Powłoka powierzchniowa jest niezbędnym elementem wielu procesów przemysłowych i jest stosowana w wielu branżach. Stosuje się je w celu poprawy właściwości materiałów, takich jak ochrona przed korozją, odporność na zużycie, dekoracyjny wygląd i odporność chemiczna. Stosowane są różne technologie i materiały, takie jak farby, powłoki galwaniczne, powłoki proszkowe lub powłoki PVD (fizyczne osadzanie z fazy gazowej).

Kluczową kwestią związaną z powlekaniem powierzchni jest oczyszczanie powstających ścieków i roztworów procesowych. Są one często zanieczyszczone metalami ciężkimi, rozpuszczalnikami organicznymi i innymi zanieczyszczeniami i wymagają specjalistycznych procesów oczyszczania i ponownego wykorzystania. Niniejszy artykuł szczegółowo wyjaśnia praktykę powlekania powierzchni, zaangażowane branże i firmy oraz oczyszczanie wody i ścieków.

Branże i firmy stosujące powłoki powierzchniowe

Powlekanie powierzchni ma kluczowe znaczenie w wielu gałęziach przemysłu. Każda branża ma specyficzne wymagania dotyczące powłok, które z kolei wymagają różnych procesów i materiałów.

1. przemysł motoryzacyjny

Aplikacje
Powłoka powierzchniowa odgrywa decydującą rolę w przemyśle motoryzacyjnym, aby spełnić wysokie wymagania dotyczące trwałości, ochrony przed korozją i jakości wizualnej. Często stosowanym procesem jest katodowe malowanie zanurzeniowe (CDP), w którym części karoserii są równomiernie pokryte warstwą ochronną zapobiegającą korozji. Powłoki dekoracyjne są stosowane do listew ozdobnych, emblematów lub felg, gdzie nacisk kładziony jest nie tylko na ochronę, ale także na estetykę. Powłoki ochronne są nakładane na elementy aluminiowe lub plastikowe w celu zwiększenia ich odporności na naprężenia chemiczne i mechaniczne.

Wyzwania
Obróbka wstępna, na przykład przy użyciu kąpieli fosforanujących, prowadzi do powstawania dużych ilości ścieków zawierających metale ciężkie i pozostałości oleju. Muszą one być oczyszczane w tak zwanych zakładach CP lub zakładach flotacji w celu zapewnienia zgodności z limitami prawnymi. Ponadto usuwanie chemikaliów procesowych i emulsji wymaga starannego planowania oczyszczania ścieków, ponieważ pozostałości w ściekach mogą zakłócać działanie dalszych systemów.

2. przemysł lotniczy

Zastosowania
Powłoki powierzchniowe są niezbędne w przemyśle lotniczym, ponieważ stosowane materiały są narażone na ekstremalne warunki środowiskowe, takie jak wysokie temperatury, wilgoć i czynniki korozyjne. Twarde anodowanie lub chromianowanie są często stosowane w celu zwiększenia odporności elementów aluminiowych na zużycie i korozję. W przypadku lekkich komponentów, które wymagają wysokiej wytrzymałości i niskiej wagi, stosuje się specjalne powłoki ochronne, aby wydłużyć żywotność materiału.

Wyzwania
Stosowanie wysoce reaktywnych chemikaliów, takich jak związki zawierające chrom(VI), stanowi znaczne obciążenie dla środowiska. Ścieki są często silnie zanieczyszczone i wymagają wieloetapowych procesów oczyszczania, w tym strącania, neutralizacji i filtracji. Ponadto, surowe przepisy dotyczące ochrony środowiska stanowią wyzwanie dla funkcjonowania zakładów powlekania, zwłaszcza w odniesieniu do bezpiecznego usuwania pozostałości.

3. przemysł elektroniczny

Zastosowania
W przemyśle elektronicznym powłoki galwaniczne są często stosowane do pokrywania płytek drukowanych miedzią, cyną lub złotem. Te cienkie warstwy metalu poprawiają przewodność elektryczną i chronią komponenty przed utlenianiem. Powłoki ochronne są również stosowane w celu ochrony przed wilgocią i zakłóceniami elektrycznymi, szczególnie w przypadku wrażliwych komponentów, takich jak mikroprocesory.

