Drie conversielagen voor gelakt aluminium op milieuaspecten beoordeeld
L.H. Schouten en M.F. de Wit
p
'9 a
'
I I Td
O M aJ
. .-
'E
$?I O L i .
Z i ---
VOORWOORD Zomertijd in juli 1994. Een buitengewoon hete en broeierige zomer. Voor de kranten is het komkommertijd. Terwijl wij zwetend zwoegen aan de tekst voor dit verslag, bericht de krant over een ruziënde zigeunerfamilie, over de gebruikelijke zomerse bosbranden, dit keer in Spanje, over een geboortegolîje in Nederland en, eveneens, voorpagina nieuws: de winning van zirkonium vlak boven Terschelling is mogelijk. Dit is belangrijk nieuws tussen het opvullend materiaal zoals de perikelen rond een kabinetsformatie, WK-voetbal en de onvermijdelijke Tour de France. Voor het onderzoek dat wij gedaan hebben, hadden wij gegevens nodig over de winning van zirkonium. Zirkonium is een metaal dat in een bepaalde verbinding gebruikt kan worden in een voorbehandelingsmethode om aluminiumstukken van een conversielaag te voorzien. De winning dit metaal gebeurde tot voor kort alleen in verre werelddelen. Maar niks is onmogelijk zoals uit het bericht blijkt (zeggen biologen niet vaak ' Alles is overal, maar het milieu, in dit geval de mens, selecteert'?). Volledig en non-stop zijn we de afgelopen tijd opgegaan in dit afstudeerverslag, de hitte negerend, maar niet alles is onopgemerkt gebleven. Gelukkig hebben we voor ons onderzoek en dit verslag veel steun en hulp gehad van diverse mensen. De volgende personen willen wij hierbij bedanken: Clare Out en Egbert Vugteveen, docenten aan het van Hall Instituut en onze afstudeerbegeleiders, Henk Senhorst, opdrachtgever en begeleider vanuit het RIZA, medewerkens van bedrijven uit de oppervlaktebehandelingsindustrie;van (voorbee1d)bedrijf ACN uit Groningen de heren Viester en Paauw, van (voorbee1d)bedrijf Scandex Aluminium uit Hoogezand de heren de Hoop en Brons, van de branche-organisatie VOM de heren du Mortier, de Vlieger en van Leersum, van de chemicaliënleveranciers de heren Lolling, Koelewijn en Prechter van de MAVOM en de heer F. van de Berg van Cetema en van bedrijf Reynolds Aluminium uit Harderwijk de heren Willems en Dijkstra. Verder volgt nog speciale dank voor Karin Ree, medewerkster aan de chemiewinkel van de RUG, en voor Jos Overbeeke; zonder zijn beschikbare huis en snelle PC hadden we het niet gered. Zomertijd in juli 1994. Nog voor deze maand voorbij is blijken er records geslagen te zijn; dit is de warmste maand die ooit in Nederland gemeten is, dit verslag is af, het is komkommertijd voor de kranten, hoewel de wereld, echter, hevig door draait; nog nooit woeden er zoveel oorlogen, zijn er zoveel brandhaarden en in Ruanda volgt een genocide en een exodus waar woorden te kort voor schieten... Een zwaar begin voor een verslag over de milieubelasting van conversielagen voor aluminium? Wij vinden van niet; hitte valt nog te negeren, de wereld negeren waarin we leven is onmogelijk.
