Betrieblicher Umweltschutz in Baden-Württemberg
 
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Umweltgerechte Auswahl und Badpflege

Auswahl galvanischer Bäder

Galvanische Bäder werden in erster Linie nach verfahrenstechnischen Gesichtspunkten und den Anforderungen an die Beschichtungsqualität ausgewählt. Für alle Metalle sind verschiedene Badtypen verfügbar. Es sollten daher neben den technischen Gesichtspunkten auch ökologische Gesichtspunkte in die Auswahl des Badtyps mit einbezogen werden.

Zu berücksichtigen ist z. B., dass bei den meist flexibler einsetzbaren cyanidischen Bädern ein zusätzlicher Aufwand bei der Abwasserbehandlung erforderlich ist (Cyanidentgiftung), der einen höheren Personal- und Materialaufwand erfordert. Cyanidische Bäder können in einigen Fällen durch saure oder alkalische cyanidfreie Lösungen ersetzt werden.

Ein weiterer problematischer Stoff ist Cr (VI), das für Anwendungen im elektronischen Bereich (ElektroG) und im Automobilbau (AltfahrzeugV) weitgehend verboten ist. Insbesondere für die Chromatierung sind inzwischen Alternativen auf Chrom (III)-Basis verfügbar.

Es sollte zudem auf die jeweils optimale Badkonzentration geachtet werden. Insbesondere teure Zusätze, wie Einebner oder Glanzbildner sollten nur in dem Maß wie erforderlich eingesetzt werden.

Badkontrolle

Bei galvanischen Bädern sollte eine Reihe von Parametern kontrolliert werden, um Rohstoffe zu sparen, Ausschleppungen zu verringern und die Qualität der Beschichtung zu sichern. Wesentliche und einfach zu messende Größen sind die Temperatur, die Dichte und die Leitfähigkeit. Die Metallkonzentrationen in den Bädern werden meist über eine Tritration bestimmt. So kann mit Hilfe dieser Überwachung die Badzusammensetzung in der Nähe des optimalen Bereichs gehalten werden.

Bild: Oberflächenmesstechnik, Qualitätsüberwachung der Beschichtung
Oberflächenmesstechnik, Qualitätsüberwachung der Beschichtung
Quelle: Universität Dortmund

In galvanischen Bädern laufen jedoch komplexe chemische und physikalische Prozesse ab, die sich oft einer exakten Messung entziehen. Es werden daher meist eine Reihe wichtiger Einzel- und Summenparameter gemessen und überwacht. Wichtig gerade auch für die Verminderung der Ausschleppungen sind die Parameter Temperatur und Viskosität des Bades, die einfach und direkt gemessen werden können. Eine wichtige Kenngröße für die Metallabscheidung und daher für den Beschichtungsprozess ist die Strom-Spannungskurve, die ebenfalls indirekt eine Aussage über die Badkonzentration zulässt. Für die Messung dieser Kenngröße ist eine spezielle Messvorrichtung erforderlich.

Trotz der Bemühungen einer möglichst genauen Badsteuerung, erfolgt ein Teil der Dosierung von Prozessstoffen nach wie vor auf der Basis von Erfahrungen.

Badpflege – Entfernung von Schadstoffen

Neben der Einstellung der korrekten Badkonzentration ist es wesentlich, Störstoffe kontinuierlich abzuscheiden. Feste anorganische Störstoffe werden weitgehend über die Werkstücke eingeschleppt. Sie entstehen auch im Bad z. B. als Anodenschlamm oder werden als Schmutz über die Luft eingetragen.

Über die Zeit reichern sich Härtebildner (Carbonate, z. B. bei cyanidischen Bädern) an, die durch Kühlkristallisation entfernt werden können.

Durch anodische Oxidation, kathodische Reduktion und andere Abbauprozesse bilden sich aus organischen Zusatzstoffen (z. B. bei Glanznickelbädern) organische Zersetzungsprodukte, die z. B. durch Adsorption an Aktivkohle aus dem Bad entfernt werden müssen.

Filtration - Reinigung von Bädern

Anorganische ungelöste Stoffe können durch Filtration entfernt werden. Als Filter werden Flächen- oder Anschwemmfilter eingesetzt. Die Filter werden im Bypass betrieben und regelmäßig  durch Rückspülung gereinigt.

Bei der Reinigung entstehen Filterschlämme, die, ebenso wie verbrauchte Filter, als gefährlicher Abfall entsorgt werden müssen.

Bild: Beispiel für einen Anschwemmfilter
Beispiel für einen Anschwemmfilter
Quelle: Fa. Hoffmann Maschinen und Apperatebau

Adsorption

Organische Schadstoffe können durch Adsorption an Aktivkohle aus dem Bad entfernt werden. Dabei ist zu beachten, dass hierbei alle organischen Zusatzstoffe zumindest teilweise mit aus dem Bad entfernt werden. D.h. anschließend müssen organische Hilfsstoffe wieder zudosiert werden.

