METAL KAPLAMA ENDÜSTRİSİ

... konulu sunumlar: "METAL KAPLAMA ENDÜSTRİSİ"— Sunum transkripti:

1 METAL KAPLAMA ENDÜSTRİSİ
Ders: Sorumlu: Endüstriyel Kirlilik Kontrolü Prof. Dr. Ulusoy BALİ Hazırlayanlar A.Yasin Aydın Barış Sönmez Büşra Bilgi Davut Hançer Ece Çelik Görkem Bozoğlu İclal Oruç Muhammet Nalkıran Oğuzhan Ulutaş S. Batın Aydemir Şerife Doğan

2 Metal Kaplama Tarihçesi
Bir İtalyan bilim adamı olan Giovanni Galvani 18 yy.’de elektrik akımı ile iyonların hareket ettiğini bulmuş ve bu yolla metal iyonlarını iki elektrot arasında transfer etmiştir. Bu nedenle metal kaplamanın temelini bulduğu kabul edilmiş ve birçok yerde kullanılan galvaniz kelimesi bu bilim adamının soyadından gelmiştir. Daha sonra bu konuda birçok bilim adamı çalışmış ancak temel teorisini Faraday bulmuştur. 2/45

3 Metal Kaplama Endüstrisi’nin Tanıtımı
Metal kaplama sanayi hızla gelişen sanayi dalları arasında önemli bir yer tutmaktadır. Gelişen teknoloji ve tesislerine rağmen metal kaplama sanayii büyük miktarda çevre kirliliğine neden olmaktadır. Metal kaplama tesisleri, belirlenen teknik dokümanlara uygun olarak ve birçok değişik metal malzemenin kullanım amacına yönelik işlem yapmaktadır. 3/45

4 Metal Kaplama Endüstrisi’nin Tanıtımı
Metallerin yüzeylerini korumak metalin kendisini korumaktır. Çünkü yüzeyde küçücük bir noktada başlayan korozyon zaman içinde metalin iç kısımlarına doğru ilerler, paslanma ve çürüme gerçekleşir. Bu da metalin kullanımdaki ekonomik ömrünü kısaltır. Yılda üretilen demirin %20’sinin bu yolla devre dışı kaldığı düşünülürse, yüzeyi korumak amaçlı alınacak önlemlerin ne kadar değerli olduğu anlaşılabilir. 4/45

5 Metal Kaplama Endüstrisi’nin Tanıtımı
TABLO 1: Metal Kaplama Endüstrisinde Kullanılan Bazı Metaller ve Kullanım Amaçları 5/45

6 Metal Kaplama Endüstrisi’nin Tanıtımı
TABLO 2: Metal Kaplamanın Kullanıldığı Sektörler 6/45

7 Metal Kaplama Endüstrisi’nin Tanıtımı
ŞEKİL 1: Metal Kaplama Proses Adımları 7/45

8 Metal Kaplama Yöntemleri
Sıcak Daldırma: Kaplanacak metali başka bir metalin erimiş banyosu içine daldırarak kaplama işlemidir. Erimiş metal iki metal arasında alaşım meydana getirerek kaplamayı sağlar. Alüminyum, kurşun ve kalay için sıcak daldırma kaplama işlemi kullanılabilir. En yaygın kullanımı ise, çinko kaplamadır (galvanizleme). Sıcak daldırma kaplamadan önce temizleme işlemi yapılır. Püskürtme: Bu yöntemde, kaplama metali toz haline getirilir ve bir ısı kaynağı ile ergitilerek, ana metal üzerine püskürtülmesiyle kalama yapılmaktadır. Sherardizing Kaplama Yöntemi: Bu yöntemde, toz halindeki kaplama metali ile ana metal aynı kasa içerisine konularak, yüksek sıcaklıkta bir müddet bekletilmektedir. Elektroliz Yöntemi: Bu yöntemde ise ana metal katot, kaplama metali de anot olacak şekilde, uygun bir elektrolit içerisinde kaplama yapılmaktadır. 8/45