Lieke Schouten en Martien de Wit Groningen, juli 1994
1
2
SAMENVATTING In dit onderzoek staat de voorbehandeling voor het lakken van aluminium centraal. Het aluminium wordt voorbehandeld met het doel een conversielaag aan te brengen die dient voor lakhechting en corrosiewering. Het chromateren is hiervoor de meest toegepaste methode. In het chromateerproces wordt echter chroomVI gebruikt, hieraan kleven bezwaren van arbeidshygiënische aard: chmmVI is namelijk een stof met carcinoge en toxische eigenschappen. Ook in het aquatisch milieu lijkt dit problematisch. Daarom wordt binnen de bedrijfstak naar milieuvriendelijke alternatieven voor het chromateren gezocht. Het is onduidelijk of deze alternatieven werkelijk minder milieubezwaarlijk zijn. Het Rijkeinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling kwam naar aanleiding van het bovenstaande met het voorstel een onderzoek uit te voeren naar het chromateren en mogelijke alternatieven. Het doel van het onderzoek is door middel van een levenscyclusanalyse inzicht te krijgen in de milieuaspecten van de voorbehandelingsmethoden om tot een gefundeerde milieukundige beoordeling te komen.
De milieubelasting van de voorbehandelingsmethoden is geïnventariseerd volgens de methode die is opgesteld door het Centrum Milieukunde Leiden (de Leidse Methode). De volgende voorbehandelingsmethoden zijn onderzocht: het chromateren het zirkoniseren het anodiseren Het zirkoniseren en anodiseren' zijn beide reële alternatieven voor het voorbehandelen voor het lakken van aluminium, maar worden in Nederland nog niet op grote schaal toegepast.
-
De milieubelasting die veroorzaakt wordt door de gehele voorbehandelingsstraat is niet onderzocht, de processtap van het aanbrengen van de laag staat in het onderzoek centraal. Uit de resultaten komt een aanzienlijk verschil naar voren tussen de milieubelasting veroorzaakt door de electro-chemische voorbehandelingsmethode en de twee chemische voorbehandelingsmethoden. Het anodiseren veroorzaakt op zes van de negen onderzochte milieu-effecten een aanzienlijk hogere belasting dan de twee chemische conversielagen. Op de milieu-effecten humane toxiciteit, broeikaseffect, fotochemische oxydantvorming, verzuring en vermesting scoort het anodiseren ruim drie maal hoger dan de chemische conversielaag die de meeste milieubelasting veroorzaakt, het chromateren. De milieubelasting die ontstaat is voornamelijk afkomstig van de energieproduktie (ten behoeve van het aanbrengen van de laag) en de produktie van zwavelzuur (wat in het anodiseerproces wordt gebruikt als electrolyt). De bijdrage aan de afvalproduktie geeft een heel ander beeld: de hoeveelheid afval die in de levenscyclus van het anodiseren ontstaat is relatief geringer. Het verschil in milieubelasting veroorzaakt door de twee chemische conversielagen is minder geprononceerd, maar niettemin duidelijk.
I.
Het chromateren en zirkoniseren zijn chemische conversielagen: de laagvorming verloopt onder invloed van chemische reakties. Het anodiseren is een electrochemische conversielaag: de laagvorming verloopt onder invloed van een potentiaalverschil h e s e n een kathode en het aluminium.
3
Ais uitgegaan wordt van een standtijd van het zirkoniseerbad van negen maanden scoort het zirkoniseren op bijna alle onderzochte milieu-effecten ruim anderhalf maal beter dan het chromateren. Op de milieuaspecten aquatische toxiciteit en de afvalproduktie scoort het zirkoniseren zelfs nog beter dan de conventionele methode, zeker als het afvalwater afkomstig van het zirkoniiseerbad wordt behandeld met kalkmelk.
