ANALIZA ZUŻYCIA KWASÓW W SEKTORZE OBRÓBKI
POWIERZCHNIOWEJ METALI
Kwasy stanowią niezbędny czynnik produkcyjny w sektorze obróbki powierzchniowej metali. Zużycie
kwasów w ilościach przekraczających wymagania procesu produkcyjnego może znacząco podnosić
koszty działalności.
Analiza sektora obróbki powierzchniowej metali we Wielkiej Brytanii wykazała ogromne zużycie kwasu
i związane z tym duże ilości odprowadzanych ścieków. Jak wynika z badań, poprawa wyników w tym
zakresie powinna stanowić nadrzędny cel.
Niniejszy dokument dotyczy zużycia kwasów w procesie wytrawiania w sektorze obróbki
powierzchniowej metali oraz zawiera informacje i sugestie umożliwiające:
- ograniczenie kosztów;
- dostosowanie siÄ™ do zmian prawnych;
- dostosowanie się do rosnących kosztów związanych z odprowadzaniem ścieków
i unieszkodliwianiem zużytego kwasu;
- uzyskanie przewagi konkurencyjnej;
- poprawę wizerunku zakładu.
DLACZEGO OGRANICZAĆ ZUŻYCIE KWASÓW?
Choć wytworzenie produktu o odpowiedniej jakości jest głównym celem stosowania kwasów w
procesie wytrawiania powierzchni metali, wzrastajÄ…ce koszty i nasilajÄ…ca siÄ™ konkurencja na rynku
wymagają optymalizowania zużycia kwasu zużywanego w tym procesie.
Przeciętny zakład w Wielkiej Brytanii zużywa 2,4 litra kwasu solnego na m2 powierzchni metalu
poddanej obróbce. Niektóre z analizowanych zakładów zużywają nawet dwukrotnie więcej kwasu.
Koszt zakupu 1000 litrów kwasu siarkowego kształtuje się na poziomie 340 GPB1, a kwasu solnego
260 GPB. W przeciętnym zakładzie koszt kwasu zużytego na wytrawienie jednego m2 powierzchni
metalu wynosi 0,6 GPB, ale w niektórych przypadkach jest dwa razy wyższy.
Nadmierne zużycie kwasu w procesie wytrawiania oznacza nie tylko wysokie koszty zakupu samego
kwasu ale wpływa także na inne wydatki: zakup większej ilości aktywatorów, inhibitorów i wody
potrzebnej w procesie płukania. Wzrasta również ilość powstających osadów poneutralizacyjnych,
odprowadzanych ścieków oraz środków chemicznych do ich neutralizowania.
Opis analizy
Informacje na temat zużycia kwasów i wody w sektorze obróbki powierzchniowej metali, włączając
również galwanizernie2, uzyskano na podstawie poufnego kwestionariusza przesłanego do
producentów3 z Wielkiej Brytanii. Przeprowadzona analiza wykazała, że zużycie kwasów i ilość ścieków
zawierajÄ…cych kwasy jest w tym sektorze bardzo wysoka. Zebrane wyniki stanowiÄ… podstawÄ™ do
scharakteryzowania sektora obróbki powierzchniowej metali.
1
1 funt brytyjski (1GBP) = 6,3908 zł (marzec 2003 r.)
2
Niniejszy dokument zawiera informacje dotyczące zużycia kwasów we wszystkich typach zakładów w sektorze
obróbki powierzchniowej metali. Szczegóły dotyczące zużycia wody zawarte są w dokumencie EG45. Dokument
EG46 przedstawia dane dotyczące zużycia wody i kwasów w galwanizerniach. Kopie tych dokumentów można
zamówić bezpłatnie za pośrednictwem Infolinii Środowiskowej.
3
Niniejszy dokument powstał na potrzeby Programu najlepszej praktyki w technologii środowiska (Environmental
Technology Best Practice Programme) w oparciu o współpracę ze 187 zakładami
1
Ogólna charakterystyka sektora obróbki powierzchniowej metali
Ogólna charakterystyka sektora obróbki powierzchniowej w Wielkiej Brytanii przedstawia się
następująco:
- około 50 % zakładów zatrudnia mniej niż 20 pracowników;
- 40 % zakładów wykazuje roczny obrót poniżej 1 mln GPB;
- mniej niż połowa zakładów posiada łatwo dostępne dane dotyczące zużycia kwasów w
procesie produkcji;
- większość zakładów ma odbiorców z różnych gałęzi przemysłu. Najważniejsi z nich to:
przemysł maszynowy, motoryzacyjny, budowlany, lotniczy oraz produkcja wyrobów
metalowych powszechnego użytku;
Zużycie kwasu
Sektor obróbki powierzchniowej metali zużywa kwasy do wielu procesów. Niniejszy dokument zawiera
informacje dotyczące tylko procesu wytrawiania i najczęściej stosowanych kwasów: siarkowego (96
%) i solnego (28 %).