9 Galvanizasyon Yöntemi
Galvaniz Nedir? Metali, paslanmayı oluşturan dış etkenlerden uzak tutabilmek amacı ile metal yüzeylere koruyucu yöntemler uygulanır. Bu koruyucu yöntemlerden bazıları boya, plastik, nikel, krom, bakır ve çinko kaplamadır. Ancak; bütün bu kaplama yöntemleri arasında çinko kaplama en güvenli ve uzun ömürlü olanıdır. 9/45

10 Galvanizasyon Yöntemi
10/45

11 Galvanizasyon Yöntemi
Diğer yöntemler, ufak zedelenmelere karşı çok hassastır ve genelde korozyon bu zedelenmelerde baş gösterir. Oysa galvaniz kaplama çiziklere karşı dirençlidir ve hatta kendi kendini onarma özelliğine sahiptir. Buna “self healing effect” ve “katodik koruma” denir. Aynı nedenlerle, sıcak daldırma galvanizle kaplanmış yüzeyler, darbelere karşı da göreceli olarak daha korunmalıdır. 11/45

12 Galvanizasyon Yöntemi
Kaplanan malzeme ile çinko metalürjik bir bağ oluşturur ve malzeme yüzeyinde meydana gelen alaşım tabakaları dış etkilere karşı dayanıklı bir kaplama sağlar. Galvaniz, yüzey kaplama yöntemleri arasında en uzun ömürlü olanıdır ve hiçbir bakım gerektirmez. Belli bir estetik cazibesi vardır. İlk başları parlak ve iki boyutlu kristalin bir görünüşe sahip olan kaplama yüzeyi, zamanla matlaşarak homojen, mat gri renkte bir yüzeye dönüşür. 12/45

13 Galvanizasyon Yöntemi
Galvaniz olmuş metale kromat kaplanırsa ömrü artar. Galvaniz işleminden sonra dikkat edilmesi gerekenler; galvanizin mikron değeri, malzemeye yapışkanlığı, uygunluğu, deliklerdeki çapaklar, uç kısımlardaki galvaniz birikintileri, birbirine yapışmış malzemeler, kaplanmamış bölgeler, kül yapışması ve beyaz pastır. 13/45

14 Galvanizasyon Yöntemi
Metale, çinko kaplanarak aşınma direnci arttırılır. Paslanmayı önlenmenin en iyi yolu kaplama uygulamasıdır. Kaplama kalınlığı her geçen yıl azalarak kayba uğrar yani çinko her yıl belirli miktarlarda yok olur. Bu da metalin ömrünün daha önceden tespit edilmesini sağlar. Çinko, demir ya da çelikten daha reaktif olduğu için, ilk olarak çinko galvaniz kaplama korozyona uğrayarak alt katmanda bulunan demir ya da çeliği korur. 14/45

15 Galvanizasyon Yöntemleri
1. Elektrogalveniz Yöntemi 2. Sıcak Daldırma Yöntemi 15/45

16 Elektrogalveniz Yöntemi
Elektrolitle dolu bir kazanın içine 2 adet elektrot daldırılır. Bunlar Anot ve Katot elektrotlarıdır. Anot elektrotuna çinko (Zn), katoduna ise kaplanacak malzeme bağlanır. Yüksek akım, düşük gerilim üreteci ve redresör ile elektrik verilip anottan elektron koparılıp katoda yani malzemenin yüzeyine yapışması sağlanır. İşlem sonucunda pasivasyon yapılarak kaplamanın kalıcı olması sağlanır ve kaplama işlemi bitirilir. 16/45

17 Sıcak Daldırma Yöntemi
ŞEKİL 2: Sıcak Daldırma Galvaniz Kaplama Prosesi Sıcak Daldırma Yönteminde parçaların teker teker galvanizlenmesi gerekir, montaj yapılmadan galvanizleme yapılmalıdır. 17/45

18 Çinko Kaplama Prosesinde İş Akış Şeması
18/45 ŞEKİL 3: Çinko Kaplama Prosesinde İş Akış Şeması

19 Endüstri Atıksularının Özellikleri
Metal kaplama sanayinde elektro kaplama, elektriksiz kaplama, kimyasal dönüştürme kaplaması, temizleme vb. işlemler en fazla su kullanılan ve atıksu oluşturan işlemlerdir. Metal kaplama tesislerinde oluşan toplam sıvı atıklar fazla hacimli değildir. Fakat çok tehlikeli ve oldukça toksik atıklardır. En önemli toksik bileşenleri metaller, asitler, krom, nikel, kalay ve siyanürlerdir. 19/45

