel triennio 2000-2002 la produzione mondiale annua di Zinco
è stata di circa 9.1 milioni di tonnellate; si stima che il 50 % del metallo sia
utilizzato per rivestimenti anticorrosivi, l'altra metà è destinata alla
produzione di leghe. Nell'Unione Europea 1,4 milioni di tonnellate sono
destinate a rivestimenti anticorrosivi; la maggior parte di questa quantità
viene utilizzata in procedimenti di zincatura a caldo, mentre la zincatura
elettrolitica, depositando da 3 a 40 micron di metallo max, realizza molto più
efficientemente l'utilizzo di una risorsa comunque rara (la concentrazione o
clarke inferiore a 0.1 % classifica un elemento raro e lo Zn viene stimato a
0.007 % ovvero 70ppm o mg/Kg).
2. Salvaguardia di risorse
esistenti
I danni da corrosione sono stimati in una valore intorno al 7 %
del PIL mondiale.
Uno studio effettuato nel Regno Unito stima in 17 miliardi
di sterline le perdite connesse alla corrosione nel paese. Lo stesso studio
stima sempre in questo paese perdite per frizione ed abrasione di oltre 4
miliardi di sterline.
Le funzionalità anticorrosive e di aumentata resistenza
fornite dai trattamenti salvaguardano risorse ed energie
ingentissime.
3. Salvaguardia della salute e di vite umane
Non
sono stimabili gli effetti positivi indotti dalla funzione antibatterica dei
rivestimenti metallici, non solo per strumentazioni chirurgiche o medicali ma
pure per suppellettili di uso più comune, dalle posate ai corrimano di una
scala.
A tal proposito il Consorzio per lo sviluppo sostenibile Ecometal ha
commissionato a fine 2005 una ricerca sulle proprietà igieniche dei rivestimenti
galvanici all'Università di Modena e Reggio Emilia. Maggiori informazioni
saranno reperibili nel sito del consorzio www.ecometal.org.
Non sono
stimabili pure gli effetti positivi dei trattamenti in termini di sicurezza,
attiva e passiva, fornita ad una miriade di prodotti dal cui funzionamento
dipendono vite umane; l'esempio più immediato è il circuito stampato od un
rivestimento anticorrosivo applicato a componenti aeronautiche.
4.
Impatto ambientale nullo a fine ciclo di vita del prodotto
Il prodotto
metallico con rivestimento metallico è non solo pienamente riciclabile ma viene
effettivamente pienamente riciclato. Il tasso di riciclo dell'acciaio è il più
elevato in assoluto, si stima che la percentuale di riciclo attuale assorba
l'intera produzione di acciaio di 30 anni fa (durata media dei prodotti
metallici). Il rottame metallico del resto non è mai stato così valorizzato come
nell'ultimo biennio.
Studi effettuati dall'Istituto Nazionale Fisica della
Materia, su commissione di Assogalvanica, hanno definito le caratteristiche di
riciclabilità del prodotto in acciaio al carbonio rivestito con nichel, cromo e
zinco, dando luogo a leghe derivanti dal procedimento di riciclo migliori di
quelle di partenza.
I procedimenti galvanici così testati possono fruire di
un marchio di riciclabilità denominato "Infinitely Recyclable" in quanto:
A:
il procedimento di riciclo può essere ripetuto infinite volte
B: il
procedimento dà luogo non solo ad un risparmio di energie e risorse naturali, ma
anche ad un prodotto migliore.
2.9. Consumo di risorse primarie
(Input)
Acqua
L'utilizzo di acqua è fondamentale per i
trattamenti superficiali sia per costituire le soluzioni operative che per
l'effettuazione delle operazioni di lavaggio.
Si stimano necessari per
ciascuna fase di lavaggio da 3 a 20 litri di acqua per m2 di
superficie immersa (costituita da superficie effettivamente preparata, trattata
o finita + superficie del pezzo che viene comunque immersa+superficie del telaio
di aggancio o rotobarile).
Per fase di lavaggio si intende l'insieme dei
lavaggi che seguono una data fase di preparazione o trattamento o finitura. Così
ad esempio dopo una fase di elettrodeposizione costituiscono la fase di lavaggio
il primo lavaggio chiuso, detto "recupero" (che non darà luogo ad utilizzo di
acqua corrente se non episodicamente allorché parte di tale recupero andrà a
rimpiazzare la soluzione precedente di trattamento persa per evaporazione) e
altri 2 lavaggi successivi.
L'intervallo di consumo d'acqua per m2
è sufficientemente ampio per considerare una serie di variabili che incidono sul
consumo stesso:
> dimensioni del pezzo da trattare (pezzi di piccola,
media o grande dimensione e relativa incidenza sui telai utilizzati);
>
Forma del pezzo da trattare intesa come geometria;
> Attitudine allo
scodellamento dei pezzi da trattare (pezzi cavi, fenomeni di
capillarità);
> Tipologia della superficie - da trattare (ruvidità,
asperità della superficie da trattare)
- già trattata (trattamenti lucidi e
trattamenti satinati od opachi richiedono diverse quantità di acqua per il
lavaggio).
In generale piccoli impianti non ricadenti all'interno
dell'applicazione della direttiva saranno posti verso la parte inferiore
dell'intervallo di consumo, gli impianti più grandi verso l'alto. Le eccezioni
sono sempre possibili in quanto anche un piccolo impianto che tratti, solo ad
esempio, flessibili per doccia, potrà sviluppare una richiesta elevata d'acqua
date le caratteristiche di capillarità e di trattenimento d'acqua del pezzo. Dai
dati riportati, nella stesura del BRef, dal rappresentante francese, si è
osservato che il settore dei circuiti stampati si posiziona sopra i 15 litri di
acqua per mq. per fase di lavaggio; si deve quindi considerare anche il livello
qualitativo richiesto di "pulizia" della superficie sia per motivi di
funzionalità di impiego del prodotto sia per necessità espresse da ulteriori
trattamenti/finiture da effettuarsi a valle.
Energia
elettrica
L'energia elettrica utilizzata nel settore viene classificata
come:
• Materia prima allorché venga utilizzata in procedimenti
elettrochimici. In tal senso fruisce di vantaggi ed agevolazioni fiscali e viene
spesso contabilizzata a parte grazie ad appositi misuratori dedicati.
• Forza
motrice o energia per fini di tipo generale, come in qualsiasi altra attività
per gli utilizzi consueti: motori elettrici asserviti ad impianti di produzione
o ad impianti di aspirazione, motori per pulitrici metalli, impianti di
illuminazione etc. Talora vengono utilizzate resistenze elettriche per portare
alla temperatura operativa determinate soluzioni galvaniche; normalmente questo
avviene laddove non è possibile/conveniente utilizzare serpentine di
riscaldamento e per bagni di ridotte dimensioni.
Nei procedimenti
elettrochimici l'utilizzo di energia elettrica come materia prima avviene sotto
forma di corrente continua a basso voltaggio ottenuta mediante raddrizzatori. In
una tipica azienda galvanica questo utilizzo può stimarsi in una percentuale tra
l'80 ed il 90% del totale dell'energia elettrica utilizzata. L'impiego di
energia in procedimenti galvanici può vedere in generale l'applicazione di un
voltaggio compreso tra i 2 e gli 8 Volts con una densità di corrente compresa
tra i 0.5 ed i 10 Ampere per decimetroquadro a seconda delle lavorazioni e delle
specifiche condizioni di trattamento. Per le lavorazioni rotobarile l'intervallo
di voltaggio è in generale definito da un minimo di 6 ad un massimo di 15 Volts
per ottenere una densità di corrente compresa tra 0.5 e 2 A/dm2. Non
mancano come sempre eccezioni, come per esempio per la cromatura a spessore o
cromo duro nella quale si possono indicare da 5 a 8 Volts per una densità di
corrente che può andare da 30 fino a 250 A/dm2.
Energia
termica
Questo tipo di energia è utilizzato poiché risulta necessario
mantenere le soluzioni operative a determinate temperature perché si effettui
correttamente l'operazione di preparazione, trattamento e fintura
specifica.
La temperatura più elevata (>80°C) è raggiunta in una fase di
pre-sgrassatura a base acquosa, soluzione che consente di eliminare unti, olii,
grassi e paste di pulitura metalli, evitando in genere il ricorso ai solventi.
Al di là di questa fase particolare le temperature massime saranno comprese in
genere tra i 30°C ed i 65°C, mentre frequenti sono le soluzioni che lavorano a
temperatura ambiente o che non hanno bisogno di riscaldamento
supplementare.
Esistono inoltre casi in cui può essere necessario il
raffreddamento della soluzione, ad esempio in alcuni bagni al
cromo.
Metalli
Si possono distinguere i metalli utilizzati in
forma massiva (Nichel, Zinco, Rame etc..) da metalli utilizzati in forma di sali
e/o composti.
• Metalli in forma massiva: in generale si debbono
sempre utilizzare prodotti estremamente raffinati e di elevata qualità, come ad
esempio il Nichel elettrolitico High Grade min. 99.97%. Le pezzature sono
espresse in pollici o in centimetri e possono variare a seconda delle
necessità.
Vengono normalmente utilizzate piastre di nichel da 10 X 10 cm o
da 2 X 2 cm.
Lo zinco viene fornito in sfere rendendo possibile nei più
moderni impianti la ricarica automatica dei cestelli.
Altri metalli in forma
massiva utilizzati sono quelli che vanno a costituire gli anodi insolubili o
poco solubili in certi trattamenti. Ad esempio gli anodi di ottone per i bagni
di ottonatura quelli in piombo per i bagni di cromatura.
• Metalli in
forma complessata: la tendenza attuale è quella di utilizzare sempre meno
metalli in forma complessa con sali cianurati. Si sono sviluppati via via ad
esempio cicli di zincatura acida o di zincatura alcalina senza cianuri allo
scopo di eliminare una sostanza indesiderata dagli stessi produttori. Talora per
ragioni tecniche non risulta possibile comunque operare con le soluzioni
alternative.
• Altri composti metallici: sotto forma di solfati o
cloruri metallici possono essere utilizzati o una tantum, al momento della
formazione del bagno iniziale, o con aggiunte più o meno frequenti in funzione
del consumo.
Prodotti chimici
• Prodotti chimici di base:
sono normalmente utilizzati prodotti acidi e basici (soda caustica, acido
solforico, acido cloridrico, acido borico...) a seconda delle lavorazioni
eseguite. Gli stessi prodotti, con altri, saranno acquisiti come reagenti
necessari al processo depurativo degli effluenti (soda caustica, acido solforico
e/o cloridrico, sodio bisolfito, ipoclorito di sodio, acqua ossigenata, sodio
idrosolfito, carboni attivi,...)
• Specialità chimiche: il mercato
nazionale delle cosiddette specialità chimiche destinate al settore consta di un
valore di circa 100 miliardi delle vecchie lire. Si possono stimare in una
ventina le imprese fornitrici più significative del settore, di norma
multinazionali o aziende italiane consociate con aziende estere. In massima
parte si tratta di additivi chimici ad azione livellante, splendogena,
brillantante o che tendono a favorire il processo di elettrodeposizione dando
certe caratteristiche (es. duttilità), che sono di norma dosati con sistemi
automatici ed in percentuali estremamente ridotte nella soluzione operativa.
Altri additivanti sono forniti allo scopo di ridurre la tensione superficiale
dei liquidi e favorire lo sgocciolamento prima dei lavaggi in modo da
contribuire a ridurre il drag-out. Alcuni prodotti specialistici schiumogeni od
in gel sono utilizzati per ridurre le emissioni aeriformi dalla superficie della
soluzione e sono denominati antifumo.
2.9.0.1. Emissioni
(Output)
Acque reflue
Il settore ambientale più rilevante per
le attività di trattamento delle superfici metalliche (e plastica) è quello
relativo al trattamento delle acque reflue.
Dal lato dell'input è stata
indicata la necessità della risorsa in funzione delle operazioni principali e
specifiche che ne originano l'utilizzo. Dal lato dell'output potranno
verificarsi 2 tipi di problematiche, una di tipo qualitativo ed una di tipo
quantitativo.
Qualitativamente le acque reflue dovranno essere depurate
secondo le tabelle vigenti nel territorio, ovvero:
- in generale secondo
quanto stabilito dal Decreto Legislativo 11 maggio 1999, n. 152;
- in
particolare per il bacino scolante in Laguna di Venezia da quanto stabilito
dalle norme particolari.
Gli scarichi di acque reflue dovranno quindi
rispettare i parametri stabiliti in relazione alle specifiche tabelle previste
per scarichi sul suolo, in acque superficiali, in fognatura.
In relazione
alle Migliori Tecniche Disponibili, come espresse nei lavori svolti dalle
commissioni comunitarie competenti, si dovrà in generale tener conto delle
diversità legislative e nei limiti espressi, in mg/litro nei diversi paesi, per
contestualizzare in Italia l'estensione o meno di determinate tecnologie. In
altre parole le limitazioni molto più restrittive nei parametri di
concentrazione ammessi allo scarico nel nostro Paese potranno avere risvolti
quantitativi oltreché qualitativi.
Quantitativamente le limitazioni
proprie del nostro Paese su parametri quali solfati, cloruri, fosfati, boro
rendono difficilmente praticabile oltre certi limiti il riutilizzo della risorsa
idrica più volte negli stessi processi. In altre parole limitazioni su parametri
non "governabili" impediscono più ricircoli della stessa acqua per ridurne
quantitativamente l'impiego.
Nell'ottica delle MTD, vanno tenute presenti le
due considerazioni:
1. "Scarico zero" o "zero discharge" viene definito come
"non effettuazione dello scarico a livello locale" e non ha rilevanza per come
viene intesa la direttiva 96/61 CE. In altre parole la prassi per cui una
autorità locale pur non vietando l'attività d'impresa ne impedisca di fatto
l'output idrico non concedendo l'autorizzazione allo scarico locale, conduce al
trasporto delle acque reflue stesse presso altro operatore che le depurerà
trattandole come rifiuto. In linea teorica potrebbe darsi il caso che le acque
depurate in loco vengano cedute a terzi per effettuare uno scarico altrove, e di
fatto l'operatore per ragioni di economia di costi sarà portato a concentrare
maggiormente i reflui e quindi a cederli a terzi autorizzati al trattamento ed
allo scarico che avverrà in località diversa dal sito di origine. In realtà
quindi lo scarico zero individua solo uno spostamento delle emissioni da un
luogo/operatore ad un altro.
2. La nozione di "ciclo chiuso" non può essere
considerata assoluta, assumendo che non può sussistere un ciclo completamente
chiuso. Il concetto è stato espresso nel cambiamento della definizione inglese
da "closed loop" a "closing the loop", ovvero esprimendo un concetto che in
italiano potrebbe essere reso con la frase "cercando di chiudere il ciclo". In
altre parole qualsiasi tecnologia che conduca ad un recupero di materiali dai
lavaggi non potrà mai evitare dei reflui residui o dei rifiuti liquidi
concentrati (o al limite solidi). Anche nell'ipotesi di cicli chiusi parziali,
relativamente a dati trattamenti, non potrà in genere evitarsi l'innalzamento
della soluzione operativa oltre i limiti consentiti dalla tecnica e quindi il
dover procedere a dei "tagli" della soluzione operativa per ridurne la
concentrazione. Il ciclo chiuso viene altresì raccomandato per la lavorazione di
cadmiatura, viene inoltre riconosciuto come applicabile in misura maggiore
laddove il ritmo di immersione/estrazione dei pezzi sia molto lento come ad
esempio la cromatura a spessore.
Rifiuti
È il secondo settore
ambientale che merita particolare attenzione per le attività di cui si
tratta.
Potranno esservi rifiuti
· di tipo solido (es. fangoso palabile)
derivanti da un processo di depurazione chimico fisico con successive operazioni
di disidratazione mediante dispositivi o macchinari adatti a tale scopo
(filtropressa, sacchi filtranti, centrifughe,...);
· di tipo fluido (es.
fangosi pompabili) qualora non si proceda in loco alla disidratazione;
· di
tipo liquido, per effetto di tecniche che tendano a chiudere il ciclo (eluati da
rigenerazione resine, concentratori sottovuoto, evaporatori); per effetti
indotti dalle stesse tecnologie allorché bagni concentrati debbano essere
parzialmente tagliati sottraendone una parte da avviare a smaltimento per
sostituire tale parte con acqua nella soluzione operativa.
Bisogna inoltre
considerare le operazioni di manutenzione ordinari a e straordinaria di pulizia,
sia dell'interno delle vasche che dell'ambiente di lavoro in generale, come
fonti di rifiuti da trattarsi in maniera analoga ai precedenti. Alcune tecniche
che consentono il prolungamento della vita del bagno galvanico potranno anche
esse dar luogo a dei residui (es. procedimenti di decarbonatazione effettuati
per certi processi di zincatura elettrolitica).
Minimizzazione della
produzione dei rifiuti
I procedimenti di recupero sono di estrema
importanza in questo settore ambientale. Possiamo distinguere essenzialmente tre
tipologie di recupero:
· Recupero interno con riciclo interno, ovvero
applicazione di tecniche tali da minimizzare la produzione di rifiuti attraverso
l'aumento di efficienza nell'utilizzo di risorse nei processi (prevenzione) o
attraverso tecniche da applicarsi "ex post" tendenti a rendere gli scarti
riutilizzabili. Gli scarti potranno essere riutilizzabili "in situ".
·
Recupero interno con riciclo esterno quando gli scarti non possono essere
riutilizzati nello stesso impianto che li ha prodotti ma solo presso altri
operatori appartenenti al settore o esterni al settore.
Ad esempio il
recupero di un dato metallo da un liquido concentrato potrà essere attuato
mediante una cella elettrolitica. Se il metallo ottenuto sarà di caratteristiche
idonee al riutilizzo nell'impianto del produttore avremo recupero con riciclo
interno, se il metallo sarà recuperabile da una fonderia si avrà recupero con
riciclo esterno.
· Recupero esterno quando la tecnologia per il recupero non
è di possibile o conveniente applicazione presso il singolo operatore ma solo
presso impianti esterni centralizzati (impianti ad economia di scala). Per
esempio il recupero di metallo da fanghi di depurazione galvanici può
convenientemente essere attuato presso strutture centralizzate che fruiscono di
"know-how" specifici sia in termini di processo che in termini di mercato di
sbocco.
Nella stesura del BRef si è tenuto conto delle diverse opzioni di
recupero possibili e pur considerando importante il recupero esterno si è
ritenuto di privilegiare tecniche di recupero interno poiché più in generale si
ritiene che:
1/ non tutti gli Stati Membri abbiano a disposizione nel proprio
territorio impianti centralizzati di recupero
2/ il recupero esterno sia
influenzato dalle variazioni di prezzo delle materie prime corrispondenti alle
materie prime recuperate.
Altri output
Dal punto
di vista ambientale non risultano normalmente rilevanti, per gli impianti di
trattamento superfici su metallo e plastica, le emissioni aeriformi, le
emissioni di odori, le emissioni di rumori.
È evidente che si dovrà
verificare che la specifica installazione ricada nell'ambito della
normalità.
Per le emissioni aeriformi, la raccomandazione è di non
accentuarle in quanto la normale evaporazione non provoca problematiche
ambientalmente rilevanti; una aspirazione troppo potente, invece, estrae
meccanicamente gocce di liquido, che tenderebbero, in fase di uscita dei pezzi,
a ricadere nella soluzione operativa; saranno le norme a tutela della salute dei
lavoratori a dettare le regole per il livello minimo di aspirazione necessario
per l'ambiente di lavoro interno.
Per le emissioni sonore non vi
sono problematiche specifiche per l'impatto esterno, ma potranno comunque
esservi macchinari (centrifughe, ribaltatori, movimentatori) che dovranno
sottostare alle norme relative all'ambiente di lavoro e che solo in rari casi
potranno avere impatto all'esterno.
2.9.1. INDUSTRIE CHE EFFETTUANO IL
TRATTAMENTO SUPERFICIALE DELL'ALLUMINIO
L'alluminio è un metallo che si
distingue dagli altri materiali per alcune sue peculiari caratteristiche
metallurgiche e tecnologiche.
Le sue principali caratteristiche sono
notoriamente la leggerezza, la buona conduttività termica ed elettrica, una
discreta resistenza meccanica, una buona plasticità e formabilità e un'ottima
resistenza agli agenti atmosferici.
Limitandosi ad un'analisi di quest'ultima
caratteristica si può sicuramente affermare che l'alluminio, e la maggior parte
delle sue leghe, offre ottime caratteristiche anticorrosive anche in ambienti
particolarmente aggressivi.
Il motivo di tale resistenza alla corrosione
deriva dal fatto che il metallo si ricopre naturalmente di uno strato uniforme
di ossido superficiale in grado di costituire una barriera agli agenti
aggressivi esterni.
Oltre a tali sue proprietà intrinsiche, l'alluminio può
essere reso ancor più resistente alla corrosione mediante opportuni trattamenti
di finitura superficiale, che talvolta contribuiscono anche a migliorarne
l'aspetto estetico.
Il trattamento superficiale per eccellenza è
rappresentato dall'ossidazione anodica che è stata per lunghi anni la finitura
più utilizzata nelle varie applicazioni delle leghe leggere di alluminio. Tale
trattamento trova le sue principali applicazioni in edilizia e nei trasporti che
ne sfruttano sia le caratteristiche di resistenza alla corrosione, sia l'aspetto
estetico. In certi casi è possibile migliorare la durezza superficiale e la
resistenza all'abrasione mediante un particolare trattamento di ossidazione
cosiddetta "dura" o "a spessore" che può raggiungere spessori di 150
μm.
Negli ultimi due decenni vi è stata una forte crescita, soprattutto in
architettura, delle finiture verniciate.
Grazie alla verniciatura l'alluminio
oggi è in grado di abbinare le sue elevate caratteristiche di resistenza alla
corrosione a soluzioni architettoniche di alto contenuto estetico per via
dell'ampia gamma di colori utilizzabili. Negli ultimi anni tale finitura si è
arricchita ulteriormente con nuove interessanti soluzioni che vanno dagli
effetti metallizzati, ai goffrati e alle decorazioni ad effetto legno, marmo,
ecc..
La tematica del colore rappresenta un aspetto essenziale nel continuo
sviluppo che caratterizza l'impiego dell'alluminio in edilizia. Una conferma di
ciò nasce dal continuo sviluppo che in questi ultimi anni ha avuto la
verniciatura in tutte le nazioni Europee.
Negli anni '60, la rapida ascesa
del consumo di alluminio anodizzato nell'edilizia sia in Italia che nel resto
d'Europa fece nascere l'esigenza, per gli utilizzatori europei, di poter
individuare anodizzatori affidabili su cui contare per l'approvvigionamento di
alluminio anodizzato di qualità ottimale.
A quel tempo non esisteva ancora
un'Associazione europea di anodizzatori, perciò si occupò del problema
l'associazione europea dei produttori di semilavorati EWAA (European Wrought
Aluminum Association) i cui soci disponevano di laboratori specializzati nel
campo dei trattamenti superficiali.
Nacque così il marchio EWAA, che
selezionava gli ossidatori in base alle caratteristiche del loro impianto che
venivano confrontate con quelle ottimali stabilite in base a studi teorici ed
esperienze dei predetti laboratori. Venivano effettuati successivamente
controlli che prevedevano ispezioni periodiche sui prodotti.
Tale Marchio
veniva gestito, in Italia, dal CENTROAL - Centro Italiano dei Trasformatori
Plastici dell'Alluminio e sue Leghe - costituito presso l'Associazione Nazionale
Industrie Metalli non ferrosi - ASSOMET - e socio italiano della stessa EWAA.
Nel frattempo prendeva corpo l'idea di un'associazione europea degli
anodizzatori, basata sulla partecipazione delle Associazioni nazionali, fra le
quali una delle prime era stata quella italiana, fondata nel 1958 e denominata
CIOA (*), Centro italiano Ossidatori Anodici. Il CIOA ebbe parte attiva nella
fondazione, nel 1971, della associazione europea EURAS. Uno dei primi impegni
dell'EURAS, sorta con l'intento di promuovere ricerche ed esperienze tecniche
comuni e di svolgere indagini di carattere tecnico ed economico, fu l'accordo
con l'EWAA per la gestione del marchio di qualità, raggiunto nel 1973.
Nel
1974 venne fondata l'Associazione paritetica EURAS-EWAA proprietaria/titolare
dell'omonimo marchio di qualità EURAS-EWAA, successivamente denominato QUALANOD.
Nei vari Paesi furono poi fondati Enti (in Italia il QUALITAL) fra le
Associazioni Nazionali degli anodizzatori (in Italia il CIOA2) e
quelle dei produttori di semilavorati (in Italia il CENTROAL) che gestiscono
localmente la concessione ed il controllo del marchio QUALANOD.
A tal fine è
stata elaborata una direttiva tecnica alla quale si devono attenere tutti gli
anodizzatori che hanno il marchio di qualità. Essa prevede non solo che i
prodotti finiti possiedano determinate caratteristiche, ma anche che i processi
di anodizzazione vengano gestiti nella maniera ottimale per la qualità del
prodotto. Il QUALANOD ha definito, per ciascun metodo, dei limiti di
accettabilità per tali caratteristiche, oggi universalmente riconosciuti.
L'azienda che richiede il marchio deve essere in grado di poter controllare il
processo per mantenere le condizioni operative entro i limiti richiesti per una
produzione di qualità. Per verificare questo modo di operare l'organismo di
gestione del marchio controlla statisticamente spessore e fissaggio dell'ossido
sulle partite anodizzate disponibili in occasione delle proprie visite per la
concessione del marchio.
La qualità del fissaggio deve rientrare nei limiti
stabiliti dal Regolamento, lo spessore deve essere conforme alle richieste del
cliente. I risultati delle visite vengono ufficializzati con rapporti tecnici
che l'organismo di gestione trasmette alla Segreteria del QUALANOD, a Zurigo,
che in base ad essi da parere favorevole o contrario alla concessione del
Marchio.
L'azienda da questo momento subisce annualmente almeno due ispezioni
senza preavviso, per il controllo dei prodotti e la verifica delle attrezzature
di misura e analisi. Se una delle due visite per la concessione del marchio (o
una delle successive visite per la tutela del marchio) dà esito negativo, viene
effettuata una revisione critica dell'impianto (seguendo le indicazioni del
Qualanod) per stabilire se esso è conforme alle direttive esposte nel
Regolamento del Marchio per quanto concerne le varie sezioni dell'impianto e le
relative procedure.
Si cerca cioè di individuare eventuali anomalie che
possano aver provocato una produzione non ottimale. Se l'impianto non rispetta
quanto previsto dalle direttive, il Marchio viene ritirato.
In maniera
analoga all'ossidazione, esiste anche il marchio di qualità dell'alluminio
verniciato denominato QUALICOAT.
Il primo passo in questo senso è stato la
costituzione di un'Associazione europea di verniciatori nella quale convergono
le associazioni nazionali. Successivamente, nel 1986, su iniziativa di alcune
nazioni, si è proceduto alla costituzione del marchio QUALICOAT.
In Italia
l'associazione nazionale che lo gestisce è il QUALITAL.
La struttura
organizzativa è analoga a quella precedentemente citata per il
QUALANOD.
Ovviamente sono state cambiate le direttive tecniche, per quel che
riguarda il prodotto, specifiche per l'alluminio verniciato. In questo caso il
controllo è stato esteso anche ai fornitori di prodotti
vernicianti.
___
2 Dal 1994 CIOA (Centro Italiano
Ossidatori Anodici) e VECTAL (Associazione dei verniciatori conto terzi), si
sono fuse dando origine ad un'unica associazione, l'AITAL (Associazione Italiana
Trattamenti superficiali Alluminio)
___
2.9.1.1. Dati sulla
produzione
Il totale del verniciato, considerando tutti i settori di
applicazione, nel 2002 ha fatto registrare in Italia una produzione di circa
227.000 tonn., mentre in Germania si sono raggiunte 215.000 tonn, in Spagna
194.000 tonn., in Grecia 94.000 tonn e in Francia 81.000 tonn
Sicuramente
questo successo deriva dalle enormi possibilità cromatiche offerte dai prodotti
vernicianti.
Si è in grado, infatti, di accontentare anche l'utilizzatore dai
gusti più difficili e di formulare nuovi colori adattandoli a particolari
ambienti; anche se questo ha creato dei grossi problemi ai verniciatori ed ai
fornitori per via delle numerose tinte che devono avere disponibili e creando
nel contempo delle difficoltà ad abbinare colori della stessa tinta
RAL.
L'anodizzazione non è in grado di competere con questa concorrenza
cromatica e rispetto alla verniciatura offre una gamma ridottissima. Occorre
comunque dire che la finitura anodizzata si differenzia notevolmente dal
verniciato per il suo caratteristico aspetto metallico; il fatto che si tenti di
imitarlo con delle vernici sta a dimostrare una sua apprezzata richiesta.
Il
colore più resistente e più stabile è l'elettrocolore (con le tonalità dallo
champagne al nero) e può trovare applicazione sia in centri storici, sia
abbinato con finiture verniciate.
Per l'anodizzazione esistono solo pochi
altri colori a base di pigmenti organici, utilizzabili in esterno, che in Italia
trovano scarso impiego per ragioni di prezzo come, per esempio, il rosso, il
turchese ed il blu. Nell'ultimo periodo sono state sviluppate interessanti
tecniche che dovrebbero consentire di ottenere nuovi colori (grigi, blu, rossi)
mediante modifica dello strato barriera dell'ossido anodico, sfruttandone le
diverse situazioni di interferenza ottica.
È risaputo che le finiture
superficiali seguono l'andamento del mercato dei semilavorati, in particolare di
quelli estrusi per cui risulta opportuno presentare un quadro della situazione
di tale settore negli ultimi anni.
La produzione Europea di semilavorati nel
2002 è cresciuta rispetto al 2001 del 2,6% ed ha raggiunto 6,7 milioni di
tonnellate. In particolare i laminati sono cresciuti del 3,4% mentre gli estrusi
hanno fatto registrare un aumento dell'1,2%.
La domanda di laminati (3,5
milioni di tonnellate nell'Europa occidentale), è aumentata in maniera
significativa (4,1%) grazie soprattutto allo sviluppo di nuove applicazioni di
questa tipologia di semilavorati.
Molto più limitata è stata invece la
domanda di estrusi che si è attestata ad un +0,4%.
Per quanto riguarda
l'Italia, la produzione di semilavorati ha fatto registrare un diverso andamento
rispetto alla media Europea; infatti ad una discreta crescita degli estrusi, la
cui produzione si è attestata a 438.100 tonnellate (+2,3%), i laminati hanno
risposto con un calo del 3,8% rispetto al 2001 raggiungendo una produzione di
388.100 tonnellate. Fortunatamente, nel primo semestre del 2003, hanno fatto
registrare un cambio di rotta facendo registrare discreti aumenti rispetto al
2002.
Il mercato Europeo delle finiture superficiali (cfr. fig. 3) ha fatto
registrare interessanti crescite sia per l'anodizzato (passato da 635.000 a
672.000 tonnellate) che per il verniciato (passato da 1.086.000 a 1.147.000
tonnellate); in entrambi i casi non sono state considerate le finiture su
coils.
I principali produttori Europei (cfr. figg. 4 e 5) sono stati
nell'ordine l'Italia, la Germania, la Spagna e la Francia, a cui si aggiunge,
limitatamente alla verniciatura, la Grecia.
In Italia, nel 2002, sono state
prodotte in totale 227.000 tonnellate di alluminio verniciato (199.000 in
Architettura e 28.000 nell'Industria) e 200.000 tonnellate di anodizzato (60.000
in architettura e 140.000 nell'Industria).
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___
Fig. 3 - Andamento della produzione totale europea di
ossidato e verniciato dal '92 a1 2002
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___
Fig. 4 - Verniciatura - principali produttori
europei
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[...]
___
Fig. 5 - Anodizzazione - principali
produttori europei
2.9.1.2. Distribuzione territoriale degli
impianti
Secondo stime dell'AITAL (Associazione Italiana Trattamenti
superficiali Alluminio), operano in Italia circa 180 aziende di ossidazione
anodica e circa 230 aziende di verniciatura dell'alluminio. Le ditte associate
all'AITAL, per quanto rappresentino numericamente, rispettivamente, circa 1/3
(ossidazione anodica) e 1/4 (verniciatura) della totalità degli impianti, in
termini di capacità produttiva rappresentano invece circa il 70% dell'intera
produzione nazionale sia in ossidazione anodica che in verniciatura.
Nella
tabella seguente è riportata, in termini percentuali, la dislocazione degli
impianti di ossidazione anodica e di verniciatura nel territorio nazionale
(stime AITAL).
| REGIONE | OSSIDATORI | VERNICIATORI |
| LOMBARDIA | 30% | 18% |
| PIEMONTE | 7% | 3% |
| VENETO | 11% | 14% |
| FRIULI V. G. | 2% | 3% |
| TRENTINO A. A. | 7% | 4,5% |
| EM. ROM.GNA | 15% | 3% |
| TOSCANA | 6,5% | 6% |
| LIGURIA | 0% | 3% |
| ABRUZZO MOL. | 7% | 11% |
| MARCHE | 6,5% | 7,5% |
| LAZIO | 2% | 6% |
| PUGLIA | 2% | 4,5% |
| CAMPANIA | 4% | 6% |
| CALABRIA | 0% | 3% |
| SICILIA | 0% | 6% |
| SARDEGNA | 0% | 1,5% |
Tabella 4 - Dislocazione degli impianti di ossidazione anodica e di
verniciatura
2.9.1.3. Numero personale impiegato
Sempre
secondo stime AITAL il comparto finiture su alluminio occupa oggi in Italia
circa 1700 persone in ossidazione anodica e circa 2500 persone in
verniciatura.
2.9.1.4. Dati macroeconomici
In termini di
fatturato il computo Italiano di ossidazione anodica si attesta intorno ai
130.000.000 Euro, mentre la verniciatura è intorno ai 145.000.000 Euro (stime
AITAL)
2.9.1.5. Impatto ambientale del settore
I problemi
ecologici delle aziende che operano nel settore dell'ossidazione anodica e nella
verniciatura dell'alluminio possono essere ricondotti ai
seguenti:
2.9.1.5.1. Ossidazione anodica
· Elevati consumi di
acqua e relative acque reflue
· Forte produzione di fanghi e loro
smaltimento
Il consumo di acqua negli impianti di ossidazione anodica è
dovuto a due fattori e precisamente:
· Raffreddamento
· Lavaggio
La
riduzione dei consumi delle acque di lavaggio porta a impianti di depurazione
più semplici, meno ingombranti e meno costosi. Entrando più nel dettaglio, le
principali tecniche esistenti per ridurre i consumi delle acque di lavaggio
sono:
· Lavaggio in cascata controcorrente
· Scambio ionico e recupero
acque reflue
· Controllo dei lavaggi
Queste soluzioni non sempre sono
perseguibili, in particolare nei vecchi impianti di anodizzazione, mentre i
nuovi possono usufruire di questa tecnologia.
2.9.1.5.2.
Verniciatura
In relazione alle singole fasi di attività i principali
impatti sull'ambiente sono dovuti a:
· Scarichi di acque reflue
·
Emissione di inquinanti in atmosfera
· Produzione di rifiuti
Gli impatti
principali relativi al processo di verniciatura sono da ricercare nella fase di
pretrattamento, e più precisamente:
· Scarichi idrici dovuti essenzialmente
alle acque di lavaggio dei vari pre-trattamenti che possono contenere sostanze
inquinanti come il cromo esavalente, che viene trattato prima del suo
sversamento, e l'acido fluoridrico oltre a sostanze acide e basiche di varia
natura
· Emissioni in atmosfera dovute all'aspirazione dei vapori prodotti
nei pre-trattamenti, che lavorano a temperatura maggiore di quella ambiente,
contenenti tracce più o meno consistenti delle sostanze presenti nei prodotti
utilizzati.
3. DESCRIZIONE DEI PROCESSI PRODUTTIVI
3.1.
IL PROCESSO PRODUTTIVO NEI TRATTAMENTI ELETTROLITICI
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___
Fig. 6 - Schema del processo
produttivo
Nella sua forma più generale, il processo è articolato in
3 macro fasi:
- Preparazione o pretrattamento: composto da fasi di
preparazione che non alterano la superficie; non può neppure definirsi
trattamento in senso stretto in quanto se si interrompesse il ciclo produttivo
durante una delle fasi di preparazione la superficie si deteriorerebbe
rapidamente. In altre parole non vi sarebbe alcun effetto da tale
pre-lavorazione a vantaggio della superficie trattata.
L'utilità della fase
di preparazione o pretrattamento è finalizzata a render possibile il trattamento
vero e proprio.
- Trattamento: con questo si intende il
trattamento principale sia esso chimico od elettrolitico teso ad alterare la
superficie conferendo caratteristiche e funzionalità diverse (più oltre
descritte).
Il pezzo o la superficie trattate acquisiscono una nuova
struttura superficiale ovvero subiscono una alterazione che può essere:
· Con
apporto di materiale (deposizione od elettrodeposizione)
· Senza apporto di
materiale (elettrolucidatura, elettroerosione, ossidazione anodica)
In virtù
di trattamenti:
· Chimici (esempi: nichelatura chimica, ramatura
chimica, fosfatazione al manganese o allo zinco etc..)
·
Elettrochimici (esempi: ossidazione anodica, nichelatura elettrolitica,
zincatura elettrolitica, ramatura elettrolitica.)
Si citano, inoltre,
anche se non rilevanti in questa sede: trattamenti termici, meccanici,
sottovuoto.
La fase generale di trattamento può essere singola ma anche
composta da più elettrodeposizioni, ad esempio su un supporto in acciaio al
carbonio potranno essere effettuati 2 trattamenti come ramatura e successiva
nichelatura, oppure nichelatura opaca e successiva nichelatura lucida,
etc.
- Finitura o finissaggio: con questo termine si intende un
ulteriore trattamento, che completa il ciclo produttivo ed altera ancora la
superficie con trattamenti:
· Chimici (esempi: passivazione,
fissaggio, sigillatura)
· Elettrochimici (esempi: cromatura
decorativa, ottonatura, doratura, argentatura, stagno-cobalto).
In ogni caso,
non si deve confondere la cromatura a spessore o cromatura dura, che è un
trattamento, con la cromatura decorativa che si sostanzia in una finitura della
nichelatura (elettrodeposizione di un flash di cromo normalmente inferiore al
micron); come non si deve confondere la ottonatura a spessore, che è un
trattamento, con l'ottonatura decorativa che è una finitura decorativa. Questo
accade anche per altre finiture (doratura, argentatura,...)
Fanno parte
del finissaggio ulteriori trattamenti, ad esempio di verniciatura, che si
rendono talora necessari o per esigenze tecniche (verniciatura di particolari
zincati) o per esigenze decorative (colorazione) o per esigenze di protezione di
finiture deboli od ossidabili (esempi: ottonatura decorativa, nichelatura nera,
nichelatura satinata, etc).
I trattamenti galvanici sono sempre più
utilizzati per preparare il substrato metallico per successive fasi di finitura
mediante applicazione di nanotecnologie come ad es. il PVD. In altre parole
procedimenti di applicazione di film sottili in fase gas di nitruro di titanio,
carbonitruro di titanio, alluminio, zirconio, etc. necessitano di superfici
trattate con riporti galvanici.
A complicare le cose può subentrare una
fase di pre-trattamento anche tra trattamento, come definito, e finissaggio.
Anche in tal caso non si tratta di procedimenti di alterazione della superficie
ma di pretrattamenti che tendono a modificare lo strato umido sovrapposto alla
superficie dal trattamento ovvero sull'interfaccia liquida, sia per motivi di
tensione superficiale che per motivi di pH (può essere necessario attutire od
ampliare lo sbalzo tra pH della soluzione precedente con quello della soluzione
successiva, ovvero limitare fenomeni di induzione di film passivi
all'interfaccia).
3.1.1. Individuazione delle singole fasi del
processo
Le singole fasi sono numerate mediante un numero progressivo che
servirà ad individuarle univocamente nel seguito del
documento
3.1.1.1. Fasi di preparazione o pretrattamento
Il
pretrattamento viene esemplificato in 8 fasi tipiche che possono comunque
variare a seconda delle lavorazioni e dei prodotti trattati.
1 - carico
(aggancio se impianti a telaio)
2 - pre-sgrassatura
3 - lavaggio
4 -
decapaggio
5 - lavaggio
6 - sgrassatura
7 - lavaggio
8 -
attivazione/neutralizzazione
3.1.1.2. Fasi di trattamento
9 -
bagno di deposizione (elettrolitica o chimica)
10 - recupero
11 -
lavaggio
3.1.1.3. Fasi di finitura o finissaggio
Il finissaggio
è articolato in modo diverso a seconda del tipo; il seguente elenco non può e
non vuole essere esaustivo, ma individua dei casi relativamente più
frequenti.
La cromatazione della zincatura può essere di varie tipologie
in base alla colorazione richiesta, essa è articolata nelle seguenti fasi:
A
12 - cromatazione
A 13 - lavaggio
A 14 - sigillatura (eventuale)
A 15 -
asciugatura
La cromatura decorativa è articolata nelle seguenti
fasi:
B 12 - attivazione
B 13 - lavaggio
B 14 - cromatura
B 15 -
recupero
B 16 - lavaggio
L'ottonatura decorativa è articolata nelle
seguenti fasi:
C 12 - ottonatura
C 13 - recupero
C 14 - lavaggio
C
15 - passivazione
C 16 - lavaggio
C 17 - asciugatura (eventuale)
C 18 -
verniciatura (eventuale)
Doratura e argentatura sono articolate nelle
seguenti fasi:
D 12 - doratura o argentatura
D 13 - recupero
D 14 -
lavaggio
3.1.2. Descrizione delle singoli fasi del processo
elettrolitico
3.1.2.1. Preparazione
Carico (1)
Il
carico degli articoli da sottoporre a trattamento può essere effettuato
manualmente da singoli o da gruppi di operatori nel caso gli articoli debbano
essere fissati su telaio oppure può essere automatizzato nel caso in cui gli
articoli siano caricati entro i rotobarili oppure riguardino produzioni in
continuo (esempio: wire processing).
Pre-sgrassatura (2)
La
pre-sgrassatura è finalizzata a rimuovere olio, sporco, paste di pulitura
metalli e quant'altro dalla superficie del metallo da trattare senza alterare la
superficie stessa. Viene effettuato con processi fisici o mediante soluzioni
acquose alcaline, sia elettrolitiche sia non elettrolitiche,
riscaldate.
Lavaggio (3)
Il lavaggio è finalizzato a rimuovere
dalla superficie del metallo da trattare i residui del bagno precedente. Viene
effettuato mediante l'immersione dell'articolo in vasca di acqua
corrente.
Decapaggio (4)
Il decapaggio è finalizzato a
rimuovere dalla superficie dei supporti di acciaio al carbonio da trattare fasi
ossidate eventualmente presenti senza alterare la superficie dei supporti
stessi. Viene effettuato mediante soluzioni acquose acide a temperatura ambiente
o leggermente riscaldate.
Lavaggio (5)
Il lavaggio è
finalizzato a rimuovere dalla superficie del metallo da trattare i residui del
bagno precedente. Viene effettuato mediante l'immersione dell'articolo in vasca
di acqua corrente.
Sgrassatura (6)
La sgrassatura è finalizzata
a rimuovere dalla superficie del metallo da trattare residue tracce di olio e
grasso senza alterare la superficie stessa. Viene effettuata mediante soluzioni
acquose alcaline leggermente riscaldate o a temperatura ambiente sfruttando il
passaggio di corrente elettrica come accelerante del
processo.
Lavaggio (7)
Il lavaggio è finalizzato a rimuovere
dalla superficie del metallo da trattare i residui del bagno precedente. Viene
effettuato mediante l'immersione dell'articolo in vasca di acqua
corrente.
Attivazione o neutralizzazione (8)
Questo processo è
finalizzato a rendere compatibile il pH della superficie dell'articolo da
trattare con il trattamento di deposizione successivo. Viene effettuato mediante
soluzioni acquose moderatamente acide o moderatamente alcaline a temperatura
ambiente.
3.1.2.2. Trattamento
Bagno di elettrodeposizione
(9)
Questo processo è finalizzato alla deposizione, per via elettrolitica
o chimica, sulla superficie dell'articolo da trattare, di un rivestimento dei
metalli caratteristici del trattamento (zinco, nichel, cromo, rame, stagno,
cadmio, rodio,...) o leghe (ottone, bronzo,...); rivestimento che modifica le
caratteristiche e le proprietà fisiche, chimiche e meccaniche della superficie
stessa. Viene effettuato mediante soluzioni acquose acide o alcaline, a
temperatura ambiente o riscaldate.
Recupero (10)
Il recupero è
un lavaggio chiuso finalizzato a rimuovere dalla superficie del rivestimento i
residui del bagno di deposizione. Viene effettuato mediante l'immersione
dell'articolo in vasca chiusa.
L'impiego della vasca chiusa consente di
recuperare i residui del bagno di deposizione.
Lavaggio (11)
Il
lavaggio è finalizzato a rimuovere dalla superficie del rivestimento i residui
del bagno di recupero. Viene effettuato mediante l'immersione dell'articolo in
vasca di acqua corrente.
3.1.2.3. Descrizione delle finiture o
finissaggi
A - Cromatazione della zincatura
Cromatazione (A
12)
La cromatazione è finalizzata ad aumentare la resistenza alla
corrosione e a conferire colorazione azzurra, gialla iridescente, verde o nera
alla superficie zincata. Viene effettuata facendo reagire chimicamente la
superficie del rivestimento di zinco con una soluzione acquosa acida, a
temperatura ambiente, contenente sali di cromo.
Lavaggio (A
13)
Il lavaggio è finalizzato a rimuovere dalla superficie del
rivestimento i residui del bagno precedente.
Viene effettuato mediante
l'immersione dell'articolo in vasca di acqua corrente.
Sigillatura (A
14)
La sigillatura è finalizzata ad aumentare ulteriormente la resistenza
alla corrosione del trattamento. Consiste nell'applicare sulla superficie un
sigillante a base organica (lacca) mediante immersione in soluzione acquosa o a
spruzzo.
Asciugatura (A 15)
Viene effettuata mediante
insufflaggio di aria calda in forno o mediante centrifuga.
B -
Cromatura decorativa
Attivazione (B 12)
L'attivazione è a tutti gli
effetti una fase di preparazione intermedia finalizzata a rendere compatibile il
pH della superficie dell'articolo trattato con il processo di finissaggio
successivo.
