مقاله آلودگی های زیست محیطی در فرایند آبکاری و راهکارهای کاهش آن

بخشی از مقاله

آلودگی هاي زیست محیطی در فرایند آبکاري و راهکارهاي کاهش آن

چکیده

مقوله محیط زیست از موارد مورد توجه در توسعه پایدار هر کشور محسوب میشود. از طرف دیگر صنعت آبکاري با توجه به کاربرد گسترده آن از جمله اصلی ترین صنایع آلوده کننده محیط زیست به شمار می رود. فرایندهاي آبکاري از طریق آلوده کردن آب، هوا، خاك و همچنین ایجاد آلودگی صوتی محیط زیست را تهدید میکنند؛ لذا در ابتدا بایستی فرایندها و آلودگیهاي آن شناخته شده و سپس راهکارهاي کاهش آلودگی مورد بررسی قرار گیرند. در این راستا بهینه کردن فرایندهاي رایج و یا جایگزینی روشهاي نوین، اصلی ترین رهیافتها محسوب میگردند که در این مقاله به فراخور شرایط به هر دو راهکار پرداخته شده است.

به طور کلی در این پژوهش ضمن معرفی مراحل فرایند شامل پیش عملیات ها، آبکاري و شستـشو، پسیو نمودن و در نهایت خشک کردن، آلودگیهاي ایجاد شده در این مراحل بـه تفکیـک (آلـودگی هاي پساب، هوایی، جامد و صوتی) مورد بررسی قرار گرفته و راه حل هاي مناسب و عملی کاهش و یا حذف آنها ذکر شده است.

کلمات کلیدي

آلودگی، آبکاري، پساب، محیط زیست

.1 تعریف

آبکاري الکتریکی1 در واقع، شامل رسوب نشانی یک لایه نازك محافظ (عموماً فلزي) بـر روي سـطح آمـاده شده یک فلز با استفاده از فرآیندهاي الکتروشیمیایی است. در فرآیند آبکاري، فلزي که تحت آبکاري قرار میگیـرد، عموماً به عنوان کاتد در حمام الکترولیت درنظرگرفته می شود. محلولهاي آبکاري، اسید یا الکل هستند و همچنـین گاهی می توانند عاملی پیچیده مانند سیانید باشند.[1]

.2 مراحل فرایند و آلودگیهاي آن

فرآیند آبکاري شامل یک سري پیش عملیات (تمیزکاري، گریس و روغن زدائـی و سـایر عملیـات آمـاده سازي)، آبکاري و شستشو، پسیو نمودن و در نهایت خشک کردن مـیباشـد. درحالـت کلـی، آلـودگی هـاي ناشـی ازفرایند آبکاري بیشترمربوط به مراحل پیش عملیات وآبکاري میباشد.

درمرحله تمیزکاري از حلالهاي گوناگونی مانند هیدروکربنهاي کلرور شده (که کار با آنها خطرناك است)،
عوامل تمیز کننده سطح2 شامل سود سوزآور و دستهاي از اسیدهاي قوي با توجه بـه سـطح فلـز مـورد نظـر بـراي آبکاري، استفاده میگردد. همچنین درمرحله آبکاري، از محلول هاي گوناگونی استفاده می شود که هریک به نحوي می توانند موجب آلودگی شوند1] و.[2

آلودگی هاي ناشی از فرایند آبکاري در حالت کلی شامل آلودگی هاي پساب، هوایی، جامـد و صـوتی مـی باشد که در این قسمت به تفکیک مورد بررسی قرار گرفته اند.

.1.2 آلودگیهاي پساب

مهمترین نوع آلودگی ناشی از فرایند آبکاري، آلودگی ناشی از پساب ها می باشد. هر کدام از موادي کـه بـه نحوي در آبکاري الکتریکی استفاده میشوند (به عنوان مثال محلولهاي اسیدي، فلزات سـمی، حلالهـا و سـیانیدها)

میتوانند در پساب (در طی شستشوي محصولات یا از اسپیلیج3 و روبرداري4 حمام هـاي فراینـد) یافـت شـوند. در جدول (1) مقدار مجاز آلاینده ها در پساب صنایع آبکاري ذکر شده است.

حلالها و بخارات ناشی از حمامهاي آبکاري منجر به بالا رفتن مقدار اجزاء آلی قابـل تبخیـر 5(VOCs) و در بعضی موارد اجزاء فلزي قابل تبخیر می شودکه از جمله این اجزاء می توان کرومات ( نمک اسید کرومیـک) را نـام برد.[1]

تقریبا %30 حلالها و عوامل روغن زدا مورد استفاده، میتوانند به عنوان ) VOCs هنگامی که حمامها احیاء نشوند) در محیط رها گردند. مخلوط شدن پساب هاي سیانیدي و اسیدي میتوانـد منجـر بـه تولیـد گـاز مرگبـار سیانید هیدروژن شده که باید از آن جلوگیري شود.