20 Endüstri Atıksularının Özellikleri
TABLO 3: Metal Kaplama Endüstrisi Üretim Proseslerinde Kirletici Kaynaklar 20/45

21 Endüstri Atıksularının Özellikleri
Metal sanayi atıksularının arıtılması; ön arıtma, ortak arıtma ve ileri arıtma olarak üç grupta ele alınabilir. Ön arıtma, Krom (VI) içeren atıksular için krom indirgeme, siyanür içeren atıksular için siyanür oksidasyonu, yağlı atıksular için emülsiyon kırma ve yağ ayırma işlemlerinden oluşur. Metal işleme proseslerinde kullanılan çözücüler geri kazanılır veya tehlikeli atık olarak uzaklaştırılır. Üretim proseslerinde kullanılan kompleks yapıcıları atıksudan uzaklaştırmak için yüksek pH’da çöktürme işlemi uygulanır. 21/45

22 Endüstri Atıksularının Özellikleri
Ön arıtmadan geçen atıksular için ortak arıtma kimyasal çöktürme işlemi olup, bu amaçla hidroksit, sülfür, sülfat ve karbonat çöktürmeleri uygulanabilir. Metal Kaplama Endüstrisi’nde kullanılan yöntemlere ait oluşan atıksular ile ilgili standartlar Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği’nin ilgili tablolarında verilmiştir. Standartların sağlanamadığı durumlarda tesis içi önlemler alınır. Zorunlu durumlarda ya da geri kazanma istenildiğinde ileri arıtma yöntemleri uygulanır. İleri arıtma yöntemleri olarak ultra filtrasyon, iyon değişimi ve ters osmoz kullanılabilir. 22/45

23 Endüstri Atıksularının Özellikleri
TABLO 4: SKKY 15.3, Metal Sanayi (Galvanizleme) 23/45

24 Endüstri Atıksularının Özellikleri
TABLO 5: SKKY 15.5, Metal Sanayi (Elektrolitik Kaplama, Elektroliz Usulüyle Kaplama) 24/45

25 Endüstri Atıksularının Özellikleri
TABLO 6: SKKY 15.7, Metal Sanayi (Sıcak Galvanizleme ve Çinko Kaplama) Tesisleri 25/45

26 Arıtma İşlemleri Metal kaplama sektörü atıksularının arıtımında dikkat edilmesi gereken en önemli konulardan biri atıksuyun asidik ve alkali özellikte olması ve ağır metal içermesinden dolayı kullanılan havuz veya tankların kısa bir zaman içinde zarar görmesidir. Bunun için kullanılan havuz ve tanklar plastik malzemeden üretilmektedir. En çok kullanılan plastik polipropilen (PP) malzemedir. 26/45

27 Arıtma İşlemleri Metal kaplama tesisleri atık sularında uygulanması gereken arıtma işlemlerini şu şekilde özetlemek mümkündür.  Siyanürlerin oksidasyonu +6 değerlikli kromun +3 değerlikli hale indirgenmesi ve çöktürülmesi Asit atıkların nötralizasyonu Metal atıklarının kimyasal yolla çöktürülmesi Çökeltim İyon değişimi Ters osmoz Nötralizasyon 27/45

28 Siyanürlü Atıksuların Arıtımı
Elektrolizle kaplamada çeşitli siyanür bileşiklerinden yararlanılmaktadır. Siyanürün bir başka kaynağı doğada çeşitli meyvelerin tohumlarında bulunan, “Amigdalin” adlı bir glikoziddir . Dünyada üretilen siyanürün yaklaşık %20'si madencilikte kullanılmaktadır (Sted,2003). Atık siyanürün en önemli kaynağı elektrolitik kaplama prosesidir. 28/45