De afvalproduktie is een "zwak" punt in het chromateerproces, dit is voornamelijk chroomhoudende filterkoek afkomstig van de waterzuivering van het chromateerproces. Bij het zirkoniseren ontstaat minder filterkoek en bovendien is dit afval minder toxisch omdat het geen chroom bevat. Het verbruik van zirkoniumzuur speelt een essentiële rol in de milieubelasting veroorzaakt door het zirkoniseren. De winning van het metaal zirkonium kost erg veel energie. De energieproduktie veroorzaakt voor een belangrijk deel de milieubelasting in de levenscyclus van het zirkoniseren. Een standtijd van het zirkoniseerbad van negen maanden blijkt op dit moment niet haalbaar, een standtijd van drie maanden is reëler. Als hiervan wordt uitgegaan blijft het zirkoniseren beter scoren dan het chromateren, maar dit is veel minder hard te maken door onzekerheid in de gegevens van het zirkoniseerproces. Mogelijkheden tot vermindering van de milieubelasting liggen bij het anodiseren bij het verminderen van het energieverbruik. Het anodiseerproces leent zich uitstekend voor warmtekracht-koppeling. De energiebesparing die dit oplevert zal een aanzienlijke milieuwinst geven. Het ontstaan van chroomhoudend afval is een zwak punt in het chromateerproces. Er zijn mogelijkheden om deze afvalstroom te beperken, namelijk het chromateren in een gesloten syeteem (het chroom wordt teruggewonnen uit het afvalwater) of het terugwinnen van chroom uit de chroomhoudende filterkoek. I
De milieubelasting veroorzaakt door het zirkoniseren wordt voor een groot deel bepaald door het verbruik van zirkoniumzuur. Mogelijkheden om de milieubelasting zo beperkt mogelijk te houden liggen in een zuinig verbruik van het zirkoniumzuur. Eindconclusie Anodiseren is uit milieukundig oogpunt geen reëel alternatief voor het chromateren. Het zirkoniseren is dat wel, zeker als van een optimale situatie wordt uitgegaan, namelijk een standtijd van het zikoniseerbad van negen maanden en zuivering van het afvalwater afkomstig van het zirkoniseerbad. De milieubelasting die wordt veroorzaakt door het chromateren ligt grotendeels bij het ontstaan van chroomhoudend afval in het chromateerproces. Als deze afvalstroom wordt beperkt dan is de milieubelasting veroorzaakt door het chromateren vrij gering te noemen.
4
INHOUDSOPGAVE SAMENVA'M'ING
........................................................
3
.......................................................
5
1.INLEIDING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1Aanleiding van het onderzoek ....................................... 1.2 Probleem- en doelstelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Werkwijze en verslagindeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
INHOUDSOPGAVE
7 8 8
2. DE OPPERVLAKTEBEHANDELINGSINDUSTRIE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1Algem-n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Marktsituatie chromateren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Voorbeeldbedrijf Aluminium-Coating Groningen . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Marktsituatie zirkoniseren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Marktsituatie anodiseren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1 Voorbeeldbedrijf Scandex Aluminium N.V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11 11 11 11 11 12 12
3. DOELBEPALING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1Aigemeen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Bepaling toepassing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Bepaling diepgang studie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Definitie onderwerp studie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13 13 13 13 13
4.INVENTARISATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1Algemeen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Overzichtsprocesboom en systeemgrenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Verzamelen en invullen van procesgegevens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Procesbomen en procesgegevens van de levenscyclus van de drie voorbehandelingsmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.1 Het chromateren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.2 Zirkoniseren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.3 Anodiseren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Aannames en inperkingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Toerekening van procesgegevens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7 Ingreeptabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15 15 15 16 17 17 21 24 28 29 29
5.CLASSIFICATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1Algemeen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 De bepaling van de classificatiefactoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Bepaling van de milieu-effecten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Normering van de milieu-effecten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30 30 31 31 31
6.EVALUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1Algemeen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Resultatenbespreking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.1 Voorbehandelingsmethoden zonder beitsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.2 Kwalitatieve aspecten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.3 Beitsen van de voorbehandelingsmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.4 Anodiseerversies onderling vergeleken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Gevoeligheidsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.1 Aquatische toxiciteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.2 Verbruik zirkoniseerchemicaliën . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.3 Energiekosten anodiseren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33 33 34 34 42 42 43 46 46 46 47
5
I
7. VERBETERANALYSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1Algemeen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Chromateren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3Zirkoniseren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4Anodiseren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
BIJLAGEN
48 48 48 49
.....................................