Viene effettuato mediante soluzioni acquose normalmente alcaline
a temperatura ambiente.
Lavaggio (B 13)
Il lavaggio è
finalizzato a rimuovere dalla superficie del rivestimento i residui del bagno
precedente.
Viene effettuato mediante l'immersione dell'articolo in vasca di
acqua corrente.
Cromatura(B 14)
La cromatura è finalizzata alla
deposizione sulla superficie dell'articolo già nichelato di un rivestimento
metallico di cromo. Viene effettuata in soluzione a temperatura ambiente
controllata, solo per via elettrolitica.
Recupero (B 15)
Il
recupero è finalizzato a rimuovere dalla superficie del rivestimento i residui
del bagno di finissaggio. Viene effettuato mediante l'immersione dell'articolo
in vasca chiusa. L'impiego della vasca chiusa consente di recuperare residui del
bagno di cromatura.
Lavaggio (B 16)
Il lavaggio è finalizzato a
rimuovere dalla superficie del rivestimento i residui del bagno di recupero.
Viene effettuato mediante l'immersione dell'articolo in vasca di acqua
corrente.
C - Ottonatura decorativa
Ottonatura (C
12)
L'ottonatura è finalizzata alla deposizione sulla superficie
dell'articolo già nichelato di un rivestimento metallico di ottone. Viene
effettuata in soluzione a temperatura moderatamente riscaldata, solo per via
elettrolitica.
Recupero (C 13)
Il recupero è finalizzato a
rimuovere dalla superficie del rivestimento i residui del bagno di finissaggio.
Viene effettuato mediante l'immersione dell'articolo in vasca chiusa. L'impiego
della vasca chiusa consente di recuperare residui del bagno di
ottonatura.
Lavaggio (C 14)
Il lavaggio è finalizzato a
rimuovere dalla superficie del rivestimento i residui del bagno di recupero.
Viene effettuato mediante l'immersione dell'articolo in vasca di acqua
corrente.
Passivazione (C 15)
La passivazione mediante
cromatazione è finalizzata ad aumentare la resistenza alla corrosione della
superficie ottonata. Viene effettuata facendo reagire la superficie del
rivestimento di ottone con una soluzione acquosa normalmente acida, a
temperatura ambiente, contenente sali di cromo.
Lavaggio (C
16)
Il lavaggio è finalizzato a rimuovere dalla superficie del
rivestimento i residui del bagno precedente.
Viene effettuato mediante
l'immersione dell'articolo in vasca di acqua corrente.
Asciugatura (C
17)
Viene effettuata mediante insuftlaggio di aria calda in forno o
mediante centrifuga.
Verniciatura (C 18)
La verniciatura è
finalizzata ad aumentare ulteriormente la resistenza alla corrosione del
trattamento. Consiste nell'applicare sulla superficie un sigillante a base
organica (lacca) mediante immersione in soluzione acquosa o a
spruzzo.
D - Doratura e argentatura
Doratura e argentatura
(D 12)
Doratura e argentatura sono finalizzate alla deposizione sulla
superficie dell'articolo già nichelato di un rivestimento metallico di oro o
argento. Vengono effettuate in soluzione a temperatura ambiente o riscaldata,
solo per via elettrolitica.
Recupero (D 13)
Il recupero è
finalizzato a rimuovere dalla superficie del rivestimento i residui del bagno di
finissaggio. Viene effettuato mediante l'immersione dell'articolo in vasca
chiusa. L'impiego della vasca chiusa consente di recuperare residui dei bagni di
doratura e argentatura.
Lavaggio (D 14)
Il lavaggio è
finalizzato a rimuovere dalla superficie del rivestimento i residui del bagno di
recupero. Viene effettuato mediante l'immersione dell'articolo in vasca di acqua
corrente.
3.1.3. Esempio di processo di trattamento chimico
La
fosfatazione statica ed a rotobarile può essere citata come esempio di
trattamento chimico.
I rivestimenti di conversione fosfatica sono
prodotti per immersione in bagni contenenti le soluzioni e con agitazione delle
soluzioni stesse. Durante la lavorazione il bagno si arricchisce di ferro per
cui deposita sulla superficie uno strato misto di ferro/manganese o ferro/zinco.
La presenza di ferro, oltre ad influire sulla conversione chimica dello strato
fosfatico, influisce anche sulla velocità d'attacco iniziale al metallo base e
sulla germinazione dei cristalli. L'attacco chimico al metallo base necessario
per formare lo strato di conversione fosfatica si esercita in prevalenza sulle
microasperità della lavorazione meccanica in modo che sul materiale si ottiene,
contemporaneamente al rivestimento, un miglior grado di finitura.
Non si
può stabilire a priori un limite minimo o massimo per spessore e peso dello
strato fosfatico in quanto gli stessi sono variabili in funzione:
- del
materiale costituente il pezzo e le sue condizioni superficiali
- dei
precedenti trattamenti meccanici e chimici
- delle condizioni operative del
processo di fosfatazione
Lo standard prevede uno spessore non inferiore a
3 micron e non superiore a 8 micron fatte salve le diverse prescrizioni del
cliente.
Per quanto riguarda l'aspetto dello strato fosfatico, esso deve
presentare un aspetto uniformemente vellutato di colore variabile dal grigio al
nero. Disuniformità di colore rilevate su uno stesso particolare entro i limiti
sopra indicati non costituiscono causa di scarto. Lo strato deve essere
costituito da una struttura microcristallina approssimativamente prismatica a
spigoli arrotondati, compatta, uniforme, esente da macchie, da zone non
ricoperte, graffi, polvere, residui pulverulenti.
Variazioni minori
nell'aspetto del rivestimento fosfatico dovute e a irregolarità superficiali del
metallo base o al contatto con i supporti durante il processo di fosfatazione
sono comuni e non sono normalmente indicative di oscillazioni importanti della
qualità.
Lo strato fosfatico, dopo l'asportazione dell'oliatura, non deve
presentare pulviscolo giallo ocra (presenza di melme nel bagno di
fosfatazione).
Le fasi del processo sono anche qui di:
1.
Preparazione, precondizionamento al trattamento (simile al ciclo
precedente).
2. Trattamento, come ad esempio:
· fosfatazione al manganese
come antigrippante;
· fosfatazione allo zinco come base per successive
operazioni di verniciatura;
· microfosfatazione come base per
adesivazione/ancoraggio.
3. Finissaggio, che può sostanziarsi in una semplice
oliatura od in un trattamento di passivazione.
Si potrà quindi procedere
ad ulteriori finiture come negli esempi già citati.
3.2. IL PROCESSO
PRODUTTIVO NEI TRATTAMENTI DI OSSIDAZIONE ANODICA E VERNICIATURA
DELL'ALLUMINIO
3.2.1. Finiture anodizzate
Come già indicato
(vedi parag. §3.2), l'anodizzazione rappresenta il primo processo di finitura
impiegato industrialmente sull'alluminio. In edilizia è presente ormai da oltre
mezzo secolo ed il suo uso continua, oltre che per esigenze estetiche, anche per
le caratteristiche di resistenza nel tempo dei manufatti anodizzati. In questo
lungo periodo di tempo sono stati eseguiti numerosi studi per verificare, medi
ante sistemi pratici, le propri età qualitative intrinseche dello strato di
ossido; ed ormai sono noti e fissati in norme sia italiane che estere, i
parametri qualitativi ottimali del prodotto.
3.2.1.1. Pretrattamenti
all'anodizzazione
L'alluminio, dopo l'eventuale finitura
meccanica, che serve a conferire un particolare effetto alla superficie,
subisce tutta quella serie di processi preliminari che servono a preparare la
superficie al trattamento vero e proprio di anodizzazione. La superficie viene
pertanto sgrassata in apposite soluzioni, decapata,
eventualmente satinata chimicamente per conferirle un aspetto
opaco.
Si riporta, di seguito, una descrizione sintetica di questi processi
preliminari e delle loro caratteristiche, con particolare riferimento alla
realtà italiana.
Trattamenti meccanici preliminari - i trattamenti
preliminari hanno lo scopo di eliminare eventuali imperfezioni fisiche
superficiali dovute a svariate cause (segni di precedenti lavorazioni,
trasporto, manipolazione, etc.) e conferire un aspetto conforme a quanto
richiesto dall'utilizzatore (spazzolato, satinato, brillante, etc.).
Le
macchine (cfr. BRef) utilizzate allo scopo sono del tipo:
· Pulitrici o
smerigliatrici manuali, dette comunemente "mole", vengono utilizzate
soprattutto per minuterie, per profilati tagliati in pezzi molto corti e per
materiali aventi forme particolari non adattabili alle pulitrici automatiche.
L'erogazione dell'abrasivo sui dischi, sotto forma liquida o di pasta in pani,
può avvenire a mano o per mezzo di erogatori pneumatici. A seconda del tipo di
pasta utilizzata si possono avere risultati diversi.
· Pulitrici
semiautomatiche a bancale, funzionano disponendo il materiale da pulire
allineato su appositi pianali sui quali passano i dischi o le spazzole rotanti.
Queste macchine sono particolarmente indicate per estrusi a lunghezza
commerciale (tra i 3 e i 7 m) e per quantitativi consistenti. L'erogazione
dell'eventuale pasta abrasiva avviene automaticamente.
Il tipo di finitura
che si ottiene dipende dal tipo di disco che viene impiegato, dalla velocità di
rotazione dello stesso e dalla pressione che il disco rotante esercita
sull'alluminio. Usando dischi di scotch-brite è bene mantenere bassa la
pressione sul materiale al fine di ottenere una satinatura più regolare
unitamente ad una maggiore durata delle spazzole.
· Pulitrici
semiautomatiche a transfer, consistono nell'inserire i profilati da trattare
all'interno di una serie di spazzole che ruotano affacciate e sovrapposte. Il
profilato viaggia orizzontalmente trascinato dalle spazzole e da opportuni rulli
guida. Al termine del trattamento esce dalla parte opposta della macchina.
Queste pulitrici transfer hanno avuto nell'ultimo decennio un grande successo
presso moltissimi anodizzatori. Presentano infatti alcuni vantaggi ormai
consolidati dall'uso, quali nella fattispecie:
- Uso di spazzole ad elevata
durata
- Lubrificazione ad acqua normale (assenza di olii e paste) con
riduzione dei problemi di sgrassatura (riducendo così l'impatto ambientale)
-
Elevata produttività
- Idoneità anche per materiale corto (al di sopra di
circa 50 cm di lunghezza)
- Buon aspetto superficiale
- Relativa
economicità rispetto alle macchine a bancale sia come costo della macchina che
come costi di gestione
Agganciatura dei pezzi - il processo di
ossidazione anodica dell'alluminio si realizza facendo passare una opportuna
corrente elettrica attraverso il materiale da trattare. Ne consegue che
quest'ultimo deve essere strettamente collegato alla barra anodica per mezzo di
appositi conduttori di corrente. Tali conduttori, chiamati col termine di
sostegni o pendini, fanno da supporto e collegamento tra il materiale da
anodizzare e la barra anodica.
I sostegni vengono generalmente realizzati in
lega di alluminio per l'elevata conducibilità elettrica del metallo, la buona
lavorabilità, la leggerezza e l'affinità col materiale da anodizzare
(importantissima nel caso dell'elettrocolorazione). Per pezzi di piccole
dimensioni e che non richiedono elevati spessori di ossido vengono impiegati
anche sostegni e ganci in titanio (a meno che i pezzi non debbano essere
elettrocolorati).
Sgrassaggio - lo scopo di questo trattamento è
quello di eliminare dalla superficie dell'alluminio ogni traccia di sostanze
organiche, olii, grassi, paste provenienti generalmente dai pretrattamenti
meccanici di pulitura e dalle varie manipolazioni che il materiale subisce in
precedenza (imballaggio, scarico, agganciatura, ecc.). I principali tipi di
sgrassaggio sono i seguenti:
- Sgrassaggio alcalino -
di gran lunga il più utilizzato, con i seguenti scopi:
· Bagnare bene il
pezzo per venire a contatto con lo sporco
· Sciogliere lo sporco (per
emulsione e saponificazione)
· Staccare il grasso dal pezzo e portarlo in
soluzione
· Essere attivo ma non intaccare il materiale
· Eliminare la
durezza dell'acqua (sali di Ca++ e Mg+) per rendere più
efficace l'azione sgrassante
È intuitivo che tutte queste funzioni non
possono essere svolte da una singola sostanza e quindi gli sgrassanti sono in
genere una miscela di prodotti chimici ciascuno dei quali svolge una ben precisa
azione all'interno di questo trattamento. Qui di seguito si elencano alcune
delle categorie di prodotti chimici che partecipano alla formulazione degli
sgrassanti con indicata affianco la loro caratteristica:
- Soda
caustica: ottimo saponificante dei grassi, forte aggressività chimica nei
confronti dell'alluminio, scarso potere bagnante e detergente
- Sodio
carbonato: meno aggressivo della soda caustica, buon addolcitore
dell'acqua
- Fosfati: buoni addolcitori e sequestranti per il calcio e
il magnesio presenti nell'acqua.
Alcuni tipi sono ottimi sgrassanti ed
efficaci tensioattivi, buoni tamponanti
- Saponi e detergenti
sintetici: funzionano da tensioattivi, cioè abbassano la tensione
superficiale sul pezzo e ne favoriscono la bagnabilità, non devono generare
troppa schiuma per non provocare macchie sul materiale. I detergenti possono
essere cationici, anionici, non ionici. I più utilizzati sono gli anionici e
inon ionici. Questi ultimi hanno il vantaggio di non essere influenzati
dall'acidità o dalla basicità dell'ambiente (soluzione)
- Silicati di
sodio: ottimi tamponi (per regolare il pH), hanno elevato potere
emulsionante per i grassi e buona capacità di evitare l'attacco del metallo
-
Borati, gluconati, etanolammine: aumentano l'efficacia dello sgrassaggio,
ne riducono i tempi, inibiscono l'attacco del metallo, hanno elevata azione
complessante e sequestrante.
Queste sono le condizioni operative in linea di
massima: il materiale viene immerso in una apposita vasca ad una temperatura tra
i 70°C e gli 80°C. Il pH della soluzione è compreso tra 9 e 11. Il tempo di
trattamento dipende dal grado di inquinamento in sostanze grasse od olii
presenti sul materiale e varia generalmente dai 2 ai 5 minuti. L'introduzione
della pulitura meccanica con spazzola d'acciaio e lubrificazione ad acqua, ha
portato, per questo tipo di finitura, il notevole vantaggio della eliminazione
delle paste di pulitura con conseguente semplificazione del trattamento di
sgrassaggio (che può essere effettuato a temperature inferiori).
-
Sgrassaggio elettrolitico - consiste nell'immergere il materiale in una
soluzione acida (ad esempio H2SO4 al 10%) e sottoporlo a
corrente elettrica continua (generalmente catodica) per 1-3 minuti. La tensione
può variare dai 5 ai 15V. La temperatura fino a 40-50 °C migliora l'efficacia
del trattamento ed i risultati ottenibili. Durante il trattamento elettrolitico
sul materiale divenuto catodico, cioè avente carica negativa, si viene a
scaricare dell'idrogeno gassoso sotto forma di bollicine che favoriscono il
distacco delle impurezze oleose. Le impurezze vengono anche respinte dal
materiale perché si caricano dello stesso segno (negativo). Non è conveniente
rendere anodico (positivo) il materiale perché, in tal caso, si scaricherebbe su
di esso dell'ossigeno con un rendimento in volume dimezzato rispetto a quello
dell'idrogeno catodico. L'ossigeno inoltre provocherebbe un'inutile ossidazione
superficiale dell'alluminio. Le soluzioni di sgrassaggio hanno di norma una
notevole durata che dipende comunque dal tipo e dalla quantità di inquinante
organico presente sul materiale. Solitamente esso, avendo densità inferiore alla
soluzione e per la presenza dei tensioattivi si accumula sulla superficie del
liquido. É consigliabile schiumare via periodicamente questo strato di impurezze
(manualmente o mediante un troppo pieno) per evitare che tornino a depositarsi
sui pezzi quando si estraggono dalla vasca dopo il
trattamento.
Decapaggio- ha lo scopo di asportare lo strato di
ossido naturale presente sulla superficie del metallo; può anche essere usato
per disossidare cariche di materiale ossidato anodicamente che debbano essere
sottoposte ad un nuovo ciclo di trattamento decapaggio si esegue generalmente in
una vasca contenente una soluzione di soda caustica (NaOH) ad una concentrazione
dai 40 g/l ai 70 g/l (generalmente 50 g/l). La temperatura varia generalmente
dai 60°C agli 80°C. In queste condizioni l'alluminio superficiale viene sciolto
e passa in soluzione come alluminato di sodio. La quantità di alluminio che si
scioglie si può valutare in circa 3 mg/dm2/min. La reazione tra
l'alluminio e la soda caustica è fortemente esotermica e la quantità di calore
sviluppata è in genere sufficiente a mantenere in temperatura il bagno.
Se la
concentrazione della soda caustica cala al disotto dei 20 g/l oppure se il
contenuto di alluminio in soluzione sale oltre certi valori (circa 40 g/l),
l'alluminato di sodio si decompone e precipita l'idrossido di alluminio. Un kg
di alluminio corrisponde a circa 3 kg di idrossido di alluminio. Questo
precipitato inizialmente è fioccoso, ma quello che si deposita sul fondo della
vasca indurisce molto rapidamente per la parziale disidratazione dovuta all'alta
temperatura, fino ad assumere nel tempo una consistenza pietrosa. Per evitare la
formazione di queste incrostazioni, si aggiungono alla soluzione di soda
caustica opportune sostanze (silicato di sodio, gluconato di sodio) alla
concentrazione di alcuni g/l. Questi prodotti fanno si che il precipitato di
idrossido di alluminio si mantenga fangoso e quindi facile da eliminare. Non
bisogna eccedere nell'aggiunta delle sostanze che impediscono la formazione di
incrostazioni dure perché la loro presenza ha anche l'effetto negativo di
diminuire l'aggressività della soda caustica nei confronti dell'alluminio con
conseguente allungamento dei tempi di decapaggio. É invece opportuno mantenere
la vasca di decapaggio in condizioni di attività tali da ridurre al minimo i
tempi di disossidazione, che rappresentano una fase "passiva" nel ciclo di
lavorazione. Va ricordato che un decapaggio troppo spinto porta i seguenti
svantaggi:
- Maggior consumo di prodotti chimici
- Maggior erosione dei
sostegni portapezzi
- Minor durata del bagno di decapaggio per il più rapido
inquinamento in alluminio di sciolto
Un decapaggio troppo lento richiede la
disponibilità di maggiori quantità di pendini e materiali di agganciatura per
soddisfare con continuità le esigenze del ciclo produttivo.
Satinatura
chimica - É il trattamento che serve a conferire all'alluminio un aspetto
più opaco.
Nella vasca di trattamento viene anche trattato (per tempi più
brevi) anche l'alluminio pretrattato meccanicamente, al fine di livellare ed
uniformare la superficie trattata, con indubbi benefici sotto l'aspetto estetico
e di riproducibilità della finitura. La composizione della soluzione nella vasca
è paragonabile a quella del decapaggio; la sua particolarità è quella di avere
una minore aggressività chimica atta a conferire una finitura superficiale
opaca, omogenea, con una grana di satinatura molto fine ed apprezzabile
esteticamente. La soluzione è costituita da soda caustica (40÷60 g/l) più
vari additivi che servono ad attenuare l'attacco del materiale e ad affinare la
grana superficiale della satinatura che si desidera ottenere. Altro compito
degli additivi è quello di sequestrare l'alluminio disciolto e di impedirne
l'indurimento in fase di precipitazione. Alcuni dei prodotti utilizzati come
additivi sono: gluconato di sodio, eptonato di sodio, acido tartarico, borati,
acido salicilico, etanolammine. Le concentrazioni sono di solito di alcuni
grammi per litro. La temperatura di esercizio di un bagno di satinatura varia
dai 50 ai 65 °C. I tempi di trattamento vanno dai 2 ÷ 3 minuti per il
materiale precedentemente spazzolato, ai 12 ÷ 15 minuti per il materiale
grezzo da satinare chimicamente. La durata della satinatura dipende dalla
qualità del materiale di partenza (presenza o meno di graffi o segni di
estrusione in superficie) ed è in stretta correlazione con la temperatura e la
concentrazione del bagno. Una temperatura o concentrazioni molto elevate
riducono i tempi del trattamento ma generano solitamente una grana superficiale
più grossa e qualitativamente meno apprezzata.
I satinanti offerti sul
marcato sono di diversi tipi:
- Satinante solido completo
- Additivo
solido
- Satinante completo già in soluzione
Ciascuno dei suddetti
prodotti presenta dei pro e dei contro che vanno attentamente valutati a seconda
del tipo di impianto e della organizzazione del lavoro (possibilità di
stoccaggio delle soluzioni, modalità di aggiunta dei prodotti, periodicità dei
controlli chimici, etc.). Se si devono satinare delle lamiere è bene abbassare
la temperatura per evitare che il materiale si asciughi uscendo dalla vasca
formando delle macchie di difficile rimozione.
Neutralizzazione -
il materiale da anodizzare, dopo essere passato nei trattamenti alcalini di
sgrassaggio e di satinatura chimica (seguiti dai relativi lavaggi), viene
immerso brevemente nella cosiddetta vasca di neutralizzazione acida. Gli scopi
di questo trattamento sono i seguenti:
- Eliminare dalla superficie
dell'alluminio gli idrossidi insolubili che sono stati portati allo scoperto dai
pretrattamenti alcalini. Si tratta soprattutto di idrossidi di magnesio e ferro,
la cui presenza provocherebbe difetti nella successiva anodizzazione. Questi
composti, non essendo i loro metalli anfoteri come l'alluminio, si sciolgono
solamente in ambiente acido
- Neutralizzare la basicità del materiale che,
nonostante i lavaggi, conserva residui dei precedenti trattamenti alcalini. La
presenza di idrossidi dei metalli alliganti (Mg, Mn, Fe, Cu), sull'alluminio
potrebbe portare a differenze di colore ed a difetti che risulterebbero evidenti
e difficilmente eliminabili dopo l'anodizzazione.
Una incompleta
neutralizzazione della basicità presente sul materiale porterebbe ad un maggior
consumo di acido solforico ed ad un accumulo degli elementi alliganti nella
vasca di ossidazione con effetti inquinanti. La vasca di neutralizzazione
contiene generalmente una soluzione di acido nitrico (HNO3) 1:1 in
volume, preparata mettendo nella vasca metà volume di acqua e metà volume di
acido nitrico concentrato (solitamente al 68% in peso e densità=1,4).
In
tal modo la soluzione finale del bagno viene ad avere una concentrazione in
acido nitrico di circa 470 g/l. L'acido nitrico ha tre proprietà
fondamentali:
- Ottimo potere solvente nei confronti della patina scura di
idrossidi metallici formatisi nei pretrattamenti alcalini
- Potere passivante
nei confronti dell'alluminio che quindi non viene intaccato anche se permane
nella vasca per un tempo piuttosto lungo (anche diverse ore)
- Buon potere
emolliente nei confronti dell'ossido anodico e di taluni ossidi che non vengono
eliminati dall'attacco in soda. É quindi ottimo come pretrattamento nei
confronti della disossidazione dei ganci o anche di intere bagnate da rifare
perché mal riuscite
L'inquinamento da acido nitrico nelle acque di scarico
risulta generalmente irrilevante data la notevole diluizione che viene
effettuata dai vari effluenti di lavaggio. Al posto dell'acido nitrico può
essere utilizzato anche acido solforico esausto recuperato dalle vasche di
anodizzazione. Per quanto dal punto di vista della capacità di neutralizzare la
basicità l'acido solforico e l'acido nitrico si equivalgono, bisogna tenere in
considerazione quanto segue:
- L'acido solforico ha un potere solvente
inferiore all'acido nitrico nei confronti di certi ossidi e idrossidi di
metalli
- Non ha il potere ossidante, cioè la capacità di sciogliere certi
elementi presenti nella lega allo stato metallico (ad es.: Cu), che ha l'acido
nitrico
- Non passiva l'alluminio e quindi si corrono seri rischi di
aggressione puntiforme se il materiale permane nella vasca per un tempo
eccessivo
3.2.1.2. La fase di anodizzazione
Consiste
nell'immergere il manufatto in una soluzione a base di acido solforico (o anche
cromico, fosforico, etc.), collegandolo al polo positivo di un raddrizzatore,
divenendo così "anodico" rispetto ai catodi collegati al polo negativo (vedi
fig. 7).
Questo è un aspetto che differenzia notevolmente l'ossidazione
anodica dai processi galvanici; i riporti galvanici richiedono infatti che il
pezzo venga mantenuto catodico. Il fenomeno chimico che si manifesta
sull'alluminio nel momento in cui viene a contatto con l'ossigeno consiste nella
formazione di uno strato di ossido compatto e coerente con il substrato. Lo
strato di ossido cresce verso l'interno del metallo.
Mediante passaggio
di corrente si forma inizialmente uno strato barriera di ossido compatto, molto
sottile, ma già molto più spesso dell'ossido naturale, il cui spessore rimane
costante; successivamente si forma uno strato di ossido poroso (cfr. fig. 8).
Per applicazioni in edilizia si può far crescere l'ossido fino a uno spessore di
15, 20, 25 micron (1.5, 2, 2.5 centesimi di millimetro) e oltre. Bisogna
tuttavia evitare una crescita eccessiva dell'ossido perché la stessa soluzione
in cui l'ossido cresce è capace di ridiscioglierlo.
In Italia, il tipo di
anodizzazione maggiormente utilizzato è l'anodizzazione all'acido solforico, in
particolare nell'alluminio per impiego architettonico. Il trattamento consiste
nell'immergere il materiale in una vasca contenente una soluzione di acido
solforico, collegandolo al polo positivo (anodo) di un opportuno generatore di
corrente continua.
La vasca di anodizzazione deve essere rivestita
interamente in materiale antiacido (generalmente PVC). Il suo volume dovrebbe
essere teoricamente di 2÷3 litri per ogni Ampere di corrente che si fa
passare in essa. I catodi, generalmente di piombo, hanno il vantaggio di
passivarsi (diventare inerti chimicamente) nella soluzione del bagno, dato che
si ricoprono di un sottilissimo strato di solfato di piombo insolubile. Hanno
perciò notevole durata se il loro montaggio viene fatto a regola d'arte
(stagnatura della barra catodica in rame e successiva applicazione della
striscia in piombo con saldatura a goccia). I catodi di alluminio presentano il
vantaggio di avere una maggiore conducibilità di corrente (circa 7 volte
superiore a quella del piombo) e quindi di richiedere una superficie immersa
molto minore. Anche il peso specifico è largamente a favore
dell'alluminio.
___.gif)
[...]
___
Fig. 7 - Schema di principio del
processo di anodizzazione in soluzione di acido solforico, in corrente
continua
1. Vasca di ferro
2. Rivestimento antiacido
3.
Alluminio da anodizzare (+)
4. Termostato (impostato per condizione di 20°C ±
1)
5. Barra anodica porta pezzi da anodizzare
6. Serpentine di
raffreddamento dell'elettrolita
7. Tubo in piombo forato per l'agitazione
dell'elettrolita con aria compressa
8. Barre catodiche (-)
9. Catodi di
piombo
10. Voltmetro
11. Amperometro
Il materiale di alluminio da
anodizzare viene introdotto in una soluzione di acido solforico, o collegato al
polo positivo di un generatore di corrente continua. Il polo negativo dello
stesso generatore viene collegato ad un elettrodo inerte (piombo). Erogando
corrente, ai due elettrodi avremo una dissociazione dell'acido solforico in H2++
e SO4-con sviluppo di idrogeno al catodo e, a seguito di una reazione secondaria
che ripristina l'acido solforico, si avrà uno sviluppo di ossigeno allo stato
nascente e in condizioni di grande attività sull'alluminio. L'ossigeno quindi
attacherà l'alluminio, trasformandolo istantaneamente in ossido. Tale reazione
può essere così sintetizzata:.gif)
Fig. 8 - Schematizzazione della struttura dello strato
d'ossido
___.gif)
___
Modello strutturale di una cella d ossido di
alluminio, in base a rilevazioni eseguita con il microscopio elettronico
(Alcoa).
Unico lato negativo riguardante l'impiego di questo
materiale è la sua reattività in acido solforico in certe condizioni. Se la
temperatura del bagno supera i 30°C, i catodi di alluminio possono venire
corrosi e, quindi, consumarsi, in brevissimo tempo. Per mantenere la temperatura
al disotto dei 30°C si usano appositi sistemi di raffreddamento. Lo spessore
dell'ossido di alluminio viene espresso in micron (simbolo μm), cioè millesimi
di millimetro. La normativa Europea, recepita anche in Italia con la norma UNI
EN 12373-1, prevede 5 classi di spessore:
- 5 μm minimo - per applicazioni in
ambienti interni
- 10 μm minimo - i.c.s.
- 15 μm minimo - per applicazioni
in ambienti esterni
- 20 μm minimo - i s c
- 25 μm minimo - i s c
La
scelta dello spessore va concordata con l'utilizzatore e dipende dal grado di
aggressività dell'ambiente nel quale il materiale andrà collocato. La classe 25
è stata introdotta dietro particolare sollecitazione della Gran Bretagna che la
ritiene necessaria per atmosfere marine o industriali ad elevato inquinamento.
L'ossido di alluminio è trasparente, poroso, dielettrico e diventa pressoché
inerte agli agenti atmosferici dopo aver subito un opportuno trattamento di
fissaggio. La qualità e le proprietà dell'ossido anodico dipendono grandemente
dalle variabili che possono influenzarne le caratteristiche, cioè:
-
concentrazione dell'acido solforico
- densità di corrente
- durata del
trattamento
- temperatura del bagno
- contenuto di alluminio disciolto
nella vasca
- agitazione del bagno
- aggiunta di additivi alla
soluzione
- presenza di impurezze nella soluzione
La concentrazione
dell'acido solforico viene scelta generalmente tra 150 e 220 g/l. Più l'acido
solforico è concentrato, maggiore è la conducibilità elettrica del bagno, con
conseguente risparmio di tensione elettrica nel realizzare una determinata
densità di corrente secondo la seguente legge di Ohm.
I =
V/R
Dove:
I=intensità di corrente
V=tensione
applicata
R=resistenza del bagno
Diminuendo infatti la resistenza del
bagno (cioè aumentandone la conducibilità) si ottiene una maggiore intensità di
corrente a parità di tensione applicata. Tuttavia la scelta di una elevata
concentrazione può essere controproducente perché l'acido solforico, mentre
aiuta a formare l'ossido, nello stesso tempo lo aggredisce chimicamente e ne
scioglie una parte. Se la concentrazione è minore, diminuisce la conducibilità
del bagno, ma anche il suo potere solvente nei confronti dell'ossido. La scelta
della concentrazione ottimale va fatta tenendo presenti questi due fattori,
unitamente con gli altri parametri di processo (raffreddamento, etc.).
La
corrente che passa nel pezzo da anodizzare per m2 di superficie varia
generalmente da 1,4 a 1,8 Amp/dm2. La scelta della densità di
corrente da impiegare dipende dai seguenti fattori:
- potenza del
raddrizzatore in relazione alla quantità di materiale agganciato
- capacità
di raffreddamento del bagno
Una elevata densità di corrente porta ad un
maggior sviluppo di calore nel bagno. Se il raffreddamento non è idoneo si
possono verificare "bruciature" sul materiale con disgregazione dell'ossido che
diventa friabile e lattescente. La densità di corrente varia sensibilmente al
variare della temperatura del bagno. Lo spessore di ossido cresce
progressivamente nel corso dell'anodizzazione per un certo periodo di tempo
(circa 2 ore). Oltre tale tempo lo spessore rimane pressoché costante perché
l'ulteriore ossido che si forma viene completamente distrutto dal potere
solvente dell'acido. La formula empirica che permette di calcolare a priori lo
spessore di ossido è la seguente:
s= 0,3 x d x t
dove:
s =
spessore dell'ossido in micron
d = densità di corrente in
A/dm2
t = tempo in minuti
0,3 = fattore di
proporzionalità
L'anodizzazione provoca una reazione fortemente
esotermica, cioè sviluppa una notevole quantità di calore valutabile
orientativamente con la seguente formula:
Q (calorie/ora) = 0,95 x A x
V
Dove:
A = corrente che passa in Ampère
V = tensione in Volt
Q
= quantità di calore sviluppato
Tutto questo calore deve venire asportato
mediante idoneo sistema di raffreddamento, dato che il bagno deve lavorare ad
una temperatura di 20°C ±1°C.
Il raffreddamento del bagno si può realizzare
nei seguenti modi:
- facendo circolare acqua fredda in apposite serpentine
poste sui lati interni della vasca
- facendo circolare l'acido attraverso un
gruppo frigorifero raffreddato ad aria o ad acqua.
Quest'ultima soluzione,
attualmente, è quella maggiormente utilizzata. Una temperatura troppo elevata
nel bagno di ossidazione provoca i seguenti inconvenienti:
- ossido a pori
troppo grandi e di più difficile fissaggio
- pericolo di "bruciature" sul
materiale
- aumento di potere solvente sull'ossido da parte
dell'acido
Come detto precedentemente l'acido solforico scioglie parte
dell'ossido di alluminio mentre questo si forma; quando il contenuto di
alluminio disciolto nella vasca raggiunge i 15 g/l occorre rigenerare il bagno.
Generalmente non viene rinnovato completamente, ma solamente per circa i 4/5 del
suo volume. Questo perché un bagno di anodizzazione lavora meglio se contiene
3÷4 g/l di alluminio disciolto rispetto ad un bagno completamente esente di
alluminio.
É, possibile impiegare un sistema di filtrazione in continuo del
bagno attraverso resine a scambio ionico per mantenere costantemente basso il
contenuto di alluminio disciolto. Quando l'alluminio supera i 15 g/l, si possono
verificare i seguenti inconvenienti:
- diminuzione della resa
dell'anodizzazione
- difficoltà ad ottenere spessori di ossido elevati (20
μm)
- difficoltà ad eseguire alcune colorazioni successive
all'anodizzazione
- diminuzione della conducibilità
Il bagno di
anodizzazione va continuamente tenuto sotto agitazione insufflando aria,
uniformemente, lungo il fondo della vasca, allo scopo di:
- omogeneizzare la
soluzione di acido solforico che, per diversa densità, tende a stratificarsi sul
fondo
- asportare il calore che si sviluppa sul materiale sottoposto ad
anodizzazione
- uniformare la temperatura in ogni punto della
vasca
Interruzioni anche temporanee dell'agitazione con aria comporterebbero
gravi danni sulla qualità del prodotto, mentre differenze di temperatura nelle
diverse zone della vasca provocherebbero:
- diverse densità di corrente
-
diverso potere solvente dell'ossido
- diversi spessori di ossido
Talvolta
viene aggiunto all'acido solforico, dell'acido ossalico. Questo acido organico,
aggiunto ad una concentrazione di 10÷15 g/l, consente di ottenere i
seguenti vantaggi:
- riduce il potere solvente dell'acido solforico nei
confronti dell'ossido
- permette di lavorare a temperature più alte (fino a
24°C)
- consente l'adozione di densità di corrente maggiori
- forma
un'ossido più duro
L'eventuale presenza di cloruri come impurezza nel bagno
di anodizzazione provoca, se superiore a 1g/l, una estesa puntinatura sul
materiale. Olii e grassi possono depositarsi sul materiale e inibire
l'anodizzazione in certe zone, provocando macchie. Sostanze solide in
sospensione possono dar luogo a striature.
Onde evitare la presenza di olii e
grassi provenienti dai compressori d'aria, si possono utilizzare agitatori del
bagno a soffianti d'aria ad aspi rotanti, esenti da parti lubrificate.
Questi
apparecchi presentano anche il vantaggio di non riscaldare l'aria (e quindi il
bagno di anodizzazione) dato che non effettuano una compressione ma una semplice
insufflazione. Nei bagni di anodizzazione sono presenti solitamente schiumogeni
(tensioattivi cationici, anionici o non ionici) che formano uno strato col
compito di impedire all'acido solforico di passare nell'atmosfera trasportato
dall'idrogeno gassoso che si forma in prossimità dei catodi.
3.2.1.3.
Colorazione dello strato d'ossido
L'ossido così ottenuto può anche essere
colorato mediante formazione all'interno dei pori di particolari pigmenti
inorganici (oro all'ossalato, bronzo al cobalto-permanganato) oppure per
adsorbimento di coloranti organici: colorazione per assorbimento;
un altro sistema è l'impregnazione elettrolitica chiamata anche
elettrocolorazione, che fa depositare, nel fondo dei pori, metalli
e loro ossidi (Ni, Sn, o altri) ottenendo colorazioni che vanno dallo champagne,
attraverso i toni del bronzo, fino al nero.
Un ultimo metodo di colorazione è
quello per interferenza che modifica la struttura dello strato prima della
deposizione elettrolitica dei vari metalli e loro ossidi. In Fig. 9 sono
riportati i modelli rappresentativi della sezione di uno strato di ossido
anodico nei diversi sistemi di colorazione.
Colorazione per
assorbimento - si realizza per semplice immersione dell'alluminio anodizzato
in opportune soluzioni coloranti, senza corrente elettrica.
A seconda del
tipo di prodotto che genera il colore, vengono suddivise in:
1.
Colorazioni organiche
2. Colorazioni inorganiche
Colorazioni
organiche - per questo trattamento si impiegano coloranti organici solubili
in acqua, aventi elevata solidità alla luce (oltre la scala 8 di riferimento).
Le sostanze coloranti entrano nei pori dell'ossido di alluminio (non fissato) e
formano dei veri e propri legami chimici nei seguenti modi:
- Sostituendo con
anioni gli ossidrili presenti nello strato di ossido
- Formando legami
covalenti
- Venendo assorbiti da forze elettrostatiche (tipo Van der
Waals)
La bontà del risultato ottenibile con questo trattamento dipende dai
seguenti parametri:
- Spessore dell'ossido - per eseguire queste colorazioni,
soprattutto nelle tonalità più scure, sono necessari spessori di ossido elevati,
solitamente non inferiori ai 20 μm.
Ciò è dovuto anche al fatto che la
sostanza colorante, penetrando dall'esterno del poro di ossido, difficilmente
riesce a riempirlo completamente, dovendosi sostituire alla soluzione acquosa
che già lo impregna
- Solidità alla luce del colorante impiegato - non sono
molto numerosi i coloranti organici idonei per l'alluminio per uso
architettonico e decorativo per esterni. queste applicazioni richiedono una
solidità alla luce superiore a 8.
- Condizioni operative (concentrazione, pH,
tempo, temperatura) - la concentrazione può variare, a seconda del colorante, da
1 a 20 g/l. É, importante mantenere la concentrazione nell'intorno del valore
ottimale consigliato dalla casa produttrice. Il pH è importantissimo perché
influenza sia la quantità di colorante assorbito che la sua solidità alla luce.
Il tempo, se è troppo breve comporta un assorbimento insufficiente (solo
superficiale) con conseguenze sulla solidità alla luce. Se si protrae
eccessivamente la colorazione, solitamente non si hanno effetti negativi. La
temperatura, se è troppo bassa comporta un assorbimento insufficiente con
riflessi negativi sulla solidità alla luce e la tonalità del colore. Se la
temperatura è troppo alta può provocare un parziale fissaggio dell'ossido con
chiusura e inertizzazione dei pori e conseguente inadeguato assorbimento del
colore.
Colorazioni inorganiche - il principio sul quale si basano
queste colorazioni è la precipitazione di composti metallici (generalmente
idrossidi) all'interno dei pori di ossido di alluminio. Non offrono una gamma di
tonalità di colore così ampia come nel caso delle colorazioni organiche, però
presentano generalmente una maggiore solidità alla luce ed al colore. Le
colorazioni inorganiche più diffuse nel settore dell'alluminio per impieghi
architettonici e decorativi per esterni sono i seguenti:
- ORO - il bagno
di colorazione è costituito da una soluzione acquosa a 15÷25 g/l di
ossalato ferrico ammonico
(NH4)3Fe(C2O4)3•H2O. tale composto è
piuttosto delicato per i seguenti motivi:
- É fotosensibile, quindi tende
a decomporsi per effetto della luce. La vasca dell'oro va quindi mantenuta
coperta quando non viene utilizzata
- É stabile fino a pH di circa 5,5
- A
pH superiori si decompone precipitando idrossido di ferro e ossalati basici di
ferro
- A pH inferiori a 4 riesce difficile la colorazione perché l'eccessiva
acidità ostacola la precipitazione dell'idrossido ferrico (che dà il colore oro)
all'interno dei pori dell'ossido di alluminio
- Temperature troppo elevate
(superiori ai 60°C) decompongono il sale e danneggiano la soluzione
- La
presenza di ioni calcio nell'acqua (elevata durezza) fa precipitare l'ossalato
di calcio con intorpidimento della soluzione. Anche una elevata concentrazione
in ioni fosfato presenti nell'acqua provoca inconvenienti nella colorazione,
favorendo la decomposizione del bagno
Tenendo presenti le osservazioni
suddette, le migliori condizioni per praticare la colorazione oro al
ferro-ammonio ossalato sono le seguenti:
- Vasca rivestita internamente
in PVC
- Soluzione preparata con acqua demineralizzata
- Concentrazione =
15÷25 g/l
- pH = 4,5÷5
- temperatura = 35÷45 °C
-
tempi da 1 a 10' a seconda della tonalità del colore oro desiderato
-
BRONZO - prima di eseguire questa colorazione occorre eliminare
completamente l'acido solforico dai pori del materiale anodizzato. A tale scopo
si immerge per qualche minuto la bagnata in una apposita vasca contenente una
soluzione a circa 10 g/l di bicarbonato di sodio (NaHCO3), pH
8÷9, a temperatura ambiente. Successivamente si risciacqua e la si
immerge in una soluzione a 5÷10 g/l di acetato di cobalto, a pH
6÷7, temperatura ambiente, per circa 1÷2 minuti. Si risciacqua e
si immerge quindi in una soluzione di permanganato di potassio a circa 10 g/l,
pH 6÷7, temperatura ambiente per circa 1÷5 minuti. La permanenza
nelle soluzioni di cobalto e permanganato dipende dalla intensità del colore
bronzo che si vuole ottenere. Se la tonalità di colore risulta troppo chiara si
può ripetere il ciclo con le stesse modalità facendo in modo che l'ultima
immersione sia sempre fatta nel permanganato di potassio. La colorazione è
generata dalla precipitazione di idrossidi di cobalto e manganese all'interno
dei pori dell'ossido di alluminio. Questo tipo di colorazione, a differenza di
quella elettrolitica, è influenzata dallo spessore dell'ossido. Differenze
significative in diverse zone della carica possono causare differenze nella
tonalità del colore ottenuto. Al posto dell'acetato di cobalto si può utilizzare
il solfato di cobalto con risultati equivalenti. I bagni di cobalto e
permanganato, se usati correttamente, non richiedono filtrazioni periodiche ed
hanno in genere notevole durata.
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Fig. 9 - Modelli rappresentativi della sezione di uno
strato di ossido anodico nei diversi sistemi di
colorazione
Elettrocolorazione - con questo termine viene comunemente
indicato un procedimento di colorazione dell'alluminio anodizzato che ha avuto
una grande diffusione negli ultimi 20 anni in Italia e in Europa. Il trattamento
consiste nel sottoporre il materiale ad una opportuna corrente elettrica
alternata in una vasca contenente una soluzione di sali metallici più altri
additivi chimici. Sotto l'effetto della corrente le particelle metalliche si
vanno a depositare sul fondo del poro dell'ossido di alluminio. Con il
successivo trattamento di fissaggio (chiusura dei pori) si realizza una
colorazione altamente resistente alle varie prove di collaudo e a tutte le
condizioni di impiego sperimentate ormai da diversi decenni. Il tipo di colore
dipende dal metallo impiegato, mentre la tonalità (chiaro, scuro, nero) dipende
dalla durata del trattamento. I colori più diffusi sono quelli della gamma dei
bronzi (champagne, bronzo chiaro, medio, scuro, fino al nero). Questi colori
vengono realizzati con soluzioni a base di sali di cobalto, nichel, stagno.
I
bagni di elettrocolorazione a base di nichel sono stati i primi ad
apparire sul mercato, assieme a quelli di cobalto. Attualmente i prodotti
maggiormente utilizzati sono quelli a base di sali di stagno.
La gamma dei
colori rossi è ottenibile con soluzioni contenenti sali di rame, di oro, di
selenio. Una tonalità color oro è ottenibile con una elettrocolorazione in sali
di argento, cobalto, manganese.
Per entrare nel dettaglio della descrizione
di questo tipo di trattamento nel seguito si fa riferimento alla
elettrocolorazione a base di sali di stagno, che è quella attualmente più
diffusa.
I principali aspetti che possono influenzare questo trattamento sono
i seguenti:
- tipo di lega da elettrocolorare - tutte le leghe per
anodizzazione sono idonee al trattamento di elettrocolorazione. La tonalità del
colore che si ottiene non è influenzata in maniera determinante né dalla
composizione della lega né dai trattamenti termici che questa ha subito. É
comunque necessario predisporre, per quanto possibile, cariche tra loro
omogenee.
- Spessore di ossido - uno dei grandi vantaggi della
elettrocolorazione è costituito dal fatto che la tonalità del colore non è
influenzata dalla spessore di ossido, come invece accade nelle colorazioni ad
assorbimento. Ciò è spiegabile col fatto che l'elettrocolorazione parte dal
fondo del poro dell'ossido e quindi non è influenzata dalla profondità dello
stesso, purché sia sufficiente a contenere la quantità di metallo che si deve
depositare. Anche i colori più scuri, compreso il nero, sono ottenibili con uno
spessore minimo di ossido anodico intorno ai 15 μm (mentre per il nero organico
occorrono almeno 20 pm di ossido).
Eventuali differenze di spessore in
diverse zone della "bagnata" non provocano diversità di colore.
-
Vasca - deve essere rivestita di materiale antiacido (tipo PVC). Sulle
pareti laterali vengono posti gli elettrodi che possono essere di vari
materiali: grafite, acciaio inox, etc..
- Apparecchiatura elettrica -
viene solitamente impiegato un trasformatore di corrente da 20 Volt e
amperaraggio di circa il 60% di quello della vasca di
anodizzazione.
L'elettrocolorazione si effettua con una tensione di
16÷18 Volt ed una densità di corrente a regime di 0,3÷0,5
Ampère/dm2 L'andamento della corrente assume un valore crescente e
massimo entro il primo minuto di trattamento, per poi scendere e stabilizzarsi
al valore di regime. Negli ultimi anni sono apparse sul mercato apparecchiature
elettriche che adottano programmi corrente-tensione più sofisticati che
consentono di colorare una maggiore quantità di materiale e con buoni risultati
come uniformità di colore.