W celu porównania obu kwasów, ilość 96 % kwasu siarkowego wyraża się, podając odpowiadającą mu
ilość kwasu solnego. Jeden litr 96 % kwasu siarkowego odpowiada 4 litrom 28 % kwasu solnego4.
Podstawą do zastosowania tego sposobu przeliczania jest zdolność obu kwasów do absorbowania
tlenu z warstwy tlenków. Wyniki podane są w przybliżeniu, które pozwala na przeprowadzenie
odpowiedniego porównania.
Na przykład ekwiwalent 200 litrów 28 % kwasu solnego i 100 litrów 96 % kwasu siarkowego po
przeliczeniu to:
200 + (100 · 4) = 600 litrów 28 % kwasu solnego
Przy użyciu kwasów o innych stężeniach, należy przeliczyć je odpowiednio na 96 % i 28 % stężenia.
Na przykład:
Ekwiwalent 100 litrów 70 % kwasu siarkowego to :
70
100 · = 72.9 litrów 96 % kwasu siarkowego
96
Ekwiwalent 100 litrów 36 % kwasu solnego to:
36
100 · = 128.6 litrów 28 % kwasu solnego.
28
W przypadku stosowania innych kwasów w procesie wytrawiania, nie można skorzystać z danych
zawartych w niniejszym dokumencie, ale zawarte w nim informacje warto wykorzystać w celu
ograniczenia zużycia kwasów.
Jednostkowe zużycie kwasu w odniesieniu do wielkości produkcji
Niektóre zakłady podają wielkość produkcji w m2 powierzchni poddanej obróbce, a pozostałe w tonach
wytworzonego produktu. Dane dotyczÄ…ce obu grup przedstawione sÄ… na oddzielnych wykresach.
Najlepszym sposobem określania efektywności zużycia kwasu jest odniesienie jego ilości do
powierzchni poddanej obróbce.
Spośród zakładów mierzących wielkość produkcji w m2 powierzchni poddanej obróbce, 50 % zużywa
mniej niż 2.4 litra/m2. W zakładach przedstawiających produkcję w tonach, 50 % zużywa mniej niż 8.2
litra/tonÄ™ produktu.
4
Dokładana wartość po przeliczeniu wynosi 4.115, ale dla ułatwienia analizy przyjęto wartość 4.
2
30
25
20
15
10
5
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
Ekwiwalent 28% kwasu solnego [litry/m2]
Wykres 1. Jednostkowe zużycie kwasu w litrach/m2 powierzchni poddanej obróbce
30
25
20
15
10
5
0
0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35 37,5 40 42,5 45 47,5 50+
Ekwiwalent 28% kwasu solnego [litry/tona]
Wykres 2. Jednostkowe zużycie kwasu w litrach/tonę wytworzonego produktu
Zużycie kwasu przypadającego na jednostkę produkcji jest niższe w zakładach o większej produkcji i
wyższym rocznym obrocie (Wykres 3). Zakłady te płacą najwyższe rachunki związane ze zużyciem
kwasów, co stanowi motywację do ograniczenia zużycia poprzez zastosowanie odpowiednich
rozwiązań.
Ekwiwalent 28% kwasu solnego [litry/m2]
Ekwiwalent 28% kwasu solnego [litry/tonÄ™]
4 60
3,5
50
3
40
2,5
2 30
1,5
20
1
10
0,5
0 0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100+
Ilość produktu poddanego obróbce [tysiące m2 lub ton]
Wykres 3. Równoważne jednostkowe zużycie kwasu w odniesieniu do ilości produktu poddanego
obróbce.
3
Odpowiedzi [%]
Odpowiedzi [%]
Powstawanie osadu poneutralizacyjnego
Metody postępowania ze zużytymi kwasami i osadami poneutralizacyjnymi znacznie się różnią w
poszczególnych zakładach. Niektóre zakłady neutralizują zużyty kwas i odprowadzają go do
oczyszczalni ścieków, dzięki czemu nie wytwarzają osadów.