50
....................................................
52
8 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN
LITERATUURLIJST
48
...........................................
. . . . . . . . . . . . . . . . . 55
l a Procesbeschrijving chromateren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l b Procesgegevene chromateren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57 60
2a Procesbeschrijving zirkoniseren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2b Procesgegevens zirkoniseren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63 65
3a Procesbeschrijving anodiseren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3b Procesgegevens anodiseren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67 70
................................
71
..............................................
76
4 Aannames en inperkingen. uitgebreid 5 Classificatiefactoren
6 Bepaling van classificatiefactoren aquatische ecotoxiciteit voor aluminium. zirkonium en fluoride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
................................
80
.......................................
82
....................................
88
7 Bronvermelding van de procesmodules 8 Overzichten levenscyclussen
9 Uitgebreide gevoeligheidsanalyse
6
1. INLEIDING 1.1 Aanleiding van het onderzoek Aluminium is een veel gebruikt materiaal binnen de architectuur. Voor het buitenwerk in de vorm van profielen, bijvoorbeeld kozijnen e n ballustrades, en platen, bijvoorbeeld ter verfraaiing van een gebouw, is het nodig de aluminiumvoorwerpen te beschermen tegen corrosie. Dit kan gebeuren door de al aanwezige oxidelaag te versterken of door het aluminium te lakken. Alleen lakken is niet voldoende voor de bescherming. Om de verf te hechten en het aluminium een extra bescherming te geven, wordt het oppervlak voorbehandeld. Dit voorbehandelen gebeurt in het algemeen door de aluminiumprofielen en platen in een aantal baden te dompelen waaraan bepaalde chemicaliën zijn toegevoegd. Door reakties van de chemicaliën met het aluminium ontstaat een zogenaamde conversielaag die gelakt kan worden. Een van de voorbehandelingsmethoden is het chromateren. Het behandelingsbad bevat, onder andere, een verbinding met chroom.
De aanleiding voor dit onderzoek is dat er alternatieven voor het chromateren in ontwikkeling zijn en ook al op de markt, die de pretentie hebben milieuvriendelijker te zijn dan het chroomhoudend bad. De opdracht om te onderzoeken of dit ook zo is komt van het RIZA (Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling). Afdeling emissies van het RIZA heeft een project lopen dat onder de naam "Schone Technologie" onderzoek doet naar brongerichte maatregelen om zo de afvalwaterstroom naar het oppervlaktewater te verminderen.In het kader hiervan kwam vanuit het Riza de vraag de chroomhoudende voorbehandeling voor aluminium met één of meerdere, reële, chroomvrije alternatieven te vergelijken.
De redenen dat er alternatieven op de markt gebracht worden, heeft onder andere te maken met het feit dat hexavalent chroom een toxische stof is. Voor de effekten op de mens is bekend dat chromaten:
- in sterkere mate dan driewaardig chroom -
overgevoeligheidsreakties (met name eczeem) kunnen uitlokken; erfelijk materiaal kunnen veranderen en in ieder geval na inademing (1ong)kanker kunnen veroorzaken. [Copius Peereboom, 19891.