- Agganciatura - il materiale va saldamente
agganciato ai sostegni porta pezzi. Se dopo l'ossidazione il contatto si sposta
su un punto ossidato (non conduttore), nella fase di elettrocolorazione quel
pezzo rischia di rimanere di colore più chiaro o addirittura di non colorarsi
affatto. Nella elettrocolorazione non possono venire utilizzati sostegni o ganci
in titanio, metallo che, non ossidandosi, fa da ladro di corrente durante la
colorazione provocando aloni più chiari in prossimità dei punti di contatto con
l'alluminio.
- Composizione chimica del bagno - il bagno di
elettrocolorazione allo stagno è generalmente costituito da una soluzione di
solfato stannoso (SnSO4) in acido solforico e altri additivi. La
concentrazione in solfato di stagno va dai 14 ai 18 g/l. la concentrazione in
acido solforico può variare anch'essa dai 14 ai 18 g/l. Gli additivi hanno
diverse funzioni, qui di seguito elencate:
- stabilizzare il bagno
mantenendo lo stagno bivalente
- regolare la deposizione dello stagno
all'interno dell'ossido
- complessare l'alluminio disciolto presente in
soluzione
- rendere inerti gli altri metalli (Fe, Ca, Mg) provenienti
dall'acqua impiegata per l'allestimento del bagno e per i reintegri della
soluzione
I prodotti chimici impiegati per i suddetti scopi sono numerosi; i
più diffusi sono l'acido solfammico, l'acido tartarico, l'acido cresolfonico,
l'acido ferrosolfonico, l'acido solfoftalico, l'acido solfosalicilico, glicoli,
urea, etc. La buona scelta degli additivi non influenza la tonalità del colore
ma ne migliora la penetrazione oltre che la durata del bagno.
- Tempi di
colorazione - la tonalità del colore dipende dalla durata del trattamento,
nella fattispecie (orientativamente).
- Champagne - 45"
- Bronzo chiaro -
1'
- Bronzo medio - 3'
- Bronzo scuro - 6'
- Nero - 12÷15'
-
Temperatura - il bagno di elettrocolorazione funziona bene per
temperature dai 15 ai 25°C; è comunque consigliabile lavorare nell'intorno di
20°C perché grosse escursioni termiche provocano variazioni nella conducibilità
della soluzione e quindi nei tempi di colorazione.
3.2.1.4. Fissaggio
dello strato d'ossido
A questo punto, per rendere lo strato impermeabile,
occorre sigillare i pori. Questa operazione finale è sicuramente la più
importante e determinante dell'intero ciclo dell'anodizzazione dell'alluminio.
Consiste in una chiusura dei pori dell'ossido anodico dovuta generalmente ad una
idratazione dello stesso ad alta temperatura; il risultato finale deve essere
uno strato privo di porosità Processi di recente acquisizione realizzano
l'inertizzazione dell'ossido mediante reazione con particolari sostanze a
temperature di poco superiori a quella ambiente. Con l'idratazione si ha un
aumento di volume dell'ossido che man mano chiude le sue porosità finendo col
diventare solidamente sigillato. Il trattamento di fissaggio dell'ossido di
alluminio si può realizzare nei seguenti modi:
- In acqua bollente -
si immerge il materiale anodizzato in acqua demineralizzata o distillata vicina
alla temperatura di ebollizione. La capacità di riscaldamento deve essere tale
da portare il materiale alla temperatura di esercizio entro 10 minuti
dall'immersione. La temperatura non deve essere inferiore a 96 °C. sono
necessari circa tre minuti di trattamento per ogni micron di ossido e comunque
non meno del tempo di anodizzazione. Il pH deve essere contenuto tra 5,5 e 6; le
eventuali correzioni avvengono con l'aggiunta di ammoniaca diluita per
innalzarlo e con acido acetico per abbassarlo. Il fissaggio è influenzato
negativamente da una serie di ioni che possono essere presenti in soluzione.
Mentre l'effetto negativo della presenza di metalli è solitamente di carattere
estetico (macchie), gli anioni (fosfati, fluoruri, silicati) provocano una vera
e propria inibizione del processo di idratazione e quindi di chiusura
dell'ossido, con grave pregiudizio sulla qualità del risultato finale. Per
evitare l'accumulo di impurezze nella vasca di fissaggio con acqua
demineralizzata bollente è consigliabile adottare i seguenti accorgimenti:
-
Riciclo continuo dell'acqua con filtrazione attraverso resine scambiatrici di
ioni
- Uso di acqua demineralizzata per i rabbocchi
- Effettuazione del
lavaggio che precede il fissaggio in una vasca contenente acqua
deionizzata
- In vapore saturo - é un metodo molto efficace.
Presenta alcuni aspetti vantaggiosi ed alcuni limiti se confrontato con il
fissaggio in acqua bollente. Gli aspetti positivi sono i seguenti:
- Non è
influenzato dal grado di purezza dell'acqua e dal pH
- L'azione idratante è
più rapida, potendo lavorare a temperature superiori ai 100°C
- Minor
tendenza di scolorire il materiale
- Effettuazione del lavaggio che precede
il fissaggio in una vasca contenente acqua deionizzata
Gli svantaggi sono
invece:
- Maggiore costo dell'impianto
- Necessità di lavorare con vasche
chiuse che devono essere aperte solamente per l'introduzione e l'estrazione del
materiale
- Possibilità di colature di acqua di condensa che possono lasciare
macchie soprattutto su lamiere colorate
Le condizioni operative (di massima)
sono le seguenti:
- Temperatura = 100÷110 °C
- Tempo = 3 minuti per
ogni micron di ossido anodico
- Pressione = 1÷3 atmosfere
-
Con sali di nichel - Consiste nell'immergere il materiale in una vasca
contenente una soluzione acquosa di sali di nichel ad alta temperatura. In
queste condizioni, oltre alla idratazione dei pori, avviene una precipitazione
di idrossido di nichel all'interno dell'ossido anodico con ulteriore contributo
alla sigillatura del materiale anodizzato. Il sale di nichel più utilizzato è il
solfato. Il grande vantaggio di tutti i fissaggi a base di sali di nichel è
quello di non essere influenzati, nella loro efficacia, da tutti quegli ioni
inquinanti (soprattutto fosfati, silicati, fluoruri) che inibiscono e
danneggiano il fissaggio in acqua demineralizzata. Ne consegue che i bagni di
fissaggio non richiedono necessariamente l'impiego di acqua demineralizzata, ma
si possono preparare e rabboccare anche con acqua di pozzo, purché la durezza
non superi i 50 gradi francesi. Le condizioni operative di un fissaggio al
solfato di nichel sono le seguenti:
- Temperatura = minimo 95 °C
- Tempo =
3 minuti per ogni micron di ossido anodico
- Concentrazione del sale:
10g/l
- ph = 5,5÷6,5
È buona norma ricoprire la superficie delle
vasche di fissaggio ad alta temperatura con uno strato di sfere di plastica.
Tali sfere funzionano da coperchio mobile, riducono l'evaporazione e consentono
un sensibile risparmio di calore nel mantenere la vasca alla temperatura di
esercizio.
- A bassa temperatura - é un trattamento, usato da
circa 20 anni, basato sul riempimento e l'inertizzazione dei pori dell'ossido
mediante reazione chimica con opportune sostanze. Si tratta generalmente di
soluzioni a base di fluoruro di nichel più altri additivi. Gli aspetti
vantaggiosi di questo trattamento rispetto ai fissaggi descritti precedentemente
sono i seguenti:
- Riduzione dei tempi di immersione
- Risparmio
energetico nel mantenere il bagno a 30°C anziché a temperature prossime ai
100°C
- Assenza di vapore nell'atmosfera circostante
I suoi principali
limiti sono invece:
- Necessità che il materiale, una volta uscito dalla
vasca di fissaggio, non venga manipolato per un certo tempo onde permettere
l'essicamento e la totale inertizzazione
- La soluzione può facilmente
inquinarsi e richiede assidui controlli per essere mantenuta nelle ristrette
condizioni di funzionamento ottimale
3.2.1.5. Controllo dello strato
d'ossido
Da quanto detto in precedenza, ciò che influisce sulla
durabilità di una finitura anodizzata è essenzialmente lo spessore
dell'ossido, la sua struttura ed il suo grado di
fissaggio.
Spessore e struttura dipendono dal rispetto dei parametri
di processo ottimali della fase di anodizzazione. La qualità del fissaggio
dipende dalle condizioni ed anche dalla struttura dell'ossido stesso.
Controllando perciò due soli parametri, e cioè spessore e fissaggio, si ha una
valutazione abbastanza precisa della qualità dell'ossido. Nel caso dell'edilizia
lo spessore minimo richiesto in Europa, secondo la norma EN 12373, è di 15
μm.
Questi controlli non richiedono particolari attrezzature, le normative
nazionali ed internazionali forniscono tutti i riferimenti necessari.
Il
controllo dello spessore si può fare, per via non distruttiva, con un
apparecchio a correnti indotte.
Il controllo del fissaggio si può eseguire
sul colore naturale o su colori tenui per via non distruttiva con un metodo
semiquantitativo chiamato "prova alla goccia", consistente nel riattacco
dell'ossido in una piccola zona con una soluzione acida e la successiva
applicazione di colorante nello stesso punto; lavando, il colorante deve
scomparire o lasciare leggerissime tracce. La permanenza di una macchia residua
indica che la struttura porosa non è del tutto sigillata.
Come metodo
distruttivo viene effettuata la prova di perdita di peso dopo attacco dello
strato per un certo tempo in apposite soluzioni.
Dopo aver eseguito questi
controlli si è in grado di giudicare la bontà di uno strato di
ossido.
3.2.2. Finiture verniciate
3.2.2.1.
Introduzione
La verniciatura dell'alluminio può essere effettuata
attraverso le seguenti due diverse tecniche:
1. Mediante immersione in
vasca attraverso processi chimici e/o elettrolitici (p.e. cataforesi,
anaforesi)
2. Mediante spruzzo di prodotti vernicianti liquidi o in
polvere
Una rilevante percentuale di tutte le finiture applicate in
Europa per la protezione dell'alluminio, in particolare in architettura, viene
effettuata attualmente mediante questa seconda tecnica, che consiste nello
spruzzare prodotti vernicianti in polvere, caricati elettrostaticamente, sul
supporto da rivestire posto in un campo elettrico.
Le prime applicazioni
commerciali in Europa di questi prodotti risalgono agli anni '70. Da allora
questo tipo di finitura è cresciuto con legge esponenziale. Nel panorama europeo
i principali paesi operanti nella verniciatura sono l'Italia, la Germania, la
Spagna e la Francia. Negli Stati Uniti l'introduzione di tale tecnologia risale
agli anni '80; questo sistema è ben introdotto anche in altri paesi come, ad
esempio, in Medio Oriente, in Sud America, in Australia.
Il motivo principale
di tale crescita va ricercato soprattutto nei consistenti miglioramenti
conseguiti in questi anni sia in termini di prestazioni dei prodotti
vernicianti, sia per quanto riguarda la versatilità e il minimo impatto
ambientale del processo.
Al giorno d'oggi, infatti, si può contare su
profilati con finiture organiche di svariati colori e brillantezza, di lunga
durata in esterno e sui processi industriali per i quali non intervengono
complicazioni dovute allo smaltimento dei solventi. Se inizialmente la
verniciatura a polveri rappresentava un'alternativa all'ossidazione per superare
i limiti di colore, essa si presenta oggi come un'ulteriore tecnica in grado di
soddisfare le più svariate esigenze estetiche e funzionali ed è ancora in
continua espansione e miglioramento. Nei paragrafi seguenti sono riportati i
punti più importanti del processo di verniciatura, i metodi di valutazione della
qualità dei prodotti e le tendenze future della verniciatura a polveri degli
estrusi d'alluminio.
Questo processo non rientra nel campo di
applicazione delle direttiva 61/96 CE in quanto non presuppone il trattamento
del metallo mediante azioni chimiche o elettrolitiche in vasca.
Per
entrambe le tecniche, immersione in vasca (1) e verniciatura a spruzzo (2), sono
previste due fasi di pre-trattamento delle superfici, e precisamente:
a.
fase preliminare di preparazione della superficie dell'alluminio (sgrassaggio,
decapaggio, etc.);
b. fase di conversione chimica (cromatazione,
fosfocromatazione, etc.).
Anche questi pre-trattamenti possono essere
effettuati a spruzzo in continuo, oppure per immersione in vasca in apposite
soluzioni e rappresentano in entrambi i casi "attività connesse all'attività
principale (verniciatura)".
Se questi pre-trattamenti vengono effettuati
preliminarmente alla verniciatura mediante spruzzo di prodotti vernicianti
liquidi o in polvere (tecnica n. 2) anch'essi non rientrano in ambito
IPPC.
Nel caso, invece, che la verniciatura dei metalli avvenga mediante
processi elettrolitici o chimici in vasca (tecnica n. 1), entrambe i suddetti
pretrattamenti, se effettuati in vasca, concorrono all'individuazione della
soglia di applicabilità della legge.
Di seguito, vengono descritte
sinteticamente queste fasi preliminari all'applicazione dei prodotti
vernicianti
3.2.2.2. Trattamento preliminare di preparazione delle
superfici
L'alluminio prima di essere verniciato deve essere
adeguatamente preparato; è necessario che la superficie sia ben pulita ed esente
da grassi, ossidi, oli e residui di lavorazioni precedenti. Il metodo di pulizia
ottimale va scelto in funzione degli scopi e dei risultati da ottenere, in base
allo stato delle superfici ed al tipo di lega da trattare. Un ciclo normale può
prevedere diverse fasi di trattamento con l'uso di prodotti di tipo acido e/o
alcalino. Talvolta nel caso di profilati fortemente danneggiati e ossidati, si
rendono necessari pretrattamenti di tipo meccanico (spazzolatura), o una
neutralizzazione quando la natura dello sgrassante non è assolutamente
compatibile con quella del trattamento di conversione (alcalina/acida). Alla
fine di tale fase comunque la superficie dell'alluminio deve essere pulita e
uniforme, pronta per la seguente fase del ciclo. È importante che venga
asportato lo strato superficiale più ricco di ossidi e/o di impurezze al fine di
ottenere un buon risultato finale e dal punto di vista prestazionale.
Un
ciclo completo di preparazione delle superfici è generalmente articolato secondo
le seguenti fasi:
· Sgrassaggio alcalino
· Lavaggio con acqua di rete
·
Disossidazione acida
· Lavaggio con acqua di rete
· Conversione
chimica
· Lavaggio con acqua demineralizzata
La fase alcalina può essere
preceduta da una fase acida seguita dal risciacquo. Tale scelta può facilitare
la gestione dell'asportazione superficiale nella fase alcalina.
Pretrattare
chimicamente una superficie di alluminio significa sommariamente:
· Pulire la
superficie
· Eliminare gli ossidi
· Depositare un rivestimento
anticorrosivo
I parametri di lavoro delle soluzioni di pretrattamento sono
essenzialmente.
· Concentrazione
· Temperatura
· Tempo
Si
prenderanno ora in considerazione le singole fasi del processo approfondendo le
composizioni di massima dei bagni, gli scopi, la gestione e le problematiche che
possono sorgere nella gestione.
3.2.2.2.1.
Sgrassaggio/decapaggio
I prodotti utilizzati in questa fase sono
normalmente alcalini e possono essere di due tipi: alcalini detergenti a basso
attacco superficiale, alcalini a medio/alto attacco superficiale.
Questi
prodotti sono composti essenzialmente da due parti con dei compiti ben
specifici:
1. Parte inorganica alcalina
2. Parte organica
La parte
inorganica è composta da alcali forti, fosfati, sali alcalini ed ha lo scopo
di:
- Detergere
- Saponificare oli e grassi
- Decapare la
superficie
- Rimuovere le stratificazioni superficiali dei materiali
La
parte organica, composta da sgrassanti disperdenti ed eventualmente da
tensioattivi, ha i seguenti scopi:
- Emulsionare gli olii
- Aumentare la
bagnabilità dei pezzi
- Disperdere gli olii evitandone il rideposito sulla
superficie
- Sequestrare l'alluminio mantenendolo in soluzione
-
Sequestrare i sali della durezza dell'acqua
I
controlli di gestione
Il controllo di questi bagni è facilmente
effettuabile sull'impianto attraverso una doppia titolazione Acido/Base con la
quale si determina sia la concentrazione di prodotto in vasca che il grado di
inquinamento della soluzione.
A supporto di tali titolazioni, e per
assicurare una azione efficace anche durante l'invecchiamento del bagno,
nonostante l'azione tamponante della carbonatazione, si consiglia il controllo
del pH.
Unitamente a tali controlli diventa interessante misurare l'azione
effettuata dalla soluzione chimica sui pezzi. Pertanto va impostata una prova di
asportazione del metallo da effettuare su materiale preventivamente pesato,
fatto passare nella fase e pesato dopo averlo asciugato.
La differenza
tra le due pesate, rapportata alla dimensione del pezzo, determina l'azione
effettuata dal bagno. Per essere certi di aver operato una adeguata azione,
adatta a rimuovere lo strato superficiale, tale asportazione non dovrebbe essere
inferiore ai 2,5 ÷ 3,5 gr/m2.
Durante la produzione questo
bagno si inquina per l'azione eseguita sui pezzi e la soluzione necessita di un
rinnovo. Tale operazione deve essere eseguita periodicamente sulla base
dell'inquinamento registrato.
Manutenzione
Gli impianti
vanno verificati giornalmente verificando se si sono formati strati separati
sulla superficie del bagno, eliminabili con uno sfioro attraverso troppo
pieno.
Il sistema di riscaldamento deve essere controllato e mantenuto
efficiente.
Cause e risoluzioni dei principali problemi
Prendiamo in esame ora i principali problemi che possono emergere
nella gestione di questa fase.
Bassa asportazione superficiale - le cause
possono essere ricercate in uno o più dei seguenti parametri della
soluzione:
- bassa concentrazione
- bassa temperatura
- Tempi inferiori
rispetto agli standard
- Invecchiamento/Carbonatazione del bagno
Il
difetto può essere notato visivamente solo in una maggior lucentezza del
materiale, comporta il rischio di non eliminare le stratificazioni superficiali
del metallo di base con conseguente rischio di negatività al Test di
Corrosione.
Asciugatura della soluzione - le cause possono essere una o
più delle seguenti:
- Temperatura troppo elevata sgrassante
- Tempi di
sgocciolo troppo lunghi
- Fermata impianto
- Sovrapposizione dei
pezzi
Questo problema può provocare delle colature sul materiale e scarsa
aderenza dello strato di vernice.
Eccesso di azione chimica - le cause
possono essere:
- Concentrazione elevata
- Temperatura o tempi troppo
elevati
Questo problema può comportare un'aspetto della finitura di tipo
satinato e un invecchiamento precoce del bagno.
3.2.2.2.2. Lavaggi
intermedi
Scopo di tutti i lavaggi è quello di rimuovere la soluzione del
bagno precedente in modo che i particolari possano subire la fase successiva
senza impedimenti chimici superficiali e la soluzione successiva non subisca
inquinamento.
Questi lavaggi possono avvenire con acqua di rete o con acqua
demineralizzata (a ricircolo o a perdere) secondo una scelta impiantistica che
deve essere ben ponderata e possono svolgersi in una fase singola o doppia. In
ogni caso si deve prevedere che l'ultimo risciacquo prima della fase attiva
successiva abbia un rinnovo adeguato per mantenere un titolo derivante della
fase attiva precedente non superiore ad 1/100.
La scelta del doppio lavaggio
favorisce il raggiungimento di questo risultato con un risparmio di
acqua.
I lavaggi devono essere normalmente rinnovati in continuo e
scaricati completamente, soprattutto dopo le fasi alcaline forti, con una
frequenza adatta ad evitare precipitazioni. Il rinnovo in continuo dipende dalla
produzione, ma normalmente si considera necessario, dove è presente un solo
risciacquo, un rinnovo di 10 lt/m2 di produzione.
Per la soluzione
impiantistica a doppio risciacquo tale volume può essere ridotto a 2 ÷ 3
lt/m2 di produzione e gestiti in cascata dal secondo al primo
risciacquo.
Controlli ed analisi sui risciacqui
I
controlli in queste fasi rispecchiano la modalità di quelli eseguiti nelle fasi
dei concentrati. A supporto di queste titolazioni si può operare un controllo di
conducibilità e pH.
Cause e risoluzioni dei principali problemi
I problemi che possono insorgere da queste fasi possono essere di
inefficienza, derivata da una difficoltà di efficacia dovuta alla
sovrapposizione dei pezzi da trattare, oppure da eccessivo inquinamento per
elevati trascinamenti e/o scarso rinnovo. Le due possibilità producono dei
problemi sia sui pezzi che nei bagni successivi con aumento dei consumi di
prodotti chimici.
3.2.2.2.3. Disossidazione
I prodotti
utilizzati in questa fase sono di tipo fortemente acido e sono normalmente
composti da due parti con specifici compiti.
La parte inorganica composta da
acidi forti ha i seguenti scopi:
- Rimuovere gli ossidi superficiali
formatisi durante i trattamenti termici, lavorazioni meccaniche o lunghi periodi
di stoccaggio
- Predisporre la superficie al trattamento di conversione
chimica
- Facilitare la reazione di conversione
La parte organica ha lo
scopo di sequestrare l'alluminio e gli altri elementi disciolti impedendo la
riprecipitazione.
I controlli di gestione
Come per lo
sgrassaggio il controllo di questi bagni è facilmente effettuabile sull'impianto
attraverso una doppia titolazione Acido/Base con la quale si determina sia la
concentrazione di prodotto in vasca che il grado di inquinamento della
soluzione.
Durante la produzione questo bagno si inquina per l'azione
eseguita sui pezzi, la soluzione quindi necessita di un rinnovo da organizzare
periodicamente.
Manutenzione
Pur essendo meno
impegnativo rispetto alle fasi alcaline anche questo stadio ha la necessità dei
medesimi accorgimenti manutentivi magari meno intensi, ma indispensabili. Le
azioni da intraprendere sono le medesime descritte per la fase
sgrassante.
Cause e risoluzioni dei principali problemi
I principali problemi che possono emergere dalla gestione di questa
fase sono i seguenti:
Azione superficiale insufficiente per:
-
Concentrazione bassa
- Tempo bassi
- Invecchiamento o neutralizzazione del
bagno
Questo problema può essere notato visivamente da una conversione non
uniforme e comporta il rischio di non riuscire ad eliminare gli ossidi
superficiali o i residui alcalini con conseguente rischio di negatività ai Test
di corrosione.
Eccesso di reazione chimica per:
-
Concentrazione elevata
- Tempo alto
Questa situazione normalmente non
comporta grossi problemi se non un invecchiamento precoce del
bagno.
3.2.2.3. Trattamento di conversione chimica
Il
trattamento di conversione consiste in un processo chimico effettuato sulla
superficie del profilato mediante immersione o spruzzatura, con soluzioni di
vari composti in grado di interagire con l'alluminio, in modo da determinare il
deposito di un rivestimento inorganico, solitamente, a base di Sali di Cromo ed
Ossidi di Alluminio.
Gli obiettivi di tale rivestimento sono i seguenti:
-
Passivare con uno strato inerte la superficie metallica che tenderebbe ad
ossidare
- Migliorare l'aderenza dello strato di vernice sul metallo
-
Assicurare migliore resistenza contro la corrosione
I metodi utilizzabili
sono i seguenti: cromatazione, fosfocromatazione,
trattamenti esenti da cromo (a base di titanio, zirconio e altri),
ossidazione anodica.
• Cromatazione e
Fosfocromatazione.
La cromatazione è il trattamento di conversione
chimica più utilizzato e l'esperienza del settore ne sottolinea le buone
prestazioni. Durante questo processo si formano sulla superficie dell'alluminio
ossidi di cromo di colore da giallo iridescente a giallo.
Anche il processo
di fosfocromatazione è molto diffuso nel settore. In questo caso lo strato di
conversione è composto da ossidi e fosfati di cromo il cui colore va dal verde
pallido al verde iridescente.
Lo strato di rivestimento può essere verificato
controllando il peso di rivestimento applicato attraverso pesata e dissoluzione
come indicato da apposite Normative.
Per una buona conversione adatta alla
preverniciatura questo peso deve essere compreso nel range operativo di 0,6 ÷
1,2 gr/m2 per la cromatazione gialla e 0,6 ÷ 1,5 gr/m2 per
la cromatazione verde.
I prodotti utilizzati in questa fase sono di tipo
acido con componenti di Fluoro, Nitrati, Acido Fosforico per la
fosfocromatazione, additivati con vari acceleranti di reazione.
La reazione
di formazione del deposito avviene essenzialmente in tre
stadi:.gif)
I controlli di gestione
Il controllo di
questi bagni avviene attraverso titolazione del Cromo e misura dell'acidità del
bagno con verifica del pH.
Per i bagni di fosfocromatazione è
consigliabile predisporre anche un controllo dello ione specifico fluoro con
strumento idoneo.
Il titolo di Cromo ed il pH si muovono in relazione e
pertanto la loro gestione permette di mantenere il regolare funzionamento della
reazione.
I possibili sbilanciamenti sono soprattutto legati alla variazione
della quantità di produzione ed ai trascinamenti. In ogni caso possono essere
prevenuti ed anche corretti con la normale gestione dei prodotti chimici a
disposizione.
In questi casi, escludendo situazioni di bassa o alta
concentrazione, si possono incontrare le seguenti condizioni:
- Titolo del
Cromo regolare e Acidità alta (pH basso)
Eccesso di acidificazione con
rischio di rivestimento pesante, macchiato o polveroso dovuto a trascinamenti
acidi dal disossidante, frequenti rinnovi del bagno di cromatazione con
ripristino del titolo utilizzando il prodotto di alimentazione invece del
prodotti di preparazione bagno.
Il problema rientra alimentando il bagno con
un prodotto meno acido (prodotto di preparazione). Per accelerare l'operazione
di rientro può essere consigliabile eseguire un rinnovo parziale del
bagno.
- Titolo del Cromo regolare e Acidità bassa (pH
alto)
Situazione dovuta a neutralizzazione del bagno per invecchiamento,
inquinamento o eccessivo utilizzo di un prodotto poco acido (es. preparazione).
Il risultato di cromatazione risulta insufficente. Si può recuperare il problema
alimentando il bagno con un prodotto più acido (es. Alimentazione) o additivi di
acidità.
Inquinamento
I principali inquinanti del bagno
di cromatazione derivano dai trascinamenti delle fasi di
sgrassaggio/disossidazione o dal tipo di acqua utilizzata nelle fasi di
risciacquo precedenti e sono normalmente Fosfati, Solfati, Cloruri. La loro
presenza oltre certi limiti comporta una difficoltà di gestione del bagno di
cromatazione con risultati di conversione non ottimali (rivestimento leggero,
chiazzato, polveroso, verdastro ecc.).
Per questi casi il rimedio è solo il
rinnovo, che può essere anche parziale se l'inquinamento non è ancora
elevato.
Rinnovo del bagno di cromatazione e manutenzione
Questo bagno, come gli altri del processo, necessita di un rinnovo
correlato all'alluminio disciolto e al Cromo trivalente presenti in soluzione.
Il suo rinnovo può essere effettuato totalmente o con rinnovi parziali più
frequenti impostati secondo la produzione ed il tipo di depurazione
adottato.
Per quanto riguarda la manutenzione di questa fase si deve
programmare quanto affrontato per gli stadi precedenti.
• Processi di
conversione esenti da cromo (a base di titanio, zirconio e altri).
Anche
se ancora non diffusamente impiegati, alcuni settori produttivi da qualche anno
hanno iniziato ad utilizzare prodotti non contenenti cromo; un utilizzo
maggiore, rispetto al passato, anche a causa della nuova classificazione del
cromo esavalente, come cancerogeno. Alcuni di essi presentano già un ottimo
stato di servizio, nel senso che sono da qualche anno consolidati presso diversi
utilizzatori. Sia che si tratti di prodotti cosiddetti "filmanti" cioè con
componenti a base di resine organiche oppure "non filmanti", la base chimica è
sempre data da un preparato di conversione realizzato con soluzioni a base
Fluoridrica contenenti Titanio, oppure Zirconio. Le loro performances dipendono
(molto più che nella Cromatazione e nella Fosfocromatazione) da buoni e completi
trattamenti preliminari di sgrassaggio e disossidazione. Ciò dipende soprattutto
dal pìù elevato pH di lavoro (rispetto ai trattamenti Cromici) che riduce le
capacità autodisossidanti dei bagni.
Ne consegue che il processo di
pretrattamento ottimale è quello almeno a sette stadi, comprendente mordenzatura
alcalina e disossidazione acida separate.
Inoltre i prodotti da impiegare in
queste fasi preliminari debbono essere particolarmente studiati per eliminare al
massimo il rischio di accumulo superficiale di elementi estranei provenienti, ad
esempio, dalla lega di alluminio da trattare.
L'impiego di mezzi chimici
in grado di precipitare, complessare, ridurre od ossidare ogni metallo estraneo
è qui fondamentale per il successo del ciclo.
• Trattamento di
fluotitanazione
Questo processo fonda i suoi presupposti di successo
sull'efficacia e l'efficienza di tutte le fasi.
Fornisce un rivestimento a
base Fluotitanica arricchito da un particolare sistema di complessazione che lo
rende più tenace ed impermeabile rispetto ai suoi omologhi.
Il rivestimento è
poi di aspetto visibile ed identificabile anche al controllo di routine, il che
rappresenta senz'altro un grande vantaggio poiché rassicura sull'avvenuta
reazione superficiale, cosa che non avviene con normali prodotti di
Fluotitanazione o Fluozirconatura
La resistenza e le tenute meccaniche sono
di livello analogo a quelli ottenibili con prodotti cromici.
Il processo di
Fluotitanazione è oggi una realtà in molti segmenti merceologici quali, ad
esempio, i radiatori in lega. Applicando un ciclo a 7 stadi, che risulta qui
particolarmente efficace, si raggiungono prestazioni analoghe a quelle dei
trattamenti cromici.
• Ossidazione anodica
La formazione
di uno strato sottile di ossido anodico è in grado di svolgere le stesse
funzioni degli strati di conversione chimica precedentemente descritti. Alcuni
problemi di tipo tecnico ed economico ne riducono tuttavia le possibilità di
utilizzo. Ad esempio, in Italia lo sviluppo di tale processo non è molto diffuso
soprattutto a causa degli elevati costi. Naturalmente, per applicazioni di
questo tipo, è necessario stabilire appropriate condizioni di anodizzazione; in
particolare lo strato d'ossido non deve essere fissato.
3.2.2.4.
Risciacquo finale
Un nota particolare, rispetto ai risciacqui intermedi,
deve essere dedicata al risciacquo finale. Infatti questo stadio ha una
importanza fondamentale nel ciclo di preparazione al punto che può compromettere
anche un'ottima preparazione preliminare.
L'utilizzo di acqua demineralizzata
con conducibilità massima di 30 μS, unitamente ad un adeguato investimento dei
pezzi, sono una buona condizione per assicurare un efficace completamento del
pretrattamento ed evitare quindi che residui salini rimangano sui pezzi,
compromettendo l'aderenza della vernice e, conseguentemente la resistenza alla
corrosione.
Il controllo di questa fase avviene attraverso la misura
della conducibilità della soluzione in vasca e del liquido che sgocciola dai
pezzi dopo lo stadio di lavaggio finale. É importante in questa fase evitare
salinità elevate (pH troppo acido < 5 o superiore al 7) e fare estrema
attenzione all'utilizzo della prima acqua dopo la rigenerazione delle resine che
potrebbe portare sui pezzi ed in bagno residui alcalini ad alta salinità.
Si
deve anche programmare un controllo della funzionalità dei carboni dell'impianto
di demineralizzazione attraverso la verifica del carico organico presente in
soluzione.
I problemi che possono derivare da un imperfetto risciacquo
demineralizzato possono essere essenzialmente i seguenti:
- Incompleta
rimozione della soluzione cromatante
- Risciacquo con elevata salinità e
conseguente deposito di residui sulla superficie
Da entrambi possono derivare
seri problemi di aderenza della vernice o di resistenza alla corrosione.
La
manutenzione di questa fase rispecchia le necessità elencate in quelle
precedenti sommate a quella necessaria per la gestione dell'impianto di
demineralizzazione.
3.2.2.5. Asciugatura
In questa fase si
elimina l'acqua presente sul pezzo e nel rivestimento di conversione. Per
ottenere tale risultato si deve impostare una temperatura ed un tempo adeguato
per permettere al pezzo di asciugare e non superare i 70°C. Infatti
un'asciugatura a temperatura elevata effettua una disidratazione violenta del
rivestimento di cromatazione creando delle fessurazioni che possono essere di
innesco della corrosione.
Periodicità dei controlli
La
periodicità dei controlli deve essere rapportata alla produzione, ma comunque
non deve essere inferiore ad una volta per turno.
Tali controlli e le
successive operazioni di riallinamento devono essere sempre registrate in un
apposito modello che permetta di tenere sotto controllo l'andamento dei
parametri e tutti gli interventi eseguiti.
3.2.2.6. Accorgimenti
particolari
A completamento di una buona conduzione del ciclo di
pretrattamento deve essere tenuto presente di adoperarsi affinché i pezzi non
subiscano sovrapposizione. In tal modo si deve evitare che zone dei pezzi
subiscano preparazione differenziata o marginale o addirittura si arrivi alla
fine del ciclo con residui di bagno concentrato ancora sui pezzi.
3.3.
PROCESSO E IMPIANTI DI ELETTROZINCATURA CONTINUA DI ROTOLI DI
ACCIAIO
3.3.1. Generalità
Il processo di elettrozincatura prevede
la deposizione in continuo di uno strato di zinco sulla lamiera tramite processo
elettrolitico in una serie di celle galvaniche.
Le principali materie prime
in ingresso sono: coils provenienti dalle fasi di ricottura e skinpass, zinco,
acido solforico, energia elettrica, metano, vapore, oltre ad altri materiali
necessari al funzionamento dell'impianto (lubrificanti, aria compressa, acqua,
etc.)
Con il processo di elettrozincatura si possono ottenere laminati piani
di acciaio rivestiti con zinco, su una o su entrambe le superfici e, mediante
ulteriore lavorazione sui post-trattamenti, ottenere i seguenti
prodotti:
· Bianco 1° side: Rotoli di acciaio
elettrozincati solamente su una superficie e senza nessun trattamento
finale.
· Fosfatato 1° side: Rotoli di acciaio
elettrozincati solamente su una superficie e successivamente fosfatato per
migliorarne la resistenza alla corrosione e la stampabilità.
·
Bianco 2° side: Rotoli di acciaio elettrozincati sulle due
superfici e senza nessun trattamento finale.
· Fosfatato 2°
side: Rotoli di acciaio elettrozincati sulle due superfici e
successivamente fosfatato per migliorarne la resistenza alla corrosione e la
stampabilità.
· Passivato 2° side: Rotoli di acciaio
elettrozincati sulle due superfici e successivamente passivato con sali di
zirconio o titanio (ex cromatato).
· Fosfatato passivato 2°
side: Produzione di materiale elettrozincato sulle due superfici e
successivamente fosfatato e passivato con sali di zirconio o titanio (ex
cromatato).
Tutti i tipi di prodotti possono essere forniti marcati e/o
oliati, secondo la richiesta del cliente.
3.3.2. Schema e sezioni del
ciclo produttivo
Uno schema di ciclo produttivo tipo può essere
rappresentato dalle seguenti principali sezioni:
| ALIMENTAZIONE | PRE- TRATTAMENTO |
ELETTROZINCATURA | POST- TRATTAMENTI |
EVACUAZIONE |
| IMBOCCO | SGRASSAGGIO | 1^ GALVANIZZAZIONE | LAVAGGIO ACIDO | ACCUMULO |
| CESOLATURA TECO | SPAZZOLATURA | CENTRAGGIO | ATTIVAZIONE | MARCATURA |
| SALDATURA | PULITURA ELETTR. | LAVAGGIO | FOSFATAZIONE | ISPEZIONE |
| LUNETTATRICE | SPAZZOLATURA | RASCHIA BORDI | LAVAGGIO | OLIATURA |
| ACCUMULO | LAVAGGIO | 2^ GALVANIZZAZIONE | DISOSSIDANTE | CESOITAURA |
| . | DECAPAGGIO | LAVAGGIO | LAVAGGIO | AVVOLGIMENTO |
| . | LAVAGGIO | . | NEUTRALIZZANTE | EVACUAZIONE |
| . | . | . | PASSIVAZIONE | PESATURA - IMBALLO |
| . | . | . | LAVAGGIO | . |
| . | . | . | ASCIUGATURA | . |
___.gif)
[...]
___
3.3.2.1. Alimentazione (o
entrata)
Questa sezione ha la funzione di alimentare il processo in
continuo congiungendo la coda di un rotolo con la testa del successivo tramite
saldatrice. La torre di accumulo d'ingresso consente di rendere indipendente la
fase di introduzione del rotolo con la fase di processo successiva.
Le
attività svolte in tale sezione sono le seguenti:
- presa in consegna del
materiale da lavorare
- imbocco sull'aspo svolgitore
- condizionamento
mediante cesoiatura della testa del nastro per renderla idonea alla saldatura
con la coda di quello precedente, anch'esso intestato
- saldatura
- invio
all'accumulatore volano
La tipica sezione di entrata di una linea in continuo
di elettrozincatura fondamentalmente è costituita da un insieme di
apparecchiature del tipo meccanico. In essa si trovano le rampe di stoccaggio in
cui vengono collocati i rotoli da trattare e i rispettivi carrelli che
effettuano la traslazione del rotolo e permettono l'imbocco sul relativo aspo
svolgitore.
Gli aspi svolgitori hanno il compito di bloccare il rotolo in
asse con la linea, mediante una espansione idraulica, e poi svolgerlo per
alimentare il processo.
Fa parte della sezione di entrata la cesoia, che
consente il condizionamento della testa e coda rotolo attraverso l'azione di
taglio trasversale, la saldatrice, che permette la giunzione della coda del
rotolo precedente alla testa del rotolo seguente, la lunettatrice, che ha il
compito di eliminare le scalinature provocate dalla saldatura di due rotoli con
larghezza diversa, la briglia composta da rulli che mettono in tensione il
nastro e regola le condizioni di tiro all'aspo svolgitore durante la
lavorazione.
La sezione entrata è completata, normalmente, dalla torre volano
di accumulo, che permette di accumulare del materiale e consente di non
interrompere la lavorazione durante le operazioni di alimentazione della linea
(sezione entrata ferma), e da guidanastro che permette, attraverso movimenti
basculanti, la correzione del nastro con movimenti laterali, il complesso
guidanastro è governato da cellule fotoelettriche.
3.3.2.2.
Pre-trattamento
In questa sezione il nastro subisce i trattamenti
necessari per consentire un'ottimale zincatura, che risulta fortemente
condizionata dal suo stato di pulizia.
Le attività svolte in tale sezione
sono principalmente le seguenti:
- sgrassaggio: sul nastro viene spruzzata,
tramite ugelli a pressione, una soluzione alcalina contenenti tensioattivi, al
fine di eliminare l'olio protettivo presente. Lo sgrassaggio del nastro ed il
relativo lavaggio possono essere effettuati anche a monte della torre di
accumulo;
- spazzolatura meccanica della superficie inferiore e/o superiore:
sul nastro viene eseguita una pulitura meccanica tramite due coppie di spazzole
al fine di eliminare le sostanze non asportabili tramite sgrassaggio ed i
residui rimasti dopo lo stesso.
- pulitura elettrolitica: sul nastro viene
eseguita una pulitura elettrolitica facendolo passare in celle equipaggiate di
anodi. Nelle celle è presente una soluzione simile a quella impiegata nello
sgrassaggio. Tra anodi e nastro viene impresso il passaggio di corrente che
produce sviluppo di gas. Lo scopo è quello di eliminare ogni residuo oleoso
superficiale tramite un'azione chimica e un'azione meccanica indotta dal
passaggio di corrente;
- spazzolatura: viene eseguita una pulitura tramite
una coppia di spazzole al fine di asportare i residui presenti dopo la pulitura
elettrolitica;
- lavaggio con acqua di ricircolo: viene effettuato mediante
ugelli a pressione;
- decapaggio: il nastro viene immerso in una soluzione
acida per eliminare eventuali residui di prodotti alcalini e ossidi di ferro
dalla superficie;
- lavaggi in acqua corrente: sul nastro viene spruzzata
acqua demineralizzata, tramite ugelli, al fine di eliminare dalla superficie i
residui acidi del bagno di decapaggio.
Nella sezione di pre-trattamenti,
normalmente si trovano le seguenti macchine:
Sgrassaggio:
tipicamente costituito da vasche di raccolta nelle quali è contenuta la
soluzione, da pompe che immettono la soluzione stessa sulle rampe di spruzzo,
dalle rampe di spruzzo sovra e sottostanti il nastro chiuse in appositi cassoni,
dai rulli strizzatori all'inizio ed alla fine della zona e dalla serpentina di
riscaldo immersa nella soluzione. Consente l'eliminazione dell'olio protettivo e
di altre sostanze presenti sul nastro in lavorazione, per mezzo di una soluzione
alcalina che viene riscaldata e mantenuta alla temperatura di griglia mediante
un sistema a serpentine di riscaldo attraversate dal vapore.
Un aumento del
tempo di permanenza del rotolo nella sezione (rallentamento) determina l'aumento
dell'effetto detergente.
Le impurità oleose rimosse dalla superficie del
nastro sono evacuate periodicamente dalle vasche di raccolta sotto forma di
fanghi o tramite sistema di disoliatura
Spazzolatrice:
l'attrezzatura è formata da gruppi di spazzole cilindriche, superiori ed
inferiori, montate su alberi rotanti sovra e sottostanti la linea di passaggio
del nastro, ognuna contrapposta a rulli di riscontro in acciaio e consente
l'asportazione, tramite l'azione meccanica, delle particelle presenti sulla
superficie del nastro; l'azione è agevolata da spruzzi di acqua che hanno anche
il compito di allontanare gli inquinanti dal nastro.
Pulitura
elettrochimica: tipicamente costituita da una vasca contenente la
soluzione, da pompe che alimentano le vaschette, dagli anodi insolubili in
ferro, da rulli elettrici contrapposti ai rulli in gomma, dai rulli strizzatori
all'ingresso e all'uscita della zona e dalla serpentina di riscaldo immersa
nella soluzione
Il nastro viene caricato negativamente tramite i rulli
elettrici posti in entrata e in uscita di ciascuna delle vasche di processo,
nelle quali sono immersi gli anodi caricati positivamente.
L'efficienza di
pulitura è dovuta, oltre che all'azione chimica della soluzione alcalina, agli
effetti provocati dal passaggio di corrente tra nastro ed anodo: in ogni istante
infatti si ha lo sviluppo di ossigeno sui poli positivi e di idrogeno sui poli
negativi. La formazione di questi gas, per azione meccanica, stacca dal nastro i
residui oleosi e le eventuali particelle solide presenti; inoltre tali gas
creano nel liquido una forte agitazione che, sommata alla turbolenza creata dal
ricircolo della soluzione, allontana dal nastro le impurità, evitando così che
ricadano su di esso.
Ad intervalli di tempo opportuno la polarità dei rulli
elettrici (che lavorano anch'essi in immersione) e degli anodi, viene invertita
per alcuni minuti; tale operazione serve per "pulire" i rulli e gli anodi
stessi.
Lavaggi: hanno il compito, attraverso l'azione di
spruzzi di acqua demineralizzata sovra e sottostanti il nastro, di eliminare
eventuali tracce del bagno precedente.
Fanno parte del complesso una coppia
di rulli strizzatori in gomma antiolio, posta in ingresso, una coppia di rulli
strizzatori posta in uscita, una vasca di raccolta a recupero e una pompa che
alimenta le rampe di spruzzo.
Rulli centratoci: effettuano,
attraverso movimenti basculanti, la correzione di spostamenti laterali del
nastro ed il loro posizionamento è governato da cellule
fotoelettriche.
Decapaggio: elimina eventuali residui
alcalini e gli ossidi di ferro dalla superficie del nastro, tramite l'azione di
una soluzione di acido solforico diluito.
La zona è costituita dalla vasca di
raccolta, dalla pompa che invia la soluzione acida alla vaschetta, dalla
vaschetta ove si immerge il nastro e dalle serpentine di riscaldo immerse nella
soluzione.
Dati i tempi di trattamento previsti, la concentrazione del bagno
e la temperatura di esercizio, l'operazione è da considerarsi come un
trattamento neutralizzante dei residui dei bagni precedenti (alcalini) e di
attivazione superficiale in vista dell'elettrodeposizione di zinco.
Il
bagno acido è comunque in grado di eliminare gli ultimi eventuali residui di
ossidi di ferro sulla superficie del nastro (presenti a livello di tracce), che
potrebbero provocare una scarsa aderenza del deposito di
zinco.
3.3.2.3. Elettrozincatura
In questa sezione si ha
l'elettrodeposizione di zinco tramite celle elettrolitiche del tipo radiali o
orizzontali ad anodi solubili o insolubili. Il nastro passa attraverso
una serie di celle immerso in una soluzione elettrolitica costituita da solfato
di zinco.
Le celle sono attrezzate con una sezione catodica (rulli
conduttori) che conferisce potenziale negativo al nastro d'acciaio e da una
sezione anodica (positiva).
Lo zinco si deposita sul nastro per effetto
Faraday e lo spessore del deposito dipende da: velocità del nastro, larghezza
dello stesso, corrente trasmessa.
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___
Cella orizzontale
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___
Cella radiale
La soluzione elettrolitica
viene preparata e controllata nei suoi parametri chimico/fisici da un impianto
di dissoluzione.
Le celle vengono quindi alimentate in continuo dalla
soluzione elettrolita rigenerata ed eventualmente filtrata, ove
necessario.
Il rivestimento può essere su una o due facce del nastro con
spessori variabili, programmabili e controllabili in automatico tramite il
controllo di processo.
In una tipica sezione di elettrozincatura a celle
radiali avvengono:
- l'elettrozincatura del materiale nelle celle radiali ad
anodi insolubili attivati al titanio immersi nella soluzione elettrolitica
(solfato di zinco) proveniente dall'impianto di dissoluzione
- il lavaggio in
acqua corrente
- la pulizia dei bordi (soprattutto del polverino di zinco)
mediante raschiatura.