بایستی توجه داشت ترکیب و مقدار پسابها به شدت متغیر است 1 – 500) لیتر بر هر متر مربع از سـطح آبکاري شده) ولی معمولاً بسته به نوع فرآیند، از نظر فلزات سنگین شامل کادمیم، کروم، سرب، مس، روي، نیکـل و همچنین سیانیدها، فلوئوریدها و روغن و گریس، غنی می باشند. همچنین تمیز کردن یا تعویض نمودن مخزنهاي فرآیند و عملیاتهاي موجود بر روي پساب میتواند مقادیرزیادي لجنهاي خیس و مرطـوب محتـوي مقـادیر زیـادي فلزات یا مواد آلی سمی تولید کند1] و .[3 معمولا پساب آبکاري تحت فرایند تصفیه قرار میگیرد. مراحـل تـصفیه

2

شامل خنثی سازي با آب آهک یا سود یا منیزیم بوده که به دنبال آن عمل فیلتراسیون رسوب حاصل، توسط فیلتر صفحهاي و یا فیلتر پرسی انجام می شود 4] و.[5

در زیر به مهمترین فلزات سنگین و ترکیبات سمی که در برخی از فراینـدهاي آبکـاري تولیـد مـیگردنـد، اشاره شده است.

.1.1.2کادمیم

یکی از معمول ترین فلزات درآبکاري کادمیم است که دربعضی کاربردها بهتـرین خـواص را در مقایـسه بـا سایر فلزات دارد.کادمیم عنصري است نسبتاً کمیاب، نرم، با رنگ سفید مایل به آبـی کـه سـمی اسـت و در سـنگ معدن روي موجود میباشد. بیشترین کاربرد آن در ساخت باطريها و صنایع آبکاري و پوششهاست؛ به طوري کـه
60% از کادمیم تولید شده در صنایع آبکاري الکتریکی به کار میرود.[6]
کادمیم از معدود عناصري است که هیچگونه نقش ساختاري در بـدن انـسان نـدارد، ایـن عنـصر و محلـول ترکیبات آن حتی به میزان بسیار کم، سمی هستند و به همین دلیل حد مجاز آن براي رهاسازي در آب هاي روان 0/01 – 0/004 mg/lit است6] و.[7

اصلی ترین کمپلکس استفاده شده درحمام هاي آبکاري، سیانید کادمیم [Cd(CN)4-2] است. براي ساخت آن، اکسیدکادمیم درسیانیدسدیم حل شده تااین کمپلکس که رایج ترین محلول آبکاري است، ساخته شـود. البتـه دراینجا باید متذکرشد که سایر الکترولیت هاي آبکاري، شامل سـولفات،کلریدوپیرو فـسفات کـادمیم نیـز متـداول هستند.[8]

.2.1.2 محلول هاي سیانید

سیانید پتاسیم وسدیم در فرمولاسیون حمام آبکاري الکتریکی براي رسوب دهی مس، روي، کـادمیم، نقـره وآلیاژهایی مانند برنج و برنز استفاده میشوند. حمام هاي آبکاري الکتریکی ممکن است از ترکیبـات سـیانیدي فلـز مورد نظر مانند سیانید مس، سیانید طلا، سیانید پتاسیم یا سیانید نقره نیز استفاده کنند. با مصرف شـدن محلـول آبکاري، از واکنش بین فلزات حل شده درآند و سیانید سدیم یا پتاسیم، سیانیدهاي پیچیده به وجود میآیند.[8]

.3.1.2 محلول هاي مس/ فرمالدهید

رسوب دادن مس به صورت الکترولس، به طور وسیعی به منظور هادي کردن سطح یک غیـر هـادي ماننـد پلاستیک به کارمی رود.در این حالت، یک رسوب نازك ازمس، به عنوان پیش رسوبی براي پوشش هاي اصلی نظیر پوشش مس و نیکل عمل می کند. همچنین فرمالدهید، یک ترکیب سرطان زا وآلوده کننده آب است که به عنـوان عامل احیا کننده در حمام هاي نمک الکترولس استفاده میگردد. علاوه بر این، غبارهـاي قلیـایی ناشـی از بازیـابی هیدروژن نیز، یک عامل مضر دیگر می باشد که باید به آن توجه نمود.[8]

.4.1.2 کروم شش ظرفیتی

آبکاري کروم شش ظرفیتی، یکی ازانواع رایج آبکاري است. اصلی ترین جزء در ایـن محلـولهـاي آبکـاري، ترياکسید کروم (CrO3) است که حدود %52 کروم شش ظرفیتی دارد. حالت اکسیداسیون کروم شـش ظرفیتـی، سمی ترین شکل آن است که توسط آژانس حفاظت از محیط زیست آمریکا، به عنوان یکی ازخطرناکترین ترکیبات شیمیایی شناخته شده است. تحقیقات نشان داده، کسانی که براي مدت طولانی درتماس با این ترکیب(یا یون آن)