Wyzwania
Ścieki z procesów galwanicznych zawierają wysokie stężenia metali ciężkich, takich jak miedź i nikiel. Muszą być one usuwane za pomocą złożonych systemów wymiany jonowej lub procesów strącania. Ścieki zawierają również rozpuszczalniki organiczne i dodatki, które stanowią dodatkowe wyzwanie.

4. przemysł budowlany i architektoniczny

Zastosowania
Powłoki proszkowe są często stosowane w budownictwie i architekturze do elementów elewacji, ram okiennych i belek stalowych. Powłoki te nie tylko zapewniają ochronę antykorozyjną, ale także przyczyniają się do poprawy wyglądu. Solidne powłoki antykorozyjne są niezbędne dla konstrukcji stalowych w mostach lub wieżowcach, aby wydłużyć ich żywotność.

Wyzwania
Ścieki zawierają pozostałości farb proszkowych, pigmentów i środków wiążących, które są wytwarzane w kabinach lakierniczych i procesach czyszczenia. Cząstki te muszą zostać usunięte poprzez filtrację lub oczyszczanie chemiczne, aby zapewnić zgodność z przepisami dotyczącymi ścieków. Ponadto wahania składu ścieków mogą negatywnie wpływać na wydajność oczyszczalni.

5. przemysł meblarski i przetwórstwa drewna

Zastosowania
W przemyśle meblarskim i drzewnym lakiery są nakładane na powierzchnie drewniane, aby pełnić zarówno funkcję dekoracyjną, jak i ochronną. Wysokiej jakości lakiery nadają elementom kuchennym lub meblom atrakcyjny wygląd i zapewniają lepszą ochronę przed wilgocią, brudem i czynnikami mechanicznymi. Okleiny drewniane i laminaty są również bardziej trwałe dzięki specjalnym powłokom.

Wyzwania
Ścieki często zawierają rozpuszczalniki organiczne i pigmenty barwiące, które trudno jest rozłożyć przy użyciu konwencjonalnych procesów biologicznych. Oczyszczanie wymaga zastosowania instalacji flotacyjnych w celu usunięcia zanieczyszczeń. Ponadto bezpieczna utylizacja powstałych pozostałości jest ważnym czynnikiem w projektowaniu procesu.

6. inżynieria mechaniczna i obróbka metali

Zastosowania
Powłoki takie jak galwanizacja, niklowanie lub twarde chromowanie są stosowane w inżynierii mechanicznej i obróbce metali w celu ochrony komponentów przed korozją i zużyciem. Powłoki proszkowe są stosowane na częściach maszyn lub narzędziach w celu zwiększenia ich odporności na naprężenia chemiczne i mechaniczne.

Wyzwania
Woda płucząca z procesów galwanicznych zawiera wysokie stężenia metali ciężkich, które muszą być usuwane poprzez chemiczne wytrącanie w systemach CP i filtrację. Ponadto w ściekach często obecne są pozostałości emulsji i smarów, które wymagają dodatkowych etapów oczyszczania, takich jak flotacja lub filtracja membranowa. Zgodność z surowymi wymogami prawnymi dotyczącymi metali ciężkich w ściekach stanowi dodatkowe wyzwanie.

Proces powlekania powierzchni

1. proces galwanizacji

Powłoki galwaniczne wykorzystują procesy elektrochemiczne do osadzania jonów metali z roztworu na powierzchniach podłoża. Procesy takie jak galwanizacja, niklowanie lub złocenie są często stosowane w przemyśle motoryzacyjnym i elektronicznym. Powstające ścieki zawierają metale ciężkie, takie jak nikiel, miedź lub cynk, a także potencjalnie toksyczne substancje, takie jak cyjanki, które muszą być oczyszczane za pomocą wieloetapowych procesów chemicznych.

2. malowanie proszkowe

W malowaniu proszkowym sproszkowany materiał powłokowy jest ładowany elektrostatycznie i natryskiwany na powierzchnię. Proszek jest następnie zestalany przez ogrzewanie. Podczas procesu powstają ścieki zawierające cząstki i spoiwa organiczne, które są oczyszczane przez filtrację i wytrącanie chemiczne.