Een ander nadeel van hexavalent chroom is het sterk oxiderende karakter van het ion als het met het afvalwater in het milieu terecht komt. Voor de oppervlaktebehandelingsindustrie die aluminium voorbehandelen door middel van chromateren betekent dit dat er strenge eisen door de overheid gesteld zijn aan het lozen van chroomhoudend afvalwater. Chromateer- en spoelbaden die chroom bevatten worden gereinigd in een zogenaamde ONOinstallatie (Ontgiften, Neutraliseren, Ontwateren-installatie). Na het reinigen kan het afvalwater pas met het riool mee. Het slib dat ontstaat wordt als chemisch afval in een C-2 deponie op de Maasvlakte opgeslagen. Afvalwaterzuivering en opslag brengt hoge kosten met zich mee. De kosten in geld uitgedrukt en de kosten voor het milieu leverden dus een aantal alternatieven op. De alternatieven die reëel zijn voor het chromateren, het zirkoniseren en het anodiseren, zijn op hun vermeende milieuvoordelen beoordeeld in vergelijking met het chromateren. 7
1 3 Probleem- en doelstelling Dit onderzoek heeft de volgende probleemstelling. "Binnen de oppervlaktebehandelinpindustriewordt naar milieuvriendelijke alternatieven voor het chromateren gezocht. Onduidelijk is of deze alternatieven werkelijk minder milieubezwaarlijk zijn."
De doelstelling hierbij is: "Door middel van een levenscyclusanalyse (lca) volgens de CML-methodiek inzicht krijgen in de milieuaspecten van de voorbehandelingsmethoden om tot een gefundeerde beoordeling hiervan te komen." Verder is dit rapport bedoeld als vooronderzoek om duidelijk te krijgen wat de belangrijkste verschillen zijn. Het rapport levert tevens een bijdrage in de discussie over alternatieven tussen de betreffende bedrijven en het RIZA.
1.3 Werkwijze en verslagindeling
De milieukundige beoordeling wordt uitgevoerd met behulp van een lca. In deze paragraaf wordt kort ingegaan op wat een lca en de CML variant inhouden en wordt relevante achtergrond informatie gegeven. Vervolgens is er een globale uitleg van de lca methodiek. Deze paragraaf sluit af met een verklaring voor de gebruikte verslagindeling en een leeswijzer. Inhoud Ica en CML variant en achtergrond informatie Een milieugerichte lca volgt een produkt vanaf de grondstoffenwinning tot en met het afvabtadium. Alle potentiële milieu-effecten die direkt of indirekt door het produkt veroorzaakt kunnen worden, worden gekwantificeerd. De kwantificatie gebeurt op zo'n manier dat een vergelijking per effect en per produkt mogelijk is. Voor de lca die in dit verslag uitgevoerd is, is gebruik gemaakt van de methode die ontwikkeld is door het Centrum voor Milieukunde Leiden (CML) [Heijnungs, 19921. De berekeningen zijn uitgevoerd met behulp van het softwarepakket SIMA2, eveneens ontwikkeld door het CML. De lca volgens de Leidse methode wordt als een aanzet voor standaardisering, zowel nationaal als internationaal, van analyses van milieu-effecten van produkten beschouwd. Andere methoden van de lca zijn afkomstig uit het buitenland, waar de Leidse methode min of meer een afgeleide van is. Verder zijn e r nog twee andere hoofdvormen voor milieugericht produktenonderzoek welke in Nederland gebruikt worden, namelijk de globale analyse en de knelpuntenanalyse. Maar deze vormen, waar hier niet nader op ingegaan wordt, zijn in feite vereenvoudigingen van de levenscyclusanalyse. De lca volgens de CML-methodiek wordt regelmatig en steeds vaker ook binnen het RIZA toegepast.
levenecyclueanalyse methodiek
De levenscyclusanalyse methode gaat uit van een vijftal componenten die, al of niet, gevolgd moeten worden. Deze zijn:
8
- Doelbepaling - Inventarisatie - Classificatie - Evaluatie - Verbeteranalyse Dit verslag is naar deze vijf componenten onderverdeeld. Deze indeling is aangehouden om de lca van verschillende produkten ook onderling gemakkelijker vergelijkbaar te maken. Hieronder volgt eerst een globale uitleg van de componenten van de lca. In de betreffende hoofdstukken zijn uitgebreidere toelichtingen te vinden.