Questa sezione è costituita da una serie di celle
radiali ad anodi insolubili, dai relativi gruppi di alimentazione elettrica e
dall'impianto di dissoluzione per la soluzione elettrolitica a base di solfato
di zinco.
La geometria delle celle radiali permette, ad ogni passaggio,
l'elettrozincatura di una sola superficie del nastro: una superficie è a
contatto con un rullo guida gommato di grande diametro, l'altra superficie (da
rivestire) è rivolta verso gli anodi insolubili attivati al titanio;
l'elettrolita percorre le due semicelle a portata variabile, in un canale
formato dalla superficie attiva degli anodi e dalla superficie del nastro che
deve essere zincata; detto canale (meato o gap) è di pochi millimetri.
Nel
caso di produzione di "one side", il nastro passa in serie tutte le celle,
seguendone l'ordine geometrico naturale e, all'uscita dell'ultima, entra nella
zona di post-trattamento.
Nel caso di produzione di "two side" all'uscita
del primo gruppo di celle il nastro by-passa il secondo gruppo ed entra nello
stesso in ordine geometrico inverso.
Ogni cella è divisa in due semicelle,
separate da un settore rugoso inerte, tale settore è posto sulla parte inferiore
della cella e serve per dividere il flusso dell'elettrolita che entra,
attraverso un diffusore, nella parte inferiore della cella stessa in modo che
alimenti entrambe le semicelle.
Il contatto elettrico con il nastro è
garantito dai rulli "portacorrente" che sono posizionati tra una cella e
l'altra.
I collettori dei rulli "portacorrente" e i terminali degli anodi
fanno capo alle due polarità degli alimentatori (tipicamente da 16.000 A - 20
V), ognuno dei quali alimenta una semicella.
Impianto dissoluzione
zinco (elettrozincatura)
L'impianto consente il mantenimento
costante della concentrazione di zinco nella soluzione elettrolitica, in base al
consumo di zinco dovuto alla elettrodeposizione (comprese le perdite per
trascinamento o altro).
La dissoluzione è ottenuta a ciclo chiuso, in un
settore separato dalle celle di elettrodeposizione.
L'impianto di
dissoluzione zinco è costituito principalmente da piscine contenenti la
soluzione di zincatura (solfato di zinco) che viene inviata alle celle di
zincatura tramite una serie di pompe di mandata, da dissolutori in cui viene
disciolto lo zinco, da un serbatoio di stoccaggio del solfato di zinco
proveniente dal pozzetto recupero perdite, da un circuito di ricircolo della
soluzione e da un circuito di raffreddamento automatico della
soluzione.
Lavaggio
Il lavaggio ha lo scopo di
eliminare dalla superficie del nastro i residui della fase di zincatura
trascinati dal nastro stesso, inoltre ha lo scopo di evitare i fenomeni di
ossidazione della superficie del nastro non trattata. Fanno parte del complesso
una coppia di rulli strizzatori in ingresso e uscita zona, una vasca di raccolta
con drenaggio continuo e le rampe di spruzzi sovra e sottostanti il
nastro.
Raschiabordi
Hanno la funzione di eliminare il
polverino di zinco che si accumula ai bordi del nastro, specialmente durante le
lavorazioni ad alto rivestimento (> 7,0 μ).
3.3.2.4.
Post-trattamenti
Il materiale elettrozincato può essere sottoposto
ai seguenti trattamenti finali rappresentati da:
- lavaggio acido: è la prima
fase dei post-trattamenti e l'ultima nel caso di materiale elettrozincato secco.
Consiste nel trattamento a spruzzi con soluzione acida e successivo risciacquo
con acqua demineralizzata.
- attivazione: consiste nel trattamento a spruzzo
del nastro in apposito tunnel con soluzione a base di sali di titanio,
necessario per la preparazione della superficie per la successiva
fosfatazione.
- fosfatazione: consiste nel trattamento a spruzzo con
soluzione di fosfati di nichel, zinco e manganese o altri componenti in funzione
delle richieste del cliente. Tale trattamento migliora la qualità del prodotto
in termini di resistenza alla corrosione.
- passivazione: rivestimento del
nastro fosfatato con flash di passivante (sali di zirconio o titanio, ex
cromatato) a spruzzo in apposito tunnel.
- pulizia dei bordi (soprattutto del
polverino di zinco) mediante spazzolatura
- lavaggio e disossidante:
trattamento necessario per eliminare dalla superficie eventuali residui
indesiderati sul prodotto finale. Il lavaggio viene effettuato con acqua
demineralizzata a spruzzo.
- asciugatura: in questa fase il nastro viene
asciugato con aria calda al fine di eliminare ogni traccia di umidità
residua.
Tale sezione tipicamente è costituita dalle seguenti
apparecchiature:
Lavaggi acidi: la parte impiantistica dei
lavaggi in cascata ha lo scopo di fornire un'ulteriore pulizia al nastro prima
che questo passi alla fase di post-trattamento; all'occorrenza il primo lavaggio
può essere usato come lavaggio acido.
Questa parte dell'impianto è costituita
da vasche di raccolta poste ad altezze diverse, in ordine crescente secondo il
senso di marcia del nastro, collegate tra loro; l'acqua si riversa dalla più
alta alla più bassa in cascata; con questo sistema quando si utilizza nel primo
lavaggio una soluzione acida, nei lavaggi successivi si riduce l'acidità
superficiale del nastro fino ad una completa pulizia.
Le vasche di raccolta
sono sormontate dalle rispettive camere di lavaggio dotate di rampe di spruzzi,
al di sotto e al di sopra del nastro, alle quali la soluzione viene mandata
tramite pompe.
In ingresso e in uscita di ogni vasca di processo vi sono
coppie di rulli strizzatori.
Attivazione: il trattamento di
attivazione permette di condizionare il nastro in modo da consentire una
migliore aderenza del prodotto fosfatante; quando non è prevista la fosfatazione
del materiale la vasca può essere svuotata e riempita di acqua per essere
utilizzata come lavaggio.
La zona impiantistica è costituita da una vasca di
raccolta della soluzione sormontata da una camera di trattamento con rampe di
spruzzi sopra o sotto il nastro, una pompa di mandata della soluzione, una
coppia di rulli strizzatori all'ingresso e all'uscita della zona e una
serpentina di riscaldo attraversata dal vapore.
Il bagno di attivazione
utilizza una soluzione di acqua demineralizzata e sali di titanio; detta
soluzione viene messa a contatto con il nastro attraverso le rampe di spruzzo
sovra e sottostanti ad esso; la temperatura di esercizio è raggiunta (e
mantenuta) mediante uno scambiatore di calore posto all'interno della vasca di
raccolta.
Fosfatazione: per la fosfatazione si utilizza una
soluzione di acqua e prodotto fosfatante bicationico o tricationico; i prodotti
possono essere diversi perché diversa è la loro funzione: alcuni prodotti
migliorano la resistenza alla corrosione del prodotto, altri migliorano la
lavorabilità del nastro in fase di stampaggio
La parte impiantistica è
composta da vasche di raccolta della soluzione sormontate da camere di
trattamento dotate di rampe di spruzzi sovra e sottostanti il nastro,da pompe
per ogni vasca di raccolta, da coppie di rulli strizzatori all'ingresso e
all'uscita delle camere di trattamento e da una serpentina di riscaldo do
attraversata dal vapore. Un sistema di filtrazione permette di rimuovere
eventuali sali insolubili che possono formarsi nel bagno di
fosfatazione.
Lavaggio/disossidante: il settore può essere
utilizzato nelle 2 funzioni. Per la funzione di disossidante si utilizza una
soluzione acida che viene spruzzata sul nastro, nella fase di lavorazione 1
side, sempre unitamente alla passivazione neutralizzante, lo scopo è quello di
rimuovere dal nastro eventuali centri di ossidazione. Lo scopo per la funzione
di lavaggio è quello di eliminare i residui del bagno precedente dalla
superficie del nastro.
La zona è costituita da una vasca di raccolta, da una
pompa di rilancio dell'acqua di lavaggio alla camera di trattamento, da serie di
rampe di ugelli sovra e sottostanti il nastro e da coppie di rulli strizzatori
in ingresso e in uscita. La temperatura di esercizio viene raggiunta tramite una
serpentina posta nella vasca di raccolta.
Passivazione esente cromo
(impropriamente detta cromatazione): la passivazione esente cromo sul
nastro elettrozincato ha lo scopo di aumentare la resistenza alla corrosione in
fase di immagazzinamento e di utilizzo; può essere richiesta sul materiale tal
quale o già fosfatato. Il prodotto utilizzato è un composto acido a base di sali
di titanio o zirconio.
Quando non è previsto il post-trattamento di
passivazione esente cromo, la vasca può essere svuotata e riempita con acqua per
essere utilizzata come lavaggio.
La zona è composta dalle seguenti parti:
vasca di raccolta, pompa di rilancio alla camera di trattamento, serie di rampe
di spruzzi poste sovra e sottostanti il nastro, coppie di rulli strizzatori in
ingresso e in uscita e una serpentina di riscaldo attraversata dal
vapore.
Lavaggio passivazione neutralizzante: il settore
può essere utilizzato nelle 2 funzioni. Per la funzione di passivazione
neutralizzante, si utilizza una soluzione acida che viene spruzzata sul nastro,
nella fase di lavorazione 1 side, sempre unitamente al disossidante: lo scopo è
quello di rimuovere dal nastro eventuali centri di ossidazione.
Lo scopo per
la funzione di lavaggio è quello di eliminare i residui del bagno precedente
dalla superficie del nastro.
La zona è composta dalle seguenti parti: vasca
di raccolta, pompa di rilancio alla camera di trattamento, serie di rampe di
spruzzi poste sovra e sottostanti il nastro e coppie di rulli strizzatori in
ingresso e in uscita.
La temperatura di esercizio viene raggiunta e mantenuta
tramite una serpentina attraversata dal vapore, posta nella vasca di
raccolta.
Spazzolatura bordi: ha la funzione di eliminare
il polverino di zinco che si accumula ai bordi del nastro, specialmente durante
le lavorazioni ad alto rivestimento (> 7,0 μ).
Le spazzole, quando il
sistema è attivato, lavorano adiacenti al bordo al fine di rimuovere il
polverino depositato.
Lavaggio: lo scopo di tale
trattamento è quello di "lavare" accuratamente il nastro prima di passare alla
sezione di uscita.
La zona è costituita da una vasca di raccolta, una pompa
di rilancio alla camera di lavaggio, una serie di rampe di spruzzi poste al di
sopra e al di sotto del nastro e coppie di rulli strizzatori in entrata e
uscita.
La temperatura di esercizio viene raggiunta e mantenuta tramite una
serpentina attraversata dal vapore, posta nella vasca di
raccolta.
Essiccatoio: la struttura serve per asciugare il
materiale rivestito prima della sezione di uscita; l'insufflaggio dell'aria,
riscaldata dal passaggio fra una serie di tubi attraversati dal vapore, avviene
tramite ventola.
3.3.2.5. Evacuazione (o uscita)
Dopo
l'asciugatura a getti di aria calda, il materiale è marcato (quando richiesto
dal cliente) e ispezionato; segue l'applicazione di olio protettivo (se
richiesto dal cliente) e la cesoiatura per eliminare la saldatura (divisione dei
coils) e prelevare i campioni per le prove di idoneità all'ordine.
Il
materiale è quindi riavvolto, pesato, imballato e trasportato al magazzino di
destino.
In una tipica sezione d'uscita troviamo le seguenti apparecchiature:
il misuratore di spessore di rivestimento in continuo, che ha il compito di
verificare e garantire l'uniformità di rivestimento sullo sviluppo di tutto il
materiale, briglie composte da rulli che permettono di tenere costantemente teso
il nastro durante il percorso, rulli centratori che consentono, attraverso
movimenti basculanti, la correzione di spostamenti laterali del nastro, torre
volano di accumulo della sezione di uscita che ha lo scopo di mantenere costante
la velocità di processo accumulando il materiale in lavorazione, al fine di
consentire l'esecuzione di operazioni per le quali è previsto l'arresto della
linea in sezione uscita, timbratrice/marcatrice a getto di inchiostro, che
provvede alla marcatura del materiale in modo tale che possa essere prontamente
identificato.
Completano la sezione d'uscita l'oliatrice elettrostatica, che
ha il compito di oliare le superfici del nastro con un film d'olio uniforme, i
rulli di presa, che consentono il bloccaggio e l'avanzamento della testa del
nastro in fase di imbocco sull'aspo avvolgitore, la cesoia che consente la
divisione del rotolo e l'eliminazione di eventuali tratti difettosi ed il
prelievo dei campioni, l'aspo avvolgitore e l'avviluppatore che consentono il
regolare riavvolgimento del nastro.
4. DESCRIZIONE DELLE ANALISI
ELABORATE IN AMBITO COMUNITARIO PER L'INDIVIDUAZIONE DELLE MTD
Il
concetto di Migliori Tecniche Disponibili è quello riportato all'art. 2 della
Direttiva 96/61/CE del 24 settembre 1996 sulla prevenzione e la riduzione
integrata dell'inquinamento, recepito nell'ambito del D.Lgs. n. 372/99, che in
particolare definisce per "migliori tecniche disponibili" (MTD - Best Available
Tecniques):
"la più efficiente e avanzata fase di sviluppo dell'attività e
relativi metodi di esercizio indicanti l'idoneità pratica di determinate
tecniche a costituire, in linea di massima, la base dei valori limite di
emissione intesi ad evitare oppure, ove ciò si riveli impossibile, a ridurre in
modo generale le emissioni e l'impatto sull'ambiente nel suo
complesso"
L'art. 2 chiarisce ulteriormente le suddette definizioni
specificando il significato di ciascun termine nel modo seguente:
- migliori:
qualifica le tecniche più efficaci per ottenere un elevato livello di protezione
dell'ambiente nel suo complesso
- tecniche: si intendono sia le tecniche
impiegate sia la modalità di progettazione, esercizio e chiusura
dell'impianto
- disponibili: qualifica le tecniche sviluppate su una scala
che ne consenta l'applicazione in condizioni economicamente e tecnicamente
valide nell'ambito del pertinente comparto industriale, prendendo in
considerazione i costi e i vantaggi, indipendentemente dal fatto che siano o
meno applicate o prodotte nello Stato membro di cui si tratta, purché il gestore
possa avervi accesso a condizioni ragionevoli
In particolare le
"tecniche" di prevenzione e riduzione integrata dell'inquinamento possono essere
a loro volta di tipo integrato con il processo oppure possono essere delle
tecnologie da prevedere a valle del processo per la riduzione del suo impatto
sull'ambiente.
Per una trattazione esaustiva dell'argomento si rimanda
alla "Draft Reference Document on Best Available Tecniques for the
Surface Treatment of Metals and Plastics".
Quanto di seguito descritto si
basa sulla Final Draft di maggio 2005, che è stata portata per l'approvazione
all'I.E.F.
Al fine di consentire maggiore completezza e facilità di
consultazione, nel §5.2 è riportato un elenco delle MTD, selezionate dal BRef e
descritte nei concetti di base che interessano i processi di finitura
dell'alluminio.
Come nei capitoli precedenti la descrizione dei trattamenti
superficiali dell'alluminio è presentata separatamente, non tanto per la propria
specificità tecnologica, quanto per la diversa organizzazione del settore
industriale
4.1. ASPETTI TECNICI, TECNOLOGICI E AMBIENTALI DEL SETTORE
GALVANICO
4.1.1. Aspetti tecnici e tecnologici
4.1.1.1.
Pretrattamento
I pezzi o il substrato da trattare devono venire puliti
dalla polvere, dagli sfridi, dai residui della lavorazione, dal grasso e dagli
ossidi per assicurare una applicazione uniforme e un'adesione permanente del
trattamento superficiale. Di solito, i pezzi devono essere totalmente lisci
affinché si possa ottenere un trattamento di alta qualità.
Il pretrattamento
include sia la rimozione del grasso e/o olio, degli ossidi e l'eventuale
attivazione chimica delle superfici per i trattamenti successivi.
In
ambito comunitario sono state analizzate le seguenti tipologie di
intervento:
1. smerigliatura e lucidatura
2. lucidatura elettrolitica
e chimica
3. elettrolucidatura
4. lucidatura elettrolitica al plasma
5.
pulitura abrasiva
6. sbavatura e pulitura al tamburo
7. sgrassatura con
solventi
8. lame di aria
9. centrifuga
10. ghiaccio secco
11.
strofinamento manuale
12. pulitura a base acquosa
13. decapaggio e
disincrostazione
14. decapaggio, attivazione e sgrassatura aiutata
elettroliticamente
15. strippaggio dei metalli
16. lavaggio e
drag-out
1 - smerigliatura e lucidatura
La lucidatura
meccanica produce una superficie amorfa per influenza della pressione e
dell'alta temperatura locale. I singoli componenti vengono smerigliati usando
spazzole, mole o nastri abrasivi e poi lucidati con una pasta abrasiva, che
rimuove le piccole imperfezioni. Queste attività stanno andando in disuso poiché
le moderne tecniche di produzione realizzano componenti con superfici migliori o
usano materiali alternativi, quali le plastiche che possono essere stampate
meglio. In genere, il processo è automatizzato quando i pezzi trattati sono
numerosi.
Considerazioni ambientali: rumore e polvere associati. Inoltre,
i rifiuti prodotti devono venire trattati in maniera opportuna.
2 -
lucidatura elettrolitica e chimica
Produce superfici liscie e brillanti.
La lucidatura chimica e quella elettrolitica sono infatti processi di
dissoluzione selettiva dove le convessità della superficie ruvida sono dissolte
più velocemente delle concavità. I potenziali vantaggi di questi processi
sono:
· la somiglianza con i processi di anodizzazione e elettrodeposizione,
essi possono quindi essere applicati insieme in una singola linea di produzione,
con considerevole riduzione della grandezza dell'impianto e semplificazione dei
controlli;
· sono adatti per le minuterie e i costi di produzione sono
sensibilmente più bassi, particolarmente per i componenti non adatti alla
lucidatura automatica;
· la superficie risulta pulita e fornisce una migliore
adesione al deposito successivo e una maggiore resistenza alla corrosione;
·
il potere riflettente e il colore sono spesso migliori e non c'è tendenza alle
velature o patine.
Considerazioni ambientali: alcuni dei composti chimici
utilizzati nella elettrolucidatura sono tossici, e devono venire quindi
considerati nel luogo di lavoro e al momento dello smaltimento dei bagni
esausti. Gli elettroliti e gli acidi esausti hanno un basso pH e un'alta
concentrazione di metalli dissolti, inclusi cromo e nichel, perciò necessitano
di essere trattati prima di essere smaltiti come reflui- o possono venire
trattati come rifiuti pericolosi. Gli elettroliti usati per l'acciaio
inossidabile portano ad un eccessivo quantitativo di ferro in soluzione. L'acqua
di pulitura per i medesimi motivi deve essere trattata.
I fumi acidi,
particolarmente quelli contenenti cromo esavalente, necessitano di estrazioni e
trattamenti. Dove viene usato l'acido nitrico deve essere usato uno scrubber per
rimuovere gli ossidi d'azoto.
Non ci sono rumori e polveri associati al
trattamento.
3 - elettrolucidatura
L'elettrolucidatura è un
metodo elettrochimico (dove il pezzo funge da anodo) comunemente usato per
lisciare, lucidare e pulire i vari metalli, generalmente acciaio, acciaio
inossidabile, rame e sue leghe, alluminio e sue leghe. L'elettrolucidatura
rimuove elettroliticamente un sottile strato superficiale, e viene usata
generalmente nei casi in cui si necessita di una superficie veramente liscia e
lucida.
Nei processi di elettrolucidatura vengono usati elettroliti diversi.
In genere essi sono una miscela di vari acidi (acido solforico, acido cromico,
acido citrico e/o acido fosforico) a cui possono venire aggiunti alcuni composti
organici.
Considerazioni ambientali: durante l'elettrolucidatura
dell'acciaio inossidabile è consigliabile l'aspirazione dei gas che si formano
sulla superficie della soluzione.
4 - lucidatura elettrolitica al
plasma
È una tecnica alternativa per alcuni tipi di applicazioni. Il
processo differisce dalla elettrolucidatura convenzionale principalmente per gli
elettroliti e i parametri di processo utilizzati. Invece di una miscela di
acidi, questi elettroliti sono formati da una soluzione di sali differenti, che
sono meno dannosi per la salute e per l'ambiente ed ugualmente efficaci. In
questo processo il potenziale elettrico utilizzato tra anodo e catodo è nel
range di 200-400 VFC a seconda della soluzione e temperatura utilizzata
(40-95°).
5 - pulitura abrasiva
Tradizionalmente viene
adoperata sabbia, ma si può utilizzare materiale abrasivo più fine come i gusci
delle noci tritati. Queste tecniche riducono la tensione superficiale del
pezzo.
Considerazioni ambientali: rumore e polvere associati a queste
attività. Inoltre, i rifiuti prodotti devono venire trattati in maniera
opportuna.
6 - sbavatura e pulitura al tamburo
Viene applicata
alle minuterie, è spesso seguita dal trattamento con rotobarile. I pezzi vengono
mescolati con materiale abrasivo e fatti vibrare assieme per molte ore. Questa
tecnica può venire applicata in un mezzo acquoso con additivi chimici per
pulire, eliminare le sbavature e decapare le parti.
Considerazioni
ambientali: rumore e polvere associati. I rifiuti prodotti possono essere
contaminati da olio, sostanze tensioattive e particelle abrasive.
Dove si
utilizza un sistema acquoso, gli effluenti devono essere sottoposti a
trattamenti specifici per eliminare i metalli in soluzione e il COD. Questi
effluenti sono spesso riciclati dopo una centrifugazione, semplice filtrazione o
ultrafiltrazione. I residui prodotti dai trattamenti possono poi essere mandati
in un apposito impianto di trattamento dei rifiuti fuori sito o in quello
chimico-fisico delle acque di scarico in sito. I rifiuti prodotti dalla
lavorazione devono venire trattati in maniera opportuna.
7 -
sgrassatura con solventi
È realizzata utilizzando idrocarburi clorurati,
alcool, terpeni, chetoni, acqua ragia o idrocarburi. I vantaggi degli
idrocarburi sono legati alla buona efficienza nel pulire, l'universale
applicabilità e il veloce essiccamento; ma sono poco utilizzati a causa delle
norme ambientali e di sicurezza sul lavoro. Tutti i solventi, infatti,
colpiscono il sistema nervoso centrale e l'esposizione deve essere
controllata.
Esistono due tipi di processi:
1. pulitura a freddo: i pezzi
e/o i substrati vengono immersi nel solvente o puliti con un flusso continuo di
solvente;
2. a vapore: il solvente viene vaporizzato in un bagno apposito
dove vengono introdotti i pezzi da trattare. Il vapore condensa su di essi
dissolvendo il grasso, trascinandosi via lo sporco e lasciando in questo modo il
componente pulito e asciutto. I solventi più comunemente usati sono gli
idrocarburi.
La scelta del solvente dipende da una serie di fattori tra i
quali il substrato da pulire, il tipo di olio o grasso da rimuovere, il processo
di produzione e le necessità dei trattamenti successivi.
Considerazioni
ambientali: poiché certi idrocarburi vengono classificati come materiali
potenzialmente cancerogeni, per il rischio di inquinamento dell'acqua e il
problema delle emissioni in aria, il loro uso viene fortemente normato. Da
considerare inoltre che molti solventi sono infiammabili e non
auto-essiccabili
8 - lame di aria
Possono essere utilizzate per
rimuovere l'eccesso di olio e grasso. Sono sistemi a bassa pressione e grande
volume dove l'aria viene immessa attraverso delle fessure, formando una barriera
laminare attraverso la quale deve passare il pezzo. L'aria, a causa della
compressione e il movimento nel sistema, riscalda i grassi e oli, aiutandone la
rimozione. Sia il movimento dell'aria laminare che la temperatura facilitano
l'essiccamento dei componenti.
9 - centrifuga
È usata per
rimuovere l'eccesso di grasso, e di solito viene appliccata a pezzi piccoli
prima del trattamento con i I rotob ari l e.
10 - ghiaccio
secco
La pulitura con pezzi di ghiaccio secco, un processo chiamato
Cryoclean, può essere usata per rimuovere olio, grassi, particelle e vernice. La
pulitura è effetto del raffreddamento, rottura degli strati di inquinanti,
impatto meccanico e sollevamento da parte dei gas formati dalla sublimazione del
ghiaccio secco.
I pezzi di ghiaccio sono prodotti a partire dalla
CO2 liquida, con diametro di 3mm e lunghezza di 8mm alla temperatura
di -78°C. Vengono accelerati a una velocità da 100 a 300 m/s e liberano energia
cinetica sulla superficie nel momento dell'impatto, quando sublimano
immediatamente, raffreddando localmente la superficie stessa; la capacità di
pulizia è conseguenza della differenza tra i coefficienti di espansione termica
del substrato e degli strati di inquinanti oltre che dell'azione
meccanica.
Dopo l'uso, i pezzi di ghiaccio secco evaporano e l'unico rifiuto
formato è quello solido delle superfici rimosse.
Considerazioni
ambientali: il processo è rumoroso e richiede dispositivi di protezione per il
lavoratori. I rifiuti possono contenere composti tossici (come nel caso di
vernici con metalli pesanti, piombo, cadmio..). I lavoratori devono proteggere
gli occhi e le vie respiratorie. È necessaria l'estrazione dell'aria e la
filtrazione.
11 - strofinamento manuale
Si effettua
strofinando del solvente o un adsorbente come gesso o calce viva con uno
strofinaccio.
Viene usato per pezzi molto grandi, quali componenti
aerospaziali, o per piccoli componenti per i quali la qualità della finitura è
importante.
12 - sgrassatura a base acquosa
I pezzi possono
venire immersi in una soluzione o messi in un bagno a spruzzo. La soluzione è
usualmente alcalina o neutra, ma potrebbe anche essere acida, e di solito si
lavora ad una temperatura tra i 50-90°C per il maggior effetto pulente. I
principali componenti del sistema di pulitura a base acquosa sono: alcali o
acidi, silicati, fosfati e agenti complessi e tensioattivi. Il processo lavora
formando emulsioni instabili o stabili. Questo trattamento evita l'uso dei
solventi. I pezzi puliti possono rimanere bagnati se il trattamento successivo,
come l'elettrodeposizione, è in ambiente acquoso. La durata della vita delle
soluzioni dipende dalla potenzialità produttiva (numero di pezzi trattati) e dal
quantitativo di olio e grasso presente sui pezzi. La sua efficienza dipende dal
tipo e dalla concentrazione dei composti chimici, dagli effetti meccanici
(pressione dello spruzzo, portata, agitazione delle parti o della soluzione,
ultrasuoni) dalla temperatura e dal tempo.
Considerazioni
ambientali:
· uso di energia: le vasche di processo operano a una temperatura
di 50-90°C e possono richiedere l'estrazione del fumo per rimuovere il vapore
acqueo e i fumi acidi o alcalini.
· Acqua di scarico: (comprese quelle
derivanti dalle unità scrubber) possono richiedere un semplice trattamento per
il pH o un impianto chimico-fisico di trattamento degli effluenti.
· Metalli
possono essere "strippati" dalle superficie del substrato (compresi elementi in
traccia come piombo) e separati dopo aver corretto il pH.
· Le soluzioni
alcaline o acide vengono di solito trattate separatamente dall'impianto di
trattamento delle acque a causa del loro pH.
· Rimpiazzando i componenti
consumati e rimuovendo lo sporco, l'olio e il grasso, si può aumentare la vita
della soluzione. Le soluzioni utilizzate per pulire vengono separate dagli
effluenti di altri processi per evitare le interferenze dovute all'eccesso di
tensioattivi. Le soluzioni che contengono agenti complessi dovrebbero venir
separate dalle altre acque di scarico contenenti ioni metallici.
13 -
decapaggio e disincrostazione
Sono procedure di strippaggio chimico dei
metalli usati per rendere brillante e/o rimuovere gli ossidi dalle superfici
metalliche sgrassate prima di altri trattamenti superficiali. Durante il
decapaggio strati inutili o aderenti, come scaglie, film di ossidi e altri
prodotti di corrosione del metallo vengono rimossi attraverso una reazione
chimica con un agente acido. Per rimuovere gli strati di ossido, si devono
utilizzare specifiche concentrazioni acide, temperature e tempo di decapaggio.
Sono generalmente usati l'acido cloridrico o solforico. In casi particolari
possono venire impiegati l'acido nitrico, fluoridrico, fosforico o miscele degli
stessi.
La concentrazione degli ioni di metallo dissolto aumenta nella
soluzione di decapaggio mentre la forza dell'acido libero diminuisce. Il consumo
di acido associato alla dissoluzione del metallo e dell'ossido di metallo viene
integrato aggiungendo nuovo acido alla soluzione. Nel decapaggio il contenuto
massimo di ferro raccomandato per l'acido solforico è di 8%, per quello
cloridrico 12% e per quello fosforico 2,5%. Quando si raggiunge tale limite di
concentrazione, la soluzione di decapaggio deve essere smaltita completamente o
in parte.
I pezzi da decapare non devono avere tracce di grasso,
altrimenti il decapaggio risulta non uniforme. L'uso di tensioattivi accelera il
decapaggio poiché i pezzi si bagnano meglio e più velocemente.
Viene
raccomandato l'uso dell'acido solforico. Il tempo di decapaggio si riduce con
l'aumentare della concentrazione e della temperatura, il picco di attività viene
raggiunto con una concentrazione dell'acido pari al 25%, al di sopra la velocità
di reazione diminuisce. La temperatura ottimale è di 60°C.
L'attività di
decapaggio può essere accelerata muovendo i pezzi nella soluzione o insufflando
aria nella soluzione, in questo caso andrebbe installato un sistema di
aspirazione dell'aria.
Può essere impiegato anche l'acido cloridrico, che
lavora bene a una concentrazione di 18-22%, ma produce vapori corrosivi.
L'aumento della temperatura a 30-35°C non solo aumenta il potere di decapaggio
ma anche la formazione di emissioni in aria di acido cloridrico.
L'acido
fluoridrico è utilizzato quasi esclusivamente per il decapaggio della ghisa. La
concentrazione ideale è di 20-25% (come HF), e la temperatura tra i
35-40°C.
Considerazioni ambientali: le vasche di processo devono essere
equipaggiate con un sistema di estrazione dei fumi per rimuovere l'aerosol
prodotto e i gas di acido cloridrico e l'ossido di azoto (quando viene usato
l'acido nitrico).
Le soluzioni esauste devono venire trattate e smaltite con
un sistema di trattamento degli effluenti o smaltite come rifiuti
liquidi.
14 - attivazione e sgrassatura (decapaggio assistito
elettroliticamente)
Il decapaggio può essere potenziato attraverso
l'anodizzazione del substrato. Il decapaggio elettrolitico e/o non elettrolitico
dei metalli viene spesso seguito dall'attivazione elettrolitica per rimuovere i
resti dei residui indesiderati dalla superficie, come olio e sporco, rimasti
intrappolati nelle micro-asperità della superficie. Queste tracce vengono
rimosse attraverso la formazione, mediante elettrolisi, di H2 sulla
superficie del catodo e di O2 su quella dell'anodo. La composizione
basica della soluzione è simile agli sgrassatori alcalini, sebbene la
concentrazione chimica sia generalmente doppia. I tensioattivi non vengono
utilizzati per evitare la formazione di schiuma.
Normalmente, sono
sufficienti elettroliti senza cianuri e agenti chelanti. La durata della vita
della soluzione è determinata principalmente dalla diluzione a causa del drag-in
di acqua di lavaggio e del drag-out di soluzione di
processo.
Considerazioni ambientali: le vasche devono, talora, essere
munite di sistemi di estrazione dei fumi per aspirare l'aerosol che si forma. I
bagni di lavaggio vengono rapidamente saturati da sporco, grasso e olii.
Gli
effluenti del lavaggio e le soluzioni usate devono essere trattate nei sistemi
di trattamento delle acque come le soluzioni alcaline o quelle contenenti
cianuro. L'acqua di scarico può disturbare l'impianto di trattamento delle acque
a causa del quantitativo di olio e grasso, la composizione e la concentrazione
dei composti.
15 - strippaggio dei metalli
È utilizzato per
recuperare il materiale dei pezzi che hanno subito un trattamento superficiale
difettoso, senza deteriorare le caratteristiche del materiale dei pezzi
originali.
Lo strippaggio dei telai permette di prolungare la vita degli
stessi e di recuperare il metallo depositato.
Per conservare lo stato della
superficie da strippare, il processo di strippaggio deve rimuovere il
rivestimento velocemente senza intaccare il materiale di base. In casi
eccezionali, può essere necessario l'attivazione elettrolitica del rivestimento
(strippaggio chimico del cromo). Le procedure chimiche sono di più semplice
applicazione e richiedono minori investimenti in impiantistica, mentre quelle
elettrolitiche generalmente sono più veloci, più economiche e permettono un
migliore controllo.
Considerazioni ambientali: l'uso di acidi forti può
generare perdite capaci di intaccare pavimentazioni in cemento e quindi di
inquinare il suolo e le falde sottostanti con l'acido e i metalli disciolti.
Bisogna prestare attenzione al fatto che lo smaltimento degli acidi forti usati
può causare problemi ai sistemi di trattamento delle acque.
I fumi acidi
causati dalla reazione coi metalli sono tossici per le persone ed inoltre
possono causare problemi agli impianti. Lo strippaggio viene spesso effettuato
al di fuori del normale processo industriale di trattamento dei pezzi. Nel caso
dello strippaggio bisogna considerare l'inevitabile aumento della produzione di
rifiuti (acidi, fanghi) così come l'incremento dei consumi energetici, di acqua
e di materie prime dedicate.
16 - lavaggio e drag-out
Il
lavaggio è necessario:
· prima della maggior parte delle fasi di processo per
prevenire la contaminazione delle soluzioni di processo;
· per evitare il
deterioramento superficiale del pezzo e/o substrato dovuto ad un eventuale
prolungato contatto di residui chimici reagenti con la superficie o la
vaiolatura dovuta all'essiccamento delle sostanze chimiche dei bagni.
Il
lavaggio è fatto dopo quasi tutte le fasi di processo. La qualità dell'acqua di
lavaggio può variare in funzione dei requisiti di processo. Varie tecniche sono
state sviluppate per ridurre la quantità di acqua utilizzata, generalmente
bisogna arrivare ad un compromesso tra il grado di pulizia superficiale
richiesto, la qualità e la quantità di acqua usata e la tecnica di lavaggio
impiegata.
Il drag-out è il trasporto del materiale liquido che rimane
aderente al pezzo dalla vasca di trattamento. La riduzione del drag-out è una
misura fondamentale per minimizzare la perdita di sostanze chimiche, i costi
operativi e i problemi ambientali legati allo smaltimento delle acque di
lavaggio.
Considerazioni ambientali: le acque usate per il lavaggio
contengono tutte le sostanze chimiche impiegate nei processi e per questo devono
essere trattate prima dello scarico.
Le considerazioni ambientali
fondamentali riguardano:
· la riduzione delle perdite di materiale e se
possibile il riutilizzo delle acque di lavaggio;
· i metalli che, essendo
conservativi, possono solo cambiare tipo di forma di rifiuto ma non possono
essere distrutti;
· i cianuri che sono generalmente trattati per
ossidazione;
· le sostanze chimiche complesse che devono essere trattate
separatamente per permettere un successivo efficiente trattamento dei
metalli;
· i tensioattivi, i brillantanti e altri additivi che possono
pregiudicare il trattamento delle acque di scarico e comunque hanno un impatto
ambientale;
· altri cationi che possono avere effetti sulla qualità
dell'acqua.
Il lavaggio rappresenta una delle maggiori forme di utilizzo di
acqua.
4.1.1.2. Trattamento
1 - Ramatura
La
ramatura è comunemente adottata negli oggetti di uso quotidiano, come monete,
cerniere, bottoni, ecc. Questi pezzi possono essere trattati su telai o in
rotobarili. La ramatura è largamente usata nella realizzazione di circuiti
stampati.
Cianuro di rame
Il cianuro di rame a bassa
temperatura è usato come elettrolita per il deposito di fondo su pezzi in
acciaio e zinco per evitare la cementazione spontanea del rame e la successiva
scarsa adesione del deposito di metallo. La soluzione base utilizzata è composta
da cianuro di rame e cianuro di sodio con una concentrazione di rame pari a
15-20 g/l, lo spessore del deposito di fondo in genere non supera i 2-3 μm.
Spessori maggiori sono raggiunti con elettroliti ad alte prestazioni contenenti
cianuro di potassio e idrossido di potassio con una concentrazione di metallo
pari a 25-50 g/l (usualmente usata in rotobarile).
Altri elettroliti ad alta
prestazione contengono cianuro di rame, cianuro di sodio e tartrato di potassio
e sodio; usando maggiori densità di corrente si ottiene una lucentezza del
deposito e una riduzione della passivazione dell'anodo. Il contenuto di metallo
è di 40-60 g/l.
Il carbonato di potassio si forma nei sistemi con potassio;
questo riduce la brillantezza del deposito di rame e, a concentrazioni superiori
a 90 g/l, genera rugosità.
Considerazioni ambientali: le vasche di
trattamento devono essere dotate di cappa di aspirazione per la rimozione
dell'aerosol.
Le soluzioni basate sul sodio possono essere rigenerate
mediante precipitazione di sodio carbonato.
Gli elettroliti a base di
potassio devono essere scartati non appena il contenuto di carbonato di potassio
supera i 90 g/l.
Le acque di scarico possono essere trattate in normali
impianti di trattamento con l'aggiunta di uno stadio di ossidazione
cianidrica.
Rame acido
Queste soluzioni sono
comunemente usate per la ramatura. Grazie alla loro eccellente capacità di
ridurre la rugosità, gli elettroliti a base di solfato di rame e acido solforico
sono usati prima di passare al rivestimento decorativo di nichel brillante e
rame delle strutture dei mobili, utensili del bagno, fili, ecc. In genere il
contenuto di rame è di 50-60 g/l e quello di acido solforico di 60-90
g/l.
Queste soluzioni non hanno cianuro, non soffrono della produzione di
carbonato e sono elettroliticamente più efficienti.
Considerazioni
ambientali: le vasche di trattamento devono essere dotate di cappa di
aspirazione per la rimozione dell'aerosol. Le acque di scarico possono venire
trattate per il pH e per rimuovere il rame in normali impianti di
trattamento.
Pirofosfato di rame
Gli elettroliti di
pirofosfato di rame non trovano una grande applicazione. Sono a base di
pirofosfato di rame (110 g/l) e pirofosfato di potassio (400 g/l). Gli additivi
usati sono acido citrico (10 g/l) e ammoniaca (3 g/l).
Vengono usati per
applicazioni tecniche particolari, quali la schermatura di parti trattate a
caldo, la trafilatura di fili, ecc.
Il pirofosfato continua a decomporsi a
causa dell'idrolisi; se il pH non viene mantenuto stabile, si riduce la durata
della vita della soluzione di processo. Mezzi di rigenerazione appropriati non
sono attualmente disponibili. Comunque, bagni mantenuti in modo adeguato possono
durare più di 10 anni.
Considerazioni ambientali: le vasche di
trattamento sono normalmente dotate di cappa di aspirazione.
Le acque di
scarico devono essere trattate con calce viva, o idrossido di sodio o potassio
perché il rame non precipiti dal pirofosfato.
A causa del contenuto di
ammoniaca, è necessario un trattamento separato da effluenti contenenti
metalli.
Ottone
L'ottone è costituito principalmente da
una lega di rame e zinco, sebbene possa anche contenere nichel, stagno o piombo.
Una soluzione di cianuro di rame e zinco viene utilizzata per depositare leghe
di rame e zinco a scopo decorativo. Sono elettroliti alcalini che generalmente
contengono rame tra gli 8-15 g/l e zinco tra i 5-30 g/l. Il contenuto totale di
cianuro di sodio può variare tra 70-90 g/l e lavora ad un pH attorno a 10. La
lega depositata contiene tra i 65 e 80% di rame e il colore è giallo
chiaro.
Bronzo
Il bronzo è una lega di rame con stagno
e zinco. Cianuro di bronzo viene usato nei processi di rivestimento decorativo.
È impiegato come sostituto del nichel nei gioielli "senza nichel" per evitare
gli effetti allergici della pelle. È in fase di sviluppo una tecnica con
soluzioni di bronzo acido.
La concentrazione del metallo in questo
elettroliti a base di stannato e cianuro è di 4-10 g/l di stannato, 4-20 g/l di
rame, 1-4 g/l di zinco e 6-10 g/l di cianuro di potassio. Viene usato in due
diversi colori: bianco o giallo.
In alcuni elettroliti viene impiegata una
piccola concentrazione di piombo come brillantante; ma le nuove direttive
europee (98,EC,2003, 99,EC,2000) ne limitano l'uso.
Il cianuro si ossida in
carbonato con il passaggio di corrente. Le soluzioni devono essere scartate
appena il carbonato raggiunge la concentrazione di 40 g/l.
Considerazioni
ambientali: le vasche di trattamento devono essere dotate di cappa di
aspirazione per la rimozione dell'aerosol. Le acque di scarico possono essere
trattate per il pH, i cianuri e i metalli, in normali impianti di trattamento
con l'aggiunta di uno stadio di ossidazione cianidrica.
2 -
Nichelatura
I processi di nichelatura con e senza (autocatalitici)
processi elettrolitici, sono usati per un'ampia gamma di prodotti industriali e
di consumo. Sebbene la funzione principale di questi processi sia quella di
migliorare la resistenza del substrato alla corrosione, usura e abrasione, il
nichel fornisce anche un rivestimento liscio, altamente riflettente e resistente
alla corrosione come substrato per una vasta gamma di altri rivestimenti per la
finitura decorativa.
I processi di nichelatura possono essere divisi nelle
sette categorie di seguito riportate:
1. elettrodeposizione di nichel/cromo:
è quella maggiormente utilizzata. Consiste in uno strato superficiale molto
sottile di cromo (1%) sopra uno strato base di nichel (99%). Il nichel fornisce
una finitura liscia, brillante e resistente alla corrosione
2.
elettrodeposizione di nichel con copertura di altro genere: vengono usati come
copertura superficiale ottone, oro e argento.
3. Elettrodeposizione di
nichel: può essere usato il solo nichel senza altri rivestimenti
superficiali.
In genere questo è usato solo per scopi ingegneristici, quali
la rimessa a nuovo di componenti usurati.
4. Elettrodeposizione di nichel
composito: in matrici a base di nichel possono essere integrate, per mezzo della
co-deposizione, particelle inerti non-metalliche, come carburo di silicio,
diamante o PTFE per migliorare le proprietà tecniche quali la durezza, la
resistenza all'abrasione e il coefficiente di attrito.
5. Elettrodeposizione
di leghe di nichel: le leghe di importanza commerciale includono zinco-nichel,
nichel-cobalto e nichel-ferro
6. Elettroformatura di nichel: è un processo
unico che permette agli articoli di essere prodotti con una elettrodeposizione
di strati relativamente spessi di nichel; è una parte fondamentale dei processi
di produzione di CD, DVD, ologrammi e cilindri per la serigrafia.
7.
Nichelatura senza processo elettrolitico: è un processo chimico che fornisce un
rivestimento duro e uniforme. Può essere depositato su materiali, come le
plastiche e alcune leghe, che non permettono
l'elettrodeposizione.
Considerazioni ambientali generali: il nichel e i
suoi sali possono avere effetti nocivi per la salute.
L'aerosol e le
particelle in aria possono derivare da elettrodeposizione e da operazioni di
manutenzione. Le regole per la salute e la sicurezza richiedono misure per non
raggiungere la concentrazione massima consentita (MAC). Il nichel e i suoi sali
possono causare dermatiti allergiche da contatto, che possono essere evitate
attenendosi alle buone norme per la salute e la sicurezza.
Le soluzioni di
nichel richiedono in genere agitazione, se questa viene effettuata mediante
insufflazione ad aria, potrebbe essere necessaria l'aspirazione degli aerosol.
L'efficacia della distribuzione può essere aumentata utilizzando
tensioattivi.
Gli effluenti possono essere trattati con altre acque di
scarico negli impianti di trattamento delle acque. Bisogna però separare le
acque di scarico contenenti nichel da quelle contenenti cianuro, in quanto il
nichel forma composti stabili con il cianuro che sono difficili da trattare. Si
deve anche evitare il contatto con altri agenti complessi.
I residui solidi
devono essere trattati come prodotti pericolosi.
Soluzione di
Watt
sono quelle maggiormente utilizzate nell'industria della
nichelatura. Vengono usati: solfato di nichel (240-375 g/l), cloruro di nichel
(35 - 60 g/l) e acido borico (30 - 45 g/l), la temperatura operativa può variare
tra i 25-70°C (comunemente a 50-60°C) con un pH tra 3.5 e 4.5. Composizioni con
un contenuto di cloruro di nichel più elevato potrebbero essere usate per
raggiungere un tasso di deposizione maggiore.
Le soluzioni di Watt possono
essere utilizzate senza additivi per ottenere superfici opache.
Sebbene
vengano additivati quasi sempre con tensioattivi per ridurre la ritenzione delle
bolle di gas sulla superficie del nichel per evitare vaiolature. Alle soluzioni
di Watt vengono solitamente aggiunti dei composti organici. Questi modificano la
struttura metallurgica del nichel per produrre o un deposito lucido e
completamente brillante o un deposito semi brillante o satinato.
Oltre a
modificare l'aspetto estetico del nichel, questi additivi causano
inevitabilmente dei cambiamenti nella duttilità, durezza e stress interno del
deposito. Il quantitativo addizionato dipende dalle funzioni richieste dal
deposito di nichel e varia da piccoli quantitativi di semi-brillantanti organici
(<1 ml/l) e di tensioattivi per una finitura semi brillante, a brillantanti
primari e secondari (10-20 ml/l) e tensioattivi (<10 ml/l) per una finitura
brillante.
Se regolarmente analizzate, usate e mantenute con cura, le
soluzioni di Watt possono avere una vita molto lunga. Il nichel depositato al
catodo è un pò più abbondante di quello rifornito dalla dissoluzione dell'anodo,
perché l'efficienza del catodo è normalmente di 96-98% rispetto a quella
dell'anodo di 100%. Questa piccola differenza nelle efficienze viene normalmente
compensata dal drag-out della soluzione. Nei sistemi in cui il drag-out è basso
la concentrazione della soluzione potrebbe aumentare, questo potrebbe quindi
richiedere un trattamento per mantenere la concentrazione entro i limiti
operativi.
