Waterig ontvetten

Procesbeschrijving

Ontvetten in waterig milieu is één van de mogelijke bewerkingen die worden toegepast als voorbehandeling voor het aanbrengen van een deklaag of als eindreiniging (zie tabel Overzicht klassieke reinigings- en voorbehandelingstechnieken voor een situering van ontvetten in waterig milieu t.o.v. andere reinigings­bewerkingen).

Het doel van waterig ontvetten is om vuil in de vorm van olie, emulsies, vet, roet enz. die doorgaans afkomstig zijn van voorafgaande bewerkingen, te verwijderen.

Waterige reinigers worden meestal onderverdeeld in functie van hun zuurtegraad (zie ook onderstaande tabel); soms gaat men onderscheid maken tussen emulgerende en demulgerende reinigers.

Tabel: Indeling van waterige reinigers volgens zuurtegraad

Voor het alkalisch ontvetten van kunststoffen oppervlakken wordt veelal een waterig isopropanolmengsel gebruikt. Ook voor reinigen van metalen oppervlakken worden soms dergelijke reinigers gebaseerd op een mengsel van water en een oplosmiddel ingezet.  

Bij kunststofoppervlakken is de reiniging in veel gevallen beperkt tot het verwijderen van stof dat als gevolg van elektrostatische oplading zich afzet. Het verwijderen van het stof en het tijdelijk verlagen van de elektrostatische oplading kan uitgevoerd worden met krachtig sproeien met water.

Alkalische reinigers worden in de metaalsector het meest ingezet. Alkalische reinigers worden verder onderverdeeld in demulgerende en emulgerende reinigers. Beide typen reinigers zijn succesvol inzetbaar mits gebruik van de hun eigen specifieke apparatuur. Bij emulgerende systemen worden de oliën en vetten in fijne deeltjes (typisch 1 tot 25 µm) verdeeld in de reiniger. Wanneer de reiniger met vuil verzadigd geraakt moet deze worden gewisseld, wat een piekbelasting betekent voor de afvalwaterzuivering. Daarom wordt vaak gebruik gemaakt van demulgerende reinigers waarbij de tensiden zodanig gekozen zijn dat de verontreinigingen terug vrijgesteld worden en continu kunnen worden afgescheiden.

De snelheid en efficiëntie van de ontvetting is in functie van de juiste chemische samenstelling, temperatuur, tijd en mate van beweging.

Het is belangrijk de juiste chemische samenstelling op punt te houden. Overdoseren heeft doorgaans geen zin. Het op punt houden van de chemische samenstelling vereist ofwel:

• voortdurend een deel van de vloeistof aflaten en vervangen door vers aangemaakte oplossing;
• voortdurend de vloeistof regenereren door continu olie en vuil af te scheiden (standtijdverlenging):
• enkel fysisch: met gebruik van een olie-afscheider, skimmer, centrifuge, ... (zie ook Reinigen in waterig milieu);
• met membraantechnieken (zie ook Reinigen in waterig milieu).

De oplossingen zijn vnl. werkzaam bij verhoogde temperaturen (40 – 90 °C), gezien de verbeterde werking bij hogere temperaturen. Bij hoge temperatuur is de viscositeit van de te verwijderen vetten en oliën aanzienlijk lager zodat normaliter het verwijderen ervan wat makkelijker wordt op voorwaarde dat het “weekwordingspunt” van het te verwijderen vuil lager ligt dan de gangbare werktemperatuur van het ontvettingsbad. Te hoge temperaturen moeten worden vermeden omdat ze leiden tot onnodig energieverbruik en anderzijds te zeer de temperatuur van de nageschakelde spoel- of procesbaden beïnvloeden. De huidige trend is naar lagere werktemperaturen te gaan (energiebesparing). Door de samenstelling van de reinigingselektrolyt te optimaliseren kunnen lagere werktemperaturen aangewend worden.

Lange behandelingstijden hebben doorgaans geen zin en leiden alleen tot een niet tolereerbare toename van de procesduur van het reinigingsproces. De efficiëntie van de ontvetting wordt niet in hoofdzaak bepaald door de behandelingstijd maar veeleer door de chemische samenstelling van de ontvetter.

Voor ontvetting is ook de mate van beweging belangrijk. Beweging zorgt ervoor dat verwijderd vuil voortdurend van het oppervlak weggevoerd wordt. Sommige technieken stimuleren ook het loslaten van aanklevend vuil. Dit kan op verschillende manieren gebeuren:

Dompelreinigen m.a.w. het te reinigen stuk enkele minuten in de reiniger onderdompelen.