- Doelbepaling Elk component is zelf weer onderverdeeld in stappen. De doelbepaling heeft zelf drie stappen. In deze stappen worden zaken vastgelegd als waarvoor deze lca toegepast wordt (de doelgroep, de opdrachtgever, is het voor, bijvoorbeeld, innovatie mogelijkheden van een produkt etc.), de diepgang en het onderwerp van de studie. Het resultaat van de doelbepaling is, vooral, een overzicht te geven van de produkteigenschappen of karakteristieken van de te onderzoeken produkten. Belangrijk voor de vergelijking tussen de produkten is het vaststellen van de functionele eenheid. Per eenheid kunnen dan de emissies en effecten weergegeven worden.
- Inventarisatie Per produkt, of beter per functionele eenheid van een produkt, wordt gedurende de gehele levenscyclus de milieu-ingrepen bepaald. Deze milieu-ingrepen zijn te kwantificeren door per produkt te berekenen of te meten wat de emissies van stoffen naar lucht, bodem, water, de grondstoffenonttrekking, stank- of lawaaiproduktie etc. zijn. Het resultaat wordt opgegeven in een ingreeptabel.
- Classificatie In de classificatie wordt de ingreeptabel vertaald naar een zogenaamd milieuprofiel. De mogelijke milieu-effecten die zo’n profiel bevat worden bepaald uit de milieu-ingrepen met behulp van modellen. Milieu-effecten zijn bijvoorbeeld ozonlaag afbraak, aquatische of terrestische toxiciteit, stank en verzuring. Een model geeft dan bijvoorbeeld weer hoe, uitgedrukt in een getal, de emissie van een bepaalde stof bijdraagt aan de afbraak van de ozonlaag. Een milieuprofiel maakt een onderlinge vergelijking tussen milieuproblemen niet mogelijk. Om dit enigszins wel te kunnen doen, kunnen de milieu-effecten worden genormaliseerd. Dit houdt in dat elk effect gerelateerd wordt aan het effect aan hetzelfde probleem op wereldschaal gedurende een bepaalde tijd.
- Evaluatie In de evaluatie vindt de totaalbeoordeling plaats van een produkt op zijn potentiële milieueffecten. Ook wordt een inschatting gemaakt van de betrouwbaarheid en validiteit van de analyse.
9
I
- Verbeteranalyse De bedoeling is dat de milieugerichte lca behalve een beoordeling ook steeds meer mogelijkheden aangeeft voor verbeteropties. Een produkt kan op verschillende milieuproblemen slechter scoren dan een soortgelijk produkt. Maar de lca leent zich bij uitstek om a a n te geven waar de knelpunten, die de problemen veroorzaken, in het produktieproces van dat produkt liggen. Mogelijk kunnen ook verbeteringen worden aangegeven; dit ten behoeve van het herontwerpen van een produkt.
Indeling rapport
De wijze van verslaglegging leidt tot sommige zaken, zoals bijvoorbeeld de doelstelling, er twee keer in staan. Dit is vooralsnog onvermijdelijk. Het is namelijk wenselijk dat de uitganppunten gelijk in het begin van het.rapport duidelijk zijn voor de lezer en het is noodzakelijk dat er, eveneens in het begin, een uitleg gegeven wordt over de gebruikte methodiek om misverstanden te voorkomen. Na deze inleiding volgt eerst een hoofdstuk over de marktsituatie van de drie voorbehandelingsmethoden die onderzocht worden. Dit is gedaan om een duidelijk beeld te krijgen van de onderlinge marktverhoudingen van deze voorbehandelingen binnen de oppervlaktebehandelingsindus trie van aluminium. Daarna, beginnend bij hoofdstuk drie, is de beschrijving van de eigenlijke analyse. Deze is conform de regels van de lca volgens de CML-methodiek uitgevoerd. In hoofdstuk drie tot en met hoofdstuk zeven wordt steeds één component uit de lca behandeld. In hoofdstuk acht zijn de eindconclusies met de aanbevelingen te vinden.