La durata della soluzione di nichel dipende principalmente
dall'introduzione di contaminazioni che possono essere di natura inorganica o
organica. I contaminanti inorganici possono essere introdotti da impurità
dell'acqua, dal drag-in di soluzioni derivanti da processi precedenti, o da
metalli accidentalmente caduti nella soluzione. Alcuni contaminanti inorganici
(Fe) possono essere rimossi ricorrendo a misure, quali la brusca variazione di
pH, altri (Cu e Zn) attraverso elettrolisi a bassa densità di corrente.
Buona
parte dei contaminanti organici possono essere rimossi con semplice filtrazione
su carbone attivo o usando polimeri adsorbenti. Altri possono richiedere
trattamenti addizionali o con perossido di idrogeno o con permanganato di
potassio per rompere i complessi rendendoli più facilmente rimovibili (es: con
trattamento a carbone attivo).
Considerazioni ambientali: i tensioattivi
non interferiscono di solito con il trattamento delle acque.
Con appropriate
misure di manutenzione e di lavaggio, si può cercare di chiudere il ciclo
riducendo l'esigenza di trattamento degli effluenti e aumentando inoltre la
conservazione delle materie prime e dell'acqua, fatti salvi i casi in cui questo
provochi l'incremento eccessivo delle concentrazioni oltre il livello consentito
dalle esigenze qualitative della produzione.
Soluzioni a base di
solfammato di nichel
Queste soluzioni sono ampiamente utilizzate
soprattutto per l'elettroformatura, poiché i loro depositi hanno tensioni
interne basse. In questi casi si possono utilizzare soluzioni senza cloruri (ma
solo se viene utilizzato un anodo di lega di nichel e materiale zolfo attivo)
per ridurre al minimo lo stress del deposito.
In genere dove è possibile si
preferiscono le soluzioni di Watt per il loro costo minore rispetto alle
soluzioni a base di solfammato.
Le soluzioni a base di solfammato di nichel
hanno concentrazioni del sale tetraidrato tra i 350 g/l e i 600 g/l per
permettere una corrente maggiore. Contengono sempre acido borico (35-45 g/l) e
frequentemente cloruro di nichel (1-15 g/l). Queste soluzioni operano in
condizioni di temperatura e pH simili a quelle delle soluzioni di Watt;
soluzioni ad alte concentrazioni di solfammato, che lavorano in genere a 70°C,
permettono un tasso di deposizione maggiore del metallo usando una densità di
corrente superiore a 35 A/dm2.
Le soluzione a base di solfammato sono spesso
usate senza additivi, a parte i tensioattivi che riducono la vaiolatura.
Comunque, possono venire aggiunti alla soluzione composti organici selezionati,
quali la saccarina e l'acido tri-solfonico di naftalene per aumentare la durezza
del deposito o per controllare lo stress interno del deposito
stesso.
Analogalmente alle soluzioni di Watt, anche queste possono avere una
vita molto lunga, se analizzate regolarmente e mantenute con attenzione. C'è,
comunque, una complicazione legata alla stabilità chimica e elettrochimica
dell'anione solfammato. A valori più alti di temperatura e più bassi di pH
avviene l'idrolisi e si formano ioni solfato e ioni ammonio in soluzione. Lo
ione ammonio aumenta lo stress del deposito e la durezza a livelli non
accettabili e non può essere rimosso dalla soluzione. In più, se gli anodi nel
processo di soluzione diventano passivi, lo ione solfammato subisce una
ossidazione elettrochimica e produce una miscela non ben identificata di
sottoprodotti che influiscono in maniera radicale e dannosa sulle proprietà del
deposito.
Per quanto attiene le contaminazioni di composti organici e
inorganici si rimanda a quanto detto precedentemente per le soluzioni di
Watt.
Considerazioni ambientali: le indicazioni per la perdita di
soluzione a causa del drag-out e per i trattamenti sono le stesse descritte per
le soluzioni di Watt.
Soluzioni a base di cloruro di
nichel
Vengono usate limitatamente a causa del grande stress interno
del deposito prodotto. Eccezione fatta per le soluzioni di nichel di Woods, che
normalmente consistono di 240 g/l di cloruro di nichel esaidrato, 125 ml/l di
acido cloridrico; le soluzioni lavorano a 20-30°C. Vengono usate al solo scopo
di fornire un primo strato di nichel aderente alle superfici dei materiali, come
acciaio inossidabile o leghe di nichel-cromo, dove è difficile avere una buona
adesione a causa della naturale formazione di un film passivo di
ossido.
Soluzioni a base di solfato di nichel
Soluzioni
a base di solfato di nichel e non contenenti cloruro di nichel vengono usate
raramente visto il loro basso grado di dissoluzione dell'anodo di nichel.
Composizioni simili a quelle delle soluzioni di Watt, ma senza cloruri, possono
essere usate quando è necessario usare anodi inerti per depositi all'interno di
recessi inaccessibili.
Soluzioni di leghe di
nichel
Leghe di nichel-cobalto sono usate nell'elettroformatura,
vista la maggiore durezza rispetto al nichel puro, e leghe di nichel-ferro
trovano applicazione nell'industria elettronica, generalmente in relazione alle
loro proprietà magnetiche. Soluzioni usate per depositare entrambe le leghe sono
normalmente a base di composizioni di tipo standard di Watt o di solfammato di
nichel, con le stesse indicazioni per l'utilizzo e la manutenzione.
I
processi, dove si usano leghe di nichel-ferro, richiedono comunque speciali
additivi per mantenere gli ioni ferrosi in soluzione e per prevenire
l'ossidazione spontanea allo stato ferrico.
Recentemente stanno assumendo
grande rilevanza leghe a base di nichel-zinco (producono leghe contenenti 10-14
% di nichel) data la maggior protezione alla corrosione rispetto al semplice
zinco (10 volte circa).
Considerazione sul substrato:
• il nichel
viene regolarmente depositato su una vasta gamma di substrati metallici quali
acciaio, rame, ottone, leghe di zinco, alluminio, magnesio così come su quelli a
base di plastica. Può venire applicato direttamente, con buona adesione, sopra
alcuni di questi substrati (acciaio, rame e ottone senza piombo) se il processo
è preceduto da una corretta fase di pulizia e preparazione del substrato. Le
leghe di zinco sono soggette all'attacco corrosivo nelle soluzioni acide con
nichel e richiedono per tanto uno strato di rame deposto prima della deposizione
del nichel.
3 - Cromatura
La cromatura ha ampio utilizzo sia
come finitura decorativa sia come rivestimento funzionale (cromatura a spessore)
per la sua elevata durezza e per la sua resistenza all'usura.
Per uso
decorativo (cromo brillante) è usualmente applicato uno strato sottile per
prevenire la corrosione delle superfici lisce e brillanti del substrato di
nichel. Lo spessore del rivestimento è generalmente tra i 0.1 e 0.4 μm, con un
tempo di trattamento tra i 2 e i 13 minuti. La finitura assume un tipico colore
argento chiaro ed è molto resistente all'opacizzazione
La cromatura
decorativa può essere effettuata sia usando elettroliti a base di cromo
trivalente che esavalente.
Il cromo a spessore consiste in un deposito
pesante applicato su particolari componenti (alberi motore, cilindri idraulici,
carrelli di atterraggio degli aircraft, perni, valvole, ecc.) per aumentare la
resistenza sia meccanica che all'usura. In questo caso si possono usare solo
elettroliti a base di cromo esavalente.
Cromo esavalente
Sono elettroliti a base di acido cromico (80-400 g/l) e solfato
(0.8-5.0 g/l) o fluoruro (<2% della concentrazione dell'acido cromico) come
catalizzatori. Dove è richiesta un'alta protezione alla corrosione la cromatura
può essere applicata con uno spessore tra 0.7 e 0.8 μm e un tempo di
trattamento di 7-8 minuti
Le proprietà del rivestimento decorativo di cromo
dipendono dalle caratteristiche del substrato di nichel, dal rapporto
CrO3/catalizzatore e dalla temperatura
(20-45°C).
Considerazioni ambientali: Il cromo esavalente può causare
irritazione alla pelle e alle membrane mucose e certi tipi di cancro. Le norme
per la salute e la sicurezza richiedono di non raggiungere la concentrazione
massima consentita (MAC). Il cromo esavalente è solubile in un ampio range di
pH. A causa della sua solubilità e delle sue proprietà chimiche, deve essere
ridotto a cromo trivalente prima della precipitazione negli impianti di
trattamento delle acque.
Recenti direttive (99, EC, 2000 EC, 2003, #98) ne
limitano l'uso.
A partire da soluzioni a base di cromo esavalente si genera
idrogeno al catodo con produzione di aerosol, che viene generalmente rimosso con
cappe di aspirazione di cui sono dotate le vasche di trattamento. Possono anche
essere usate delle sostanze ("soppressori" di fumi) per controllare la
produzione di schiuma e per ridurre l'aerosol; queste sono a base di PFOS che è
tossico e persistente. Le acque degli abbattitori (scrubber) una volta sature
debbono anch'esse essere convogliate con le acque di scarico per essere trattate
negli impianti di depurazione, con riduzione del CrVI a Cr III seguita da
flocculazione e precipitazione.
Cromo trivalente
Gli
elettroliti essendo a minore concentrazione hanno una minore viscosità e questo
porta ad aver un migliore drenaggio dei pezzi trattati e di conseguenza un minor
drag-out, una minore perdita di elettroliti, meno trattamenti degli effluenti e
minore quantità di rifiuti contenenti cromo.
Allo stato attuale il cromo
trivalente può essere solo usato per scopo decorativo e non può sostituire il
cromo esavalente per la cromatura a spessore.
L'uso del cromo trivalente
elimina gli effetti cancerogeni associati all'uso del CrVI.
Le acque di
scarico richiedono meno trattamenti chimici, il cromo è infatti già in forma
trivalente e viene precipitato ad un pH adatto
· Soluzioni a base di
cloruro: gli elettroliti a base di cloruro di cromo trivalente contengono 20 g/l
di cromo rispetto ai 200 - 450 g/l nei processi con cromo esavalente.
Teoricamente il processo potrebbe produrre AOX e cloro libero all'anodo,
potrebbero quindi essere necessari additivi per prevenirne la formazione e cappe
di aspirazione per le esalazioni.
· Soluzioni a base di solfato: gli
elettroliti a base di solfato contengono solo 6-8 g/l di cromo trivalente
rispetto ai 200 - 450 g/l nei processi con cromo esavalente. Non è richiesto
l'uso di cappe di aspirazione e scrubber.
Cromo nero
La
finitura a cromo nero può essere ottenuta per pezzi neri e su substrati simili a
quelli per la cromatura brillante. Può anche essere applicata a substrati di
nichel. Generalmente sono trattati in emulsione. Gli elettroliti sono a base di
acido cromico esavalente (350-520 g/l) e catalizzatori (nitrati,
fluoruri)
Gli strati sono <1μm e porosi.
Considerazioni ambientali:
vedi quelle relative al cromo esavalente. Potrebbero essere necessari dei
trattamenti per i nitrati e/o fluoruri per le acque di
scarico.
Cromatura a spessore
Gli elettroliti sono a
base di acido cromico (180-350 g/l) e uno dei seguenti catalizzatori:
·
solfato (1.8 - 6.0 g/l);
· solfato e fluoruro (<2% del contenuto di acido
cromico);
· sostanze senza fluoruri già preparate di cui si possiede la
licenza (<2% del contenuto di acido cromico).
La scelta del catalizzatore
è fondamentale per l'efficienza dell'elettrolita (da 25-33% per il solfato a
25-27% per già preparate). Il tipo di catalizzatore e la temperatura influenzano
le proprietà fisiche (fratture, micro-fratture, ecc.) e quelle chimiche e
meccaniche (per es. la resistenza alla corrosione e all'usura, la lavorabilità
meccanica, ecc.)
Considerazioni ambientali: vedi quelle relative al cromo
esavalente. Dato il lungo tempo di trattamento e l'alta temperatura di processo
(50-60°C) l'evaporazione è sufficiente per usare l'acqua del lavaggi successivi,
riducendone così il consumo.
4 - Zincatura
È il trattamento
elettrolitico superficiale maggiormente impiegato, fornisce resistenza alla
corrosione e rivestimento a basso prezzo per un'ampia gamma di articoli per
l'industria automobilistica, delle costruzioni ecc.
I rivestimenti in zinco
richiedono un post-trattamento: assieme a uno strato superficiale di altro
materiale, gli strati di zinco normalmente di soli 6-18 μm di spessore sono
sufficienti per proteggere le parti per tutta la durata della
vita.
Considerazioni ambientali generali: i depositi di zinco contengono
cadmio. Per i trattamenti elettrogalvanici vengono usati anodi che contengono
circa 1 g di cadmio per tonnellata di zinco (0.0001%). Tracce di cadmio possono
perciò apparire nei reflui, ma queste vengono largamente rimosse dall'impianto
di trattamento delle acque e si troveranno nel fango prodotto. Le quantità in
altri effluenti trattati o nei rifiuti non è generalmente significativo. I
trattamenti utilizzati per rimuovere lo zinco sono sufficienti per rimuovere
l'eventuale cadmio presente. Se necessario, possono venire aggiunti altri step
quali la filtrazione.
Cianuro di zinco (alcalino)
Viene
usato per ottenere strati resistenti alla corrosione. Gli elettroliti sono a
base di ossido di zinco (10-30g zinco/l), idrossido di sodio (80-120 g/l) e
cianuro di sodio (5-100 g/l); lavorano a pH vicino a 14, usando sia anodi
solubili che insolubili.
Gli elettroliti a base di cianuro possiedono un buon
potere di penetrazione nei fori e negli spazi ciechi.
La soluzione ha bassa
conduttività, sono così necessari un maggior voltaggio (6-8 V per impianti a
telaio, 10-15 V per quelli a rotobarile) e una maggiore energia. Dalla
decomposizione del cianuro si forma carbonato, che può essere trattato con la
"cristallizzazione" per ottenere la rimozione delle impurità metalliche
dall'elettrolita.
In un processo ben avviato e ad una densità media di
corrente di 2 A/m2 si raggiunge una efficienza di corrente del 50-75%, che
diminuisce con l'aumentare della densità di corrente.
Le vasche di
trattamento devono essere dotate di cappa di aspirazione per la rimozione
dell'aerosol.
Considerazioni ambientali: per motivi ambientali e di
sicurezza si tende a ridurre l'uso del cianuro.
Il cianuro nell'acqua di
lavaggio può essere velocemente ossidato con diversi metodi, mentre lo zinco può
essere rimosso nell'impianto di trattamento delle acque.
Zinco
alcalino, senza cianuro
Viene principalmente usato per rivestimenti
tecnicamente resistenti alla corrosione (non ad uso decorativo). Le soluzioni di
processo contengono ossido di zinco (5-15 g zinzo/l) e idrossido di sodio o di
potassio (100-150 g/l).
Rispetto alle soluzioni a base di cianuro, questo
processo può richiedere un lavaggio più accurato e fornire una migliore
distribuzione del metallo sulla superficie.
La soluzione ha bassa
conduttività così sono necessari un maggior voltaggio (6-8 V per impianti a
telaio, 10-15 V per quelli a rotobarile) e una maggiore energia. In un processo
ben controllato e ad una densità media di corrente di 2A/m2.si può raggiungere
una efficienza di corrente del 7085%
Considerazioni ambientali: lo
zinco presente nelle acque di lavaggio può essere rimosso prontamente negli
impianti di trattamento acque.
L'aerosol può essere ridotto utilizzando
tensioattivi (a base di PFOS, che è tossico e persistente) che creano uno strato
superficiale di schiuma.
Le vasche di trattamento e quelle di dissoluzione
dello zinco devono essere dotate di cappa di aspirazione.
Questo processo
necessita di una maggiore richiesta di energia rispetto ad altri tipologie di
zincatura. Gli elettroliti a base di potassio hanno una migliore efficienza di
corrente rispetto a quelli di sodio.
Zinco acido
Questi
elettroliti producono un rivestimento decorativo brillante. Assieme ai
post-trattamenti, forniscono una resistenza alla corrosione comparabile a quella
ottenuta con elettroliti di tipo alcalino. La distribuzione del metallo è
discreta, ma migliora scaldando gli elettroliti.
Gli elettroliti contengono
cloruro di zinco (30-55 g di zinco/l), cloruro di potassio e/o sodio
(130180 g/l), acido borico (10-40 g/l) e tensioattivi. Vengono usati solo
anodi solubili. Le soluzioni hanno buona conduttività e alta efficienza al
catodo, tipicamente tra 93-96%. Il processo richiede minore energia rispetto a
quelli alcalini.
Le vasche di trattamento devono essere dotate di cappa di
aspirazione.
Considerazioni ambientali: Se l'aria aspirata passa
attraverso un abbattitore di nebbie, gli effluenti necessitano di un trattamento
per l'aggiustamento del pH e la rimozione dello zinco.
Gli effluenti possono
venire trattati in impianti di trattamento delle acque.
Questi elettroliti
generano più solidi (anche 4 volte superiori) di quelli alcalini (a base di
cianuro).
Leghe di zinco
Forniscono una prolungata
resistenza alla corrosione; vengono principalmente impiegati per le applicazioni
automobilistiche.
Le principali leghe usate sono:
· zinco-ferro (<1% di
Fe) da elettroliti alcalini senza cianuri;
· zinco-cobalto (<3% di Co) da
elettroliti sia acidi che alcalini senza cianuri;
· zinco-nichel (<15% di
Ni) da elettroliti sia acidi (a base di cloruro di ammonio) che alcalini senza
cianuri. Si sta diffondendo l'utilizzo delle leghe con 10-14% di nichel per il
loro maggiore grado di protezione alla corrosione (quasi 10 volte maggiore
rispetto a quello raggiunto usando zinco puro). Possono venire deposte a partire
da soluzioni acide a base di cloruro o da soluzioni alcaline dove la
concentrazione di nichel in soluzione (solo 1-2 g/l) è stabilizzata
dall'aggiunta di piccoli quantitativi di ammine. Le soluzioni alcaline vengono
preferite per la maggiore consistenza della composizione della lega sulle
geometrie complesse del pezzo.
Considerazioni ambientali: le vasche di
trattamento devono essere dotate di cappa di aspirazione per la rimozione di
aerosol o fumi di cloruro di ammonio.
L'aria aspirata dovrebbe passare
attraverso un abbattitore di nebbie.
Gli effluenti alcalini senza cianuri
vengono trattati in normali impianti di trattamento delle acque, mentre quelli
derivanti dagli elettroliti a base di cloruro di ammonio sono trattati
separatamente.
Il recupero del drag-out può avvicinarsi al 100% (ciclo che
tende a chiudersi) e questo facilita i trattamenti degli effluenti.
Per il
trattamento zinco-nichel, il fattore di diluizione nelle acque di lavaggio
generalmente supera l'effetto di formazione di complessi delle ammine, così non
è richiesto il trattamento per rimuovere il nichel dagli effluenti. Nel caso di
smaltimento di soluzioni di processo non diluite, è necessaria la clorurazione,
prima di far precipitare il nichel dagli effluenti, per rompere i complessi di
ammino-nichel.
5 - Cadmiatura
Il cadmio viene usato
principalmente per proteggere parti di acciaio, e leghe di alluminio o titanio.
Possiede particolari caratteristiche: un basso rischio di fragilità da idrogeno,
un basso coefficiente di frizione e una coppia costante per i dispositivi di
fissaggio. Rispetto allo zinco ha migliore capacità di applicazione di spessore
uniforme, penetrazione e resistenza alla corrosione. A causa della sua tossicità
viene usato solo in casi strettamente necessari dove è difficile rimpiazzarlo
(nelle attrezzature aerospaziali, militari, per l'aviazione, industria
estrattiva e nucleare).
La cadmiatura può avvenire in bagni con cianuro, sia
acidi che alcalini. Il pretrattamento è lo stesso che si effettua per la
zincatura. Spesso viene seguita dalla passivazione in acido cromico. Gli
elettroliti possono esser a base di cianuri, floroborati, solfati o
cloruri.
Considerazioni ambientali: il cadmio è cancerogeno, tossico,
mutageno per l'uomo e molto tossico per gli organismi e ambienti
acquatici.
Per questo i livelli di concentrazione concessi dopo il
trattamento sono di un ordine inferiore rispetto agli altri metalli. Gli
effluenti devono essere soggetti a trattamenti chimico-fisici. La precipitazione
del cadmio può essere favorita aggiungendo Fe2+ durante la fase di
coagulazione, quando avviene una co-precipitazione del cadmio e del ferro. Però
con questo trattamento non si raggiunge il valore richiesto dalle prescrizioni
per lo scarico. Sono quindi necessari altri trattamenti separati, quali
elettrolisi, scambiatore mobile di ioni, evaporazione.
6 -
Stagnatura
La stagnatura è usata in molte applicazioni per le sue
proprietà uniche. I rivestimenti in stagno sono atossici, duttili, resi stenti
alla corrosione, facili da rivestire e hanno un alto potere penetrante e
capacità di effettuare riporti di uniforme spessore. Questo permette di
rivestire oggetti con forme complesse con uno spessore uniforme comparabile a
quello ottenuto con il metodo a immersione in stagno caldo. Permette anche una
successiva più facile saldatura dei pezzi.
Viene utilizzato per il
rivestimento di bobine di acciaio, il rivestimento di involucri per confezioni,
i circuiti stampati, i componenti elettronici, gli utensili di cucina,
ecc.
Sono disponibili diversi elettroliti quali solfato stannoso,
fluoroborato di stagno, stannato di sodio o potassio, o i più recenti sistemi
stannosi a base di acidi organici, come MSA
Stagno-piombo è la lega più
comunemente usata per i rivestimenti; per saldare può essere utilizzato in
differenti rapporti (60/40, 90/10, 95/5) impiegando tradizionalmente acido
stannoso, floroborato di piombo con acido floroborico e additivi.
Elettroliti
a base di stagno-piombo senza acido floroborico sono a base di MSA; hanno
stabilità, bassa formazione di fanghi, più alta velocità di deposizione,
migliore proprietà e struttura del rivestimento.
Stagno-nichel ha alto potere
penetrante e capacità di effettuare riporti di spessore uniforme, inoltre è
duttile, atossico e facilmente saldabile.
Considerazioni ambientali: Le
vasche di trattamento devono essere dotate di cappa di aspirazione per la
rimozione di aerosol formatosi durante l'elettrolisi.
Gli effluenti possono
esser trattati nei normali impianti di trattamento delle acque.
I processi a
base di MSA sono totalmente biodegradabili, non contengono chelati, sostanze
complesse o fenoli, hanno un basso COD e bastano semplici trattamenti per le
acque (neutralizzazione e filtrazione); il carico organico prodotto è
generalmente biodegradabile.
Gli effluenti derivanti dai bagni a base di
floroborati devono essere pretrattati separatamente rispetto agli impianti di
trattamento delle acque.
7 - Rivestimento/deposizione di metalli
preziosi
L'argento e l'oro vengono elettroliticamente deposti fin dalla
meta del diciannovesimo secolo, più recenti sono i processi per il platino,
palladio, rodio e rutenio.
Strati di spessore inferiore a 1µm forniscono
proprietà quali la resistenza alla corrosione e all'usura, conduttività,
durezza, dei materiali utilizzati.
Trovano ampia applicazione nelle industrie
elettriche e elettroniche.
8 - Deposizione autocatalitica
La
reazione fondamentale necessita di metalli catalitici (il metallo da deporre)
per procedere.
I vantaggi sono:
· il deposito è uniforme su tutta l'intera
superficie anche per forme complesse, se viene mantenuto una sufficiente
agitazione che permetta alla soluzione non impoverita di essere in contatto con
le superfici per tutto il tempo;
· il deposito risulta meno poroso rispetto a
quello ottenuto con lo stesso metallo per via elettrolitica;
· il
posizionamento e il fissaggio dei pezzi risultano molto semplificate;
· si
possono ricoprire materiali non conduttori, quali le plastiche;
· i depositi
spesso possiedono proprietà chimico-fisiche particolari, essendo il deposito una
lega del metallo e un composto formatosi dall'agente
riducente.
Considerazioni ambientali: di solito questa tecnica genera una
maggiore quantità di rifiuti. Per migliorare l'efficienza e ridurre i rifiuti,
si ricorre alla elettrodialisi che rimuove i sottoprodotti dalla soluzione
durante le operazioni.
9 - Rivestimento per immersione non catalitico
chimicamente ridotto
I depositi si formano dalla precipitazione del
metallo in soluzione nella sua forma ridotta o chimicamente dalla soluzione o
quando il substrato metallico è più attivo degli ioni in soluzione in termini di
serie elettrochimica.
Sebbene i rivestimenti ottenuti spesso non siano ben
aderenti e di scarsa qualità fisica, tuttavia si possono produrre dei depositi
adatti a certi scopi (es. la produzione di specchi usando l'argento) prestando
attenzione alla composizione della soluzione e delle condizione di lavoro.
I
principali inconvenienti sono:
· possono essere depositati solo sottili
strati di materiale;
· tutte le superfici, comprese quelle del contenitore,
vengono rivestite.
10 - Verniciatura elettroforetica o
elettro-rivestimento
Viene applicata per proteggere e rinforzare il
rivestimento decorativo, per prevenire la corrosione o per ridurre la
frizione.
11 - Laccatura
viene applicata per proteggere e
rinforzare il rivestimento decorativo, per prevenire la corrosione o per ridurre
la frizione. Può essere applicata per immersione o per
elettroverniciatura.
Considerazioni ambientali: effluenti possono essere
trattati, senza problemi, nei sistemi di trattamento delle acque.
12/
Fosfatazione
È forse il rivestimento superficiale più usato, per
trattare acciaio, allumino e zinco nei seguenti casi:
· formatura a freddo:
questa comporta alti stress superficiali, la fosfazione viene usata in tutti i
tipi di operazione di formatura a freddo;
· rivestimento in continuo: nastri
di acciaio elettrodeposti con zinco vengono fosfatati in processi in linea per
migliorare la forgiabilità per le operazioni seguenti;
· protezione
antiruggine: rivestimenti di zinco pesante e fosfato di manganese mantengono un
film di olio protettivo e forniscono una prevenzione sostanziale alla
corrosione;
· lubrificazione superficiale: fosfato di manganese migliora la
ritenzione di lubrificanti e riduce il periodo di rodaggio;
· pittura di
base: la fosfatazione rinforza l'adesione e la protezione alla corrosione delle
vernici;
· isolamento elettrico: strati di fosfato possono venire usati per
ricoprire lamiere/fogli di acciaio silicio che formano il cuore dei motori
elettrici, generatori e trasformatori. Uno spessore di 1-6μm fornisce un
isolamento sufficiente per prevenire le correnti parassite;
· smaltatura
vitrea: il nichel fosfatato può rimpiazzare il rivestimento di nichel chimico
come pre-trattamento per la smaltatura vitrea.
Esistono numerosi processi di
fosfatazione, ma i principali sono la fosfatazione alcalina (ferro) e la
fosfatazione a base di zinco.
La fosfatazione viene generalmente applicata
tramite spray o per immersione a seconda del numero, misura e forma delle parti
da trattare. Il tipo di applicazione può comportare differenze nella
composizione e morfologia del rivestimento prodotto.
Il lavaggio finale
dovrebbe essere effettuato con acqua deionizzata o con prodotti di passivazione
a base di composti di CrVI e CrIII.
Considerazioni ambientali generali: i
reflui potrebbero richiedere un controllo per il pH e potrebbero contenere
nichel, manganese, zinco, che possono essere trattati in un tipico sistema di
trattamento acque. Mentre anioni di interesse, quali nitriti e floruri
potrebbero richiedere dei trattamenti aggiuntivi.
I fanghi che si formano
devono venire rimossi, quali rifiuti, per mantenere la soluzione.
Per
problemi legati alla salute, sicurezza e ambiente sono stati sviluppati:
·
processi senza nitriti;
· processi senza nichel;
· post lavaggi senza
cromo;
· linee di fosfatazione senza effluenti.
Fosfatazione
alcalina
viene impiegata soprattutto quando la protezione alla
corrosione non deve soddisfare requisiti stringenti
· Per i substrati in
acciaio: le soluzioni (pH 4-6) sono a base di fosfati alcalini, acido
fosforico libero, e piccole quantità di additivi, agenti ossidanti (quali
dorati, cromati o nitriti), fosfati condensati (pirofosfato o tripolifosfato), e
speciali attivatori (fluoruro o molibdato). La prima reazione è quella del
decapaggio che produce ioni Fe2+ dal substrato; questi ioni
reagiscono con gli ioni fosfato della soluzione per formare fosfato di ferro
poco solubile che precipita e aderisce tenacemente alla superficie di metallo. I
processi di fosfatazione del ferro non richiedono accelerazione. Lo spessore del
rivestimento varia a seconda della composizione del bagno usata. Il rivestimento
formato sulla superficie ferrosa contiene ossidi di ferro e fosfati.
Generalmente le soluzioni contengono tensioattivi per la pulizia, in questo modo
le superfici oleose potrebbero essere trattate in un solo step.
· Per i
substrati in zinco: la sequenza delle reazioni è analoga a quelle sopra
descritta.
Fosfatazione a base di zinco
Viene usata per
il trattamento di superfici di acciaio e zinco (o rivestimento di zinco su
acciaio) così come su compositi di questi metalli con alluminio. Le applicazioni
possono essere effettuate tramite immersione o spray. I costituenti fondamentali
sono: zinco, ioni fosfati e agenti ossidanti (spesso nitrito di sodio). Il pH
varia tra 2 e 3.5. Le concentrazioni variano considerevolmente; vengono usati
comunemente additivi quali nitrati, floruri, fluoruri di silicio, ioni nichel o
ioni manganese.
Fosfatazione a base di manganese
Viene
fatta solo tramite immersione. Spesso viene usato come acceleratore il nitrato
ferroso.
13 - Cromatazione
Viene usata per aumentare la
protezione dalla corrosione su varie tipologie di substrati metallici (zinco e
cadmio elettrodeposto, stagno, alluminio, magnesio e sue leghe, rame, ottone e
bronzo, nichel, argento, acciaio inossidabile, ecc). Senza questa protezione le
superfici di acciaio con rivestimento elettrodeposto di zinco hanno una forte
tendenza alla formazione di ossidi bianchi di zinco. Viene usata in quasi tutte
le aree delle industrie dell'acciaio, ed è un passaggio fondamentale del post
trattamento nella zincatura. Alla tipica cromatazione gialla sono stati
affiancati nuove tipologie di cromatazione blu e nera, che aggiungono un effetto
decorativo alla protezione alla corrosione.
La fosfo-cromatazione può essere
effettuata usando sia il cromo esavalente che quello trivalente.
Viene usata
anche nel trattamento dell'alluminio prima della verniciatura.
Gli strati
hanno spessore che varia tra 0.1 e 2μm e sono ottimi per l'adesione dei
trattamenti successivi quali la verniciatura o il rivestimento di materiale
sintetico. Per incrementare la protezione dalla corrosione si può applicare una
successiva sigillatura.
La composizione tipica delle soluzioni usate è: acido
cromico, dicromato, cloruro, fluoruri, solfati borati, nitrati e acetati, che
vengono usati in differenti combinazioni e concentrazioni per produrre colori e
caratteristiche superficiali differenti.
Cromatazione
(CrVI)
I processi convenzionali sono tutti a base di soluzioni
ossidanti acide in cui l'ossidante è il cromo esavalente. Il meccanismo di
protezione si basa sulla dissoluzione del CrVI presente sulla superficie del
film. La presenza di cromato inibisce l'azione corrosiva sulla superficie
metallica esposta.
· Su substrati di zinco: il rivestimento avviene
per reazione chimica in soluzioni acquose.
Esistono diverse tipologie di
processi disponibili che producono un film superficiale protettivo e decorativo
con colori che variano da giallo chiaro a ottone, marrone, nero. In genere più
intenso è il colore più resistente alla corrosione è il rivestimento.
· Su
substrato di rame, ottone e bronzo: il trattamento passiva la superficie e
fornisce lucidatura chimica della superficie stessa. Di conseguenza, i
trattamenti di cromatazione sul rame e sue leghe sono usati sia come finitura
ultima sia come sostituto parziale o totale della lucidatura meccanica prima
della nichelatura o cromatura. La passivazione ottenuta riduce la corrosione e
l'opacizzazione da solfuro.
· Su substrato di magnesio e sue leghe: il
trattamento di cromatazione è l'unico metodo comune per trattare il magnesio e
le sue leghe a causa della sua facilità alla corrosione.
La cromatazione è
spesso usata per preparare il magnesio e le sue leghe per un successivo
rivestimento galvanico, e anche per proteggere il materiale durante le fasi di
stoccaggio e trasporto. I due tipici metodi utilizzati sono:
- decapaggio,
usato principalmente per proteggere le parti durante lo stoccaggio e il
trasporto;
- trattamento di dicromatazione, che fornisce una protezione alla
corrosione e favorisce le proprietà di adesione della
verniciatura
Cromatazione (CrIII)
l'uso del cromo
trivalente è alternativo a quello del cromo esavalente ed è quindi più
accettabile sia dal punto di vista della salute che da quello
dell'ambiente.
Esiste un processo senza cromo esavalente, dove i rivestimenti
assumono una colorazione verde chiaro, giallo iridescente. Questo processo,
effettuato con passivazione trivalente bianca senza sigillatura, fornisce una
resistenza alla nebbia salina fino a 30-50 ore, ma con sigillatura arriva anche
a 120-240 ore; nel caso si utilizzi passivazione gialla trivalente, la
resistenza può arrivare a 120 ore, 240 ore con sigillatura. Questa passivazione
può essere usata sui rivestimenti di zinco o sue leghe. Le parti così trattate
devono poter essere messe in forno a 200°C per 4 ore e mantenere ancora il 90%
della loro capacità di protezione dalla corrosione.
Si sta sviluppando anche
la passivazione nera (senza CrVI) con risultati analoghi ai test di
corrosione.
Comunque, il rivestimento più sottile, grigio oliva, che dà
maggiore protezione alla corrosione può essere raggiunto solo usando i processi
di conversione con cromo esavalente.
Comparando i rivestimenti di cromo
trivalente ai processi a base di cromo esavalente, si può dire che:
· le
prestazioni ottenute utilizzando il cromo trivalente sono comparabili a quelle
del cromo esavalente per i trattamenti azzurrati e giallo iridescenti
(tropicalizzati), mentre non sono ancora raggiungibili le performance ottenute
dai trattamenti verde oliva, marrone e nero;
· soluzioni di passivazione
fresche non richiedono un tempo di attivazione;
· il colore e la performance
dei processi sono più uniformi durante tutta la vita della soluzione;
· il
tempo di attività della soluzione è normalmente maggiore a quella del cromo
esavalente, ed è limitata dalle impurità piuttosto che dal consumo dei composti
attivi del cromo, in questo modo la quantità di soluzione da smaltire è
minore;
· richiedono maggiori controlli di processo;
· potrebbero
richiedere un rivestimento superficiale o una sigillatura per produrre una
resistenza alla corrosione simile alla passivazione più scura del Cr VI;
· la
riduzione del CrVI a CrIII non è richiesto nel trattamento delle
acque.
Considerazioni ambientali: non esistono particolari considerazioni
per quanto riguarda salute e sicurezza relativi al CrIII.
Le soluzioni a
CrIII in genere contengono dieci volte la concentrazione di cromo usato nei
bagni a cromo VI. La rimozione di zinco della zincatura è due volte quella che
avviene con CrVI; il CrIII perciò potrebbe generare più rifiuti nei trattamenti
delle acque di scarico.
I processi a base di CrIII con una resistenza simile
alla corrosione di quella raggiunta con il CrVI usano generalmente bagni caldi
con un maggiore consumo di energia.
Rivestimenti superficiali
richiesti dalla cromatazione
Sia i film con CrVI che quelli con
CrIII sono porosi e adsorbenti e il loro spessore è limitato. La loro azione
protettiva può essere aumentata applicando un successivo film superficiale di
rivestimento sia organico che inorganico o misto che funge da barriera fisica.
Questi film forniscono benefici aggiuntivi: un'autocopertura, una riduzione
sostanziale nella quantità di CrIII asportato dalla superficie trattata e una
riduzione dei parametri di frizione.
14 - Colorazione
metallica
È possibile ottenere una vasta gamma di sfumature e colori su
differenti metalli da trattamenti a caldo, immersioni chimiche o trattamenti
elettrolitici. Questi processi sono usati per parti in ottone, rame e acciaio.
Il sistema più comune è quello dell'immersione. I risultati dipendono
dall'operazione, dai parametri di processo e dalla formula usata. Vengono usate
comunemente soluzioni contenenti ioni metallici (rame, selenio, molibdeno..) in
un mezzo acido a temperatura ambiente.
Considerazioni ambientali: a
seconda della composizione usata, gli effluenti potrebbero essere pretrattati
separatamente prima del tipico trattamento acque.
15 - Annerimento
chimico - strato di ossido
Viene effettuato per immersione. Si ricorre a
questa tecnica per le caratteristiche di ritenzione dell'olio e per l'aspetto
(come base per la pittura).
Considerazioni ambientali: i fumi derivati
dai processi con alcali e cromo dovrebbero essere aspirati e passati allo
scrubber. Gli effluenti derivanti dagli scrubber dovrebbero venire trattati
nell'impianto di trattamento delle acque.
L'acqua di lavaggio potrebbe
richiedere il controllo del pH, mentre alcuni materiali (composti con azoto,
agenti ossidanti, solfuri) potrebbero essere soggetti a trattamenti
addizionali.
16 - Brillantatura
Per l'acciaio viene impiegato
acido nitrico concentrato che rende la superficie pulita; il processo forma gas
nitrosi.
Rame e ottone vengono brillantati ossidando lo strato
superficiale.
L'alluminio e alcune sue leghe possono subire dei processi
chimici o elettrochimici di brillantatura per speciali applicazioni, quali
finitura luminosa e decorativa.
L'acido fosforico viene usato nei bagni di
decapaggio per i telai e le strutture delle biciclette a concentrazioni tra i
10-15%, a temperatura di 40-50°C e talvolta a 80°C.
Le superfici metalliche
devono veni re completamente sgrassate. Uno sgrassaggio insufficiente, infatti,
può dare risultati modesti, come un attacco non uniforme o superfici
macchiettate dopo la brillantatura.
Considerazioni ambientali: le
soluzioni esauste potrebbero richiedere un trattamento per il basso pH e per il
possibile contenuto di metalli, prima di venire smaltite. In alternativa possono
venire trattate come rifiuti liquidi.
I fumi acidi, in particolare quelli
contenenti NOx, potrebbero richiedere l'estrazione e il conseguente
trattamento.
17 - Fresatura chimica
Viene usata per rimuovere
il metallo dai pezzi per mezzo della dissoluzione in bagno acido o caustico
senza fonti esterne di energia (meccanica o elettrica). Il metallo viene rimosso
dalla superficie della parte immersa nel bagno a contatto con la soluzione. Le
aree da non rimuovere vengono coperte con materiali protettivi quali neoprene.
La velocità di dissoluzione è di circa 0.5 -3 mm/h. Lo spessore rimosso è presso
che costante su tutta la superficie, ma la ruvidità creata varia a seconda del
processo usato.
I processi chimici usati sono:
· per l'alluminio: soda
caustica con additivi;
· per il titanio: acido fluoridrico con acido
nitrico;
· per l'acciaio inossidabile: acido cloridrico con acido nitrico e
fosforico.
Considerazioni ambientali: il problema principale è legato ai
grandi quantitativi di fango dovuto ai metalli dissolti.
4.1.1.3.
Post-trattamenti
1 - Asciugatura ad acqua
calda
Finiti i trattamenti, i pezzi devono essere asciugati in fretta per
evitare la formazione di macchie e la corrosione. Il metodo più semplice è
l'immersione in acqua calda. I componenti vengono immersi per pochi secondi in
acqua calda e poi lasciati asciugare all'aria.
Lo svantaggio principale è
legato alla grande perdita di energia termica dalla superficie della vasca. La
temperatura dell'acqua deve essere controllata attentamente, non deve infatti
superare i 60°C nel caso di componenti in plastica per evitarne la deformazione;
mentre in quello dei componenti zincati o passivati non deve superare i 60°C per
evitare la disidratazione del rivestimento e la perdita dell'effetto protettivo
del film superficiale. I componenti cromati possono invece essere asciugati a
temperature fino a 90°C.
Viene usata generalmente acqua deionizzata per
evitare macchie.
Considerazioni ambientali: problemi di efficienza
energetica.
2 - Asciugatura ad aria calda
Si effettua
generalmente negli impianti a telai sulle linee automatiche. I telai vengono
piazzati in un essiccatoio delle stesse dimensioni delle vasche alla fine della
linea di processo. L'aria può ricircolare a temperature tra i 60-80°C. La
perdita di aria rende il sistema termicamente
inefficiente.
Considerazioni ambientali: esiste un problema legato
all'efficienza energetica se l'aria non è effettivamente conservata e mantenuta
in ricircolo continuo.
3 - Asciugatura usando lame d'aria
Si
sta diffondendo l'uso di mezzi di precisione quali ugelli o lame di aria
rispetto a essicatoi per la loro maggiore precisione.
Per descrizione e
considerazioni si rimanda a quanto scritto nel punto 8 del
pretrattamento.
4.1.2. Aspetti ambientali
4.1.2.1. I
consumi
I fattori ambientalmente significativi per gli impianti di
trattamento superficiale sono le emissioni di inquinanti in acqua, la produzione
di rifiuti pericolosi, il consumo di energia e acqua e l'efficienza nell'uso di
materia prima. Le emissioni in aria sono di minore importanza.
Il consumo
delle materie prime e le emissioni inquinanti prodotte da queste industrie sono
influenzate da fattori diversi; ma per la grande varietà degli impianti
impiegati risulta difficile produrre dati statistici comparabili. La scelta
dell'impiantistica dipende da un ampio numero di parametri operativi, tra cui i
più importanti sono:
· substrati da trattare;
· forma del pezzo;
·
tecnologia di trasporto impiegato nel trattamento;
· tecnologia di
pretrattamento;
· programma di rivestimento;
· selezione dei
rivestimenti;
· sistema di post-trattamento;
· tecnologia di
lavaggio;
· tecnologia di purificazione delle acque e fumi di
scarico.
Energia
L'elettricità viene consumata nelle reazioni
elettrolitiche ed elettrochimiche, per i macchinari (pompe, motori...), per il
riscaldamento delle vasche e dello stabilimento, per asciugare i pezzi, per
l'illuminazione, per estrarre i fumi, per il sistema di refrigeramento,
ecc.
Si ha perdita di energia:
· quando l'elettricità viene trasformata da
alto a basso voltaggio;
· come perdita di calore, quando l'elettricità passa
attraverso le soluzioni (alcuni processi chimici sono meno efficienti di
altri);
· per evaporazione e calore radiante dagli impianti.
Viene
usata elettricità per i processi elettrochimici, per i processi di
raffreddamento e di estrazione dei fumi; possono essere usati gas, carbone, olio
o elettricità a seconda della disponibilità e dei costi per il
riscaldamento.
La perdita di energia dalla superficie delle soluzioni
scaldate è in relazione alla temperatura di processo, e la perdita è maggiore
quando c'è agitazione del liquido e estrazione
dell'aria.
Acqua
La quantità e qualità dell'acqua è critica per
questo tipo di industria. Può essere usata per il raffreddamento, per i lavaggi
che si fanno tra una fase e l'altra di processo, per prevenire la contaminazione
delle soluzioni dei processi successivi, per fermare la reazione di processo o
evitare le macchie e gli aloni sui pezzi. La qualità dell'acqua utilizzata
dipende dall'uso che se ne deve fare, si possono infatti usare fonti diverse per
fini differenti.
L'acqua viene usata direttamente per il lavaggio, o
riutilizzata con il sistema a ricircolo. Acqua di minore qualità può essere
utilizzata per rifornire le perdite dovute all'evaporazione dalle vasche di
processo e per la pulizia delle apparecchiature di filtrazione e di scambio di
calore.
Il range dei valori di riferimento per gli scarichi idrici della
linea di processo che usano una combinazione di migliori tecnologie disponibili,
per la minimizzazione dell'uso dell'acqua è di 3 - 20 l/m2 per ogni
fase di lavaggio (vedi Final Draft 5.1.5.4).
Materiali
Includono gli elementi chimici usati nei processi, gli additivi,
ecc.
La perdita dei materiali è soprattutto causa del drag-out, ma anche
delle perdite e prelievi per la pulizia e la manutenzione.
In genere
l'efficienza dei materiali è bassa, tranne quando intervengono fattori di costo
(materiali preziosi es. oro) o di controllo dovuti ad aspetti legislativi (es.
cadmio).
4.1.2.2. Acque di scarico
> Nella tabella seguente
vengono evidenziati alcuni dei valori limite prescritti per le acque di scarico
in alcuni Stati europei (in grassetto valori minimi e massimi).
| . | Italia | Belgio | Francia | Germania | Inghilterra e Galles |
Paesi Bassi | Portogallo | Spagna |
| Scarico in fognature pubbliche (PS) o in acque superficiali (SW) |
SW | . | SW | . | Valori indicativi delle BAT per PS |
. | . | . |
| Ag | . | 0,1 | . | 0,1 | 0,1 | 0,1 | . | . |
| Al | 1,0 | 10,0 | 5,0 | 3,0 | . | . | 5,0 | 1,0 - 2,0 |
| Cd | 0,02 | 0,6 | 0,2 | 0,2 | 0,01 | 0,2 | 0,2 | 0,1 - 0.5 |
| CN free | 0,5 | . | 0,1 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,1 | 0,5 - 1,0 |
| CrVI | 0,2 | 0,5 | 0,1 | 0,1 | 0.1 | 0,1 | 0,1 | 0,2 - 0,5 |
| Crtot | 2,0 | 5,0 | 3,0 | 0,5 | 1,0 | 0,5 | CrIII 3,0 | CrIII 2,0 - 4,0 |
| Cu | 0,1 | 4,0 | 2,0 | 0,5 | 2,0 | 0,5 | 2,0 | 0,2 - 10,0 |
| F | 6 | 10,0 | 15,0 | 50 | . | . | 15,0 | 6,0 - 12,0 |
| Fe | 2,0 | 20,0 | 5,0 | 3,0 | . | . | 5,0 | 2,0 - 10,0 |
| Hg | 0,005 | . | 0,1 | . | . | 0,05 | 0,05 | 0,05 - 0,1 |
| Ni | 2,0 | 3,0 | 5,0 | 0,5 - 1 | 1,0 | 0,5 | 5,0 | 2,0 - 10 |
| NO2 | 0,6 | . | 1,0 | . | . | . | 1,0 | . |
| P | 10 | 2,0 | 10 | 2 | . | 15 | 10 | 10 - 20 |
| Pb | 0,2 | 1,0 | 1,0 | 0,5 | . | . | 1,0 | 0,2 - 0,5 |
| Sn | 10 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 10,0 |
| Zn | 0,5 | 7,0 | 5,0 | 2,0 | 2,0 | 0,5 | 5,0 | 3,0 - 20 |
| COD | 160 | 300 | 150 | 400 | . | . | 150 | . |
| EDT | . | . | . | 0 | . | 0 | . | . |
| HC tot | 5 | . | 5,0 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | . | 20 - 40 |
| VOX | . | . | . | 1,0 | 0,1 | 0,1 | . | . |
| Solidi sospesi |
. | . | . | . | 50 | . | 60 | . |
| Carico tot di sali |
. | . | no limiti (parzial- mente per i solfati) |
no limiti | . | no limiti | . | . |
| Carico tot di metalli pesanti |
. | . | 15 | no limiti | . | 50 kg/y/factory 20 kg/y/metal |
somma di tutti i metalli 15 - 20 mg/l |
3 |
| solfati | 1000 | . | . | . | . | . | . | . |
| cloruri | 1200 | . | . | . | . | . | . | . |
| Boro | 2,0 | . | . | . | . | . | . | . |
| tensioattivi | 2,0 | . | . | . | . | . | . | . |
Tab. 4 - Valori limite prescritti in alcuni Stati per le acque di
scarico (mg/l)
Il limite inteso come CN libero negli altri paesi è
per l'Italia CN totale.