Ultrasoon reinigen is een vorm van dompelreinigen waarbij trillingen met hoge frequentie, 20 – 40 kHz, gebruikt worden. Deze veroorzaken schokgolfjes en in een aantal gevallen ook cavitatiebelletjes  aan het oppervlak van het substraat, waardoor de reiniging versneld wordt.

Dompelreinigen met beweging van de badvloeistof t.o.v. het stuk. Dit kan door met mechanische agitatie, door roeren, rondpompen, lucht doorblazen (nadeel: hoge verdampingsverliezen en hieraan verbonden energiekost), borstelen, plonzen, intensieve relatieve beweging van het substraat en het spuiten van het reinigingsmiddel op het substraat. Door verhoging van de pompdruk en van de turbulentie kan de ontvettingstijd sterk ingekort worden of kunnen ook spanen van het substaat verwijderd worden.

Dompel-spuitreinigen bij zeer hoge drukken tot 1000 bar. Als reinigingsmedium wordt water gebruikt waaraan corrosiebeschermers worden toegevoegd. Voor het reinigingseffect is hier alleen nog de kinetische energie verantwoordelijk; deze technologie kan ook worden gebruikt voor het ontbramen en ontlakken.

Het sproeiontvetten wordt meestal uitgevoerd in sproei-installaties vergelijkbaar met een vaatwasmachine ofwel in tunnelsproei-installaties.

Bij elektrolytische ontvetting worden door elektrolyse van water aan het oppervlak van het stuk kleine belletjes van zuurstof en/of waterstof gevormd die het vuil helpen losweken. In sommige gevallen worden in dezelfde bewerking ook oxideresten verwijderd van het oppervlak en wordt het oppervlak lichtjes aangetast; deze bewerking wordt activeren genoemd en wordt frequent toegepast vlak voor het aanbrengen van metaaldeklagen. Bij activeren reikt het ontvettingsbad ook aan met metaal van het substraat.

Waterig ontvetten wordt ook soms met andere bewerkingen gecombineerd in één enkele stap of procesbad. Voorbeelden zijn combinaties van beitsen met ontvetten o.a. bij thermisch verzinken of van ontvetten met aanbrengen van een ijzerfosfaatconversielaag.

Milieuaspecten

Water

Afvalwater ontstaat door:

• spoelwater van het spoelen na de waterige ontvetting;
• geconcentreerd afvalwater, afkomstig van geheel of gedeeltelijk vervangen ontvettingsvloeistof.

Relevante contaminanten zijn, afhankelijk van de toepassing:

• Afwijkende pH:
  • Vooraleer spoelwater in de waterzuiveringsinstallatie (WZI) behandeld kan worden, kan een pH-wijziging nodig zijn.
  • Metalen afkomstig van het substraatoppervlak kunnen na een pH-correctie afgescheiden worden.
  • Gebruikte zure of basische geconcentreerde afvalwaterstromen worden veelal apart behandeld, aangezien grote pH-verschillen kunnen optreden die niet kunnen opgevangen worden door de WZI.
• Detergenten: het gaat in de praktijk om goed biodegradeerbare anionische of niet-ionische detergenten. Het gebruik van detergenten met specifieke milieunadelen zoals nonylfenol-derivaten is niet meer aan de orde, gezien de geplande uitfasering. Kationische detergenten worden zo goed als nooit ingezet.
• In sommige gevallen: boor- of fosforverbindingen; fosfor kan voorkomen als anorganische stof (fosfaat, pyrofosfaat, …) of als fosfonaat;
• BZV, CZV;
• Oliën en vetten;
• In sommige gevallen sterke complexvormers zoals EDTA, NTA

Afval

Bij standtijdverlenging wordt de afgescheiden zijstroom, waarin het vuil opgeconcentreerd is, als afvalstof afgevoerd. De gebruikelijke verwerkingstechniek voor deze sterk met oliën en vetten belaste vloeistof, is verbranding.

Daarnaast kunnen ook slibs ontstaan bij de waterzuivering en bij het reinigen van de ontvettingsbaden.

Energie

Het ontvettingsproces in een waterig milieu geschiedt voornamelijk bij temperaturen van 40 – 90 °C. Daarnaast worden ook energie verbruikt voor afzuiging.

Indien waterig reinigen als afzonderlijke bewerking wordt toegepast, dan is daarna een droogstap nodig.