Kwas siarkowy może być regenerowany poprzez schłodzenie i usuwanie kryształów siarczanu
żelazawego. Wynikiem tego procesu jest minimalna ilość wytworzonych odpadów. Bardziej
zaawansowane metody regeneracji stosowane są we większych zakładach lub w zakładach
specjalizujących się w odzysku tego typu odpadów.
Kwas solny wykorzystywany w procesie wytrawiania wymieniany (usuwany) jest zazwyczaj gdy
stężenie zawartego w nim żelaza przekracza 12 %. Regeneracja kwasu solnego jest bardzo kosztowna
i rzadko stosowana. Dlatego zakłady stosujące kwas solny wytwarzają większe ilości osadów
poneutralizacyjnych.
Wyniki przeprowadzonej analizy wykazały, że ilość powstałych osadów jest mniejsza w zakładach,
które zużywają największe ilości kwasów. Sytuacja ta wynika z większego zainteresowania tych
zakładów działaniami mającymi na celu oszczędność kwasów i większej skłonności do inwestycji
nakierowanych na ten cel.
Wzrastające koszty i zaostrzający się nadzór nad gospodarką odpadami mogą w przyszłości zmusić
także mniejsze zakłady do zastosowania środków ograniczających powstawanie osadów
poneutralizacyjnych. Wykres 4 przedstawia ilość osadów wytworzonych sektorze obróbki
powierzchniowej metali. 60 % respondentów wytwarza mniej niż 0.1 tony osadu na1000 litrów
zużytego kwasu solnego.
60
50
40
30
20
10
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1+
Ilość osadu (tony)/1000 litrów kwasu solnego
Wykres 4. Stosunek ilości osadu zawierającego kwas do ilości zużytego kwasu.
Analiza wyników w gospodarce kwasami
Pomiary
Pomiary są podstawą do prowadzenia analizy wyników i kluczem do najbardziej optymalnego
wykorzystania kwasów w procesie wytrawiania. Pozwalają one także zidentyfikować poczynione
oszczędności, co powinno zachęcić do wprowadzania dalszych udoskonaleń.
Tabela 1 umożliwia obliczenie jednostkowego zużycia kwasu i pozwala ocenić jak zakład przedstawia
się na tle konkurentów. (Wykres 1 lub Wykres 2). Kolumny liczb znajdujące się po lewej stronie
przedstawiają zakłady o mniejszym jednostkowym zużyciu kwasów niż analizowany zakład.
Wyniki pomiarów za okres jednego roku umożliwiają obserwowanie trendów zużycia kwasów oraz
porównanie zakładu z innymi na bazie wykresu jednostkowego zużycia kwasu (Wykres 5). Jeżeli okres
4
Odpowiedzi [%]
prowadzenia pomiarów jest inny niż 365 dni należy przeliczyć parametry D, E i F (Tabela 1) tak by
odpowiadały okresowi jednego roku.
Wartości E (powierzchnia poddana obróbce) i F (ilość elementów poddanych obróbce) należy nanieść
na oś poziomą, natomiast wartość D należy odpowiednio zaznaczyć na osi pionowej. Nawet jeżeli
analizowany zakład należy do grupy 25 % najlepszych, to wciąż mogą istnieć obszary wymagające
poprawy.
Zaangażowanie
Aby uzyskać oszczędności, konieczne jest zaangażowanie wszystkich pracowników.
" Zaangażuj wszystkich pracowników nadzoru w ustalanie odpowiedniej strategii. Ograniczenie
się do przedstawienia swoich pomysłów może być odebrane jako nałożenie dodatkowych
obowiązków;
" Upewnij się, że każdy zna dane dotyczące ilości zużywanych kwasów i kosztów z tym
zwiÄ…zanych;
" Zachęć do składania propozycji dotyczących sposobów oszczędnego stosowania kwasów,
oferując nagrody za najlepsze pomysły;
" Ustal realistyczne cele dotyczące oszczędnego stosowania kwasów w procesie wytrawiania;
" Informuj wszystkich o postępach;
" Określ udział poszczególnych części zakładu w osiąganiu celów.