Come si può vedere dalla tab. 4 i valori limite
di emissione italiani si connotano per essere:
> I più restrittivi in
assoluto per i metalli più rilevanti per il settore: Alluminio, Rame, Ferro,
Piombo, Zinco, oltre che per NO2, Mercurio, Fluoro;
> tra i più
restrittivi per CrVI, Cr tot, COD, Cadmio.
Inoltre l'Italia è l'unico
paese a limitare Solfati Cloruri Boro e Tensioattivi. In Italia esistono alcune
aree in cui i limiti sono ancora più restrittivi (es bacino scolante nella
Laguna di Venezia, che possiede delle leggi di tutela specifiche).
Questa
particolarità costituisce quella che è stata definita "eccezione Italia", che
entra in gioco come fattore limitante dell'applicazione nel nostro paese di
parecchie MTD.
In particolare sulle possibilità di riduzione dell'utilizzo
delle risorse idriche, sulle possibilità di chiusura del ciclo, su alcune
tecniche innovative di sostituzione di sostanze pericolose con altre meno
impattanti sull'ambiente, ecc...
Ad esempio la tecnica di Cromatura
Trivalente ai Solfati esente da Cloro si basa su una matrice salina di Solfati e
di Boro. Le installazioni di cromatura decorativa, avendo soluzioni di nichel
(che contengono solfati e boro), saranno limitate ulteriormente
nell'applicazione della nuova tecnica dalla indepurabilità del Boro e dei
Solfati.
In relazione a tali problematiche potranno essere individuate,
attraverso strumenti di programmazione negoziata Stato-regione, le azioni
amministrative e le soluzioni tecniche da inserire nell'atto autorizzativo,
quali, ad esempio, la riduzione dell'impiego di sostanze pericolose e il ricorso
al riutilizzo, che assicurino il raggiungimento degli standard di qualità
ambientali di cui al decreto n. 367/2003, fermo restando quanto stabilito,
all'articolo 1, comma 9 del decreto medesimo.
I valori riportati per
l'Inghilterra e il Galles sono stati forniti dall'Environment Agency for England
and Wales, e sono valori di riferimento standard che ci si aspetta siano
raggiungibili con l'uso delle MTD.
4.1.2.3. Emissioni in
atmosfera
Le emissioni in atmosfera non rappresentano l'impatto
ambientale di maggior rilevanza del settore.
4.1.2.4.
Rumore
Esistono limiti per il rumore interno prescritti dalla normativa
vigente.
Non vi sono problematiche specifiche per l'impatto
esterno.
4.1.2.5. Rifiuti
Per la maggior parte degli impianti,
i fanghi o i residui solidi, derivanti dalla concentrazione dei solidi prodotti
negli impianti di trattamento acque, rappresentano il tipo di rifiuto di maggior
entità.
Contengono acqua al 60-80%, a seconda della pressione massima di
filtrazione e dalla composizione dei fanghi stessi; in genere i fanghi con
idrossido di alluminio derivanti dall'anodizzazione hanno un contenuto di acqua
non inferiore al 75%. L'aggiunta di agenti flocculanti può agevolare
l'estrazione dell'acqua. Con questo contenuto di acqua, il residuo solido assume
una apparenza asciutta e friabile. I fanghi contengono piccole quantità di sali
insolubili inorganici, composti organici e metalli rimossi (dissolti) dalla
superficie dei pezzi o dal substrato e prodotti chimici derivanti dai processi
di trattamento.
I metalli dissolti in genere precipitano come idrossidi
(inclusi gli idrossidi e gli ossidi di Fe2+ e Fe3+ dissolti dai substrati di
acciaio) o come allumina (l'alluminio dissolto dai substrati nei processi di
anodizzazione). I rifiuti derivanti dal processo di fosfatazione sono costituiti
principalmente da ferro e manganese o fosfato di zinco. Il fango usualmente
viene considerato come rifiuto pericoloso (92, EC, 1991, 100, EC, 2000) e
richiede una gestione idonea e secondo la normativa (93, EC, 2000, 103, EC,
1991).
Il residuo solido può venire sottoposto a processi di
"disidratazione" per diminuire il quantitativo di acqua e ridurre così i costi
di trasporto e smaltimento. Diventa di aspetto polveroso quando il contenuto di
acqua è minore del 40%.
Il quantitativo di fanghi prodotti dipende sia
dalle condizioni dei pezzi sia dagli specifici fattori di processo durante il
processo di elettrodeposizione. I fattori principali sono:
· input di
inquinanti;
· erosione degli ossidi di metallo dalla superficie dei
pezzi;
· drag-out della soluzione di processo;
· conversione dagli strati
di metallo;
· durata di servizio delle soluzioni di
processo.
Dall'esperienza sulla quantità di metallo usata negli impianti
di trattamento superficiale della Germania e il drag-out avvenuto, si può
stimare il quantitativo di fanghi prodotti. Considerando un uso annuale di 20000
t/anno come base di metallo, con un drag-out del 20%, si ha una perdita di
metallo pari a 4000 t. Assumendo che i metalli sono presenti come solfati e
precipitano per mezzo della classica precipitazione con
calce:
MSO4 + Ca (OH)2 -> M(OH)2 +
CaSO4 (dove M rappresenta il metallo)
e presupponendo che il
contenuto di acqua del fango sia del 70% e il rapporto metallo/fango sia circa
1: 10, si ha che per ogni tonnellata di metallo perso si producono 10 tonnellate
di fango; di conseguenza in Germania vengono generate 40000 t di fango dalla
perdita di metalli non ferrosi.
Uno studio sui consumi e sulle emissioni
nel periodo 1998-2000 è stata condotta in 13 impianti di nichelatura in Italia.
Tutti gli impianti producevano residui solidi da "filtro a pressione". Il
contenuto di acqua è stato determinato in circa il 70%, il contenuto di nichel
nei fanghi è tra i 1800 e i 42000 mg/Kg; il fattore di emissione (nichel nei
fanghi/nichel totale usato) varia tra i 40 e 80 g/Kg (4-8%). Questo porta a un
risultato appena minore di quello calcolato in Germania di 1:10 di
metallo/fango.
Bisogna anche tenere conto della quantità di metallo
derivante dai processi di decapaggio precedenti la deposizione. In questo caso è
difficile fare una stima poiché sono sconosciute le condizioni dei pezzi da
trattare, che rappresentano un fattore importante.
Viste queste incertezze si
può solo fare una stima della quantità totale di fanghi prodotti. Per la
Germania un valore realistico per tutti gli impianti galvanici si aggira attorno
a 70000-80000 t/anno. Al momento in Germania il 30% dei fanghi viene
riutilizzato come materia prima secondaria nelle industrie di metalli non
ferrosi. La Germania è l'unico stato membro ad essere dotato di un impianto di
recupero dei fanghi derivanti dai depuratori con una capacità massima stimata in
50.000 ton/anno.
In alcuni casi le soluzioni esauste vengono direttamente
trattate come rifiuti liquidi. Possono essere riportate al produttore per
riciclarle o smaltite fuori sito come rifiuti liquidi pericolosi, questo è per
esempio il caso delle soluzioni di processo contenenti cadmio, cianuri, agenti
complessi, ecc.
4.2. MIGLIORI TECNICHE E TECNOLOGIE NEL SETTORE
GALVANICO
Le tecniche e i livelli (o range) di consumo e/o emissioni
associati presentati nel seguente capitolo sono stati valutati attraverso un
processo che ha seguito i seguenti passi:
1. identificazione dei problemi
chiavi del settore in esame; in relazione con:
sistema di gestione e
costruzione del sito;
utilizzo di acqua e materie
prime;
emissioni;
sostituzione di sostanze pericolose;
uso di
energia;
contaminazione del sito al momento della dismissione.
2.
esame delle principali tecniche;
3. identificazione dei migliori livelli di
performance ambientale, sulla base dei dati relativi all'Unione Europea e nel
mondo;
4. esame delle condizioni in cui questi livelli di performance vengono
ottenuti (costi, effetti, driving force implicate nell'implementazione delle
tecniche).
Sulla base di questa valutazione, sono presentati in questo
capitolo le tecniche e dove possibile i livelli di consumo e di emissione, che
sono da ritenersi appropriati all'intero settore e in molti casi riflettono la
reale performance di alcune installazioni. Dove i livelli di consumo e emissione
associati con le Migliori Tecniche Disponibili sono presentati, questi
rappresentano la performance ambientale che potrebbe essere anticipata come
risultato dell'applicazione della data tecnica. In ogni modo, non sono né
livelli di consumo né livelli limite di emissione, né così debbono essere
intesi. In alcuni casi può essere tecnicamente possibile raggiungere livelli di
consumo o emissione migliori, ma per fattori di costo o di effetti incrociati
esse possono non essere considerate MTD per il settore.
I livelli di
emissione e consumo associati alle MTD debbono essere considerati congiuntamente
con alcune specifiche condizioni (es: averaging periods).
Il costo
attuale per applicare una tecnica dipende fortemente dalle concrete situazioni
(tasse, tariffe, installazione specifica e sue caratteristiche tecniche, limiti
ambientali previsti nel territorio specifico).
Le MTD vengono usate quale
punto di riferimento per giudicare le performance di una installazione esistente
o per giudicare le proposte per una nuova installazione. In questo modo, saranno
di aiuto nella determinazione di condizioni appropriate (basate sulle MTD) per
le installazioni o nella definizione di regole generali vincolanti secondo
l'articolo 9, punto 8 della Direttiva 96/61/CE. Si può pensare che le nuove
installazioni possano essere progettate per ottenere livelli di performance
migliori di quelle qui indicate. Si deve pure considerare che le installazioni
esistenti potranno muoversi attraverso i livelli delle MTD, o fare meglio,
tenendo però conto della fattibilità tecnica ed economica in ciascun caso
concreto.
I documenti di riferimento delle MTD non rappresentano uno
standard legalmente vincolante, sono intesi come linee guida per l'industria,
gli Stati Membri e il pubblico, sui livelli di consumo e emissioni raggiungibili
usando tecniche specifiche. I valori limite appropriati per ogni caso specifico
necessiteranno di essere determinati tenendo conto degli obiettivi/scopi della
direttiva IPPC e delle considerazioni locali.
Le MTD sono applicabili
agli impianti nuovi e esistenti, salvo diverse indicazioni. La
realizzazione/possibilità/fattibilità di implementare una tecnica, è comunque
anche guidata da altri fattori, come la maggiore incidenza dei costi per gli
impianti più piccoli, i limiti di certe tecniche, la disponibilità di spazio e
le infrastrutture presenti nel sito.
Bisogna considerare tutti i fattori
quando si usa questo documento a livello locale includendo anche considerazioni
sul tipo di trattamento, età dell'installazione, effettivo impatto ambientale,
limiti di legge ecc.
Bisogna tenere a mente che per una particolare
installazione abbassare un livello di emissione può non essere una MTD; si
devono infatti considerare i costi, gli effetti incrociati e l'antagonismo tra
MTD diverse (due MTD possono infatti confliggere tra loro). Per questi motivi
una installazione non può operare con tutti i parametri ai minimi livelli in
tutti i ranges fissati.
4.2.1. MTD di carattere generale
4.2.1.1.
Tecniche di gestione
Ci sono numerose tecniche relative al continuo
miglioramento delle performance ambientali; sono intimamente connesse con la
buona pratica nel campo della progettazione, della costruzione, del
funzionamento e del mantenimento dell'installazione per un grado ottimale di
efficienza. Queste tecniche forniscono la struttura per assicurare
l'identificazione, l'adozione e l'aderenza alle opzioni delle MTD, che restano
importanti per migliorare le emissioni ambientali; infatti, spesso, la gestione,
la manutenzione e lo stoccaggio possono prevenire le emissioni.
Una serie
di tecniche di gestione vengono considerate come MTD. Lo scopo e la natura del
sistema generalmente vengono relazionati alla natura, scala e complessità
dell'installazione e range di emissioni/impatti ambientali
prodotte.
Gestione ambientale
È MTD implementare e aderire a
un sistema di gestione ambientale (SGA); ciò implica:
- definire una politica
ambientale;
- pianificare e stabilire le procedure necessarie;
-
implementare le procedure (facendo particolare attenzione a: struttura e
responsabilità, formazione, consapevolezza, competenza, comunicazione,
coinvolgimento degli operai, documentazione, controlli, programmi di
manutenzione, preparazione e responsabilità in caso di emergenza, conformità
alla legislazione ambientale);
- controllare le performance e prevedere
azioni correttive (facendo particolare attenzione a: monitoraggio e misure,
azioni correttive e preventive, conservazione dei dati, auditing interno, se
possibile indipendente);
- revisione da parte del management.
sarebbe
consigliato:
- avere un sistema di gestione ambientale e le procedure di
controllo esaminate e validate da un ente di certificazione esterno accreditato
o un auditor esterno;
- preparare e pubblicare un rapporto ambientale
descrivendo tutti gli aspetti ambientalmente importanti dell'installazione,
permettendo una comparazione anno per anno degli obiettivi, prestazioni, con
benchmanrk appropriati per il settore;
- implementare e aderire a un sistema
volontario internazionalmente riconosciuto, quali ISO 14001/96 ed EMAS.
È
importante anche tenere conto di:
- impatti ambientali derivanti
dall'eventuale dismissione dell'installazione fin dalla fase di progettazione
dell'impianto;
- sviluppo e uso di tecnologie più pulite;
- benchmarking
di settore, dove possibile, includendo efficienza energetica, consumo di
energia, consumo e conservazione di acqua, scelta ed utilizzo di materia prima,
emissione in aria, scarichi, produzione di rifiuti....
Manutenzione e
stoccaggio
È MTD implementare programmi di manutenzione e stoccaggio,
che comportano anche formazione dei lavoratori e azioni preventive per
minimizzare i rischi ambientali specifici del settore.
Minimizzare gli
effetti della rilavorazione
È MTD minimizzare gli impatti ambientali
dovuti alla rilavorazione attraverso un sistema di gestione che richieda
regolare rivalutazione delle specifiche di processo e del controllo di qualità
fatto assieme dal cliente e dall'operatore. Questo può esser fatto:
-
assicurandosi che le specifiche siano corrette e aggiornate, compatibili con la
legislazione, applicabili, possibili da ottenere, misurabili;
- se cliente e
produttore discutono insieme di ogni cambiamento proposto in entrambi i processi
e sistemi prima dell'implementazione;
- formando/insegnando agli
operatori/lavoratori a usare il sistema;
- assicurandosi che i clienti siano
consapevoli delle limitazioni del processo e dei risultati
ottenibili.
Benchmarking
MTD stabilire dei benchmarks o valori
di riferimento (interni o esterni) per monitorare le performance degli impianti.
Le aree essenziali per il benchmarking sono l'uso di energia, di acqua e di
materie prime. Il periodo, la frequenza e il dettaglio della registrazione dei
dati devono essere adeguati alla dimensione del processo e all'importanza della
misura.
È MTD cercare continuamente di migliorare l'uso degli inputs rispetto
ai benchmarks. Un buon sistema di azione include:
- l'identificazione di
personale responsabile della valutazione e dell'analisi dei dati,
- azioni
per allertare gli operatori rapidamente al variare delle normali
performance;
- analisi delle motivazioni delle variazioni avvenute,
ecc.
Ottimizzazione e controllo della produzione
È MTD
calcolare input e output che teoricamente si possono ottenere con diverse
opzioni di "lavorazione" confrontandoli con le rese che si ottengono con la
metodologia in uso, per ottimizzare le singole attività e i processi in linea. I
calcoli necessari possono essere fatti manualmente o più semplicemente con dei
software adeguati.
È MTD usare, ove possibile, il controllo in tempo reale
della produzione e l'ottimizzazione nei processi in linea, mediante l'uso di
sistemi di controllo digitali che raccolgono i dati e reagiscono per mantenere i
valori di processo nei limiti predeterminati in tempo reale.
4.2.1.2.
Progettazione, costruzione e funzionamento delle
installazioni
Implementazione di piani di azione
Nel settore
della progettazione, della costruzione e del funzionamento di una installazione
è considerata MTD un approccio orientato a prevenire l'inquinamento, da
compiersi identificando le sostanze pericolose e il loro pathways, classificando
i potenziali pericoli ed implementando un piano di azione di prevenzione in tre
fasi:
> prima fase:
- sufficiente dimensionamento dell'area;
-
pavimentazione delle aree a rischio con materiali appropriati;
- assicurare
la stabilità delle linee di processo e dei componenti (anche delle
strumentazioni di uso non comune o temporaneo).
> seconda fase:
-
assicurarsi che le taniche di stoccaggio di materiali/sostanze pericolose
abbiano un doppio rivestimento o siano all'interno di aree pavimentate;
-
assicurarsi che le vasche nelle linee di processo siano all'interno di aree
pavimentate;
- dove le soluzioni vengono pompate tra vasche, assicurarsi che
le vasche di contenimento che ricevono o si ano sufficientemente grandi per la
quantità che ricevono;
- assicurarsi che ci sia o un sistema di
identificazione degli sversamenti o un programma di controllo.
> terza
fase:
- ispezioni regolari e programmi di controllo;
- piani di emergenza
per i potenziali incidenti adeguati alla dimensione e localizzazione del sito,
procedure di emergenza per la sversamenti di olii o sostanze chimiche, ispezioni
delle cisterne e vasche, linee guida per la gestione dei rifiuti con riferimento
anche al controllo delle sversamenti, identificazione delle apparecchiature in
funzione e utilizzate, formazione del personale sulle tematiche ambientali,
identificazione dei ruoli e delle responsabilità delle persone coinvolte nelle
procedure da attuarsi in caso di incidenti.
Stoccaggio delle sostanze
chimiche e dei componenti
Oltre alle indicazioni generali riportate nel
documento sullo stoccaggio (23,EIPPCB,2002), per il settore sono MTD:
-
evitare che si formi gas di cianuro libero stoccando acidi e ci anuri
separatamente;
- stoccare acidi e alcali separatamente;
- ridurre il
rischio di incendi stoccando sostanze chimiche infiammabili e agenti ossidanti
separatamente;
- ridurre il rischio di incendi stoccando in ambienti asciutti
le sostanze chimiche, che sono spontaneamente combustibili in ambienti umidi, e
separatamente dagli agenti ossidanti.
Segnalare la zona dello stoccagggio di
queste sostanze per evitare che si usi l'acqua nel caso di spegnimento di
incendi;
- evitare l'inquinamento di suolo e acqua dalla perdita di sostanze
chimiche;
- evitare o prevenire la corrosione delle vasche di stoccaggio,
delle condutture, del sistema di distribuzione, del sistema di
aspirazione.
È MTD per prevenire la degradazione dei substrati/componenti
di metallo in stoccaggio:
- ridurre il tempo di stoccaggio;
- controllare
la composizione corrosiva dell'aria di stoccaggio controllando l'umidità, la
temperatura e la composizione;
- usare o un rivestimento o un imballaggio
anti corrosivo.
4.2.1.3. Agitazione delle soluzioni di
processo
È MTD procedere all'agitazione delle soluzioni di processo per
assicurare il ricambio della soluzione all'interfaccia; questo può ottenersi
con:
- turbolenza idraulica;
- agitazione meccanica dei pezzi da
trattare;
- sistemi di agitazione ad aria a bassa pressione in caso di:
·
soluzioni dove l'aria, aiuta il raffreddamento per evaporazione, specialmente
quando usato con recupero di materiale;
· anodizzazione;
· altri processi
che richiedono alta turbolenza per ottenere una buona qualità;
· soluzioni
che richiedono ossidazione degli additivi;
· dove è necessario rimuovere il
gas reattivo (come idrogeno).
Non è MTD usare sistemi di agitazione ad
aria a bassa pressione con:
- soluzioni calde dove l'effetto di
raffreddamento dovuto all'evaporazione aumenta la domanda di energia
-
soluzioni con cianuro, poiché aumenta la formazione di carbonato
- soluzione
contenenti sostanze volatili per le quali l'insufflazione possa provocare una
perdita delle stesse nelle emissione in aria (vedi Final Draft
5.1.10)
Non è mai MTD l'uso di sistemi di agitazione mediante aria ad
alta pressione, per il grande consumo di energia.
4.2.1.4. Consumo
delle risorse primarie (Inputs)
È MTD fare
benchmarking.
Elettricità (alto voltaggio e alta domanda di corrente)
Per ridurre il consumo di energia è MTD:
- minimizzare la perdita di
energia reattiva per tutte e tre le fasi richieste, verificando a intervalli
annuali che il cosce tra il voltaggio e il picco di corrente sia sempre sopra
0.95
- ridurre la caduta di tensione tra i conduttori e i connettori
minimizzando la distanza tra i raddrizzatori e gli anodi (rullo conduttore in
sistema in continuo - coil coating).
L'installazione di raddrizzatori in
prossimità degli anodi non è sempre realizzabile; inoltre i raddrizzatori
potrebbero essere soggetti a corrosione e/o alta manutenzione. Possono
altrimenti essere utilizzate barre con sezione più larga
- tenere le barre di
conduzione più corte possibili con sezione sufficiente ad evitare il loro
surriscaldamento, eventualmente provvedere con idonei sistemi di
raffreddamento
- evitare l'alimentazione degli anodi in serie, non facendo
ponte tra uno e l'altro
- effettuare regolare manutenzione ai raddrizzatori e
alle barre
- installare moderni raddrizzatori con un miglior fattore di
conversione rispetto a quelli di vecchio tipo
- aumentare la conduttività
delle soluzioni di processo con gli additivi e il mantenimento delle
soluzioni
- usare forme di onda modificate (pulsanti,..) per migliorare il
deposito di metallo, dove la tecnologia esiste
Energia termica
Per le differenti tecniche di riscaldamento usualmente utilizzate si
veda l'apposita sezione 4.4.2 del Final Draft. È importante sottolineare che
quando si usano resistenze elettriche ad immersione o metodi di riscaldamento
diretto applicati alla vasca, è MTD prevenire gli incendi monitorando la vasca
manualmente o automaticamente per assicurarsi che il liquido non si asciughi e
che in tal modo la resistenza non provochi un incendio del rivestimento della
vasca.
Riduzione delle perdite di calore
MTD ridurre le
perdite di calore, operando come segue:
- cercando opportunità per il
recupero del calore;
- riducendo la portata d'aria estratta dalle soluzioni
riscaldate, ove serve;
- ottimizzare la composizione delle soluzioni di
processo e il range di temperatura di lavoro.
Monitorare la temperatura di
processo e controllare che sia all'interno dei range designati
- isolare le
vasche:
· usando un doppio rivestimento;
· usando vasche pre-isolate;
·
applicando delle coibentazioni.
- isolare le superfici delle vasche a più
alta temperatura, usando isolanti flottanti come sfere o esagoni, laddove questo
è possibile. Evitare questa tecnica:
· dove i pezzi sui telai sono
piccoli/leggeri e possano venire sganciati dagli elementi usati per
isolare;
· dove i pezzi sono troppo larghi e possano intrappolare o fare
uscire dalla vasca gli elementi flottanti;
· dove gli elementi flottanti
possano interferire con il trattamento
· negli impianti a
rotobarile
Non è MTD usare l'agitazione dell'aria in soluzioni di
processo calde dove l'evaporazione causa l'incremento della domanda di
energia.
Raffreddamento
È MTD:
- prevenire il
sovra-raffreddamento ottimizzando la composizione della soluzione di processo e
il range di temperatura a cui lavorare. Monitorare la temperatura di processo e
controllare che sia all'interno dei range designati;
- usare sistemi di
raffreddamento chiusi, qualora si installi un nuovo sistema di raffreddamento o
se ne sostituisca uno esistente;
- rimuovere l'eccesso di energia dalle
soluzioni di processo per evaporazione dove:
· c'è una necessità di ridurre
il volume della soluzione per il make-up;
· l'evaporazione può essere
combinata con sistemi di lavaggio in cascata o sistemi di lavaggio con riduzione
di acqua per minimizzare l'utilizzo dell'acqua e dei materiali del
processo;
- preferire l'installazione di un sistema di evaporazione rispetto
a uno di raffreddamento laddove il bilancio energetico stimato richieda minore
energia per indurre un'evaporazione forzata rispetto a quella necessaria per un
sistema di raffreddamento tradizionale, il processo chimico deve essere
stabile.
È MTD progettare, posizionare, mantenere sistemi di
raffreddamento aperti per prevenire la formazione e la trasmissione della
legionella.
Non è MTD usare acqua corrente nei sistemi di raffreddamento
a meno che l'acqua venga riutilizzata o le risorse idriche locali lo
permettano.
4.2.1.5. Minimizzazione dell'acqua e del materiale di
scarto
In questo settore, la maggior parte della perdita delle materie
prime avviene nelle acque di scarico, per cui la minimizzazione delle acque e
delle materie prime verranno trattate insieme.
Minimizzazione di acqua
di processo
Le MTD per minimizzare l'utilizzo di acqua sono:
-
monitorare tutti gli utilizzi dell'acqua e delle materie prime nelle
installazioni, registrare le informazioni con base regolare (giorno/ora/...) a
seconda del tipo di utilizzo e delle informazioni di controllo richieste. Queste
informazioni sono usate per il benchmarking e per il sistema di gestione
ambientale;
- trattare, usare e riciclare l'acqua a seconda della qualità
richiesta dai sistemi di utilizzo e delle attività a valle;
- evitare la
necessità di lavaggio tra fasi sequenziali compatibili.
Riduzione del
drag-in
Per le nuove linee o le "estensioni" delle linee per ridurre il
drag-in dell'acqua in eccesso dai lavaggi precedenti è MTD utilizzare una vasca
eco-rinse. L'eccesso di particolato può essere controllato mediante vari sistemi
di filtraggio.
L'eco-rinse non può essere usato:
- qualora causi problemi
al trattamento successivo;
- negli impianti a giostra, nel coil coating o
reel-to reel line;
- attacco chimico o sgrassatura;
- nelle linee di
nichelatura, per problemi di qualità;
- nei procedimenti di
anodizzazione.
Riduzione del drag-out
È considerata MTD l'uso
di tecniche di riduzione del drag-out, quali quelle descritte in §5.1.2; con le
seguenti eccezioni:
- dove non è necessario per via dell'applicazione di MTD
alternative:
· dove l'utilizzo di sostanze chimiche nelle attività in
sequenza è compatibile
· dopo un eco-rinse
- dove la reazione superficiale
richiede un rapido bloccaggio mediante diluizione come:
· passivazione del
cromo esavalente;
· decapaggio, lucidatura, sigillatura dell'alluminio,
magnesio e loro leghe;
· zincatura:
· decapaggio:
· pre-dip per
attivazione di materie plastiche;
· attivazione prima della cromatura;
·
colour lightening dopo la zincatura alcalina;
- durante tempo di drenaggio,
dove un ritardo può causare la de-attivazione o il danneggiamento della
superficie tra due trattamenti, come tra la nichelatura seguita da
cromatura.
Riduzione della viscosità
Le MTD per ridurre la
viscosità delle soluzioni di processo sono:
- ridurre la concentrazione delle
sostanze chimiche o usare i processi a bassa concentrazione;
- aggiungere
tensioattivi;
- assicurarsi che il processo chimico non superi i valori
ottimali;
- ottimizzare la temperatura a seconda della gamma di processi e
della conduttività richiesta.
Lavaggio
MTD ridurre il consumo
di acqua usando risciacqui multipli
Il valore di riferimento per l'utilizzo
di acqua negli stadi di risciacquo ottimizzati mediante MTD va da 3 a 20 l/m2
per stadio. Il valore succitato risentirà di molte variabili (forma del pezzo e
sua attitudine allo scodellamento, rugosità della superficie del pezzo da
trattare, trattamento eseguito sul pezzo prima del lavaggio,...).
Le tecniche
spray sono tra quelle maggiormente usate.
Per i circuiti stampati in genere
il range è intorno a 20-25 l/m2 per stadio o anche superiore, una maggiore
riduzione di volume non è possibile a causa dell'alta qualità del prodotto
richiesta.
Ci sono delle tecniche per recuperare materiali di processo
facendo rientrare l'acqua dei primi risciacqui nelle soluzioni di
processo.
Il raggiungimento del sopra citato limite inferiore può essere
limitato per motivi ambientali dai limiti imposti nelle acque di scarico alla
concentrazione di:
- boro;
- fluoruri;
- solfati;
-
cloruri.
L'incremento del costo energetico per trattare queste sostanze
supera di gran lunga il risparmio dato dalla riduzione dello scarico
d'acqua.
Non si ricorre alla riduzione del consumo di acqua tramite
risciacqui multipli:
- dove la reazione sulla superficie richiede un
bloccaggio rapido mediante diluizione:
· passivazione col cromo
esavalente;
· decapaggio, lucidatura, sigillatura dell'alluminio, magnesio e
loro leghe;
· zincatura;
· decapaggio;
· pre-dip per attivazione di
materie plastiche;
· attivazione prima della cromatura;
· colour
lightening dopo la zincatura alcalina.
- dove ci può essere una perdita di
qualità.
4.2.1.6. Recupero dei materiali e gestione degli
scarti
Per il recupero dei materiali e la gestione degli scarti le MTD
sono:
- prevenzione;
- riduzione;
- riutilizzo;
- riciclaggio e
recupero;
di questi la prevenzione e la riduzione delle perdite di materie
prime sono prioritarie. La perdita di metalli e altri elementi può essere molto
ridotta usando MTD nel processo di produzione.
Un punto chiave sono i fanghi
contenenti metalli. Questi possono essere recuperati fuori produzione con alcune
limitazioni:
- solo i metalli possono essere recuperati
- il livello di
recupero dipende dal valore di mercato dei metalli da recuperare
- non è
possibile trovare impianti di trattamento fanghi in tutti i Paesi Membri
I
livelli indicativi di efficienza di processo con cui fare riferimento sono
riportati nella tabella sottostante.
| Processo | % di efficienza dei materiali |
| Zincatura | 70% con passivazione (tutti i processi) 80% senza passivazione (tutti i processi) 95% per processi in continuo |
| Nichelatura elettrolitica (closing the loop) |
95% |
| Nichelatura elettrolitica (ciclo non chiuso) |
80 - 85% |
| Ramatura (processi con cianuro) |
95% |
| Ramatura (ciclo non chiuso) | 95% |
| Cromatura con Cr VI (closinq the loop) |
95% |
| Cromatura con Cr VI (ciclo non chiuso) |
80 - 90% |
| Rivestimento con metalli preziosi | 98% |
| Cadmiatura | 99% |
Tabella 5 - Percentuale di efficienza nell'utilizzo dei
metalli
Prevenzione e riduzione
Le MTD per prevenire la
perdita di metalli e materie prime (sia metalliche che non metalliche) si
ottengono riducendo e gestendo il drag-out, aumentando il recupero del drag-out,
includendo scambiatori ionici, membrane, evaporazione ed altre tecniche per
concentrare e riusare il drag-out e l'acqua di risciacquo riciclata.
Le MTD
per prevenire la perdita di materie prime dovute al sovradosaggio si ottengono
monitorando le concentrazioni di sostanze, registrando e confrontando gli
utilizzi delle stesse, fornendo ai tecnici responsabili i dati per ottimizzare
le soluzioni di processo. Questo di solito viene fatto mediante analisi
statistica e dosaggio automatico.
Riutilizzo
Ci sono MTD per
recuperare i metalli come materiali anodici in combinazione con il recupero
delle soluzioni di drag-out. Il riutilizzo può essere raggiunto mediante la
riduzione dell'acqua e il recupero della stessa per successive fasi di
risciacquo.
Recupero dei materiali - closing the loop
È MTD
cercare di recuperare i materiali dai lavaggi/risciacqui se è possibile
riutilizzarli nel processo. In generale il ciclo chiuso non può essere
raggiunto, per tale motivo è stata cassata la definizione inglese "closed loop"
sostituendola con la più flessibile definizione "Closing the
loop".
Closing the loop significa quindi cercare di chiudere il ciclo
applicando determinate tecniche operando su una data fase del
processo.
Le limitazioni alla chiusura del ciclo di una fase di processo
possono discendere da:
- limiti massimi di concentrazione cui deve sottostare
la soluzione operativa (nella valutazione tecnico-economica si dovrà considerare
che parte del materiale recuperato non potrà essere riavviato al processo
potendo diventare un rifiuto se non reimpiegabile da altri operatori)
-
limiti derivanti dall'eccessivo impiego di risorse ed energie necessarie per
rendere riutilizzabile nel processo quanto recuperato; ricomprendendo nel
calcolo costi/benefici non solo e non tanto gli elementi diretti di costo ed il
valore del materiale recuperato, ma anche i benefici in termini di minor
produzione di rifiuti ed i minori costi di depurazione chimico-fisica consentiti
dalla MTD.
- limiti di applicabilità continua nel tempo della tecnica
(lunghezza del periodo di fermo tecnico per manutenzione del macchinario,
raggiungimento delle concentrazioni massime consentite nel processo,...) per
tale motivo è sempre opportuna la presenza di un impianto chimico-fisico di
depurazione tradizionale a valle.
Closing the loop per i processi chimici
può essere raggiunto mediante una intelligente combinazione delle seguenti
tecniche: risciacquo in cascata, scambio ionico, tecniche a membrana,
evaporazione.
Closing the loop è una definizione che sottintende che non
esiste ancora una tecnica a "scarico zero" Possono infatti essere prodotti
rifiuti più concentrati e più difficilmente trattabili, vapori o gas esausti,
ecc... Inoltre la corretta applicazione di una MTD ad una certa fase di processo
lascia intendere che vi saranno comunque scarichi derivanti da altre fasi del
ciclo visto nel suo complesso. Si dovrà quindi anche valutare gli influssi sui
restanti scarichi e sulla loro depurazione della applicazione di una data MTD in
quanto non è stabilito a priori che l'effetto della eliminazione nel refluo di
una certa sostanza sia sempre positivo per la prestazione dell'impianto nella
sua globalità.
Closing the loop può ottimizzare il livello di utilizzo
delle materie prime, ed in particolare può:
- ridurre l'uso di materie prime
e acqua;
- raggiungere bassi livelli di emissione essendo una tecnica di
trattamento point-source;
- ridurre la necessità del trattamento end of pipe
dell'acqua di scarico;
- ridurre l'utilizzo complessivo di energia se in
congiunzione con l'utilizzo di evaporatori al posto di sistemi di
raffreddamento;
- ridurre l'utilizzo di sostanze chimiche per trattare e
recuperare i materiali le quali a loro volta finirebbero nell'acqua di
scarico;
- ridurre la perdita di materiale stabili come PFOS, dove
usati.
Closing the loop è stato impiegato con successo per trattamenti su
alcuni substrati come:
- metalli preziosi;
- cadmio:
- nichelatura in
rotobarile;
- ramatura, nichelatura e cromatura esavalente per scopi
decorativi;
- cromatura a spessore.
Riciclaggio e recupero
Le MTD per riciclaggio e recupero sono:
- identificare e isolare i
materiali di scarto e acque di scarto nel singolo stadio di processo per
facilitarne il recupero o riutilizzo;
- recuperare o riciclare i metalli
dall'acqua di scarto;
- riutilizzare i materiali al di fuori del processo
dove la qualità e la quantità lo permettano;
- recuperare i materiali al di
fuori del processo.
L'efficienza complessiva può essere incrementata tramite
il riciclo esterno. In ogni caso queste vie di riciclo eseguite da terzi non
sono state validate dal gruppo di lavoro per i possibili impatti dovuti agli
effetti incrociati o per la loro particolare efficienza di
recupero.
Resa dei diversi elettrodi
Nell'elettrodeposizione
dove l'efficienza anodica è maggiore di quella catodica e la concentrazione del
metallo aumenta costantemente ci sono delle MTD per controllare l'aumento di
concentrazione:
- dissoluzione esterna del metallo, con l'elettrodeposizione
utilizzante anodo inerte;
- sostituzione di alcuni anodi solubili con anodi a
membrana aventi un separato circuito di controllo delle extra correnti. Gli
anodi a membrana sono delicati e non è consigliabile usarli in aziende di
trattamento terziste;
- l'uso di anodi insolubili dove questa tecnica è
sperimentata.
4.2.1.7. Mantenimento delle soluzioni di
processo
È MTD aumentare la vita utile dei bagni di processo, avendo
riguardo alla qualità del prodotto; questo è particolarmente importante quanto
più operi un sistema che cerchi di chiudere il ciclo. I mezzi per aumentare la
vita delle soluzioni operative si basano sulla determinazione dei parametri
critici di controllo, cercando di mantenerli entro limiti accettabili
utilizzando le tecniche di rimozione dei contaminanti (elettrolisi selettiva,
membrane, resine a scambio ionico,...)
4.2.1.8. Emissioni: acqua di
scarico
Vengono di seguito riportate le MTD
specifiche.
Minimizzazione dei flussi e dei materiali da trattare
È MTD minimizzare l'uso dell'acqua in tutti i processi. Ma esistono
delle situazioni in cui tale riduzione può essere limitata dall'aumento della
concentrazione degli anioni difficili da trattare.
È MTD eliminare o
minimizzare l'uso e lo spreco di materiali, particolarmente delle sostanze
principali del processo.
La sostituzione e il controllo delle sostanze
pericolose è precedentemente descritta.
Prove, identificazione e
separazione dei flussi problematici
È MTD, quando si cambia il tipo di
sostanze chimiche in soluzione e prima di usarle nel processo, verificare il
loro impatto sui pre-esistenti sistemi di trattamento degli scarichi.
Se
questi test evidenziano dei problemi si può:
- rifiutare le soluzioni con i
nuovi prodotti chimici;
- cambiare sistema di trattamento delle acque per
superare l'inconveniente.
È MTD identificare, separare e trattare i
flussi che possono rivelarsi problematici se combinati con altri (flussi)
come:
- olii e grassi
- cianuri
- nitriti
- cromati (CrVI)
-
agenti complessanti
- cadmio (nota: è MTD utilizzare cadmio in ciclo
chiuso).
Scarico delle acque reflue
Per una installazione
specifica i livelli di concentrazione di un dato inquinante devono essere
considerati in relazione agli altri carichi emessi dall'installazione e la
specificazione tecnica della stessa (es. effettive lavorazioni svolte, alta o
bassa portata, altre MTD, misure per ridurre il consumo di acqua). In
particolare è da notare che la riduzione dei flussi può ridurre i carichi a un
punto in cui l'incremento di concentrazione dei sali disciolti aumenta la
solubilità di alcuni metalli come lo zinco.
Le MTD possono essere
ottimizzate per un parametro ma queste potrebbero risultare non ottime per altri
parametri (come la flocculazione del deposito di specifici metalli nelle acque
di trattamento).
Questo significa che i valori più bassi dei range potrebbero
non essere raggiunti per tutti i parametri.
In siti specifici o per sostanze
specifiche potrebbero essere richieste alternative tecniche di trattamento,
sempre nel rispetto dei limiti vigenti.
Tecnica a scarico zero
Le tecniche a scarico zero per una installazione completa si ottengono
solo in un limitato numero di situazioni basate su una combinazione di tecniche
del tipo:
- termiche;
- membrana;
- scambio ionico.
Queste tecniche
generalmente non sono MTD per via dell'elevato fabbisogno energetico e del fatto
che producono scorie di difficile trattamento. Inoltre richiedono ingenti
capitali ed elevati costi di servizio. Vengono usate solo in casi particolari e
per fattori locali.
4.2.1.9.Rifiuti
Le MTD relative alla
riduzione dei rifiuti come quelle riguardanti il recupero dei materiali e di
gestione dei rifiuti sono state precedentemente discusse.
4.2.1.10.
Emissioni in aria
Per il rilascio di VOC dal sistema di sgrassaggio a
vapore (tricloro etilene e cloruro di metilene) si rimanda al documento di
riferimento per i trattamenti di superficie che utilizzano solventi (90,
EIPPCB), per l'acqua di scarico e la gestione e il trattamento dei gas di
scarico nel settore chimico (87, EIPPCB) e la direttiva sulle emissioni di
solventi (97, EC, 1999).
Le seguenti tabelle cercano di fornire delle
indicazioni per contemperare due esigenze contrapposte:
> l'esigenza
ambientale di minimizzare l'estrazione, poiché essa contribuisce direttamente
all'incremento delle emissioni,
> le esigenze di salubrità del luogo di
lavoro, che richiedono un livello minimo di aspirazione per evitare
accumuli/concentrazioni di nebbie all'interno dello stabilimento;
| Tipo di soluzione o attività | Soluzioni che richiedono estrazione dell'aria |
| Cianuro | In tutti i casi |
| Cadmio | In tutti i casi |
| Cromo esavalente con uno o più dei seguenti attributi | · soluzioni di elettrodeposizione · caldo · agitato con aria |
| Soluzioni di nichel | Quando agitato con aria |
| Ammoniaca | Soluzioni che producono ammoniaca, sia dove l'ammoniaca è un componente sia dove è un sottoprodotto |
| Polvere prodotta da attività quali la lucidatura e pulitura |
Tutte |
| Uso di anodi insolubili | Dove c'è rischio di esplosione |
Tabella 6 - Soluzioni o attività che richiedono l'estrazione di
aria
| Soluzioni acide | Soluzioni che non necessitano di estrazione |
Soluzioni che necessitano di estrazione |
| Processi con acido nitrico con emissioni di NOx | . | Processi per i trattamenti delle superfici di metalli
similari come risultato nel rilascio in aria di ossido di azoto
includono: · lucidatura chimica dell'alluminio · pulitura chimica ad immersione per la lucidatura delle leghe di rame · decapaggio usando acido nitrico, che potrebbe contenere anche acido fluoridrico · pulitura in situ usando acido nitrico · strippaggio chimico con acido nitrico |
| Decapaggio e strippaggio usando acido cloridrico | Acido cloridrico usato a temperatura ambiente e a concentrazioni sotto il 50 % v/v grado tecnico con acqua, generalmente non produce gas o fumi di HCI che richiedono l'estrazione per motivi di salute e sicurezza | Acido cloridrico usato a concentrazioni alte e/o a elevate temperature che generano rilascio significante di gas e fumi di HCI che richiede l'estrazione per motivi di salute e sicurezza e per prevenire la corrosione nell'ambiente di lavoro. (il grado tecnico è di 31 - 36 % di HCI, perciò la diluizione di 50% equivale a una soluzione di 15 -18% di HCI. Soluzioni più forti richiedono estrazione) |
| Decapaggio e strippaggio usando acido solforico | Acido solforico usato a temperature sotto 60° C generalmente non produce nebbia acida che richiede l'estrazione | Acido solforico usato a temperature superiori a 60°C produce un aerosol di acido che richiede l'estrazione per motivi di salute e sicurezza nell'ambiente di lavoro e per evitare danni da corrosione al materiale stoccato pre e post trattamento, alle strutture ed agli impianti. |
| Decapaggio con acido fluoridrico | In tutti i casi | |
| Soluzioni alcaline | ||
| Sgrassatura alcalina a base acquosa | Gli elementi chimici alcalini non sono volatili e non richiedono l'estrazione dei fumi per motivi di salute e sicurezza o per protezione dell'ambiente | Le vasche di lavaggio alcalino che operano a temperature superiori a 60°C possono generare significanti quantità di vapore acqueo che possono essere estratte per il comfort dell'operatore e per prevenire la corrosione |
Tabella 7 - Soluzioni acide e alcaline che possono richiedere
l'estrazione di aria
| Emissioni [mg/Nm3] | Range di emissioni associati con potenziali MTD [mg/Nm3] |
Attività
a ciclo continuo [mg/Nm3] |
Alcune Tecniche usate per soddisfare le necessità ambientali associate ai range d'emissione |
| Ossido di azoto (acido totale formatosi come NO2) | <5 - 500 | . | Scrubber o torri di adsorbimento generalmente raggiungono valori al di sotto di 200 mg/l e più bassi con scrubber alcalini |
| Acido fluoridrico | <0.1 - 2 | . | Scrubber alcalino |
| Acido cloridrico | <0.3 - 30 | Processi con stagno o cromo (ECCS) 25-30 |
Valori più bassi potrebbero essere raggiunti senza trattamento
EoP. scrubber ad acqua |
| SOx come SO2 | 0.1 - 10 | . | Torri a scambio in controcorrente con scrubber alcalino finale |
| Ammonio come N-NH3 | 0.1 - 10 | . | scrubber ad umido |
| Cianuro | 0.1 - 3.0 | . | Agitazione senza aria Processi a bassa temperatura Processi senza cianuri Il limite inferiore del range può essere raggiunto usando uno scrubber alcalino. |
| Zinco | <0.01 - 0.5 | Processi a zinco, zinco-nichel 0.2 - 2.5 |
Il valore inferiore può essere raggiunto senza trattamenti Scrubber ad acqua |
| Rame | <0.01 - 0.02 | . | Il valore inferiore può essere raggiunto senza trattamenti |
| Cromo esavalente, composti con cromo |
Cr(VI) <0.01 - 0.2 Cromo tot <0.1 |
. | Sostituzione del cromo esavalente con cromo trivalente o tecniche
senza cromo Droplet separator Scrubber o torri di adsorbimento |
| Ni e suoi composti come nichel |
<0.01 - 0.1 | . | Il valore inferiore può essere raggiunto senza
trattamenti Condensazione in scambiatori a caldo Scrubber ad acqua o alcalino Filtri (per soluzioni agitate ad aria) |
| Particolato | <5 - 30 | Processi con stagno o cromo (ECCS) 1-20 |
Il trattamento potrebbe non essere necessario Per il trattamento del particolato a secco potrebbero essere necessari, per raggiungere il limite inferiore: Scrubber ad umido Ciclone Filtri Per i processi a umido, scrubber ad umido o alcalino raggiungono il limite inferiore. |
Tabella 8 - Tecniche per minimizzare la quantità d'aria da trattare e
ridurre le emissioni
Quando si applica l'estrazione dell'aria, si
considerano MTD le tecniche predisposte per minimizzarne lo scarico.