قرار گیرند، در معرض ابتلا به سرطان خواهند بود. همچنین مقادیر کم کـروم شـش ظرفیتـی منجربـه مـسمومیت چرخه آبی میگردد.[9]

3

.5.1.2 روي

روي((Zn یکی از فلزات انتقالی جدول تناوبی است و چهارمین فلز متداول و مورد استفاده درصنعت پس از آهن، آلومینیوم و مس میباشد. این فلز براي آبکاري بسیاري از فلزات و آلیاژها ( مانند فولاد ) جهـت جلـوگیري از زنگ زدگی آنها مورد استفاده قرار میگیرد. روي از عناصر ضروري زندگی انسان است کـه نقـش بـسیار مهمـی در سلامت بدن ایفا میکند؛ به طوري که در میان عناصر ضروري بدن انسان، روي پس از آهن دومین عنصر به لحـاظ کارایی و مقدار میباشد.

درمجموع فلز روي به عنوان یک فلز سمی شناخته نمی شود؛ ولی همان طور که در ابتداي بحث نیز بـه آن اشاره شد، مانند هر ماده دیگري، مقدار بیش از حد مجاز آن در محیط زیست زیان بار است؛ به طـوري کـه بعـضی اوقات استنشاق اکسید روي می تواند تحریک زا باشد7 ]و10و.[11

.6.1.2 سایرعوامل

از دیگر عوامل آلوده کننده محیط زیست در آبکاري که از اهمیت کمتري درمقایـسه بـا عوامـل ذکـر شـده برخوردار است، می توان به تجزیه آندهاي استفاده شده درآبکاري، ذرات غبار و آلودگی هاي آبی ناشـی از عملیـات تصفیه ناقص پساب ها اشاره کرد.[8]

.2.2 آلودگیهاي هوایی

آلودگی هاي هوایی از دیگر انواع آلودگی هاي مورد توجه می باشد. به طور کلی هودها و سیستمهاي تهویه مناسب، محیط کار را در مقابل این نوع آلودگی محافظت میکننـد؛ ولـی بایـد جریانهـاي خروجـی جهـت کـاهش VOCs و فلزات سنگین تحت عملیات قرار گیرند، تا به حد قابل قبول براي رها سازي در هوا برسند. حـداقل %90

پراکندگی و نشر هوایی حلال ها، بایستی توسط سیستم کنترل آلودگی مثل فیلتر هاي کربنی بازیافت شود. با ایـن حال باید متذکر شد حلال هاي مخرب لایه ازن1 مانند کلوروفلوروکربن ها و تري کلورواتان نباید در فرایند استفاده شوند1]و.[12

علاوه بر استفاده از فیلترهاي کربنی، که اجازه استفاده مجدد حلالها را می دهد، مقدار VOCs در بخارات می تواند به وسیله احتراق و بازیافت انرژي پس از تمیز کردن، جذب و یا به وسیله روشهاي عملیاتی دیگر، کـاهش یابد.[1]

همچنین در راستاي کاهش آلودگی هاي هوایی، اخیراً دستگاهی طراحی شده است که این امکان را فراهم می سازد تا از هواي فشرده سیستم موجود، به عنوان منبع هواي پاکیزه استفاده گـردد. از جملـه کاربردهـاي ایـن دستگاه، استفاده از آن در ماسکهاي صورت، هود، دودکشها، کلاههـاي ایمنـی و دیگـر وسـایل کمـک تنفـسی را میتوان نام برد.[13]

.3.2 آلودگیهاي جامد

لجنهاي تولیدي درحین فرایندآبکاري را عمدتاً به عنوان آلودگی هاي جامـد مـی شناسـند. ایـن لجـنهـا حاوي مقادیر بالایی فلزات سنگین هستند و بایستی به طور معمول بـه عنـوان یکـی از ضـایعات خطرنـاك، تحـت کنترل درآمده و یا به بخش هاي تصفیه فلزات که عمدتاً از روش هاي الکترولیتی استفاده میکنند، فرستاده شـود.

کلسیم، آهن و به مقدار کمتري منیزیم و آلومینیوم سایر اجزاي اصلی تشکیل دهنده لجن باقی مانده میباشند.

لجنهاي مذکور عموماً ضخیم و خشک هستند و توسط عوامل شـیمیایی (مثـل آهـک)، قبـل از بازیافـت، پایدار شدهاند. اخیرا قانون منع دفع مواد جامد و لجن سمی به خصوص فلزات سمی مسئله بازیافت را بیش از پیش