29 Siyanürlü Atıksuların Arıtımı
Bu proseste, çözeltideki Cd, Zn ve Cu gibi metalleri tutmak için konsantre siyanür banyoları kullanılır. Kaplama çözeltisi; siyanür iyonları, metal siyanür kompleksleri ve yıkama sularını içermektedir. Kaplama atıksularındaki tipik siyanür konsantrasyonları aşağıdaki tablo da verilmiştir. Bu atıksularda ki siyanür konsantrasyonunun, dört günlük bir periyotta ortalama değer olarak 1 mg/L’ nin altına düşürüldükten sonra alıcı ortama deşarj edilebileceği belirtilmiştir (Uzun Parlak,2008). 29/45

30 Siyanürlü Atıksuların Arıtımı
TABLO 7: Kaplama Atıksularında Tipik Siyanür Konsantrasyonları (Uzun Parlak,2008) Proses Siyanür Konsantrasyonu (mg CN-/L) Kaplamada Durulama Suları Parlatma Banyosu Suları 15-20 Alkali Temizleme Banyosu 4,000-8,000 Kaplama Banyosu 30,000-10,0000 Pirinç Kaplama 16,000-48,000 Bronz Kaplama 40,000-50,000 Kadmiyum Kaplama 20,000-67,000 Bakır Kaplama 15,000-67,000 Gümüş Kaplama 12,000-60,000 Kalay-Çinko Kaplama Çinko Kaplama 4,000-64,000 30/45

31 Siyanürlü Atıksuların Arıtımı
CN içeren çinko kaplama atıkları alkalidir. Ancak siyanürün tam olarak giderilebilmesi için pH > 8.5 olması gerekir. pH’ı yükseltmek için ortama NaOH ilave edilir. pH değeri, pH metre ile otomatik olarak ayarlanır. Siyanür arıtımında uygulanan yöntemleri şu şekilde özetlemek mümkündür; A) Klor ve hipokloritler ile kimyasal oksidasyon B) Potasyum permanganat ile kimyasal oksidasyon C) Ozon ile kimyasal oksidasyon D) Elektrokimyasal oksidasyon E) Biyolojik yöntemler F) Fiziksel ve kimyasal yöntemler 31/45

32 Klor ile Kimyasal Oksidasyon
Serbest veya kompleks siyanür bileşiklerinin sulardan uzaklaştırılması için gaz veya sıvı haldeki klor kullanılabilir. (Şengül, 1991) Siyanürlerin siyanataoksidasyonu doğrudan klor ile veya ticari hipoklorit çözeltileri yardımı ile yapılır. Klorlamadan önce ortamın PH’ını yükseltmek için Ca(OH)2 veya NaOH ilave edilir. Böylece alkali ortamda klor ile oksidasyon sonucu siyanür, azot gazına dönüşür (Şengül, 1991). 32/45

33 Hipokloritler ile Kimyasal Oksidasyon
Hipoklorit ile siyanür kimyasal oksidasyonunda alkali hipoklorit ilavesi ile 15 dakika hızlı karıştırma, 60 dakika bekleme süresi uygulanarak dinlendirme yapılır. Böylece ortamdaki siyanür, azot gazına dönüştürülerek siyanür arıtımı tamamlanır (Şengül, 1991). 33/45

34 Ozon ile Kimyasal Oksidasyon
Ozon ile siyanür giderimi yaygın şekilde kullanılan bir oksidasyonprosesidir. Proseste siyanür, tam olarak kararlı son ürünlere (CO2 ve N2) oksitlenemez. Ancak ozonlamanın en önemli avantajı, arıtım işlemi sırasında herhangi bir kimyasal madde ilavesi gerektirmemesidir. Ozon ile siyanür oksidasyonu, ortamın asidik ya da bazik olmasına göre farklı reaksiyonlarla gerçekleşmektedir (Uzun Parlak, 2008). 34/45

35 Potasyum Permanganat ile Kimyasal Oksidasyon
Siyanürün oksidasyonunda kullanılan oksitleyicilerden bir diğeri de potasyum permanganat (KMnO4)’tır. Potasyum permanganat varlığında siyanür oksidasyonu,PH 9.0 ’dan büyük olduğu alkali koşullar altında gerçekleştirilir ve sonuç olarak siyanür iyonları siyanata dönüştürülür (Şengül, 1991). 35/45