Nel
trattamento ad umido dell'aria estratta, è MTD far raggiungere (ma non superare)
alle acque d'abbattimento dei vapori, il limite massimo di concentrazione della
sostanza, definito da:
- limite per cui è abilitato l'impianto di trattamento
chimico fisico delle acque cui verrà avviato il refluo
- limite di efficienza
dell'impianto di abbattimento.
Ad esempio: sia autorizzato un impianto al
trattamento chimico fisico dei reflui per un dato elemento disciolto a 90 mg/l e
sia consigliato operare con l'abbattitore dei vapori, sempre ad esempio, a 80
mg/l per quell'elemento; si stabilirà una frequenza di estrazione per la
depurazione del refluo che rispetti il minimo dei due valori (80
mg/l).
4.2.1.11. Rumore
È MTD identificare le principali fonti
di rum ore e i potenzi ali soggetti sensibili.
È MTD ridurre il rumore
mediante appropriate tecniche di controllo e misura; la soglia del rumore può
essere ridotta provvedendo a semplici operazioni come:
- chiusura di porte o
portoni;
- minimizzazione delle consegne e sincronizzazione dei tempi di
consegna;
- progettare sistemi di controllo - riduzione, come silenziatori
per grandi ventilatori, uso di schermature acustiche (dove possibile) per
macchinari particolarmente rumorosi;
4.2.1.12. Protezione delle falde
acquifere e dismissione del sito
È MTD proteggere le falde acquifere e
sovrintendere alla dismissione del sito mediante:
- la considerazione della
fase di dismissione durante la progettazione dell'installazione;
-
contenimento dei materiali in aree recintate e pavimentate all'interno del sito,
utilizzando tecniche di progettazione, prevenzione degli infortuni e gestione
precedentemente discusse;
- registrazione della storia (luogo di utilizzo e
luogo di immagazzinamento) dei principali e più pericolosi elementi chimici
nell'installazione;
- aggiornamento annuale delle informazioni come previsto
nel SGA;
- utilizzo delle informazioni acquisite durante la chiusura
dell'installazione, rimozione dei macchinari, costruzioni e residui dal
sito;
- utilizzo di azioni di prevenzione per potenziali fonti di
contaminazioni delle falde del terreno.
4.2.2. MTD per specifici
processi
Le tecniche del precedente paragrafo §5.1.1 possono essere
applicate a impianti a telaio, a giostra e linee manuali. Le tecniche che
verranno di seguito indicate possono essere utilizzate solo in contesti
specifici.
4.2.2.1. Telaio
Nelle linee a telaio, è MTD
preparare i telai in modo da minimizzare le perdite di pezzi e in modo da
massimizzare l'efficiente conduzione della corrente.
4.2.2.2.
Riduzione del drag-out in impianti a telaio
Le MTD per la riduzione del
drag-out delle soluzione nei processi che usano i telai consistono in una
combinazione delle seguenti tecniche:
- sistemazione dei pezzi da trattare in
modo da evitare la ritenzione dei liquidi di processo, riducendo i fenomeni di
scodellamento;
- massimizzazione del tempo di sgocciolamento. Questo può
essere limitato da:
· tipo di soluzioni usate;
· qualità richiesta (tempi
di drenaggio troppo lunghi possono causare una asciugatura del substrato creando
problemi qualitativi nella fase di trattamento successiva);
· tempo di ciclo
disponibile/attuabile nei processi automatizzati;
- ispezione e manutenzione
regolare dei telai verificando che non vi siano fessure e che il loro
rivestimento conservi le proprietà idrofobiche;
- accordo con il cliente per
produrre pezzi disegnati in modo da non intrappolare le soluzioni di processo
e/o prevedere fori di scolo;
- sistemi di ritorno in vasca delle soluzioni
scolate;
- lavaggio a spruzzo, a nebbia o ad aria in maniera da mandare
l'eccesso di soluzione nella vasca di provenienza. Questo può essere limitato
dal:
· tipo di soluzione;
· qualità richiesta;
· tipo di
impianto.
Un utilizzo eccessivo dello spray può causare aerosol di
sostanze chimiche e l'asciugatura troppo rapida (e non uniforme) può macchiare
le superfici. Questo può essere evitato usando:
- spray in ambienti
chiusi;
- spray a bassa pressione.
In fase di progettazione e nelle
manutenzioni bisogna considerare eventuali problemi legati allo sviluppo di
legionella.
4.2.2.3. Riduzione del drag-out in impianti a
rotobarile
Le MTD per prevenire il drag-out delle soluzioni di processo
nei rotobarili sono:
- costruire il rotobarile in plastica idrofobica liscia,
ispezionarlo regolarmente controllando le aree abrase, danneggiate o i
rigonfiamenti che possono trattenere le soluzioni;
- assicurarsi che i fori
di drenaggio abbiano una sufficiente sezione in rapporto allo spessore della
piastra per ridurre gli effetti di capillarità;
- massimizzare la presenza di
fori nel rotobarile, compatibilmente con la resistenza meccanica richiesta e con
i pezzi da trattare;
- sostituire i fori con le mesh-plugs sebbene questo sia
sconsigliato per pezzi pesanti e laddove i costi e le operazioni di manutenzione
possano essere controproducenti.
Le MTD per ridurre il drag-out mentre si
estrae il rotobarile dal bagno sono:
- estrarre lentamente il
rotobarile;
- ruotare a intermittenza il rotobarile;
- risciacquare usando
un tubo dentro il rotobarile, qualora sia convenientemente attuabile il recupero
di materia prima nelle soluzioni di provenienza, considerando anche le
possibilità impiantistiche concrete;
- prevedere canali di scolo che
riportano le soluzioni in vasca;
- inclinare il rotobarile quando
possibile.
Queste tecniche da un lato riducono il drag-out nei
rotobarili, dall'altro rendono più efficiente il risciacquo degli stessi, in
quanto c'è meno soluzione.
4.2.2.4. Linee manuali
Le MTD delle
linee manuali sono:
- sostenere il rotobarile o i telai in scaffalature sopra
ciascuna attività per assicurare il corretto drenaggio ed incrementare
l'efficienza del risciacquo spray;
- incrementare il livello di recupero del
drag-out usando altre tecniche descritte.
4.2.2.5. Sostituzione e/o
controllo di sostanze pericolose
Casi specifici dove si possono ridurre
le sostanze pericolose vengono descritti di seguito.
Vengono anche descritte
le tecniche per ridurre le emissioni e/o utilizzo di sostanze pericolose nei
processi in cui devono essere usate.
EDTA
Evitare l'uso di
EDTA e di altri agenti chelanti mediante:
- utilizzo di sostituti
biodegradabili come quelli a base di gluconato;
- usando metodi alternativi
come il ricoprimento diretto.
Dove l'EDTA deve essere usato le MTD
sono:
- minimizzare il suo rilascio mediante tecniche di conservazione;
-
assicurarsi che non vi sia EDTA nelle acque di scarico mediante l'uso di
opportuni trattamenti.
PFOS
Ci sono delle possibilità limitate
di sostituire il PFOS. Dove il PFOS deve essere utilizzato e/o dove non è
possibile ridurne l'uso:
- monitorando l'aggiunta di materiali contenenti
PFOS misurando la tensione superficiale;
- minimizzando l'emissione dei fumi
usando, ove possibile, sezioni isolanti flottanti;
- cercando di chiudere il
ciclo.
I PFOS possono essere sostituiti nei seguenti casi:
- in
impianti di anodizzazione usando i tensioattivi senza PFOS;
- in altri
processi usando processi senza PFOS;
- sigillando i processi delle linee
automatizzate (usualmente destinate al trattamento di un solo prodotto
specifico).
Ci anuro
Non è possibile sostituire il cianuro in
tutte le sue applicazioni; comunque la sgrassatura mediante cianuro non è
MTD.
Dove il cianuro deve essere utilizzato sono da valutare le MTD che
cercano di chiudere il ciclo.
Cianuro di Zinco
È MTD
sostituire, ove possibile, la soluzione di cianuro di zinco con:
- zinco
acido per una efficienza energetica ottimale, minori emissioni e finitura
decorativa più brillante;
- zinco alcalino senza cianuro dove la
distribuzione dei metalli è importante.
Cianuro di Rame
È MTD
sostituire, ove possibile, il cianuro di rame con acido o pirofosfato di rame,
ad eccezione di:
- deposito di fondo su acciaio, su fusioni di zinco,
alluminio e sue leghe;
- dove il deposito di fondo di rame sull'acciaio o
altre superfici sarà seguito da un deposito di rame
Cadmio
È
MTD eseguire la cadmiatura in delimitate e separate aree con monitoraggio delle
emissioni in acqua separato.
Cromo esavalente
Ci sono delle
limitazioni generali nella sostituzione del cromo esavalente con il cromo
trivalente, che non può essere usato in larga scala nel trattamento dell'acciaio
per motivi economici e non può essere usato per la cromatura a spessore;
l'anodizzazione con acido cromico ha un limitato utilizzo in ambiente
aerospaziale e in applicazioni speciali.
Cromatura
decorativa
Per utilizzi decorativi le MTD per sostituire il cromo
esavalente sono:
- uso di cromo trivalente, laddove sia necessaria una
maggior resistenza alla corrosione si può procedere con una fase di
passivazione;
- con tecniche senza cromo, come le leghe cobalto-stagno, dove
è possibile.
Comunque i motivi per cui si continua ad usare cromo
esavalente, dipendono, in gran parte, dalle richieste della committenza e dal
colore, resistenza e durezza.
Le soluzioni per la deposizione del cromo
esavalente richiedono notevoli investimenti e attrezzature specifiche (anodi)
per cui la soluzione non può essere cambiata di lotto in lotto
In ogni caso,
per minimizzare le quantità di cromo esavalente è possibile usare tecniche di
cromatura a freddo. Laddove esistano più linee di processo di cromo decorativo è
consigliabile riconvertire una o più linee a cromo trivalente, mantenendo le
altre a cromo esavalente.
Quando si cambia a cromo trivalente o altre
soluzioni, è opportuno verificare l'interferenza degli agenti complessanti con
il trattamento delle acque di scarico.
Cromatura esavalente
Quando si usa la deposizione al cromo esavalente le MTD sono:
-
riduzione delle emissioni aeriformi mediante una o la combinazione delle
seguenti tecniche:
· copertura delle soluzioni durante le fasi di deposizione
lunghe (cromatura dura o a spessore) o nei periodi non operativi
· usare
estrazione dell'aria con condensazione delle nebbie nell'evaporatore per il
recupero dei materiali. Le sostanze che interferiscono con il processo possono
esser rimosse dal condensato prima di essere riutilizzato, o rimosse durante il
mantenimento del bagno. Le acque di risulta vanno inviate al depuratore.
·
nei nuovi impianti e dove i pezzi da lavorare sono sufficientemente uniformi
(dimensionalmente) confinare le linee/vasche di trattamento
- operare con
soluzioni di cromo esavalente in base a tecniche che portino alla ritenzione del
CrVI nella soluzione di processo.
Passivazione cromica
La
riduzione nell'uso della passivazione cromica (CrVI) è derivata dalle direttive
sul Fine ciclo di vita utile del veicolo e RoHS (98, EC, 2003, 99, EC, 2000).
Quando si discusse di questo BRef, il TWG riportò che le alternative erano nuove
e che non erano state individuate delle MTD.
La passivazione trivalente può
essere utilizzata ma questa richiede 10 volte la concentrazione di cromo e un
maggiore quantitativo di energia. Non è possibile raggiungere una resistenza
alla corrosione superiore a quella ottenuta con la passivazione marrone, verde
oliva o nera dei sistemi a CrVI, senza rivestimenti aggiuntivi. Non è possibile
la sostituzione della passivazione cromica (CrVI) con quella a CrIII per i bagni
di ottonatura.
Finitura al cromato di fosforo
Ci sono delle
MTD per sostituire il cromo esavalente con sistemi in cui non è presente
(sistemi a base di zirconio e silani così come quelli a basso
cromo).
4.2.2.6. Lucidatura e spazzolatura
Ci sono delle MTD,
dove tecnicamente possibile e dove l'incremento di costo controbilancia la
necessità di ridurre polveri e rumori, nelle quali è utilizzato rame acido in
sostituzione della lucidatura e spazzolatura meccanica. Tali MTD non sono
utilizzabili in Italia visti gli attuali limiti imposti sul
rame.
4.2.2.7. Sostituzione e scelta della sgrassatura
I
trattamentisti, che in particolare operano per conto terzi, non sono solitamente
bene informati dai loro clienti sul tipo di olio o grasso che ricopre i
pezzi.
La MTD consiste nel coordinarsi con il cliente o operatore del
processo precedente al fine di:
- minimizzare la quantità di grasso o olio
sul pezzo
- e/o selezionare olii/grassi o altre sostanze che consentano
l'utilizzo di tecniche sgrassanti più eco compatibili.
Ci sono delle MTD per
rimuovere l'olio in eccesso che consistono nell'utilizzo di sistemi fisici quali
centrifughe o getti d'aria. In alternativa per pezzi di alto pregio e/o
altissima qualità e criticità, può essere utilizzata la pulitura a
mano.
Sgrassatura con cianuro
È MTD rimpiazzare la sgrassatura
con cianuro con altre tecniche.
Sgrassatura con solventi
La
sgrassatura con solventi può essere rimpiazzata con altre tecniche (sgrassature
con acqua,...). Ci possono essere delle motivazioni particolari a livello di
installazione per cui usare la sgrassatura a solventi:
- dove un sistema a
base acquosa può danneggiare la superficie da trattare
- dove si necessita di
una particolare qualità
Sgrassatura con acqua
Le MTD
riguardano la riduzione dell'uso di elementi chimici e energia nella sgrassatura
a base acquosa usando sistemi a lunga vita con rigenerazione delle soluzioni e/o
mantenimento in continuo (durante la produzione) oppure a impianto fermo (ad
esempio nella manutenzione settimanale)..
Sgrassatura ad alta
performance
Per elevati requisiti di pulitura e sgrassatura è MTD usare
una combinazione di tecniche descritte nella sezione 4.9.14.9 del Final Draft, o
tecniche specialistiche come la pulitura con ghiaccio secco o la sgrassatura a
ultrasuoni.
4.2.2.8. Manutenzione delle soluzioni di
sgrassaggio
Per ridurre l'uso di materiali e il consumo di energia è MTD
usare una o una combinazione delle tecniche che estendono la vita delle
soluzioni di sgrassaggio alcaline (filtrazione, separazione meccanica,
separazione per gravità, rottura dell'emulsione per addizione chimica,
separazione statica, rigenerazione di sgrassatura biologiche, centrifugazione,
filtrazione a membrana,...)
4.2.2.9. Decapaggio e altre soluzioni con
acidi forti - tecniche per estendere la vita delle soluzioni e
recupero
Dove il consumo di acido per il decapaggio è alto, è MTD
estendere la vita dell'acido usando la tecnica appropriata in relazione al tipo
di decapaggio specifico, ove questa sia disponibile. Per il decapaggio
elettrolitico è MTD utilizzare l'elettrolisi selettiva per rimuovere gli
inquinanti metallici e ossidare alcuni composti organici.
4.2.2.10.
Recupero delle soluzioni di cromo esavalente
È MTD recuperare il cromo
esavalente nelle soluzioni concentrate e costose come quelle del cromo nero
contenente argento. Le tecniche usate noimalmente nel settore sono: lo scambio
ionico e le tecniche a membrana. Per le altre soluzioni il costo di produzione
di nuovi bagni chimici è di solo 3-4 euro/litro, quindi dovranno esser
verificati i benefici indiretti per procedere o meno al
recupero.
4.2.2.11. Trattamento in continuo
Oltre alle tecniche
delle MTD generiche precedentemente descritte, esistono delle MTD specifiche per
il trattamento in continuo e sono:
- uso del tempo reale nel processo di
controllo per assicurare l'ottimizzazione costante del processo;
- uso dei
motori ad efficienza energetica quando si rimpiazzano motori nei nuovi impianti,
linee o installazioni;
- uso di rulli per prevenire il drag-out dalle
soluzioni di processo o prevenire la diluizione delle soluzioni di processo per
il drag-in di acqua di risciacquo;
- scambi are la polarità degli elettrodi
nella sgrassatura elettrolitica e nei processi di decapaggio elettrolitico a
intervalli regolari;
- minimizzare l'uso di olio (vedi Final Draft
4.14.16);
- ottimizzare la distanza tra anodo e catodo per i processi
elettrolitici;
- ottimizzare la performance del rullo conduttore;
- usare
edge polisher per rimuovere la produzione di metallo formatasi ai lati delle
striscie;
- usare maschere quando si ricopre un solo lato.
4.3.
ASPETTI AMBIENTALI NEL SETTORE DEL TRATTAMENTO SUPERFICIALE
DELL'ALLUMINIO
4.3.1. La depurazione delle acque di scarico negli
impianti di anodizzazione
Gli effluenti provenienti dagli impianti di
anodizzazione contengono generalmente alcuni elementi (Al, Ni) in concentrazione
superiore a quanto previsto dalla normativa di legge vigente in Italia, pertanto
non possono essere scaricati prima di un adeguato trattamento di depurazione. Il
procedimento non presenta particolari difficoltà, consistendo, essenzialmente,
in una neutralizzazione degli scarichi con conseguente precipitazione e
separazione degli inquinanti.
Attualmente i principali sistemi di depurazione
sono i seguenti:
- Depurazione chimico-fisica a decantazione
- Depurazione
chimica con resine a scambio ionico
Il sistema chimico-fisico
presenta i seguenti vantaggi rispetto ad un impianto a scambio ionico.
-
Costo di impianto e di trattamento più bassi
- Più semplice conduzione
-
Affidabilità e costanza nel tempo
Con questa tecnica, l'acqua proveniente dai
lavaggi viene raccolta in una apposita vasca. Da questa vasca, nella quale
avviene un dosaggio costante di soluzioni acide ed alcaline esauste, l'acqua
viene inviata nella vasca di neutralizzazione, nella quale, sotto il controllo
di una sonda di misura avviene l'aggiustamento del pH mediante richiamo
automatico di soluzione di soda caustica o acido solforico.
L'acqua
neutralizzata passa poi in una vasca di flocculazione dove avviene il dosaggio e
la miscelazione del polielettrolita, che favorisce la flocculazione e la
precipitazione delle sostanze solide presenti in sospensione.
La soluzione di
polielettrolita necessaria viene inviata con una pompa dosatrice ad una
concentrazione pari all'1÷2%.
Segue una vasca di decantazione nella
quale le sostanze solide si depositano sul fondo e l'acqua depurata defluisce
per troppo pieno dall'alto. L'acqua depurata può essere scaricata o parzialmente
riciclata o subire un'ulteriore filtrazione finale in un filtro a doppio strato
di sabbia e carbone attivo. Il fango accumulato sul fondo della vasca di
decantazione viene inviato ad un filtro-pressa o a centrifuga per la separazione
del solido dalla soluzione madre, che rientra nel ciclo di depurazione.
Il
fango che si accumula sul fondo della vasca di decantazione possiede una
percentuale in sostanza solida che va dall'1 al 3% (97÷99% di acqua). Per
mezzo del filtro pressa la quantità di umidità può essere ridotta al
70÷75%. La quantità di fango filtropressato che si produce può variare
notevolmente da un impianto all'altro, in quanto dipende soprattutto dai volumi
di materiale satinato chimicamente.
I fanghi possono essere utilizzati dai
cementifici e, eventualmente, anche dalle fabbriche di prodotti chimici per
produrre solfato di alluminio.
Essi sono pressoché neutri e non
pericolosi.
L'essiccamento dei fanghi, quando possibile, riduce notevolmente
il loro peso e volume, ed aumenta il tenore % di alluminio. In tal modo diventa
meno oneroso il trasporto per un eventuale conferimento in discarica e più
conveniente il loro recupero per produrre solfato di alluminio.
4.3.2.
La depurazione dei fumi negli impianti di anodizzazione
Negli impianti di
anodizzazione dell'alluminio, per mantenere gli ambienti salubri, è
indispensabile corredare le vasche che producono esalazioni nocive con opportuni
impianti di aspirazione che riducano al massimo la diffusione dei gas inquinanti
nell'ambiente di lavoro.
I principali tipi di vapori che si formano sono i
seguenti:
- Vapori contenenti sodio idrossido sopra le vasche dei trattamenti
alcalini a caldo (decapaggio e satinatura chimica)
- Vapori acidi sulle
vasche di anodizzazione
- Vapore acqueo sulle vasche di fissaggio a
caldo
Per raggiungere condizioni ottimali è necessario installare anche sulla
copertura della sala vasche appositi aspiratori da tetto che consentano il
ricambio dell'aria nel reparto di lavorazione.
L'impianto di aspirazione si
compone delle seguenti parti essenziali:
- Cappe di aspirazione ai bordi
delle vasche
- Canalizzazioni in materiale adeguato
- Aspiratori di tipo
centrifugo ed adatti ai tipi di fumi da aspirare
- Soffianti d'aria nelle
vasche dotate di sistema PUSH-PULL
- Connessioni di collegamento alle torri
di abbattimento fumi
La depurazione dei gas provenienti dalle vasche di
trattamento con esalazioni nocive ha luogo nelle torri di abbattimento. La
depurazione avviene a umido attraverso una massa filtrante costituita da
speciali anelli in materiale antiacido. Con questo sistema si ottiene un
abbattimento pari a circa il 95% e l'aria inviata all'esterno non provoca
praticamente alcun inquinamento atmosferico.
La torre di abbattimento è
costituita da una struttura esterna autoportante realizzata in materiale
plastico (PVC o similari). Internamente ad essa e sopra la vasca contenente la
soluzione di lavaggio è sistemata, su appositi piani grigliati, la massa
filtrante con una o più serie di nebulizzatori del liquido di lavaggio. Un
separatore di gocce che funziona anche da filtro è posto sul piano grigliato
superiore. La soluzione di lavaggio viene fatta circolare in continuo mediante
una pompa speciale.
Per l'abbattimento dei fumi alcalini è sufficiente
impiegare acqua di rete. Per l'abbattimento e la neutralizzazione dei fumi acidi
viene impiegata una soluzione di acqua e soda. Le soluzioni di lavaggio vengono
scaricate periodicamente ed inviate all'impianto di
depurazione.
4.3.3. Consumi energetici in un impianto di
anodizzazione
L'incidenza dell'energia assume particolare importanza
negli impianti di anodizzazione che richiedono grosse quantità di energia
elettrica o termica per i vari processi elettrochimici, per portare e mantenere
i bagni alle varie temperature di esercizio, e per il funzionamento delle
attrezzature accessorie.
Negli impianti di anodizzazione è necessario quindi
avere a disposizione tre diverse forme di energia:
- Elettrica
-
Frigorifera
- Termica
Ogni vasca di trattamento richiede per il suo
funzionamento, la presenza di una o più di queste energie; esaminiamo meglio
come si ripartiscono:
Energia elettrica - Per questa energia occorre
fare una distinzione tra quella occorrente nei vari processi elettrochimici e
quella invece necessaria per il funzionamento delle varie apparecchiature.
I
processi in cui si richiede dell'energia elettrica nell'anodizzazione riguardano
la fase di anodizzazione vera e propria e l'elettrocolorazione.
La quantità
di energia richiesta dai due bagni è molto diversa da un caso all'altro; nel
primo, che lavora in regime di corrente continua ad una tensione di circa 18 V,
con una densità di corrente di 150 A/m2 e per tempi variabili fino a
circa 1 ora, si dissipa un'energia di circa 2500 Wh/m2.
Il secondo
invece lavora in condizioni di corrente alternata ad una tensione che può
arrivare a circa 18 V, a seconda dell'intensità di colore, ad una densità di
corrente inizialmente di 60÷70 A/m2 per scendere dopo breve
tempo intorno a 20÷30 A/m2 e per tempi variabili, sempre
secondo l'intensità del colore, fino ad un massimo di 15÷20 minuti.
L'energia che si dissipa può raggiungere al massimo 300 Wh/m2. A
questi consumi in vasca occorre però aggiungere le perdite che si hanno nel
raddrizzatore e nel trasformatore, i cui rendimenti non sono unitari ma in media
pari, rispettivamente, a 0,87 e 0,97. I consumi precedenti diventano in totale
pari a circa 3.300 Wh/m2. A questi bisogna aggiungere l'energia
elettrica richiesta dal gruppo frigo (pari a circa il 40% di quella che viene
consumata nei bagni di anodizzazione) e di quella necessaria per i sistemi di
aspirazione presenti sulle vasche (pari a circa il 50% di quella dei bagni di
ossidazione). In definitiva in totale l'energia elettrica richiesta per il
processo di anodizzazione è pari a circa 5.700
Wh/m2.
Energia termica - Questa forma di energia è
invece richiesta da tutti quei bagni che lavorano ad una temperatura maggiore di
quella ambiente. Generalmente il calore viene ceduto da apposite serpentine
disposte lungo le pareti laterali interne e/o sul fondo delle vasche, nelle
quali può scorrere del vapore in pressione oppure dell'olio diatermico. Il
fabbisogno energetico è determinato dalla necessità di portare i bagni alla
temperatura di esercizio e da quella di reintegrare le continue perdite di
calore che avvengono in condizioni di regime attraverso tutte le superfici della
vasca.
Energia frigorifera - Questa energia è necessaria solo nei
bagni di anodizzazione; ciò al fine di evitare un eccessivo innalzamento della
temperatura che pregiudica la qualità dell'ossido anodico.
Per termostatare
il bagno è necessario disporre di un apparato refrigerante in grado di sottrarre
l'energia termica in eccesso. Esso è costituito da uno scambiatore di calore che
può essere sia interno che esterno al bagno, in cui come fluido refrigerante
viene utilizzata dell'acqua.
4.4. MIGLIORI TECNICHE E TECNOLOGIE NEL
SETTORE DEL TRATTAMENTO SUPERFICIALE DELL'ALLUMINIO
4.4.1. MTD di
carattere generale
- Aggancio pezzi - Linee di aggancio e ganci
tali da minimizzare gli spostamenti del materiale, la perdita di pezzi e da
massimizzare l'efficienza produttiva
- Agitazione delle soluzioni di
processo - Agitazione delle soluzioni di processo per assi curare il
movimento delle soluzioni fresche sulle superfici del materiale
-
Utilities in ingresso - energia e acqua - Registrazione e monitoraggio di
tutte le utilities del tipo: gas, LPG ed altri combustibili, e dell'acqua. Il
loro consumo deve essere conforme alle dimensioni dell'impianto e alla tipologia
d'uso. La frequenza delle registrazioni dovrà essere in accordo con la relativa
importanza della misura
- Tensione e corrente elettrica (solo per
l'ossidazione anodica) - Minimizzazione delle perdite di energia reattiva
per tutte le tre fasi fornite, mediante controlli annuali, per assicurare che il
cos φ tra tensione e i picchi di corrente rimangano sempre sopra il valore 0,95
- Riduzione delle cadute di tensione tra i conduttori e i connettori tenendo una
breve distanza tra i raddrizzatori e gli anodi, uso di acqua di raffreddamento
quando l'aria di raffreddamento risulta insufficiente per mantenere fredde le
barre anodiche - Uso di un singolo anodo di alimentazione per ottimizzare il
circuito elettrico - Regolare manutenzione dei raddrizzatori e dei contatti
(della barra anodica) del sistema elettrico - Installazione di moderni
raddrizzatori con un migliore fattore di conversione rispetto a quello dei
vecchi raddrizzatori
- Uso di forme d'onda modificate per migliorare il
deposito di metallo - Mantenimento della domanda di elettricità sotto la fascia
contrattuale, manualmente o mediante sistemi di controllo, per assi curare che i
picchi non superi no i valori massimi - Funzionamento degli impianti nelle fasce
orarie a minor costo
- Riscaldamento - Monitoraggio della temperatura
e controllo entro gli intervalli prefissati per il processo - Monitoraggio in
manuale o in automatico per evitare essiccamento delle vasche laddove vengano
usati sistemi elettrici di riscaldamento immersi o integrati nelle vasche,
-
Riduzione delle dispersioni di calore - Riduzione della quantità di aria
estratta dalle soluzioni riscaldate (cfr. tabella al paragrafo§ 5.2.7 del BRef)
- Una MTD deve evitare l'agitazione dell'aria delle soluzioni di processo
scaldate - Ottimizzazione della composizione della soluzione di processo e
dell'intervallo termico di lavoro per minimizzare l'energia richiesta per il
riscaldamento (e il raffreddamento) delle soluzioni - Rappresenta una MTD una
tecnica atta al recupero del calore - Isolamento con sfere galleggianti della
parte superficiale delle soluzioni di processo riscaldate
-
Raffreddamento - Non è MTD la tecnica che prevede di usare una sola volta
l'acqua di raffreddamento, escluso il caso in cui ciò sia consentito dalle
risorse locali di acqua - (35)
Progettazione, ubicazione e manutenzione del
circuito tali da prevenire la formazione e la trasmissione di legionella - É MTD
l'uso di un sistema chiuso di raffreddamento, per i nuovi sistemi e per quelli
che sostituiscono vecchi sistemi - É MTD l'uso dell'energia in eccesso
proveniente dai processi di evaporazione delle soluzioni
- Risparmio
d'acqua e di prodotti di consumo - Monitoraggio di tutti i punti
dell'impianto in cui si usano acqua e prodotti di consumo e regolare
registrazione (per esempio ogni ora, giornalmente, ad ogni turno,
settimanalmente) a seconda dell'uso e delle informazioni di controllo richiesti.
Le informazioni servono a tenere correttamente sotto controllo la gestione
ambientale - Trattamento, utilizzazione e riciclo dell'acqua a seconda del
livello qualitativo richiesto dall'attività ricevente - Uso, quando possibile,
di prodotti chimici compatibili tra una fase e la fase successiva del processo
per evitare la necessità dei lavaggi tra una fase e l'altra
- Riduzione
dei trascinamenti (drag-out) -Uso di tecniche che minimizzino il
trascinamento dei prodotti presenti nelle soluzioni di processo, escluso il caso
in cui il tempo di drenaggio può inficiare la qualità del trattamento
-
Lavaggi -Riduzione dei consumi d'acqua e contenimento degli sversamenti
dei prodotti di trattamento mantenendo la qualità dell'acqua nei valori
previsti, mediante lavaggi multipli -Minimizzazione della quantità d'acqua usata
nella fase di lavaggio, eccetto i casi in cui occorre diluire per bloccare la
reazione superficiale in alcune fasi del processo (p.e. passivazione,
decapaggio). Il valore di riferimento per il ricambio d'acqua è pari a 3÷20
litri/m2 - Massimizzazione del recupero dei drag-out dei lavaggi
-
Recupero di metallo -Recupero dei metalli
- Rigenerazione e
riutilizzo dell'acqua di lavaggio - Riutilizzo dell'acqua recuperata dai
lavaggi mediante tecniche in grado di garantire un'idonea qualità dell'acqua
recuperata
4.4.2. MTD per specifici processi
- Sostituzione
e/o controllo di sostanze pericolose - L'uso di un prodotto meno pericoloso
rappresenta una generica MTD
- Cromo e suoi composti -Gli strati di
conversione chimica (cromica o fosfocromica) di colore che varia dal giallo
chiaro per i cromati al verde per i fosfocromati, vengono prodotti sulle
superfici di alluminio. L'uso principale avviene nel pretrattamento
dell'alluminio prima della verniciatura con prodotti vernicianti in polvere
-
Rivestimenti di conversione chimica (passivazione) - Sostituzione, ove
possibile, dei rivestimenti a base di cromo esavalente con altri a base di cromo
trivalente o esenti da cromo, usando, se necessario, un rivestimento
addizionale
- Sostituzione e scelta dello sgrassante - Verifica col
cliente o con chi effettua lavorazioni precedenti al trattamento superficiale
della possibilità di ridurre la presenza di olio e/o unto o dell'utilizzo di
prodotti asportabili con sgrassanti a minimo impatto ambientale
-
Anodizzazione - Uso del calore delle soluzioni inutilizzate per
riscaldare l'acqua usata per un nuovo processo di fissaggio -Recupero della soda
caustica - Non è MTD per l'anodizzazione l'uso di lavaggi mediante acqua
demineralizzata a circuito chiuso, in quanto i prodotti chimici rimossi hanno lo
stesso impatto ambientale e sono di quantità uguale ai prodotti chimici
richiesti per la rigenerazione
4.4.2.1. Emissioni in aria
-
Aspiratori - Uso di aspiratori dalle seguenti soluzioni di processo:
soluzioni acide, soluzioni fortemente alcaline, soluzioni a base di cromo
esavalente, soluzioni contenenti nichel - Uso di tecniche atte a minimizzare i
volumi di aria da trattare e da scaricare sulla base dei limiti
imposti
4.4.2.2. Trattamento degli effluenti
- Minimizzazione
dell'utilizzo di acqua nel processo - Identificazione, separazione e trattamento
degli effluenti che possono presentare problemi se combinati con altri effluenti
- Scarico di effluenti disturbanti in quantità limitate nell'impianto di
depurazione delle acque e bilanciamento dei flussi e del trattamento in accordo
alla sua capacità - Precipitazione degli elementi tali da consentire il rispetto
dei limiti imposti per gli scarichi - Flocculazione dei metalli e ripristino pH
in funzione della composizione degli effluenti -Rimozione dei solidi mediante
precipitazione, o filtrazione - Monitoraggio e scarico
- Tecniche a
scarico zero -Esistono tecniche basate su uno o più dei seguenti principi:
termico, a membrana, a scambio ionico
4.4.2.3. Residui
-
Minimizzazione della produzione di residui mediante l'uso di tecniche di
controllo sull'utilizzo e il consumo dei prodotti utilizzati nel processo -
Separazione e identificazione dei residui prodotti durante il processo o nella
fase di trattamento degli effluenti, per un loro eventuale recupero e
riutilizzo
4.4.2.4. Rumore
- Identificazione delle sorgenti di
rumore significative e dei limiti imposti dalle autorità locali.
Riduzione
dei rumori entro i limiti previsti mediante tecniche
consolidate
4.4.2.5. Bonifica del Sito
- Segregazione dei
materiali entro zone ben delimitate utilizzando cartelli di riferimento e
descrizione di tecniche sulla prevenzione dai rischi di incidente - Assistenza
all'impresa che conduce la bonifica - Uso delle conoscenze specifiche, per
assistere l'impresa che conduce la bonifica del Sito, con la sospensione del
lavoro e la rimozione dal sito degli impianti, delle costruzioni e dei
residui.
5. MIGLIORI TECNICHE PER LA PREVENZIONE INTEGRATA
DELL'INQUINAMENTO IN ITALIA
Nel presente capitolo vengono riportate le
tecniche e le tecnologie da considerare quali MTD per la prevenzione
dell'inquinamento in Italia.
I criteri per l'individuazione sono
evidentemente gli stessi espressi nel BRef (vedi § 5) e basati sul concetto di
tecnica "Migliore" e "Disponibile"; in particolare si è prestato più attenzione
a quelle MTD che si sono maggiormente affermate e per la loro efficacia e per la
loro diffusione.
L'elenco non si discosta sostanzialmente da quanto riportato
dal BRef, ma si riscontrano diverse limitazioni all'applicazione di alcune MTD
nel nostro Paese per i motivi che sono stati esposti nel paragrafo
5.1.2.2.
5.1. MIGLIORI TECNICHE DISPONIBILI NEL SETTORE
GALVANICO
Le tabelle riportate nelle pagine seguenti riportano le MTD per
il settore galvanico nel seguente modo:
· tabella 9: in questa tabella
sono riportate tutte le MTD che si possono applicare in tutto il settore dei
trattamenti superficiali;
· tabella 10: in questa tabella sono
riportate tutte le MTD che si possono applicare specificatamente nel settore
galvanico;
· tabella 11: in questa tabella sono riportate tutte le MTD
che riguardano la gestione e l'utilizzazione delle sostanze pericolose;
·
tabella 12: in questa tabella sono riportate tutte le MTD che si possono
applicare a seconda del tipo di processo e/o materiale impiegato.