10
2. DE OPPERVLAgTEBEHANDELINGSINDUSTRIE 2.1 Aigemeen In dit hoofdstuk wordt de marktsituatie van de relevante methoden voor het voorbehandelen van aluminiumstukken voor buitengebruik uitgelegd. Naast de weergave van de marktsituatie worden de voorbeeldbedrijven beachreven waarvan de procesgegevens gebruikt zijn voor dit onderzoek.
2.2 Marktsituatie chromateren
Er zijn ongeveer 50 bedrijven in Nederland die chromateren. Chromateren wordt zowel door looncoaters als door geïntegreerde bedrijven (bedrijven die aluminium ook zelf extruderen naast het coaten) toegepaat. Chromateren wordt hoofdzakelijk op aluminium toegepast. In Nederland wordt jaarlijks zo'n 7.5 miljoen m' aluminium voorbehandeld voor het lakken, voornamelijk door chromateren. Chromaatvoorbehandeling van aluminium vindt zowel voor buiten-als voor binnentoepassing plaata. Het oppervìak kan op twee manieren behandeld worden, namelijk door sproeien en dompelen. In Nederland wordt het dompelproces het meest toegepast, ongeveer twee maal zoveel als het sproeien. [Kohnen, 19941.
Er zijn twee methoden van chromateren: geel chromateren (chroom-fluoride) en p e n chromateren (chroom-fosfaat). In Europa wordt het geel chromateren voornamelijk toegepast. [Lolling, 19891 De gele chromaatlaag bevat chroom- en aluminiumoxiden en hydroxyden. 2.2.1 Voorbeeldbedrijf Aluminium-CoatingGroningen Het bedrijf dat in dit onderzoek voor het chromateren als voorbeeldbedrijf dient is ACN Groningen. Aluminium Coating Nederland B.V.(ACN) is onderdeel van de Deege-CoatingGroep. De Deege Groep bestaat uit zeven bedrijven die alle gespecialiceerd zijn in de oppervlaktebehandeling van metalen. ACN-Groningen is sinds 1981 in Groningen gevestigd, het bedrijf is gespecialiseerd in het chromateren en moffelen van aluminium. Er worden hoofdzakelijk produkten voor buitentoepassing behandeld, zoals aluminiumprofielen en gevelelementen voor de bouw. Daarnaast worden ook aluminiumprodukten voor binnentoepassing gechromateerd en van een laklaag voorzien (bijvoorbeeld gordijnrails). Het bedrijf is in bezit van de Qualicoatgoedkeuring, dit zijn kwaliteitseisen voor bouwaluminium die gelden op Europees niveau. Verder is het bedrijf in bezit van het ISO-9002 certificaat, waarin eisen aan de manier van produceren worden gesteld. Binnen de Deege-groep heeft ACN Groningen onder andere taken in het testen van verechillende lakken op kwaliteit (voldoet de lak aan de Qualicoat eisen); het uitvoeren van een kwaliteitskeuring op behandelde produkten en het controleren van de kwaliteit van de procesbaden, afvalwatercontrole en de laagdikte van de chromateerlaag. Verder wordt onderzoek verricht naar de kwaliteit van verschillende voorbehandelingsmethoden ten aanzien van het voorkomen van corrosie. In bijlage 1 is de precieze procesbeschrijving van ACN Groningen te vinden.