Tabela 1. Tabela zużycia kwasu  pierwszy krok w celu ograniczenia zużycia kwasu
Ilość kwasu zużytego w danym okresie ............litry 28 % kwasu solnego A
(miesiÄ…c, rok) ............litry 96 % kwasu siarkowego B
Ilość zużytego kwasu siarkowego
pomnożona przez 4 w celu uzyskania ............ litry 28 % kwasu solnego C
odpowiadającej mu ilość kwasu solnego
Całkowita ilość 28% kwasu solnego ............ litry 28 % kwasu solnego D
..............................m2 E
Wielkość produkcji w danym okresie*
..............................tony F
..............................litry/m2 D/E
Obecne jednostkowe zużycie kwasu
..............................litry/tona D/F
* Jeżeli wielkość produkcji określa jest przez liczbę wsadów, należy wyrazić ją w jednostkach masy lub
powierzchni.
5
180000
720000
540000
najlepszy przypadek
360000
średnio
najgorszy przypadek
180000
135000
0
0 75000 150000 225000 300000
Powierzchnia poddana obróbce [m2/rok]
3250
129000
najlepszy przypadek
96750
średnio
najgorszy przypadek
64500
60000
32250
0
0 3750 7500 12000 15000
Ilość materiału poddanego obróbce [tony/rok]
Wykres 5. Jednostkowe zużycie kwasu
Zagadnienia, które warto uwzględnić przy opracowywaniu strategii oszczędnego
stosowania kwasu w procesie wytrawiania
Poniższa lista zawiera najczęściej wykorzystywane sposoby oszczędnego stosowania kwasów i
powinna pomóc w podjęciu odpowiednich decyzji.
Dobre gospodarownie
Dobre gospodarowanie kwasami może przynieść zaskakująco duże oszczędności. Doprowadzi to nie
tylko do obniżenia zużycia kwasu, ale także energii.
UrzÄ…dzenia do regeneracji kwasu
Biorąc pod uwagę poziom produkcji i zużycie kwasu warto zastanowić się nad zainstalowaniem
urządzeń do regeneracji. Dla zakładów zużywających rocznie ponad 200 tysięcy litrów kwasu solnego
może się okazać to dobrą inwestycją.
Wybór odpowiedniego kwasu
Czy koszty podgrzewania kwasu siarkowego wzrosły w sposób uzasadniający zmianę na inny rodzaj
kwasu? Czy koszty unieszkodliwiania kwasu solnego uzasadniajÄ… zmianÄ™ na inny rodzaj kwasu?
6
[litry/rok]
Zużycie kwasu solnego
Zużycie kwasu solnego [litry/rok]
Ilość cieczy wynoszonej z kąpieli
Zredukowanie ilości kwasu wynoszonego z kąpieli pozwoli na ograniczenie kosztów jego zakupu a
także ilości wody potrzebnej do płukania i kosztów związanych z jej zużyciem i odprowadzeniem
ścieków.
Zautomatyzowanie procesów
Zautomatyzowanie niektórych procesów powinno umożliwić zwiększenie kontroli i uzyskanie lepszych
wyników.
Nadzorowanie kÄ…pieli
Nadzór nad składem kąpieli trawiących stanowi istotny czynnik ograniczający zużycie kwasów. Jeżeli
kwas solny jest wymieniany zbyt często, powoduje to nieuzasadniony wzrost jego zużycia a także
podnosi koszty neutralizacji i odprowadzenia ścieków.
Regularna weryfikacja założeń strategii oszczędnego stosowania kwasów, pozwoli upewnić się czy
spełnia ona swoje zadanie. Uprzednio odrzucone pomysły mogą okazać się atrakcyjne w świetle zmian
w wielkości produkcji, obniżenia ilości zużywanych kwasów, kosztów ich zakupu oraz zmian prawnych.
7
STRATEGIA OSZCZ
DNEGO STOSOWANIA KWASÓW
Nazdoruj zużycie kwasów
w odniesieniu do
wielkości produkcji
Czy zużycie kwasu w
Twoim zakładzie maleje?
TAK NIE
Czy zużycie kwasu w
Twoim zakładzie jest Zastosuj dobre praktyki
porównywlane z grupą Rozważ wprowadzenie
25% najlepszych odpowiednich sposobów
zakładów? wymiany kwasu
Poradz
się innych osób z
TAK NIE
branży i ustal założenia
strategii oszczędnego
zużycia kwasu
Regularnie weryfikuj
założenia strategii
oszczędnego zużycia
kwasu w celu
zapewnienia jego
optymalnej ilości
potrzebnej w bieżącym
procesie
Niniejszy dokument powstał we współpracy z Environmental Technology Best Practice Programme5 i
udziałem McLellan and Partners Ltd.
Tekst został przetłumaczony za zgodą Envirowise  Practical Environmental Advice for
Business
5
Program najlepszej praktyki w technologii środowiska.
8