Galvanische Oberfl?chenbeschichtung

Bei der galvanischen Oberfl?chenbeschichtung werden funktionale Schichten mit einer Dicke von nur wenigen μm auf die Grundmaterialien von Werkstücken aufgebracht. Das spart Ressourcen.

Inhaltsverzeichnis

 

Was ist galvanische Oberfl?chenbeschichtung?

Aufgabe der Oberfl?chentechnik ist es, Werkstücke und Produkte mit geeigneten Oberfl?chen zu versehen, wobei der sparsame Umgang mit Rohstoffen und Energie angestrebt wird. In der Galvanotechnik wird dieses Ziel auf ideale Weise erreicht, da hier funktionale Schichten, die die Eigenschaften eines Werkstücks weitgehend bestimmen, mit einer Dicke von nur wenigen μm auf die Grundmaterialien aufgebracht werden. Die wertvollen Rohstoffe werden also ?u?erst sparsam und gezielt nur dort eingesetzt, wo sie wirklich ben?tigt werden.

Die Branche Oberfl?chentechnik ist in Deutschland ein erheblicher wirtschaftlicher Faktor. Sie gilt als Schlüsseltechnik für viele andere Industriebereiche (z.B. Elektro- u. Automobilindustrie). Mehr als 2000 galvanotechnische Betriebe, Zulieferer und Dienstleistungsunternehmen mit ca. 100.000 Besch?ftigten erwirtschaften einen Jahresumsatz von ca. 5 bis 6 Mrd. €. ?konomen sch?tzen, dass die galvanische Oberfl?chenveredelung allein in Deutschland j?hrlich Korrosions- und Verschlei?sch?den in H?he von150 Mrd. € verhindert.

Die Arbeitsprozesse in der Galvanik wurden weiterentwickelt und den Anforderungen unserer Zeit angepasst. Energiesparende Automaten, weitgehend geschlossene Wasserkreisl?ufe, sorgf?ltige Reinigung des Restabwassers und Rückgewinnung von Wertstoffen aus Abf?llen sind heute Stand der Technik.

In der überwiegend mittelst?ndisch gepr?gten Branche findet man Betriebe mit durchschnittlich 10 – 80 Besch?ftigten. Sie betreiben Anlagen unterschiedlichster Gr??enordnung. Wirkbadvolumina, beginnend mit wenigen Litern in der Edelmetallbeschichtung bis hin zu Einheiten mit 500 m3 und mehr bei Autozulieferern oder in der Luftfahrtindustrie, sind im Einsatz.

 

Herstellungsprozess

Bei der Behandlung von metallischen und nichtmetallischen Oberfl?chen durch chemische und elektrochemische Verfahren unterscheidet man grunds?tzlich drei Verfahren

  • Schichtabtragende Verfahren, wie das Beizen oder Brennen
  • Schichtauftragende Verfahren, wie die galvanische und chemische Abscheidung von Metallen und Metalllegierungen
  • Schichtumwandelnde Verfahren, wie das Anodisieren, Chromatieren oder Phosphatieren

Der Arbeitsablauf ist bei allen Verfahren vom Prinzip her identisch. Dem prozessbestimmenden Arbeitsschritt geht immer eine Vorbehandlung voraus; in der Regel schlie?t sich eine Nachbehandlung an.

Bei allen Verfahren werden die Werkstücke im Verlauf des Prozesses nacheinander mit verschiedenen Prozessl?sungen behandelt.

Vorbehandlung

Zu den wichtigsten Vorbehandlungsverfahren z?hlen Entfetten, Beizen, Dekapieren sowie das Aktivieren von Kunststoffoberfl?chen. Diese Vorbehandlungsschritte sind notwendige Voraussetzungen für eine qualitativ hochwertige Oberfl?chenbeschichtung.

Beschichtung

Die Metallabscheidung ist der Prozess bestimmende Schritt jeder galvanischen Produktion. Grunds?tzlich unterscheidet man zwischen chemischen und elektrochemischen Verfahren.

