Il ciclo di scarico del bagno
Un bagno di nichelatura brillante accumula nel tempo impurità metalliche. Il ferro derivante dalla corrosione dei riscaldatori in acciaio inossidabile, il rame dalle sbarre collettrici gocciola, lo zinco dalla dissoluzione del pezzo pressofuso-colato-ciascun contaminante alla fine raggiunge una concentrazione in cui la qualità del deposito è compromessa. Il bagno deve essere parzialmente o completamente scaricato e sostituito con prodotti chimici freschi.
Una parte significativa del carico di contaminazione proviene dallo scambiatore di calore. Una bobina di acciaio inossidabile che si corrode a 0,15 mm/anno in un bagno di nichel da 8.000 litri rilascia circa 1,5 kg di ferro all'anno. Questo continuo apporto di ferro accorcia l'intervallo tra gli scarichi del bagno. Se il bagno potesse durare 12 mesi senza contaminazione di ferro, potrebbe durare solo 6 mesi con il ferro che contribuisce al riscaldamento.
Gli scambiatori di calore in PTFE non rilasciano alcuna contaminazione metallica. L'eliminazione di questa fonte continua di contaminanti prolunga l'intervallo tra gli scarichi del bagno, riducendo i costi di acquisto dei prodotti chimici, i costi di smaltimento dei rifiuti e i tempi di fermo della produzione per la sostituzione del bagno.
Il calcolo dell'estensione della vita del bagno
L'intervallo di scarico del bagno è determinato dal tempo necessario affinché la concentrazione del contaminante raggiunga la soglia alla quale la qualità del deposito diventa inaccettabile. La soglia dipende dal contaminante e dal processo di placcatura. Per il ferro contenuto nel nichel lucido la soglia è di circa 25 ppm.
Senza la corrosione del riscaldatore, il tasso di accumulo del ferro è determinato esclusivamente dal trascinamento-dai pezzi in lavorazione e dalla contaminazione atmosferica-tipicamente 1-2 ppm a settimana. Da una concentrazione iniziale di 5 ppm (bagno fresco), occorrono 10-20 settimane per raggiungere 25 ppm, corrispondenti ad una durata del bagno di 10-20 settimane o circa 3-5 mesi.
Con la corrosione del riscaldatore che aggiunge 0,15 mm/anno di dissoluzione del ferro, l'apporto aggiuntivo è di circa 3 ppm a settimana. Il tasso di accumulo totale diventa 4-5 ppm a settimana. Il tempo per raggiungere 25 ppm da 5 ppm è di 4-5 settimane. La durata del bagno è ridotta a circa un mese.
Tabella 1: Confronto della durata del bagno e dei costi - con e senza riscaldatore-Contaminazione derivata dal ferro (bagno al nichel brillante da 8.000 litri)
| Parametro | Con riscaldatore in acciaio inossidabile | Con scambiatore di calore in PTFE |
|---|---|---|
| Accumulo di ferro dal riscaldatore (ppm/settimana) | 3 | 0 |
| Accumulo di ferro da altre fonti (ppm/settimana) | 1.5 | 1.5 |
| Tasso di accumulo totale del ferro (ppm/settimana) | 4.5 | 1.5 |
| Tempo da 5 ppm a 25 ppm Soglia Fe (settimane) | 4.4 | 13.3 |
| Scarichi del bagno all'anno | 11.8 | 3.9 |
| Costo dei prodotti chimici del bagno per discarica ($ 5/L × 8.000 L parziale) | $ 12.000 (dumping parziale del 30%) | $12,000 |
| Costo annuale dei prodotti chimici per il bagno | $141,600 | $46,800 |
| Costo annuale di smaltimento dei rifiuti ($ 1,50/L × volume scaricato) | $42,480 | $14,040 |
| Costo annuo relativo al bagno- | $184,080 | $60,840 |
| Risparmio annuale con PTFE | – | $123,240 |
Il valore di stabilità delle prestazioni del bagno
Oltre al risparmio diretto sui costi di smaltimento e prodotti chimici, la durata prolungata del bagno offre vantaggi operativi. Ogni discarica del bagno interrompe la produzione. Il nuovo bagno richiede diversi giorni di funzionamento per raggiungere l'equilibrio chimico. Durante questo periodo di rodaggio, la qualità del deposito potrebbe essere più variabile e la velocità di placcatura potrebbe differire da quella del bagno invecchiato.
Meno scarichi del bagno significano meno periodi di rodaggio-, una qualità di produzione più costante e aggiustamenti del processo meno frequenti. Questi vantaggi sono reali ma più difficili da quantificare rispetto al risparmio diretto sui prodotti chimici. Contribuiscono al sostegno finanziario complessivo per la conversione del PTFE.
L’impatto più ampio della contaminazione
La corrosione dei riscaldatori metallici rilascia non solo ferro ma anche nichel e cromo. Il cromo è particolarmente problematico a basse concentrazioni-anche solo 5 ppm possono influenzare l'aspetto brillante dei depositi di nichel. Una bobina in acciaio inossidabile che rilascia cromo a una frazione della velocità di rilascio del ferro può comunque innescare problemi di qualità che costringono a scaricare il bagno prima che venga raggiunta la soglia del ferro.
Il PTFE elimina tutta la contaminazione metallica dallo scambiatore di calore. Le uniche fonti di contaminazione sono i pezzi in lavorazione, gli anodi e le fonti di deposizione atmosferica-che possono essere gestite attraverso pratiche di pretrattamento e pulizia standard senza il contributo nascosto e continuo del riscaldatore corrosivo.
Riepilogo
L'eliminazione della contaminazione metallica derivante dalla corrosione dei riscaldatori a immersione attraverso la conversione del PTFE prolunga la durata del bagno di nichel lucido da circa 4-5 settimane a 13+ settimane tra uno scarico e l'altro. La maggiore durata del bagno riduce i costi annuali di prodotti chimici e di smaltimento di circa 123.000 dollari per un singolo bagno da 8.000 litri, più del costo dello scambiatore di calore in PTFE.
L’impatto finanziario della ridotta frequenza di scarico del bagno, combinato con il vantaggio di stabilità operativa derivante da un minor numero di cambi del bagno, rende l’eliminazione della contaminazione uno dei vantaggi finanziariamente più significativi della conversione del PTFE nelle applicazioni di placcatura sensibili alle impurità metalliche.
L'analisi tecnica per la quantificazione dell'estensione della durata del bagno in processi di placcatura specifici è disponibile previa presentazione della frequenza attuale di scarico del bagno, del volume del bagno e del costo dei prodotti chimici, delle soglie dei contaminanti e di eventuali dati storici sulla contaminazione derivata dal riscaldatore-.