Die verbrauchte, beladene Aktivkohle kann z. B. durch Heißdampf regeneriert werden. Dabei entsteht ein organisch belastetes Abwasser, das behandelt werden muss.

Verbrauchte Aktivkohle ist Sonderabfall und wird in der Regel in Verbrennungsanlagen entsorgt.

Kühlkristallisation

Die Kühlkristallisation ist eine Technik, mit der störende Salze selektiv aus einer Prozesslösung abgetrennt werden können.

Die Salze bilden sich durch Auflösen von Metallen oder Metalloxiden (Beizen) oder durch unerwünschte Reaktionen (Oxidation von Cyanid zu Carbonat). Durch Abkühlen einer Lösung verringert sich die Löslichkeit der meisten Salze, dies aber je nach Salzart in unterschiedlichem Maß. Daher kristallisieren bei Abkühlen einer Lösung mit verschiedenen Salzen jeweils nur bestimmte Salze des vorliegenden Salzgemisches aus, während das restliche Salz in der Lösung verbleibt. Die auskristallisierten Salze können durch Filtration einfach von der verbleibenden Lösung getrennt werden.

Die durch Kühlkristallisation erzielbare Standzeitverlängerung hängt davon ab

  • welche Salze aus welcher Elektrolytlösung "ausgefroren" werden sollen,
  • wie hoch die prozessbedingte Salzbildung ist und
  • welche Zeit für die Abreinigungsmaßnahme zur Verfügung steht.

Durch die Verschiedenartigkeit jedes Anwendungsfalles empfiehlt sich die Einzelprüfung auf Einsetzbarkeit.

Die Kühlkristallisation wird praktisch eingesetzt z. B.

  • zum Ausfrieren von Soda bei cyanidischen Bädern
  • zur Entfernung von Metallsalzen aus sauren Beizlösungen

Glossar

AltfahrzeugV
Verordnung über die Überlassung, Rücknahme und umweltverträgliche Entsorgung von Altfahrzeugen (Altfahrzeug-Verordnung - AltfahrzeugV).
Den Verordnungstext finden sie hier.


ElektroG
Gesetz über das Inverkehrbringen, die Rücknahme und die umweltverträgliche Entsorgung von Elektro- und Elektronikgeräten (Elektro- und Elektronikgerätegesetz - ElektroG).
Den Gesetzestext finden Sie hier


Gefährliche und nicht gefährliche Abfälle
Abfälle werden in gefährliche und nicht gefährliche Abfälle eingeteilt. Die als gefährlich einzustufenden Abfälle werden in der Abfallverzeichnisverordnung festgelegt und sind dort mit einem Stern gekennzeichnet. Ein Abfall gilt als gefährlich, wenn er eines oder mehrere Gefahrenmerkmale aufweist (z.B. Flammpunkt kleiner 55 °C oder Konzentration sehr giftiger Stoffe größer/gleich 0,1 %). Die frühere Differenzierung in besonders überwachungsbedürftige, überwachungsbedürftige und nicht überwachungsbedürftige Abfälle ist 2007 entfallen. Detaillierte Informationen über Sonderabfälle, gefährliche Abfälle und besonders überwachungsbedürftige Abfälle liefert beispielsweise das Umweltbundesamt.

Kühlkristallisation
Die Kühlkristallisation wird eingesetzt, um Salze aus Elektrolyten und Beizlösungen zu entfernen. Diese Salze bilden sich beispielsweise durch die Metallanreicherung in Beizen oder durch die Reaktion von Elektrolytbestandteilen in alkalischen und alkalisch-cyanidischen Elektrolyten mit dem Kohlendioxid aus der Luft zu störendem Natriumcarbonat (Soda).

Voraussetzung für die Kühlkristallisation ist, daß die Löslichkeit des entsprechenden Salzes mit sinkender Temperatur stark abnimmt und daß die anderen Elektrolytbestandteile bei der Kühltemperatur in Lösung bleiben. Da sich im Prozeßbad nur ein Salzbestandteil anreichert (Metall-Kation in der Beize, Carbonat-Anion in den alkalischen Elektrolyten), muß der jeweilige Partner nach der Kühlkristallisation ergänzt werden.

Als Abfall verbleiben Salze, die entweder wiederverwertet (cyanidhaltige Soda in cyanidhaltigen Entfettungsbädern, Eisensalze als Fällungsmittel in der Abwasserbehandlung), extern entsorgt oder der Abwasserbehandlungsanlage zugeführt werden.





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Literatur