Chemische Verfahren arbeiten ohne ?u?eres elektrisches Feld. Die Reduktion der Metallionen zu Metall erfolgt durch chemische Reduktionsmittel und wird durch aktivierte Stellen auf dem Basismaterial ausgel?st. Metallionen und Reduktionsmittel müssen in Salzform st?ndig nachdosiert werden, was dazu führt, dass die Standzeit chemischer Metallisierungsl?sungen begrenzt ist.

Elektrochemische Verfahren basieren darauf, dass die Metallionen in einem von au?en angelegten elektrischen Feld zur Kathode wandern und dort zum Metall reduziert werden. In der Galvanotechnik wird das zu beschichtende Werkstück als Kathode geschaltet, w?hrend die Anode in der Regel aus dem abzuscheidenden Metall besteht. Beim Anlegen eines elektrischen Feldes geht im Idealfall anodisch die gleiche Menge Metall in L?sung, wie kathodisch abgeschieden wird, so dass die Zusammensetzung der Prozessl?sung im Wesentlichen konstant bleibt. Das bedeutet, dass die Standzeit der Prozessl?sungen von elektrochemischen Prozessen zumindest theoretisch unendlich ist. In der Praxis erleiden die Prozessl?sungen jedoch Qualit?tsverluste durch Eintrag und Bildung von St?rstoffen, was unterschiedliche Ursachen haben kann, wie z.B.:

  • Einschleppung von St?rstoffen aus vorausgehenden Prozessb?dern infolge unzureichender Spültechnik
  • Abl?sen von Basismetall (insbesondere bei sauer arbeitenden Prozessl?sungen)
  • Chemische Ver?nderung der Prozessl?sung (Reduktion von CrVI zu CrIII bei der Verchromung, Carbonatbildung durch Aufnahme von CO2 aus der Luft in alkalische/cyanidische Prozessl?sungen)
  • H?here Aufl?sung von Anodenmetall als Abscheidung an der Kathode
  • Zersetzung organischer Bestandteile der Prozessl?sung

Durch diese Vorg?nge kann sich die Qualit?t einer Prozessl?sung so weit verschlechtern, dass sie verworfen werden muss, es sei denn, es gelingt durch Anwendung von Aufbereitungstechniken, die Qualit?t der Prozessl?sungen konstant zu halten.

Das Problem der Stoffrückführung liegt in der Einstellung des richtigen Verh?ltnisses der Rückführquote zu den auszuschleusenden St?rstoffen. Der Einsatz von Rückführungstechniken mit dem Ziel einer vollst?ndigen stofflichen Kreislaufführung ist wegen der problematischen Abtrennung der St?rstoffe nicht in jedem Fall Stand der Technik. Praxisbeispiele belegen, dass zur Gew?hrleistung eines stabilen Dauerbetriebs eine detaillierte Abstimmung der gesamten Prozessführung auf die Stoffrückführung stattfinden muss.

 

Umweltauswirkungen

Abwasser

Das Abwasser der Galvanikbetriebe setzt sich zusammen aus den verschiedenen Teilstr?men der einzelnen Prozessschritte. Die wesentlichen Bestandteile sind Metallionen, toxische Anionen wie Cyanid oder Chromat und Neutralsalze. Die Behandlung (Reinigung des Abwassers) umfasst im Wesentlichen überführung der gel?sten Metallionen in schwerl?sliche Verbindungen durch chemische F?llung. In einer der F?llung vorangehenden Vorbehandlung werden toxische Anionen durch Oxidation oder Reduktion zerst?rt. Neutralsalze k?nnen nur durch energieaufwendiges Verdampfen des Abwassers abgetrennt werden. Bei der gemeinsamen F?llung, in der Regel mit Natronlauge und/oder Kalkmilch, fallen die im Galvanikprozess verwendeten Metalle als Hydroxide bzw. Oxidhydrate aus. Als F?llungsmittel setzt man aber auch Carbonate und Sulfide ein.