| Generali | |||
| n. | Argomento |
MTD - breve descrizione |
Note |
| 1 | Tecniche di gestione | ||
| Gestione ambientale | 1. Implementazione di un sistema di gestione
ambientale (SGA); ciò implica lo svolgimento delle seguenti
attività: - definire una politica ambientale - pianificare e stabilire le procedure necessarie - implementare le procedure - controllare le performance e prevedere azioni correttive - revisione da parte del management e si possono presentare le seguenti opportunità: - avere un sistema di gestione ambientale e le procedure di controllo esaminate e validate da un ente di certificazione esterno accreditato o un auditor esterno - preparare e pubblicare un rapporto ambientale - implementare e aderire a EMAS |
- È MTD implementare un SGA; non è necessario sia
certificato, ma appare indispensabile per la applicazione corretta
della IPPC | |
| - La legge italiana prevede AIA con durata di sei anni per chi aderisce è certificato ISO 14001 | |||
| - La legge italiana prevede AIA con durata di otto anni per chi aderisce a EMAS | |||
| 2 | Benchmarking | 1. Stabilire dei benchmarks o valori di riferimento
(interni o esterni) per monitorare le performance degli impianti
(sopratutto per uso di energia, di acqua e di materie prime) 2. Cercare continuamente di migliorare l'uso degli inputs rispetto ai benchmarks. 3. Analisi e verifica dei dati, attuazione di eventuali meccanismi di retroazione e ridefinizione degli obiettivi |
- i benchmarks esterni non sono attualmente disponibili (vd
capitolo 7.6.3.2) - mediante utilizzo SGA |
| 3 | Manutenzione e stoccaggio | 1. Implementare programmi di manutenzione e
stoccaggio 2. Formazione dei lavoratori e azioni preventive per minimizzare i rischi ambientali specifici del settore |
- Mediante utilizzo SGA - Incentivare la formazione |
| 4 | Minimizzazione degli effetti della rilavorazione | 1. Minimizzare gli impatti ambientali dovuti alla
rilavorazione significa: - cercare il miglioramento continuo della efficienza produttiva, riducendo gli scarti di produzione; - coordinare le azioni di miglioramento tra committente e operatore del trattamento affinché, già in fase di progettazione e costruzione del bene da trattare, si tengano in conto le esigenze di una produzione efficiente e a basso impatto ambientale. |
- Azioni volontarie della impresa di trattamenti congiunte a quelle delle aziende Committenti. |
| 5 | Ottimizzazione e controllo della produzione | 1. Calcolare input e output che teoricamente si possono ottenere con diverse opzioni di "lavorazione" confrontandoli con le rese che si ottengono con la metodologia in uso | . |
| 6 | Progettazione, costruzione, funzionamento delle installazioni | ||
| Implementazione piani di azione | 1. Implementazione di piani di azione; per la
prevenzione dell'inquinamento la gestione delle sostanze pericolose
comporta le seguenti attenzioni, di particolare importanza per le nuove
installazioni: - dimensionare l'area in maniera sufficiente - pavimentare le aree a rischio con materiali appropriati - assicurare la stabilità delle linee di processo e dei componenti (anche delle strumentazioni di uso non comune o temporaneo) - assicurarsi che le taniche di stoccaggio di materiali/sostanze pericolose abbiano un doppio rivestimento o siano all'interno di aree pavimentate - assicurarsi che le vasche nelle linee di processo siano all'interno di aree pavimentate - assicurarsi che i serbatoi di emergenza siano sufficienti, con capacità pari ad almeno il volume totale delle vasca più capiente dell'impianto - prevedere ispezioni regolari e programmi di controllo in accordo con SGA - predisporre piani di emergenza per i potenziali incidenti adeguati alla dimensione e localizzazione del sito |
. | |
| 7 | Stoccaggio delle sostanze chimiche e dei componenti | 1. Evitare che si formi gas di cianuro libero stoccando
acidi e cianuri separatamente; 2. Stoccare acidi e alcali separatamente; 3. Ridurre il rischio di incendi stoccando sostanze chimiche infiammabili e agenti ossidanti separatamente; 4. Ridurre il rischio di incendi stoccando in ambienti asciutti le sostanze chimiche, che sono spontaneamente combustibili in ambienti umidi, e separatamente dagli agenti ossidanti. Segnalare la zona dello stoccaggio di queste sostanze per evitare che si usi l'acqua nel caso di spegnimento di incendi; 5. Evitare l'inquinamento di suolo e acqua dalla perdita di sostanze chimiche; 6. Evitare o prevenire la corrosione delle vasche di stoccaggio, delle condutture, del sistema di distribuzione, del sistema di aspirazione 7. Ridurre il tempo di stoccaggio, ove possibile 8. Stoccare in aree pavimentate |
1 - Personale che maneggia la sostanza cianurata munito di patentino di cui a decreto regio n. 147 del 9.1.1927. Deposito separato dei Cianuri autorizzato. Tenuta del Registro di carico e scarico dei Cianuri. |
| 8 | Dismissione del sito per la protezione delle falde | ||
| Protezione delle falde acquifere e dismissione del sito | 1. La dismissione del sito e la protezione delle falde
acquifere comporta le seguenti attenzioni: - tenere conto degli impatti ambientali derivanti dall'eventuale dismissione dell'installazione fin dalla fase di progettazione modulare dell'impianto - identificare le sostanze pericolose e classificare i potenziali pericoli - identificare i ruoli e le responsabilità delle persone coinvolte nelle procedure da attuarsi in caso di incidenti - prevedere la formazione del personale sulle tematiche ambientali - registrare la storia (luogo di utilizzo e luogo di immagazzinamento) dei più pericolosi elementi chimici nell'installazione' - aggiornare annualmente le informazioni come previsto nel SGA2 |
1si veda capitolo 7.8. 2si veda capitolo 7.8 | |
| 9 | Consumo delle risorse primarie | ||
| Elettricità (alto voltaggio e alta domanda di corrente) | 1. minimizzare le perdite di energia reattiva per
tutte e tre le fasi fornite, mediante controlli annuali, per assicurare
che il cosφ tensione e picchi di corrente rimangano sopra il valore
0.95 2. tenere le barre di conduzione con sezione sufficiente ad evitare il surriscaldamento 3. evitare l'alimentazione degli anodi in serie 4. installare moderni raddrizzatori con un miglior fattore di conversione rispetto a quelli di vecchio tipo 5. aumentare la conduttività delle soluzioni ottimizzando i parametri di processo 6. rilevazione dell'energia impiegata nei processi elettrolitici |
6 - Incentivo in Italia alla rilevazione esatta della energia elettrica qualificata come prima in processi elettrolitici mediante contatori UTF dedicati. L'azienda può avvantaggiarsi di una parziale defiscalizzazione che consente il parziale recupero delle spese di impianto. L'impianto di rilevazione diviene uno strumento di monitoraggio del consumo energetico di processo per il benchmarking. | |
| 10 | energia termica | 1. usare una o più delle seguenti tecniche: acqua calda
ad alta pressione, acqua calda non pressurizzata, fluidi termici - olii,
resistenze elettriche ad immersione 2. prevenire gli incendi monitorando la vasca in caso di uso di resistenze elettriche ad immersione o metodi di riscaldamento diretti applicati alla vasca |
. |
| 11 | riduzione delle perdite di calore | 1. ridurre le perdite di calore facendo attenzione ad
estrarre l'aria dove serve 2. ottimizzare la composizione delle soluzioni di processo e il range di temperatura di lavoro. 3. monitorare la temperatura di processo e controllare che sia all'interno dei range designati 4. isolare le vasche usando un doppio rivestimento, usando vasche pre-isolate e/o applicando delle coibentazioni 5. non usare l'agitazione dell'aria ad alta pressione in soluzioni di processo calde dove l'evaporazione causa l'incremento della domanda di energia. |
1 - vedasi tabelle 6 e 7 pag 112-113 |
| 12 | Raffreddamento | 1. prevenire il sovraraffreddamento ottimizzando la
composizione della soluzione di processo e il range di temperatura a cui
lavorare. 2. monitorare la temperatura di processo e controllare che sia all'interno dei range designati 3. usare sistemi di raffreddamento refrigerati chiusi qualora si installi un nuovo sistema refrigerante o si sostituisca uno esistente 4. rimuovere l'eccesso di energia dalle soluzioni di processo per evaporazione dove possibile 5. progettare, posizionare, mantenere sistemi di raffreddamento aperti per prevenire la formazione e trasmissione della legionella. 6. non usare acqua corrente nei sistemi di raffreddamento a meno che l'acqua venga riutilizzata o le risorse idriche non lo permettano. |
. |
Tabella 9 - MTD generali
| Settoriali | |||
| 13 | Recupero dei materiali e gestione degli scarti | ||
| Prevenzione e riduzione | 1. ridurre e gestire il drag-out 2. aumentare il recupero del drag-out 3. monitorare le concentrazioni di sostanze, registrando e confrontando gli utilizzi delle stesse, fornendo ai tecnici responsabili i dati per ottimizzare le soluzioni di processo (con analisi statistica e dove possibile dosaggio automatico). |
Per questo settore un punto di particolare importanza riguarda il recupero dei metalli dai fanghi. Questi possono essere recuperati fuori produzione ma con limitazioni dovute alle variazioni del valore di mercato degli stessi e dalla presenza di impianti di trattamento fanghi. In Italia non ne sono presenti | |
| 14 | Riutilizzo | laddove i metalli sono recuperati in condizioni ottimali questi possono essere riutilizzati all'interno dello stesso ciclo produttivo. Nel caso in cui non siano idonei per l'applicazione elettrolitica possono essere riutilizzati in altri settori per la produzione di leghe | . |
| 15 | Recupero delle soluzioni | 1. cercare di chiudere il ciclo dei materiali
in caso della cromatura esavalente a spessore e della
cadmiatura 2. recuperare dal primo lavaggio chiuso (recupero) le soluzioni da integrare al bagno di provenienza, ove possibile, cioè senza portare ad aumenti indesiderati della concentrazione che compromettano la qualità della produzione |
. |
| . | |||
| 16 | Resa dei diversi elettrodi | 1. cercare di controllare l'aumento di concentrazione
mediante dissoluzione esterna del metallo, con l'elettrodeposizione
utilizzante anodo inerte 2. cercare di controllare l'aumento di concentrazione mediante sostituzione di alcuni anodi solubili con anodi a membrana aventi un separato circuito di controllo delle extra correnti. Gli anodi a membrana sono delicati e non è consigliabile usarli in aziende di trattamento terziste |
1 - per processi di dissoluzione dello zinco alcalino senza cianuro |
| 17 | Emissioni in aria | ||
| Emissioni in aria | Dal punto di vista ambientale non risultano normalmente rilevanti le emissioni aeriformi. Si vedano le tabelle 6 e 7 pag 112-113 per verificare quando si rende necessaria l'estrazione delle emissioni per contemperare le esigenze ambientali e quelle di salubrità del luogo di lavoro. | L'industria galvanica non presenta in genere problematiche legate a COV | |
| Settoriali | |||
| 18 | Rumore | ||
| Rumore | 1. identificare le principali fonti di rumore e i potenziali
soggetti sensibili. 2. ridurre il rumore mediante appropriate tecniche di controllo e misura |
1 - attenzione in caso di: pulitura mediante ghiaccio secco e movimentazione di massa di materiale (carico/scarico dei rotobarili) | |
| 19 | Agitazione delle soluzioni di processo | ||
| agitazione delle soluzioni di processo per assicurare il ricambio della soluzione all'interfaccia | 1. agitazione meccanica dei pezzi da trattare (impianti a
telaio) 2. agitazione mediante turbolenza idraulica 3. È tollerato l'uso di sistemi di agitazione ad aria a bassa pressione che è invece da evitarsi per: soluzioni molto calde e soluzioni con cianuro 4. non usare agitazione attraverso aria ad alta pressione per il grande consumo di energia. |
- 1 NUOVI IMPIANTI: vedi capitolo 7.5 tecnica sulla Movimentazione
Triassiale per processi di trattamento superficiali 2 - Utile specie laddove la soluzione necessita di operazioni di filtrazione, il circuito di turbolenza può quindi essere dotato di by-pass esterno collegato all'apparato filtrante (vedi più oltre mantenimento delle soluzioni di processo punto 20) 3 - la dissipazione di calore diventa molto utile quando si ha a che fare con processi che si autoriscaldano come ad esempio la cromatura dura o a spessore. I sistemi di agitazione a bassa pressione d'aria permettono una efficace regolazione della temperatura | |
| 20 | Minimizzazione dell'acqua e del materiale di scarto | ||
| Minimizzazione dell'acqua di processo | 1. monitorare tutti gli utilizzi dell'acqua e delle materie prime nelle installazioni, | A causa dei limiti imposti in Italia nelle acque di scarico
alla concentrazione di: boro, fluoruri, solfati, cloruri e tensioattivi
non è sempre possibile ridurre, oltre un certo valore, il consumo di acqua
a causa dell'arricchimento ad ogni riciclo di parametri non
depurabili 3 - vedi capitolo 7.2 | |
| 2. registrare le informazioni con base regolare a seconda del tipo di utilizzo e delle informazioni di controllo richieste. | |||
| 3. trattare, usare e riciclare l'acqua a seconda della qualità richiesta dai sistemi di utilizzo e delle attività a valle | |||
| 4. evitare la necessità di lavaggio tra fasi sequenziali compatibili | |||
| 21 | riduzione della viscosità | 1. ridurre la concentrazione delle sostanze chimiche o usare i
processi a bassa concentrazione 2. aggiungere tensioattivi 3. assicurarsi che il processo chimico non superi i valori ottimali 4. ottimizzare la temperatura a seconda della gamma di processi e della conduttività richiesta |
. |
| 22 | riduzione del drag in | 1. utilizzare una vasca eco-rinse, nel caso di nuove linee o
"estensioni" delle linee 2. non usare vasche eco-rinse qualora causi problemi al trattamento successivo, negli impianti a giostra, nel coil coating o reel-to reel line, attacco chimico o sgrassatura, nelle linee di nichelatura per problemi di qualità, nei procedimenti di anodizzazione |
1 - scarsa applicabilità in impianti soggetti alla IPPC (sopra i 30
mc) 2 - estremamente limitata la tecnica eco-rinse che oltretutto tende alla moltiplicazione delle vasche contenenti chemicals |
| 23 | riduzione del drag out per tutti gli impianti | 1. usare tecniche di riduzione del drag-out dove
possibile 2. uso di sostanze chimiche compatibili al rilancio dell'acqua per utilizzo da un lavaggio all'altro 3. estrazione lenta del pezzo o del rotobarile 4. utilizzare un tempo di drenaggio sufficiente 5. ridurre la concentrazione della soluzione di processo ove questo sia possibile e conveniente |
2 - vedi capitolo 7.2 |
| 24 | lavaggio | 1. ridurre il consumo di acqua e contenere gli sversamenti dei prodotti di trattamento mantenendo la qualità dell'acqua nei valori previsti mediante lavaggi multipli | 1 - A causa dei limiti imposti in Italia nelle acque di scarico alla concentrazione di: boro, fluoruri, solfati, cloruri e tensioattivi non è sempre possibile ridurre, oltre un certo valore, il consumo di acqua a causa dell'arricchimento ad ogni riciclo di parametri non depurabili |
| 2 tecniche per recuperare materiali di processo facendo rientrare l'acqua dei primi risciacqui nelle soluzioni di processo. | 2 - Senza portare ad aumenti indesiderati della concentrazione che compromettano la qualità della produzione | ||
| 25 | Mantenimento delle soluzioni di processo | ||
| mantenimento delle soluzioni di processo | 1 aumentare la vita utile dei bagni di processo, avendo
riguardo alla qualità del prodotto, 2. determinare i parametri critici di controllo 3 mantenere i parametri entro limiti accettabili utilizzando le tecniche di rimozione dei contaminanti (elettrolisi selettiva, membrane, resine a scambio ionico,...) |
. | |
| 26 | Emissioni: acque di scarico | ||
| Minimizzazione dei flussi e dei materiali da trattare | 1. minimizzare l'uso dell'acqua in tutti i processi. 2. eliminare o minimizzare l'uso e lo spreco di materiali, particolarmente delle sostanze principali del processo. 3. sostituire ove possibile ed economicamente praticabile o altrimenti controllare l'utilizzo di sostanze pericolose |
. | |
| 27 | Prove, identificazione e separazione dei flussi problematici | 1. verificare, quando si cambia il tipo di sostanze chimiche in
soluzione e prima di usarle nel processo, il loro impatto sui preesistenti
sistemi di trattamento degli scarichi. 2. rifiutare le soluzioni con i nuovi prodotti chimici, se questi test evidenziano dei problemi 3. cambiare sistema di trattamento delle acque, se questi test evidenziano dei problemi 4. identificare, separare e trattare i flussi che possono rivelarsi problematici se combinati con altri flussi come: olii e grassi; cianuri; nitriti; cromati (CrVI); agenti complessanti; cadmio (nota: è MTD utilizzare il ciclo chiuso per la cadmiatura). |
|
| 28 | Scarico delle acque reflue | 1. per una installazione specifica i livelli di concentrazione
devono essere considerati congiuntamente con i carichi emessi (valori di
emissione per i singoli elementi rispetto a INES
(kg/anno) 2. le MTD possono essere ottimizzate per un parametro ma queste potrebbero risultare non ottime per altri parametri (come la flocculazione del deposito di specifici metalli nelle acque di trattamento). Questo significa che i valori più bassi dei range potrebbero non essere raggiunti per tutti i parametri. In siti specifici o per sostanze specifiche potrebbero essere richieste alternative tecniche di trattamento. 3. considerare la tipologia del materiale trattato e le conseguenti dimensioni impiantistiche nel valutare l'effettivo fabbisogno idrico ed il conseguente scarico |
A causa dei limiti imposti in Italia nelle acque di scarico alla
concentrazione di: boro, fluoruri, solfati, cloruri e tensioattivi non è sempre possibile ridurre, oltre un certo valore, il consumo di acqua a causa dell'arricchimento ad ogni riciclo di parametri non depurabili 2 - Ottimizzare rispetto ai parametri più rilevanti in base alle lavorazioni effettuate dall'impresa in concreto. |
| 29 | Tecnica a scarico zero | Queste tecniche generalmente non sono considerate MTD per via dell'elevato fabbisogno energetico e del fatto che producono scorie di difficile trattamento. Inoltre richiedono ingenti capitali ed elevati costi di servizio. Vengono usate solo in casi particolari e per fattori locali. | A causa dei limiti imposti in Italia nelle acque di scarico alla
concentrazione di: boro, fluoruri, solfati, cloruri e tensioattivi non è sempre possibile ridurre, oltre un certo valore, il consumo di acqua a causa dell'arricchimento ad ogni riciclo di parametri non depurabili |
| 30 | Tecniche per specifiche tipologie di impianto | ||
| Impianti a telaio | 1. Preparare i telai in modo da minimizzare le perdite di pezzi e in modo da massimizzare l'efficiente conduzione della corrente. | . | |
| 31 | riduzione del drag-out in impianti a telaio | 1. ottimizzare il posizionamento dei pezzi in modo da
ridurre il fenomeno di scodellamento 2. massimizzazione del tempo di sgocciolamento. Questo può essere limitato da: tipo di soluzioni usate; qualità richiesta (tempi di drenaggio troppo lunghi possono causare una asciugatura od un danneggiamento del substrato creando problemi qualitativi nella fase di trattamento successiva); tempo di ciclo disponibile/attuabile nei processi automatizzati 3. ispezione e manutenzione regolare dei telai verificando che non vi siano fessure e che il loro rivestimento conservi le proprietà idrofobiche 4. accordo con il cliente per produrre pezzi disegnati in modo da non intrappolare le soluzioni di processo e/o prevedere fori di scolo 5. sistemi di ritorno in vasca delle soluzioni scolate 6. lavaggio a spruzzo, a nebbia o ad aria in maniera da trattenere l'eccesso di soluzione nella vasca di provenienza. Questo può essere limitato dal: tipo di soluzione; qualità richiesta; tipo di impianto |
5 - senza portare ad aumenti indesiderati della concentrazione che compromettano la qualità della produzione |
| 6 - L'inserimento dei lavaggi a spruzzo negli impianti esistenti può non essere fattibile | |||
| 32 | riduzione del drag-out in impianti a rotobarile | 1. costruire il rotobarile in plastica idrofobica liscia,
ispezionarlo regolarmente controllando le aree abrase, danneggiate o i
rigonfiamenti che possono trattenere le soluzioni 2. assicurarsi che i fori di drenaggio abbiano una sufficiente sezione in rapporto allo spessore della piastra per ridurre gli effetti di capillarità 3. massimizzare la presenza di fori nel rotobarile, compatibilmente con la resistenza meccanica richiesta e con i pezzi da trattare 4. sostituire i fori con le mesh-plugs sebbene questo sia sconsigliato per pezzi pesanti e laddove i costi e le operazioni di manutenzione possano essere controproducenti 5. estrarre lentamente il rotobarile 6. ruotare a intermittenza il rotobarile se i risultati dimostrano maggiore efficienza 7. prevedere canali di scolo che riportano le soluzioni in vasca 8. inclinare il rotobarile quando possibile |
2 - vedi tabella del capitolo 7.4 7 - Senza portare ad aumenti indesiderati della concentrazione che compromettano la qualità della produzione 8 - questa tecnica si applica per i cesti di verniciatura e nelle operazioni di centrifugazione |
| 33 | riduzione del drag-out in linee manuali | 1. sostenere il rotobarile o i telai in scaffalature sopra
ciascuna attività per assicurare il corretto drenaggio ed incrementare
l'efficienza del risciacquo spray 2. incrementare il livello di recupero del drag-out usando altre tecniche descritte |
. |
Tabella 10 - MTD settoriali
| Sostituzione e/o controllo di sostanze pericolose | |||
| 34 | Sostituzione dell'EDTA | 1. evitare l'uso di EDTA e di altri agenti chelanti
mediante utilizzo di sostituti biodegradabili come quelli a base di
gluconato o usando metodi alternativi 2. minimizzare il rilascio di EDTA mediante tecniche di conservazione 3. assicurarsi che non vi sia EDTA nelle acque di scarico mediante l'uso di opportuni trattamenti 4. nel campo dei circuiti stampati utilizzare metodi alternativi come il ricoprimento diretto |
. |
| 35 | Sostituzione del PFOS | 1. monitorare l'aggiunta di materiali
contenenti PFOS misurando la tensione superficiale 2. minimizzare l'emissione dei fumi usando, ove necessiti, sezioni isolanti flottanti 3. cercare di chiudere il ciclo |
1 - I PFOS sono oggetto di una azione comunitaria per la riduzione del rischio. In ogni caso nel settore trattamenti il loro utilizzo è minimale e connesso alla sicurezza sul luogo di lavoro |
| 2 - L'uso di elementi flottanti sferoidali o di altre forme è limitato dalla forma dei pezzi che vengono immersi ed estratti dalla soluzione e dalla frequenza di immersione/estrazione. Si possono causare dispersioni nell'am-biente di lavoro degli elementi flottanti contaminati. | |||
| 3 - La chiusura del ciclo va affrontata per singola fase produttiva, il concetto non è espresso in termini di ciclo chiuso ma di un ciclo che tende a chiudersi al massimo consentito dalla tecnologia. Questo avviene di rado in quanto sostanze che vengono sottratte all'acqua di lavaggio non sono di norma riutilizzabili nella fase di provenienza e danno luogo ad eluati concentrati di difficile smaltimento. Vanno inoltre considerati gli impegni di energia e di materiali che divengono spesso controproducenti a livello ambientale rispetto al risultato ottenibile. | |||
| 36 | Sostituzione del Cadmio | 1. eseguire la cadmiatura in ciclo chiuso | Data la pericolosità del Cadmio, dato il limite
applicato agli scarichi in Italia è consigliabile la chiusura del ciclo
per il Cadmio al di là delle considerazioni di economicità su cui si fonda
l'applicazione delle MTD. L'utilizzo della cadmiatura è limitato a richieste su specifiche militari ed aeronautiche. |
| 37 | Sostituzione del cromo esavalente | 1. sostituire, ove possibile, o ridurre, le concentrazioni di impiego del cromo esavalente avendo riguardo delle richieste della committenza | Vedasi più avanti nella tabella riguardo alle MTD sulle lavorazioni specifiche |
| 38 | Sostituzione del cianuro di zinco | 1. sostituire, ove possibile, la soluzione di cianuro di zinco con: zinco acido o zinco alcalino | . |
| 39 | Sostituzione del cianuro di rame | 1. sostituire, ove possibile, il cianuro di rame con acido o pirofosfato di rame | . |
Tabella 11 - MTD sostituzione e/o controllo di sostanze
pericolose
| Lavorazioni specifiche | |||
| 40 | Sostituzione di determinate sostanze nelle lavorazioni | ||
| Cromatura esavalente a spessore o cromatura dura | 1. riduzione delle emissioni aeriformi tramite: - copertura della soluzione durante le fasi di deposizione o nei periodi non operativi; - utilizzo dell'estrazione dell'aria con condensazione delle nebbie nell'evaporatore per il recupero dei materiali; - confinamento delle linee/vasche di trattamento, nei nuovi impianti e dove i pezzi da lavorare sono sufficientemente uniformi (dimensionalmente). 2. operare con soluzioni di cromo esavalente in base a tecniche che portino alla ritenzione del CrVI nella soluzione di processo. |
. | |
| 41 | Cromatura decorativa | 1. sostituzione dei rivestimenti a base di cromo
esavalente con altri a base di cromo trivalente in almeno una linea produttiva se vi sono più linee produttive. Le sostituzioni si possono effettuare con: 1.a cromo trivalente ai cloruri 1.b cromo trivalente ai solfati 2. verificare l'applicabilità di rivestimenti alternativi al cromo esavalente 3. usare tecniche di cromatura a freddo, riducendo la concentrazione della soluzione cromica, ove possibile |
1.a - in Italia la tecnica può incontrare delle difficoltà
nell'applicazione per i limiti di emissione dei cloruri nelle acque
reflue 1.b - in Italia la tecnica può incontrare delle difficoltà nell'applicazione per i limiti di emissione dei solfati e del boro nelle acque reflue. vd capitolo 7.1.3 2 - vedi capitolo 7.1.2 3 - vedi capitolo 7.1.1 |
| 42 | Finitura al cromato di fosforo | 1. sostituire il cromo esavalente con sistemi in cui non è presente (sistemi a base di zirconio e silani così come quelli a basso cromo). | . |
| . | Lucidatura e spazzolatura | ||
| 43 | Lucidatura e spazzolatura | 1. Usare rame acido in sostituzione della lucidatura e spazzolatura meccanica, dove tecnicamente possibile e dove l'incremento di costo controbilancia la necessità di ridurre polveri e rumori | Eccezione fatta per l'Italia visti gli attuali limiti imposti sul rame. |
| . | Sostituzione e scelta della sgrassatura | ||
| 44 | Sostituzione e scelta della sgrassatura | 1. coordinarsi con il cliente o operatore del processo precedente
per minimizzare la quantità di grasso o olio sul pezzo e/o selezionare
olii/grassi o altre sostanze che consentano l'utilizzo di tecniche
sgrassanti più eco compatibili. 2. utilizzare la pulitura a mano per pezzi di alto pregio e/o altissima qualità e criticità |
. |
| 45 | Sgrassatura con cianuro | 1. Rimpiazzare la sgrassatura con cianuro con altre tecniche | 1- In Italia si è esteso sempre più l'utilizzo di fasi di decapaggio elettrolitico sequenziali per sostituire sgrassature alcaline ai cianuri con effetti incrociati notevoli (vedasi: tecniche di rilancio delle acque di lavaggio, tecniche di allungamento della vita utile della soluzione decapante/sgrassante) |
| 46 | Sgrassatura con solventi | 1. La sgrassatura con solventi può essere rimpiazzato con altre
tecniche. (sgrassature con acqua,...). Ci possono essere delle
motivazioni particolari a livello di installazione per cui usare la
sgrassatura a solventi: - dove un sistema a base acquosa può danneggiare la superficie da trattare; - dove si necessita di una particolare qualità. |
Eventualmente vedere BRef su STS |
| 47 | Sgrassatura con acqua | 1. Riduzione dell'uso di elementi chimici e energia nella sgrassatura a base acquosa usando sistemi a lunga vita con rigenerazione delle soluzioni e/o mantenimento in continuo (durante la produzione) oppure a impianto fermo (ad esempio nella manutenzione settimanale) | . |
| 48 | Sgrassatura ad alta performance | 1. Usare una combinazione di tecniche descritte nella sezione 4.9.14.9 del Final Draft, o tecniche specialistiche come la pulitura con ghiaccio secco o la sgrassatura a ultrasuoni. | Vengono usate in casi specifici dove sono necessari elevati requisiti
di pulitura. Per la pulitura a ghiaccio secco tenere conto della problematica legata al rumore |
| 49 | Manutenzione delle soluzioni di sgrassaggio | ||
| Manutenzione delle soluzioni di sgrassaggio | 1. Usare una o una combinazione delle tecniche che estendono la vita delle soluzioni di sgrassaggio alcaline (filtrazione, separazione meccanica, separazione per gravità, rottura dell'emulsione per addizione chimica, separazione statica, rigenerazione di sgrassatura biologiche, centrifugazione, filtrazione a membrana,...) | . | |
| 50 | Decapaggio e altre soluzioni con acidi forti - tecniche per estendere la vita delle soluzioni e recupero | ||
| decapaggio e altre soluzioni con acidi forti - tecniche per estendere la vita delle soluzioni e recupero | 1. estendere la vita dell'acido usando la tecnica appropriata
in relazione al tipo di decapaggio specifico, ove questa sia
disponibile. 2. utilizzare l'elettrolisi selettiva per rimuovere gli inquinanti metallici e ossidare alcuni composti organici per il decapaggio elettrolitico |
. | |
| . | Recupero delle soluzioni di cromo esavalente | ||
| 51 | Recupero delle soluzioni di cromo esavalente | 1. Recuperare il cromo esavalente nelle soluzioni concentrate e costose mediante scambio ionico e tecniche a membrana. | Utilizzo ove conveniente di concentratori o evaporatori prima del passaggio alle resine |
| 52 | Lavorazioni in continuo | ||
| Lavorazioni in continuo | 1. usare il controllo in tempo reale della produzione per
l'ottimizzazione costante del processo 2. ridurre la caduta del voltaggio tra i conduttori e i connettori 3. usare forme di onda modificata (pulsanti,..) per migliorare il deposito di metallo nei processi in cui sia tecnicamente dimostrata l'utilità o scambiare la polarità degli elettrodi a intervalli prestabiliti ove ciò sia sperimentato come utile 4. utilizzare motori ad alta efficienza energetica 5. utilizzare rulli per prevenire il drag-out dalle soluzioni di processo 6. minimizzare l'uso di olio 7. ottimizzare la distanza tra anodo e catodo nei processi elettrolitici 8. ottimizzare la performance del rullo conduttore 9. usare metodi di pulitura laterale dei bordi per eliminare eccessi di deposizione 10. mascherare il lato eventualmente da non rivestire |
. | |
Tabella 12 - MTD lavorazioni specifiche
5.2 MIGLIORI TECNICHE
DISPONIBILI NELL'OSSIDAZIONE ANODICA E NEI PRETRATTAMENTI ALLA
VERNICIATURA
| ARGOMENTO | ATTIVITÀ INTERESSATA | MTD - BREVE DESCRIZIONE | NOTE | |
| Anodiz-zazione | Pre- trattamento alla verniciatura | |||
| Agitazione delle soluzioni di processo | * | . | · Agitazione delle soluzioni di processo per assicurare il movimento delle soluzioni fresche sulle superfici del materiale | . |
| Utilities in ingresso -energia e acqua | * | * | · Monitorare le utilities | . |
| Elettricità (solo per l'ossidazione anodica) |
* | . | · Minimizzazione delle perdite di energia reattiva per tutte
le tre fasi fornite, mediante controlli annuali, per assicurare che il cos
φ tra tensione e i picchi di corrente rimangano sempre sopra il valore
0,95 · Riduzione delle cadute di tensione tra i conduttori e i connettori, minimizzando, per quanto possibile, la distanza tra i raddrizzatori e la barra anodica · Tenere una breve distanza tra i raddrizzatori e gli anodi, e usare acqua di raffreddamento quando l'aria di raffreddamento risulta insufficiente per mantenere fredde le barre anodiche · Regolare manutenzione dei raddrizzatori e dei contatti (della barra anodica) del sistema elettrico · Installazione di moderni raddrizzatori con un migliore fattore di conversione rispetto a quello dei vecchi raddrizzatori · Aumento della conduttività delle soluzioni di processo mediante additivi e controllo delle soluzioni · Uso di forme d'onda modificate per migliorare il deposito di metallo |
. |
| Riscaldamento | * | * | · Uso di una o più delle seguenti tecniche: acqua calda ad
alta pressione, acqua calda non pressurizzata, fluidi termici - olii,
resistenze elettriche immerse in vasca, etc. · Quando si usano resistenze elettriche immerse, occorre prevenire i rischi di incendio |
. |
| Riduzione delle dispersioni di calore |
* | * | · Rappresenta una MTD una tecnica atta al recupero del calore · Riduzione della quantità di aria estratta dalle soluzioni riscaldate · Ottimizzazione della composizione della soluzione di processo e dell'intervallo termico di lavoro · Isolamento delle vasche · Isolamento con sfere galleggianti della parte superficiale delle soluzioni di processo riscaldate |
Processi a più basse temperature |
| Raffreddamento | * | . | · Prevenire un sovraraffreddamento ottimizzando la composizione della
soluzione e l'intervallo di temperatura di lavoro · É MTD l'uso di un sistema chiuso di raffreddamento, per i nuovi sistemi e per quelli che sostituiscono vecchi sistemi · É MTD l'uso dell'energia in eccesso proveniente dai processi di evaporazione delle soluzioni · Progettazione, ubicazione e manutenzione tali da prevenire la formazione e la trasmissione di legionella Non è MTD la tecnica che prevede di usare una sola volta l'acqua di raffreddamento, escluso il caso in cui ciò sia consentito dalle risorse locali di acqua |
. |
| Risparmio d'acqua e prodotti di normale uso | * | * | · Monitoraggio di tutti i punti dell'impianto in cui si usano acqua e
prodotti di consumo e registrazione a frequenza regolare a seconda
dell'uso e delle informazioni di controllo richiesti. Le informazioni
servono a tenere correttamente sotto controllo la gestione ambientale · Trattamento, utilizzazione e riciclo dell'acqua a seconda del livello qualitativo richiesto · Uso, quando possibile, di prodotti chimici compatibili tra una fase e la fase successiva del processo per evitare la necessità dei lavaggi tra una fase e l'altra |
. |
| Riduzione dei trascinamenti (drag-out) |
* | * | · Uso di tecniche che minimizzino il trascinamento dei prodotti presenti nelle soluzioni di processo, escluso il caso in cui il tempo di drenaggio può inficiare la qualità del trattamento | . |
| Riduzione della viscosità |
* | * | · Riduzione della viscosità ottimizzando le proprietà delle soluzioni di processo | . |
| Lavaggi | * | * | · Riduzione dei consumi d'acqua e contenimento degli sversamenti dei
prodotti di trattamento mantenendo la qualità dell'acqua nei valori
previsti, mediante lavaggi multipli. Il valore di riferimento dell'acqua
scaricata da una linea di processo che usa una combinazione di MTD
per minimizzare il consumo di acqua è pari a 3÷20 l/m2/stadio
lavaggio · Minimizzazione della quantità d'acqua usata nella fase di lavaggio, eccetto i casi in cui occorre diluire per bloccare la reazione superficiale in alcune fasi del processo (p.e. passivazione, decapaggio) |
. |
| Recupero di materiali | * | * | · La prevenzione e il recupero dei metalli rappresentano interventi prioritari Recupero dei metalli | . |
| Trattamento degli effluenti | * | * | · Minimizzazione dell'utilizzo di acqua nel processo | . |
| Identificazione e separazione di effluenti incompatibili | * | * | · Identificazione, separazione e trattamento degli effluenti che possono presentare problemi se combinati con altri effluenti | . |
| Residui | * | * | · Minimizzazione della produzione di residui mediante l'uso di
tecniche di controllo sull'utilizzo e il consumo dei prodotti di
processo · Separazione e identificazione dei residui prodotti durante il processo o nella fase di trattamento degli effluenti, per un loro eventuale recupero e riutilizzo |
. |
| Tecniche a scarico zero | * | * | · Queste tecniche sono basate su principi descritti e discussi nella sezione 4.16.12 del BRef | L'applicabilità di questa tecnologia è legata ad una analisi
tecnico‑ economica in quanto potrebbe comportare maggiori oneri per le aziende. La tecnologia può comunque essere considerata MTD nei casi in cui non sia applicabile una tecnica alternativa e/o quando il bilancio ecologico/eco-nomico del processo risulta competitivo rispetto alle altre tecnologie |
| Emissioni in aria | * | * | · Uso di tecniche atte a minimizzare i volumi di aria da trattare e da scaricare sulla base dei limiti imposti | Nella tabella 5.3 del BRef sono elencate le sostanze e/o le attività
nelle quali le emissioni fuggitive possono avere impatti ambientali, e
le condizioni in corrispondenza delle quali è necessaria la loro estrazione |
| Rumore | * | * | · Identificazione delle sorgenti di rumore significative e dei limiti imposti dalle autorità locali. Riduzione dei rumori entro i limiti previsti mediante tecniche consolidate | . |
| Bonifica del Sito | * | * | · Segregazione dei materiali entro zone ben delimitate utilizzando
cartelli di riferimento e descrizione di tecniche sulla prevenzione dai
rischi di incidente · Assistenza all'impresa che conduce la bonifica · Uso delle conoscenze specifiche, per assistere l'impresa che conduce la bonifica del Sito, con la sospensione del lavoro e la rimozione dal sito degli impianti, delle costruzioni e dei residui |
. |
| Aggancio pezzi | * | * | · Linee di aggancio e i ganci tali da minimizzare gli spostamenti del materiale, la perdita di pezzi e da massimizzare l'efficienza produttiva | . |
| Sostituzione e/o controllo di sostanze pericolose | * | * | · L'uso di un prodotto meno pericoloso rappresenta una generica MTD | . |
| Cromo esavalente | . | * | · Sostituzione, ove possibile, dei rivestimenti a base di cromo esavalente con altri a base di cromo trivalente o esenti da cromo | Gli strati di conversione chimica (cromica o fosfocromica) di colore
che varia dal giallo chiaro per i cromati al verde per i fosfocromati,
vengono prodotti sulle superfici di alluminio. L'uso principale avviene nel pre-trattamento dell'alluminio prima della verniciatura con prodotti vernicianti in polvere |
| Sostituzione e scelta dello sgrassante | * | * | · Verifica col cliente o con chi effettua lavorazioni precedenti al trattamento superficiale della possibilità di ridurre la presenza di olio e/o unto o dell'utilizzo di prodotti asportabili con sgrassanti a minimo impatto ambientale | . |
| Anodizzazione | * | . | · Uso del calore dalle soluzioni di fissaggio a caldo · Recupero della soda caustica · Riciclo, ove applicabile, delle acque di lavaggio · Usi di tensioattivi ecologici |
. |
Tabella 13 - Applicabilità delle MTD in ossidazione anodica e in
verniciatura
6. CONTRIBUTI ITALIANI ALLA STESURA DEL
BREF
In questo capitolo contestualizziamo i BRef a livello europeo alla
situazione più specifica italiana; ciò in buona parte vuol dire che indichiamo
le MTD proposte dalla delegazione italiana e che sono state recepite dal TWG di
Siviglia presso l'European IPPC Bureau nella stesura del documento BRef
comunitario.
Vengono inoltre indicate delle tecnologie che per ragioni di
tempistica od altro non sono state portate a Siviglia ma che si qualificano come
MTD e che potranno far parte di ulteriori contributi italiani al processo di
revisione continua dei BRef.
6.1. SOSTITUZIONE O RIDUZIONE DEI
COEFFICIENTI TECNICI D'IMPIEGO DEL CROMO ESAVALENTE
Le aziende italiane
si sono connotate per una forte spinta propulsiva nel cercare di sostituire e,
nel caso non fosse possibile, ridurre, almeno in alcuni contesti specifici,
l'utilizzo del cromo esavalente.
Questo sia in considerazione di motivazioni
endogene sia tenendo presente la elaborazione in corso presso DEFRA UK per una
Risk Reduction Strategy a livello comunitario riguardante il Cromo VI.
Ciò
porta quanto meno al tentativo di ridurre l'utilizzo di cromo esavalente. Il
problema non può dirsi infatti risolto con la completa eliminazione del Cr VI
dal processo di cromatura ma può condurre ad un suo impiego più razionale
attraverso la riduzione dei coefficienti tecnici di impiego.
6.1.1.
Cromatura a freddo (Cold Chromium)
È una nuova tecnica che è entrata in
produzione nel 2000 in un impianto italiano.
La temperatura del bagno di
processo con Cr VI viene mantenuta tra i 18°C - 19°C grazie a un sistema di
raffreddamento (invece dei 25°C - 35°C) A questa temperatura la concentrazione
del Cr VI nella soluzione di processo può essere ridotta del 50%. La qualità del
rivestimento è la stessa.
Benefici ambientali ottenuti:
>
minimizzazione del cromo esavalente utilizzato ed emesso
> minimizzazione
dell'evaporazione dalle soluzioni di processo
> minore energia usata nel
processo di elettrolisi
> riduzione dell'esposizione dei
lavoratori
> riduzione del consumo di acqua
> riduzione nell'impiego
di reagenti per il trattamento di acque reflue
> riduzione dei fanghi
prodotti
Cross-media effect:
Maggior energia richiesta per la
refrigerazione/raffreddamento (da considerare nel conto
costi/benefici).
Dati operativi:
soluzioni meno concentrate
richiedono più tempo per il trattamento
migliore qualità grazie al maggior
potere di penetrazione e maggiore omogeneità del rivestimento eliminazione del
problema delle bruciature sul pezzo trattato nei punti di alta densità di
corrente
Agevole accettazione da parte della committenza rispetto ad altre
MTD alternative.
Applicabilità:
la tecnica potrebbe essere
appropriata solo per nuovi impianti.
Driving force per
l'implementazione:
il maggior impulso per la sostituzione delle sostanze
dannose è legato alla salute e sicurezza dei lavoratori. Altre legislazioni
ambientali, come la legislazione per l'acqua guidata da PARCOM e Water
Framework.
6.1.2. Stagno cobalto3
È una MTD
alternativa che utilizza leghe di Sn/Co (Co 5-10%) per effettuare la cromatura
decorativa senza cromo. Questo metodo è stato testato e utilizzato per diversi
anni in alcune linee di produzione di installazioni in Italia. Questa tecnica di
finitura alternativa alla cromatura ha un'alta capacità di penetrazione (può
rivestire forme più complesse rispetto al cromo esavalente) e fornire una
finitura di alta qualità. Il colore di finitura risulta più scuro rispetto a
quello ottenuto con il cromo esavalente.
Benefici ambientali ottenuti:
minimizzazione dell'uso di cromo esavalente
trattamento delle acque
di scarico più facile ed efficace.
Cross-media effect:
alcune
formulazioni di bagni di stagno-cobalto contengono ammine chelanti che possono
causare problemi al sistema di trattamento delle acque reflue.
Dati
operativi:
Il bagno risulta piuttosto instabile ed è necessario uno
stretto controllo delle condizioni operative, soprattutto per il pH.
Potrebbe
essere necessario uno stadio di passivazione con Cr VI a concentrazione
minima.
I rotobarili devono essere costruiti in
acrilico.
Applicabilità:
È stata approvata per certe parti
interne nel settore auto a partire dal 1990 dalla General Motors.
Non ha alta
resistenza all'usura. Il costo è più elevato.
Driving force per
l'implementazione:
Il maggior impulso per la sostituzione delle sostanze
dannose è legato alla salute e sicurezza dei lavoratori.
Altre legislazioni
ambientali, come la legislazione per l'acqua guidata da PARCOM e Water
Framework.
___
3
Tra l'inizio e la fine dei lavori del TWG
questa tecnica è stata in gran parte rimpiazzata in Italia per applicare
tecniche alternative a base di cromo trivalente ai solfati. Le ragioni addotte
per l'abbandono di questa finitura sono state:
- difficoltà di gestione della
soluzione con problemi di mantenimento della stabilità della colorazione
ottenuta
- la soluzione degenera variando con passaggio da Sn2 a Sn4 anche
nei periodi di fermo
- riclassificazione estremamente peggiorativa del
solfato di Cobalto (anche se questa sostanza è presente in percentuali minime
sotto 0.1 % nella soluzione operativa)
___
6.1.3. Cromatura
decorativa trivalente a base di solfati
Una azienda di trattamenti
italiana con la collaborazione di altre 4 aziende fornitrici ha cercato di
verificare l'applicabilità di un processo di cromatura trivalente.
Il pool
promosso dal consorzio per lo sviluppo sostenibile nel settore STM Ecometal è
partito dalle analisi delle cause del mancato sviluppo della tecnica nota da
tempo di cromatura trivalente a base di Cloruri.
Evidenziati i problemi della
tecnica ai cloruri (colore diverso, scarsa penetrazione dell'elettrodeposito,
formazione di cloro all'anodo con problemi conseguenti) si è passati alla
ricerca ed allo sviluppo della nuova MTD.
Descrizione
In una
diversa matrice salina a base di Solfato e di Boro con appositi anodi al titanio
rivestiti di ossidi di metallo nobile catalizzatori per l'ossigeno ad una
temperatura di 55° - 57° con un tenore di cromo trivalente tra i 6 e gli 8 gr/l
si ottiene un processo con una colorazione stabile, che sviluppa ossigeno
all'anodo e con una penetrazione ottimale paragonabile a quella dello
stagno-cobalto.
Dati operativi:
colore ottenuto molto simile
alla cromatura decorativa tradizionale
migliore qualità grazie al maggior
potere di penetrazione e maggiore omogeneità
eliminazione del problema delle
bruciature sul pezzo trattato nei punti di alta densità di
corrente.
Benefici Ambientali
> minimizzazione del cromo
esavalente utilizzato ed emesso
> minore energia usata nel processo di
elettrolisi
> riduzione dell'esposizione dei lavoratori
> riduzione
del con sum o di acqua
> riduzione nell'impiego di reagenti per il
trattamento di acque reflue
> riduzione dei fanghi
prodotti
Cross-media effect:
Essendo applicabile alla sola
cromatura decorativa, si sottintende una preventiva nichelatura che utilizza
anch'essa Solfati e Boro. Non sarà quindi possibile estendere ad una intera
installazione la tecnica in Italia per una motivazione in più rispetto a quelle
comunitarie, dato che il limite sui solfati e sul boro è una caratteristica
propria del nostro paese. In questo momento si sta lavorando nelle imprese che
applicano questo processo su questa problematica
depurativa.
Applicabilità:
La tecnica potrebbe essere
appropriata solo per nuovi impianti, è estremamente più costoso il processo sia
in termini di costi dei materiali impiegati sia in in costi di manutenzione
della soluzione operativa che richiede trattamenti di prolungamento della vita
utile del bagno con resine a scambio ionico.
La committenza può
impedirne/ridurne la diffusione se non modifica le specifiche.
Gli
investimenti richiesti per la riconversione di impianti esistenti sono
elevati
L'applicazione di questa MTD è per tutti questi motivi solo
consigliata in almeno una linea produttiva per quelle installazioni che
possiedono una pluralità di linee produttive, si ritiene infatti necessaria una
certa pratica industriale per pervenire alla completa ottimizzazione e piena
applicazione.
La campagna di promozione del trattamento attuata da
Ecometal ha portato a superare nel 2005 la dozzina di installazioni in Italia
che utilizzano questa MTD.
Driving force per l'implementazione:
il maggior impulso per la sostituzione delle sostanze dannose è legato
alla salute e sicurezza dei lavoratori. Altre legislazioni ambientali, come la
legislazione per l'acqua guidata da PARCOM e Water Framework.
6.2.
FASI DI LAVAGGIO CHE UTILIZZANO ACQUA RICICLATA (MEDIANTE POMPE DI
RILANCIO)
Sono due le aziende di riferimento italiane che hanno
sperimentato questa tecnica di riutilizzo dell'acqua di lavaggio in più fasi di
lavaggio dello stesso impianto, ma la MTD in questione potrebbe essere anche più
diffusa di quanto si pensi.
Descrizione
La tecnica può essere
considerata come una estensione di un sistema di trattamento integrato
(comunemente conosciuto come Lancy system). L'acqua derivante da una fase di
lavaggio viene riutilizzata in un'altra fase di lavaggio, dove le
caratteristiche chimiche e fisiche acquisite nella prima fase possono essere
sfruttate nella seconda fase senza richiedere altri trattamenti
aggiuntivi.
Per esempio, in una installazione di elettrodeposizione di nichel
l'acqua derivante dal lavaggio dopo il processo di nichelatura potrebbe venire
usata ancora in altre fasi di lavaggio:
> dopo la sgrassatura
elettrolitica a freddo, poi
> dopo il decapaggio, ed eventualmente
>
dopo la pre-sgrassatura chimica a caldo
Benefici ambientali ottenuti:
> riduzione del consumo dell'acqua fino al 40%
> riduzione
degli elementi chimici usati grazie al minor sbalzo di ph tra una lavorazione
alcalina e acida (e viceversa)
> riduzione degli elementi chimici usati
per neutralizzare l'acqua prima di inviarla all'impianto di
trattamento
Dati operativi:
La tecnica si applica solo agli
impianti con processi senza cianuro.
È necessario un appropriato sistema di
tubature e pompe di rilancio.
Applicabilità:
La tecnica non è
sempre applicabile agli impianti esistenti per i quali va attuata una verifica
di fattibilità.
Driving force per l'implementazione:
Risparmio
di acqua ed elementi chimici
6.3. FLOTTAZIONE
Questa MTD è
stata applicata estendendo una pratica comune nelle aziende alimentari e
modificando opportunamente l'impianto per adattarlo alle esigenze di depurazione
del settore. Il primo motivo che ha spinto a sperimentare questa soluzione
tecnica era dettato da un problema locale di sviluppo di nitriti e nitrati in
certi periodi molto caldi estivi quando la temperatura dell'acqua nei
sedimentatori superava i 20 °C e non c'era la possibilità di una rapida
estrazione dei fanghi.
La tecnica viene applicata dopo la parte chimica
dell'impianto di depurazione chimico-fisico potendo sostituirsi od affiancarsi
alle consuete fasi di sedimentazione a seconda di fattori
specifici.
Descrizione
Particelle solide (o liquide come olio
o grasso) sono combinate con bolle d'aria, producendo un aggregato
particelle-aria che galleggiano sulla superficie e vengono
rimosse
Benefici ambientali ottenuti:
raggiungimento dei
valori limiti di emissione per le acque reflue
veloce estrazione dei fanghi
contenenti metalli
possibile riduzione di reagenti chimici, agenti
flocculanti, anti schiuma e carbone attivo.
Cross-media effect:
Potrebbe richiedere maggiore coagulante rispetto alla
sedimentazione
Consumo di maggior energia rispetto alla
sedimentazione.
Dati operativi:
Vengono usati tre
metodi:
> flottazione a vuoto, dove l'aria è dissolta a pressione
atmosferica seguita da una caduta di pressione per permettere la formazione
delle bolle
> flottazione ad aria indotta (IAF) dove piccole bolle sono
formate ed estratte nell'acqua reflua tramite un congegno di induzione come un
venturi
> flottazione ad aria dissolta (DAF) dove l'aria pressurizzata è
dissolta nell'acqua reflua o in parte dell'acqua reflua e rilasciata come
piccole bolle
I vantaggi sono:
> alta efficienza
> maggior
velocità di flottazione e quindi possibilità di usare installazioni più piccole
rispetto a sedimentazione statica
> pre-ispessimento dei fanghi
>
impianto modulare facilmente trasportabile, nelle nuove installazioni facilita
le operazioni di dismissione del sito rispetto alle vasche di sedimentazione in
cemento armato.
> se sostituisce i decantatori utilizza minor
spazio.
Gli svantaggi sono:
> richiesta di una flocculazione di
alta qualità per garantire una buona adesione delle bolle d'aria ai solidi
sospesi
Applicabilità:
> impianti nuovi ed
esistenti
Driving force per l'implementazione:
Può essere
richiesto per necessità di impianti completi di depurazione acque reflue o per
fattori locali specifici (es. divieto di scavo)
6.4. RIDUZIONE DEL
DRAG-OUT IN IMPIANTI A ROTOBARILE
Più che di una MTD si tratta di un
contributo di studio effettuato dal gruppo BAT per impianti Rotobarile di
Assogalvanica che ha portato ad elaborare una tabella meno semplicistica di
quella originariamente adottata nel draft del BRef. Tale tabella è stata
accettata nel BRef comunitario come uno dei contributi più qualificanti per la
ottimizzazione degli impianti rotobarile rispetto al problema del drag out. Si
sono distinte le tempistiche di sgocciolamento, i tempi di estrazione, i periodi
di fermo e le rotazioni in relazione ai diversi trattamenti o
pre-trattamenti.
Per ridurre il drag out il rotobarile deve essere
estratto lentamente e con un tempo di drenaggio sufficiente; vengono riportati
nella tabella sottostante i valori di riferimento:
| . | . | Tempo minimo | ||
| Processo | Fori (mm) | Estrazione (secondi) |
Sgocciolamento (secondi) |
Periodo di stazionamento (vedi nota *) |
| Plating | 2 | 5 | 24 | 3 x 6 |
| . | 3 | 5 | 20 | 3 x 6 |
| . | 4 | 5 | 16 | 2 x 6 |
| . | >6 | 5 | 12 | 2 x 6 |
| sgrassaggio/decapaggio | 2 | 5 | 24 | 3 x 6 |
| . | 3 | 5 | 20 | 3 x 6 |
| . | 4 | 5 | 16 | 2 x 6 |
| . | >6 | 5 | 12 | 2 x 6 |
| Passivazione | 2 | 5 | 16 | 1 x 6 |
| . | 3 | 5 | 12 | 1 x 6 |
| . | 4 | 5 | 8 | 1 x 6 |
| . | >6 | 5 | 4 | 1 x 6 |
| Sigillatura | 2 | 5 | 24 | 3 x 6 |
| . | 3 | 5 | 20 | 3 x 6 |
| . | 4 | 5 | 16 | 2 x 6 |
| . | >6 | 5 | 12 | 2 x 6 |
| Nota *: il rotobarile viene ruotato una, due o tre volte di 90° con un tempo di stazionamento di 6 secondi | ||||
Tabella 14 - Valori di riferimento
6.5. MOVIMENTAZIONE
TRIASSIALE
È sfuggita all'inserimento nelle STM BRef questa tecnica
brevettata in Italia di movimentazione meccanica dei pezzi immersi che migliora
notevolmente le performance dell'impianto in termini di qualità della
produzione, ampliando le possibilità di movimentazione meccanica rispetto
all'insufflazione ad aria meno favorita come MTD. Questa tecnica viene inserita
a futura memoria anche per far parte delle successive proposte della delegazione
italiana alla prossima revisione del BRef on STM. Visto che lo sviluppo delle
MTD è da intendersi come un processo continuo e che la tecnica risulta
applicabile ai nuovi impianti per produzioni a telaio, sia di "tipo a giostra"
che di "tipo a paranchi" dovrà esserne fatta opportuna
menzione.
L'applicazione relativamente recente in Italia di tecniche di
movimentazione meccanica dei pezzi immersi mediante movimentazione pluriassiale
(doppia movimentazione od a movimenti combinati) ha dato luogo già a più di
qualche applicazione sia in impianti situati in Italia che esportati. Nata nei
primi impianti che l'hanno sperimentata come doppia movimentazione (su due assi)
è stata quindi perfezionata e brevettata nella forma triassiale.
Il
riferimento viene fatto al Brevetto così descritto: Movimentazione triassiale
per processi di trattamento superficiali Brevetto n. 01293713 presentato il
20/06/97 rilasciato 10/03/99.
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