مقالات تکنولوژی و تجهیزات ابکاری

ACID CLEANERS AND ACID ETCHANT LIFE EXTENSION

The starting point for extending the life of an acid bath is having good process controls for the acid bath. Without good monitoring and acid addition methodology, an acid bath can be prematurely disposed of just because the acid strength was not kept at the proper level. If an acid tank is minimally managed, such as running a tank for a month and then disposing of it with no acid additions or titrations over that time period, then the tank effectiveness is variable and unknown. This could lead to plating or finishing defects as the tank ages. If the tank, in reality, was in good condition in that time period, then disposing of the tank is a needless waste of acid and an added cost to treat the acid waste. In another direct assistance project, the New York State Pollution Prevention Institute was able to reduce a 500-ton-per-year acid waste stream to a 250-tonper-year waste stream at a savings of almost $200,000 per year. Rigorous acid management practices were used to produce these savings.

پاک‌کننده‌های اسیدی و افزایش طول عمر اچ‌ کننده‌های اسیدی

نقطه شروع برای افزایش عمر حمام اسیدی، بهره‌مندی از کنترلرهای فرایندی خوب برای حمام اسید است. بدون نظارت کافی و یک روش خوب برای افزودن اسید، ممکن است یک حمام اسید پیش از موعد مقرر خراب شود، فقط به این دلیل که قدرت اسید به میزان مناسبی حفظ نشده است. درصورتی‌که یک مخزن اسید در حداقل شرایط ممکن مدیریت شود منجر به اثربخشی متغیر و ناشناخته مخزن خواهد شد، به طور مثال یک مخزن به مدت یک ماه استفاده شود و سپس بدون افزودن هیچ‌گونه اسیدی یا انجام تیتراسیون در آن دوره زمانی دفع شود. این موضوع می‌تواند منجر به عیوب پرداخت‌کاری یا آبکاری با گذشت عمر مخزن شود. در واقع اگر مخزن در آن دوره زمانی، در شرایط خوبی قرار داشته باشد، پس نیازی به دفع مخزن نیست و هزینه افزوده‌ای را برای تصفیه فاضلاب اسید ایجاد می‌کند. موسسه پیشگیری از آلودگی ایالات نیویورک در یکی دیگر از پروژه‌های کمک مستقیم، توانست یک جریان 500 تن در سال از فاضلاب اسید را به ظرفیت 250 تن در سال با صرفه‌جویی حدود 200000 دلاری در سال، کاهش دهد. برای انجام این صرفه‌جویی‌ها از روش‌های مدیریت دقیق اسید استفاده شد.

Good process control means that there is a routine sampling of each acid tank for chemical analysis. On a weekly basis, and in the case of high production lines, a daily titration of the acid baths may be necessary to properly control the acid strength. Then there should be equally regular acid additions to the acid tanks based on the titration results to bring the acid levels back to their original strengths. For large operations there are systems available that do the titrations and acid additions automatically, such as Scanacon titration and acid-dosing equipment.

کنترل فرآیند خوب بدین معنی است که نمونه‌برداری روتین از هر مخزن اسید برای آنالیز شیمیایی وجود داشته باشد. در یک دوره هفته‌ای در مورد خطوط تولید بزرگ، به‌منظور کنترل مناسب قدرت اسیدی ممکن است به تیتراسیون روزانه حمام اسید نیاز باشد. سپس به منظور رسیدن مقدار اسید به مقدار اولیه خود، بایستی براساس نتایج تیتراسیون، میزان اسید اضافی به مخازن اصلی اسید اضافه گردد. در آبکاری‌های بزرگ‌، سیستم‌هایی وجود دارند که تیتراسیون را انجام داده و به صورت اتوماتیک اسید را اضافه می‌کنند، مانند تجهیزات تیتراسیون اسکناکون و تجهیزات اندازه‌گیری اسیدی.

Second, and usually less frequently, each acid tank should be measured for dissolved metal content. These two tests, titration and metal analysis, are the basic requirements for the proper function of the acid process.

نکته دوم و معمولا کم اهمیت‌تر این است که هر مخزن اسید باید به‌منظور اندازه‌گیری فلزات محلول اندازه‌گیری شود. این دو آزمون، تیتراسیون و آنالیز فلزات محلول، الزامات اساسی برای عملکرد مناسب فرآیند اسید هستند.

The main reason to dispose of an acid tank and start with a fresh chemistry is due to dissolved metal concentrations being high enough to interfere with the acid-metal reaction. Therefore, a means of extending the bath life involves either removing the dissolved metal or converting the dissolved metal to a form that no longer interferes with the acid-metal reaction.

دلیل اصلی دفع یک مخزن اسید و شروع کار با مواد شیمیایی جدید به علت افزایش غلظت فلزات محلول به اندازه‌ای است که با واکنش اسید و فلزات دچار مشکل شود. بنابراین یک ابزار برای افزایش طول عمر حمام عبارتست از حذف فلزات محلول یا تبدیل فلزات محلول به یک شکل دیگر که با واکنش اسید و فلزات تداخل نداشته باشد.

There are three commercially available methods that deal with the dissolved metal problem.

1. Additives to precipitate and/or sequester the dissolved metal

2. Diffusion dialysis

3. Acid sorption

سه روش تجاری در دسترس است که با مشکل فلزات محلول مقابله می‌کند.