3. proces malowania

Płynne farby lub kolory są nakładane przez natryskiwanie, zanurzanie lub walcowanie. Powstała woda czyszcząca jest często zanieczyszczona rozpuszczalnikami organicznymi, pigmentami barwiącymi i środkami powierzchniowo czynnymi. Substancje te są usuwane w tak zwanych systemach CP.

4. katodowe powlekanie zanurzeniowe (katodowe malowanie zanurzeniowe)

Powłoka KTL wykorzystuje procesy elektrochemiczne do nakładania powłoki ochronnej na powierzchnie metalowe. Ścieki zawierają wysokie stężenia substancji organicznych i metali ciężkich, które są usuwane przez systemy flotacji.

5. powłoki PVD i CVD

Technologie cienkowarstwowe, takie jak PVD (fizyczne osadzanie z fazy gazowej) i CVD (chemiczne osadzanie z fazy gazowej) wytwarzają niezwykle cienkie powłoki poprzez fizyczne lub chemiczne osadzanie z fazy gazowej. Czyszczenie komór procesowych wytwarza ścieki z pozostałościami organicznymi, które muszą być oczyszczane za pomocą procesów fizyko-chemicznych, takich jak instalacje flotacyjne lub instalacje CP.

Oczyszczanie wody i ścieków w powlekaniu powierzchni

Oczyszczanie wody i ścieków w procesie powlekania powierzchni ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia zgodności z wymogami prawnymi, obniżenia kosztów operacyjnych i ochrony środowiska.

1. wstępna obróbka mechaniczna

Wstępne oczyszczanie mechaniczne jest pierwszym etapem oczyszczania ścieków i służy do usuwania grubych zanieczyszczeń przed rozpoczęciem kolejnych procesów.

• Przesiewanie:
  Zastosowanie sit skutecznie usuwa ze ścieków gruboziarniste cząstki, takie jak pozostałości farby, proszek lub inne ciała stałe. Sita mechaniczne są szczególnie odpowiednie dla dużych ilości ścieków i znacznie zmniejszają obciążenie kolejnych etapów oczyszczania. W zależności od wielkości cząstek stosuje się różne rozmiary oczek lub obrotowe sita bębnowe.

• Sedymentacja:
  Podczas sedymentacji zawieszone ciała stałe i cięższe cząstki są oddzielane grawitacyjnie. Ciała stałe osiadają na dnie osadnika i mogą zostać oddzielone jako szlam. Sedymentacja jest szczególnie odpowiednia dla substancji, które są trudne do rozpuszczenia, takich jak pigmenty lub pozostałości metaliczne. W celu optymalizacji procesu można stosować środki wspomagające sedymentację, takie jak flokulanty.

2. obróbka chemiczna

Oczyszczanie chemiczne jest niezbędnym etapem usuwania rozpuszczonych zanieczyszczeń, takich jak metale ciężkie lub barwniki. Procesy te umożliwiają manipulowanie właściwościami chemicznymi ścieków w ukierunkowany sposób.

• Strącanie i flokulacja:
  Strącanie chemiczne jest stosowane do usuwania rozpuszczonych metali ciężkich i barwników ze ścieków. Poprzez dodanie środków strącających, takich jak sole żelaza lub glinu, zanieczyszczenia są przekształcane w nierozpuszczalne związki, które można następnie usunąć z wody. Flokulanty są stosowane w celu promowania agregacji cząstek, umożliwiając tworzenie większych kłaczków, które mogą być łatwiej sedymentowane lub filtrowane.

• Instalacje neutralizacji:
  Precyzyjna regulacja pH jest wymagana w celu zapewnienia stabilności ścieków i skuteczności kolejnych etapów oczyszczania. Dodając kwasy lub zasady, wartość pH jest dostosowywana do poziomu neutralnego w celu optymalizacji reakcji chemicznych, takich jak wytrącanie, i zminimalizowania właściwości korozyjnych ścieków.