36 Biyolojik Yöntemler ile Kimyasal Oksidasyon
Biyolojik arıtma teknolojileri ile atıksulardan siyanür giderimi, özellikle son yıllarda üzerinde yoğun olarak çalışılan siyanür arıtım teknolojilerindendir. (Uzun Parlak, 2008). Siyanür içeren atıksuların biyolojik yöntemlerle arıtımı için siyanür metabolizması yapan mikroorganizmalar hazırlanmalı ve özel önlemler alınmalıdır. Örneğin; aktif çamur prosesinde mikroorganizmaların karbon kaynağı olarak siyanürü kullanabilmeleri için ortamın nötral olması ve sisteme fazladan glikoz ilave edilmesi gerekir (Şengül, 1991). Düşük seviyelerde (10-20 mg CN- /L) siyanür içeren atıksuların uzun havalandırmalı biyolojik arıtma yöntemleri ile arıtılmaları mümkündür (Yiğit, 2008). 36/45

37 Fiziksel ve Kimyasal Yöntemler
Atıksuda bulunan serbest siyanürler demir tuzları ile arıtılabilir. Demir tuzları serbest siyanürle demir siyanür kompleksi yapar ve serbest siyanürün toksik etkisini azaltmış olur. Demirin aşırı kullanılarak oluşturulan demir siyanür kompleksi çöktürülerek veya katyonik yüzey aktif maddeler yardımı ile flotasyon suretiyle sudan uzaklaştırılabilir. Kimyasal çöktürme ve flotasyon işlemlerinin yanı sıra siyanür arıtımında kullanılan diğer yöntemler iyon değiştirme ve aktif karbon adsorpsiyonudur (Şengül, 1991) 37/45

38 Kromlu Atıksuların Arıtımı
Metal kaplama tesislerinden gelen kromlu atıksuların arıtılması için kimyasal çöktürme işlemi uygulanır. Altı değerlikli krom önce üç değerlikli hale indirgenir ve daha sonra kireç ile çöktürülür. Bu arıtma süreci indirgeme ve çöktürme adımlarından oluşmaktadır. Kromlu atıkların indirgenmesinde kullanılan indirgen maddeler demir sülfat, sodyum metabisülfit veya kükürt dioksittir. Ferro sülfat ve sodyum metabisülfit kuru halde veya çözelti halinde beslenebilir. SO2 ise sisteme doğrudan doğruya gaz silindirlerden difüze edilir. Krom gidermede kullanılan ferro sülfat çeşitli endüstriyel proseslerde yan ürün olarak elde edilebildiğinden ucuz bir indirgendir. 38/45

39 Kromlu Atıksuların Arıtımı
Ferro sülfat, kromik asit ve kromatları krom sülfata dönüştürür. Bu indirgen maddenin en önemli sakıncası verdiği çamur miktarının diğer reaktiflere kıyasla biraz daha fazla olmasıdır. Sülfitler, bisülfitler, metabisülfitler ve serbest kükürt dioksit aktif indirgen maddelerdir. Bu bileşikler ferro sülfatın yerine indirgen madde olarak kullanılabilirler ve çok daha az çamur oluştururlar. 39/45

40 Kromlu Atıksuların Arıtımı
Cr+6‘nın indirgenmesi olayı düşük pH değerlerinde çok verimli bir şekilde gerçekleştiğinden dolayı, kimyasal indirgen maddenin asidik özellikte olması gereklidir. Ferro sülfat indirgen madde olarak kullanıldıgında, Fe2+, Fe3+ ‘e oksitlenir. Cr6+ ise Cr3+ ‘e indirgenir. Eğer metabisülfit veya kükürt dioksit kullanılırsa, SO3 kökü SO4 ‘e dönüştürülür. Asitlendirme bikromatları kromik (Cr+3) tuzlarına indirger. Bu nedenle indirgenmeyi asidik ortamda yapmak ve bunu takiben alkali ortamda çöktürme yapmak gerekir. 40/45

41 Ters Osmoz Kaplama banyolarında kullanılan kimyasalların geri kazanılması ve atıksulardan ayrılması ters osmoz ile mümkündür. Ters osmoz ile bu atıksulardan değerli elementlerin geri kazanılmasına olan talep gün geçtikçe artmaktadır. Özellikle pH 7.0 ’ye yakın nikel çözeltilerinden nikelin giderimi için bu proses sıkça kullanılmaktadır. Pahalı nikel kimyasallarının bu yolla geri kazanılması ekonomik olmaktadır. Genellikle ters osmoz ile arıtılan su, durulama banyolarına geri döndürülmekte olup, kaplama banyosundaki kaplama işleminde kullanılan tuzlar konsantre hale gelmektedir. 41/45