Abfall

Im Allgemeinen werden alle w?ssrigen Teilstr?me, die im Galvanikbetrieb anfallen, in die Abwasseranlage eingeleitet. Die Behandlung der metallhaltigen Teilstr?me in der Abwasseranlage umfasst im Wesentlichen die überführung der gel?sten Metallionen in schwerl?sliche Verbindungen durch chemische F?llung. Bei der gemeinsamen F?llung, in der Regel mit Natronlauge und/oder Kalkmilch, fallen die im Galvanikprozess verwendeten Metalle als Hydroxide bzw. Oxidhydrate aus. Als F?llungsmittel setzt man aber auch Carbonate und Sulfide ein, die zu den F?llprodukten Metallcarbonate- bzw. Sulfide führen. Der bei der F?llung entstehende Dünnschlamm mit einem Wassergehalt von meist über 95?% wird mittels Entw?sserungsverfahren bis zu 40?% Feststoffgehalt entw?ssert und als Galvanikschlamm entsorgt (verwertet oder beseitigt).

Abluft

Zum Schutz der Mitarbeiter vor Gefahrstoffen steht in galvanotechnischen Betrieben die Arbeitssicherheit im Mittelpunkt. Zur Vermeidung von Schadstoffbelastungen der Atemluft ist es erforderlich durch lüftungstechnische Ma?nahmen (Randabsaugung) an den B?dern und in den Hallen eine Einhaltung der vorgegebenen Emissionswerte sicherzustellen.

Zu den emittierten Stoffen z?hlen im Wesentlichen toxische Gase wie Stickoxide (NOx), Salzs?ure (HCl), Fluorwasserstoff (HF), sowie ⁠Aerosole⁠ beladen mit Schwefels?ure (SOx), Natronlauge, Chrom(VI)-Verbindungen. Durch den Einsatz geeigneter Absaugeinrichtungen an den jeweiligen Prozessb?dern ist es m?glich, die gesetzlich vorgegebenen Konzentrationen für diese und andere Gefahrstoffe dauerhaft zu unterschreiten und damit eine sch?dliche Einwirkung auf die Besch?ftigten zu verhindern. Die Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Emissionswerte wird durch Abgasw?scher sichergestellt.

 

Rechtliche Grundlagen

Anlagen zur galvanischen Behandlung von metallischen Oberfl?chen sind im Wesentlichen abwasserrelevant. Die Einleitung der Abw?sser wird durch die Allgemeine Abwasserverordnung (AbwV) geregelt, speziell durch Anhang 40 ?Metallbearbeitung, Metallverarbeitung”.

Die emissionsbegrenzenden Anforderungen in die Luft regelt die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft).

Vermeidung, Verminderung, Verwertung und Beseitigung von Abf?llen aus dem Bereich der Galvanik regelt das das Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (KrW/AbfG).

Die Anlagen zur Herstellung von Galvanische Oberfl?chen mit einem Wirkbadvolumen > 30 m3 geh?ren zu den in Anhang 1 der IVU-Richtlinie aufgeführten industriellen T?tigkeiten. Ein BVT-Merkblatt, das die Besten Verfügbaren Techniken und die damit erreichbaren Emissionswerte beschreibt, gibt es ebenfalls für die Galvanik. Es wurde im Jahr 2006 im europ?ischen Amtsblatt ver?ffentlicht. Allgemeine Informationen rund um die IVU-Richtlinie und auch das BVT-Merkblatt (in deutscher übersetzung) zum Herunterladen finden Sie unter Beste verfügbare Techniken - (BVT) Merkbl?tter zur europ?ischen IVU-Richtlinie.

 

Innovationen

Diverse innovative Verfahren im Bereich der Galvanik sind im Portal ?Cleaner Production Germany” unter ?Technologiebereiche” und ?Metalle” aufgelistet und beschrieben. Au?erdem werden Bezugsquellen für die jeweiligen Abschlussberichte genannt.

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