1. استفاده از مواد افزودنی برای رسوب‌دادن و یا جداسازی فلزات محلول

2. دیالیز نفوذی

3. جذب اسید

1. Additives

Metal precipitation/sequestering is an in-tank means of removing a portion of dissolved metal by precipitation and a portion by sequestering (possibly chelation). PRO-pHx™ (www.pro-phx.com) is one example of such a chemical method. PRO-pHx has a proprietary formulation, but it is believed that part of the chemical reaction produced by PRO-pHx™ involves metal being sequestered because dissolved metal concentrations can go much higher than what would be expected without any apparent loss of acid-metal activity. The high concentrations of dissolved metal are prevented from interfering with the normal acidmetal activity which would indicate some form of sequestering action.

1. مواد افزودنی

رسوب و جداسازی فلزات یک روش دورن مخزنی به‌منظور حذف قسمتی از فلزات محلول توسط رسوب و قسمتی توسط جداسازی (احتمالا کمپلکس‌سازی) است. روش  PRO-pHx™ یک مثال از این روش شیمیایی است ((www.pro-phx.com. روش      PRO-pHx داراي فرمول خاصي است اما تصور می‌شود که بخشی از واکنش شيميايی توليد شده توسط ™PRO-pHx شامل جداسازی فلز می‌شود زیرا غلظت فلزات محلول بدون از دست دادن آشکار فعاليت اسيد و فلز، می‌تواند بسيار بالاتر از حد انتظار باشد. غلظت‌های بالای فلز محلول از تداخل در فعالیت‌های اسید و فلز نرمال جلوگیری می‌شود که می‌تواند برخی از انواع اقدامات جداسازی را نشان دهد.

In normal operating use, PRO-pHx is added to the acid tank to maintain a 1% concentration of the additive. A portion of the dissolved metal forms a precipitate that can be filtered. The remainder of the dissolved metal stays in the acid tank but in a form that is not active.

در شرایط کاری معمولی، PRO-pHx به مخزن اسید افزوده می‌شود تا غلظت 1 درصدی افزودنی را حفظ کند. بخشی از فلزات محلول رسوبی را شکل می‌دهد که می‌تواند فیلتر شود. اما باقیمانده فلزات محلول، در شکل غیرفعال در مخزن اسید باقی می‌ماند.

2. Diffusion dialysis

The diffusion dialysis process makes use of a membrane that allows the acid’s negative ions (SO4-2, NO3-2, Cl-1, etc.) to pass through while preventing the positive metal ions from passing through. A typical system is 90% efficient, meaning that 90% of the acid is recovered and 90% of the metal is removed in each membrane pass. The results are a waste stream that is high in dissolved metal and a acid stream that can be returned to the acid tank.

2. دیالیز نفوذی

فرایند دیالیز نفوذی از غشا استفاده می‌کند که به یون‌های منفی اسید (SO4-2، NO3-2، Cl-1، و غیره) اجازه می‌دهد که از غشا عبور کند، درحالی‌که از عبور یون‌های فلزی مثبت جلوگیری می‌کند. یک سیستم معمولی 90 درصد کارآیی دارد، یعنی 90 درصد اسید بازیافت شده و در هردفعه‌ای که از غشا عبور می‌کنند 90 درصد از فلزات حذف می‌شود. در نتیجه یک جریان فاضلاب با میزان فلزات محلول بالا به وجود می‌آید و جریان اسیدی که می‌تواند به مخزن اسید بازگردد.

3. Acid sorption

The process of acid sorption works on the same principle as ion exchange in a water deionization system. The acid anions (negative charge) are captured from the acid solution stream by an ion exchange resin while allowing the positive metal ions to pass through. Then the resin column is back-flushed with fresh water to free the acid anions. This back-flushed solution is, therefore, rich in acid and poor in dissolved metal. The acid-rich solution can then be returned to the acid tank. This method is between 80% and 90% efficient.

3. جذب اسید

این فرایند جذب اسید بر اساس همین اصل تبادل یونی در یک سیستم دی‌یونیزاسیون آب کار می‌کند. آنیون‌های اسیدی (بار منفی) از جریان محلول اسید توسط یک رزین تبادل یونی گرفته می‌شود، در حالی که یون‌های مثبت فلزی از غشا عبور می‌کنند. سپس به منظور آزادسازی آنیون‌های اسیدی، ستون رزین با آب تازه بک واش می‌شود. بنابراین این محلول بک واش، غنی از اسید و از لحاظ فلزات محلول فقیر است. سپس محلول غنی از اسید می‌تواند به مخزن اسید بازگردد. این روش بین 80 تا 90 درصد کارایی دارد.

The acid sorption process is commonly used in large aluminum anodizing systems to maintain the amount of dissolved aluminum in the correct range. The economics will determine which method of acid recovery makes sense for each metal finisher. Again, that is why it is critical to know the cost of acid purchases and disposal to determine the payback for acid recovery systems.

فرایند جذب اسید معمولا در سیستم‌های آنودایزینگ بزرگ آلومینیوم برای حفظ مقدار آلومینیوم محلول در حد مجاز استفاده می‌شود. صرفه اقتصادی تعیین می‌کند که کدام روش بازیابی اسید، برای هر یک از پرداخت‌کاران فلزات مناسب است. باز هم به همین علت، آگاه بودن از هزینه دفع و خرید اسید برای تعیین بازپرداخت سیستم‌های بازیابی اسید مهم است.