42 İyon Değiştirme Metal kaplamada kullanılan kaplama tuzlarını geri kazanmak üzere iyon değişimi yöntemi kullanılmaktadır. Yıkama suları iyon değiştiricilerden geçirilerek içindeki kirleticilerden arındırılır. İyonlarından arındırılan su tekrar yıkama suyu olarak devreye alınır. İyon değiştiriciler zaman zaman rejenere edilmelidir. Krom, nikel, bakır, asit tipi kaplama çözeltileri buharlaşma vasıtası ile durulama tankından geri alınabilirler. Derişik hale getirilen çözelti daha sonra kaplama banyosuna geri döndürülür. Bu proses değerli metal tuzlarının geri kazanılması amacıyla kullanılması ile beraber ilk yatırım masrafı çok yüksek olan bir prosestir. 42/45

43 Metal Kaplama Atıksuları Arıtım Şeması Örneği
Diğer Yüzey İşlem Prosesleri 300 mg/lt KOI 22 mg/lt Yağ&Gres 99 mg/lt AKM 600 mg/lt KOI 220 mg/lt Yağ&Gres 330 mg/lt AKM Q= 1000 m3/gün 250 mg/lt KOI 18 mg/lt Yağ&Gres 83 mg/lt AKM 0.16 mg/lt CN- 15 mg/lt Cr3+ Q= 1200 m3/gün DAF 90% Oil&Grease 50% COD 70% TSS 200 mg/lt CN- Q= 100 m3/gün Koagülasyon & Flokülasyon CN- Oksidasyonu 2 mg/lt CN- pH=11 99% CN- 60% KOI 95% AKM 99% CN- 99% Cr6+ 180 mg/lt Cr3+ Elektrokaplama Cr6+ Redüksiyonu Cr3+ Çökeltme Tankı 180 mg/lt Cr6+ Q= 100 m3/gün 100 mg/lt KOI 18 mg/lt Yağ&Gres 4 mg/lt AKM mg/lt CN- 0,15 mg/lt Cr3+ Cr3+ Yeniden kullanma ŞEKİL 4: Metal Kaplama Atıksuları Hayali Arıtım Şeması Örneği 43/45

44 Kaynaklar Gündüz, E., Varınca, K.B., 2007, Organize Sanayi Bölgelerinde Katı Atık Yönetimi ve Tuzla Mermerciler OSB Örneği, Türkay, AB Sürecinde Türkiye’de Katı Atık Yönetimi ve Çevre Sorunları Sempozyumu, İstanbul, 9. Çakmakçı, M., Endüstriyel Atık Yönetimi, 18. Yılmaz, S., 2007, Metal Kaplama Endüstrisi Atıksularının Fenton ile Arıtımı, Selçuklu Üniversitesi Çevre Mühendisliği, Konya. Gündüz, E., 2007, Metal Kaplama Endüstrisi Atıksularının Fenton ile Arıtımı, Selçuklu Üniversitesi Çevre Mühendisliği, Konya. Yiğit, S., 2008, Nikel-siyanür Metal Kaplama İşlemi Durulama Banyo Atıksularının Elektrokimyasal Arıtımı, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Mühendislik Ve Fen Bilimleri Enstitüsü, Gebze Sönmez, S., 2006, Metal Kaplama Sanayi Atık Sularından Perlit Minerali İle Toplam Krom Gideriminin İncelenmesi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya. Kalınlı, İ., Industrıal Pollution Control, İstanbul Technical University. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, 2009, Metal Kaplama ve Galvanizasyon, Rehber Doküman, Life Hawaman Projesi. 44/45

45 METAL KAPLAMA ENDÜSTRİSİ
Ders: Sorumlu: Endüstriyel Kirlilik Kontrolü Prof. Dr. Ulusoy BALİ TEŞEKKÜRLER CUMHURİYET ÜNİVERSİTESİ Çevre Mühendisliği © 2013