2.3 Marktsituatie zirkoniseren
Er zijn op dit moment slechts enkele bedrijven in Nederland die aluminium zirkoniseren voor buitengebruik. Het zirkoniseren van aluminium voor binnengebruik wordt al meer toegepast, omdat de kwaliteitseisen die hier gelden niet zo hoog zijn als de eisen die gelden voor gelakt aluminium voor buitengebruik. Er kan namelijk nog niet gegarandeerd worden dat de kwaliteit van de zirkoniseerlaag op lange duur even goed is als de kwaliteit van de chromateerlaag. 11
Voor het gebruik van aluminium in de bouw betekent dit een groot risico voor de coater van aluminium. Als na verloop van tijd blijkt dat de lakhechting onvoldoende is, is hij degene die opdraait voor de koeten van vervanging of reparatie van het gelakte aluminium. Dit vormt een belangrgke belemmering voor het starten met dit alternatief. Een andere belemmering die hiermee samenhangt vormt het ontbreken van de Qualicoat goedkeuring. Er wordt in dit kader onderzoek verricht naar de kwaliteit van chroomvrije voorbehandelingen van aluminium. De zirkoniumvoorbehandelingvan chemicaliënleverancier MAVOM blijkt tot nu toe erg goed uit deze testen te komen. Het is waarschijnlijk dat de goedkeuring voor deze voorbehandeling e r over ongeveer drie jaar zal zijn [H.Koelewijn, 19941. De voorbehandelingsmethode van deze chemicaliënleverancier wordt in grote lijnen aangehouden in dit onderzoek. In bijlage 2 staat hiervan de uitgebreide procesvoering beschreven. Zirkoniseren kan zowel in sproeitoepassing als in dompeltoepassing gedaan worden. Een zirkoniseerbadenreeb is zeer vergelijkbaar met een chromateerreeks, het overstappen van chromateren naar zirkoniseren vraagt voor een bedrijf slechta weinig aanpassingen. Naast de voorbehandeling op basis van zirkonium zijn er nog enkele andere chroomvrije methoden, op basis van titaan en op basis van silicium. Testen wijzen uit dat de kwaliteit van deze voorbehandelingen op dit moment achter blijft.
2.4 Marktsituatie anodiseren Er zijn in Nederland ongeveer dertig bedrijven die anodiseren. De helft hiervan zijn loonbedrijven, de andere helft bestaat uit geïntegreerde bedrijven. De produktie per bedrijf varieert van 200 tot 2 miljoen ma per jaar [Brouwer, 19921. In 1990 werd e r ongeveer 10 miljoen ma geanodiseerd, waarvan 7 miljoen ma platen en profielen, de rest zijn kleine eindprodukten [du Mortier, 19921. Dit geanodiseerd werk, dat voor meer dan 99% geanodiseerd wordt in zwavelzuur, is zowel voor binnen- als buitengebruik en is al of niet ingekleurd. Het is niet gebruikelijk deze laag te gaan lakken, hoewel dit mogelijk is. Zwavelzuuranodiseerlagen kunnen, onder bepaalde omstandigheden, gelakt of gepoedercoat worden. Voor het chromateren zijn intrede maakte, was dit ook de methode om aluminium te kunnen lakken. Echter, de kosten voor het aanbrengen van zo'n laag liggen hoger dan de kosten van het c h m b t e r e n : Bovendien is niet duidelijk of de kwaliteit vergelijkbaar is met de kwaliteit van het chromateren. In ieder geval is in Nederland de houding afwachtend om deze methode (weer) te gebruiken. In een aantal andere landen is deze methode in opkomst omdat het anodiseren bekend staat als milieuvriendelijker dan het chromateren. In Duibland, bijvoorbeeld, heeft een branche-organisatie, de Gütegemeinschaft für Stückbeschichtung von h u t e i l e n (G.S.B.) in februari van dit jaar aanbevelingen gegeven voor het anodiseren van aluminium om te lakken als vervanging van chromaatlagen. Volgens deze organisatie voldoet de conversielaag die met hun aanbevelingen is aangebracht aan de kwaliteiteisen.
2.4.1 Voorbeeldbedrijf Scandex Aluminium N.V. Scandex Aluminium N.V.heeft als voorbeeldbedrijf gediend voor het anodiseerproces. Scandex maakt deel uit van SAPA AB, een Zweedse onderneming. Zij bestaat sinds 1971. Scandex extrudeert en anodiseert aluminium profielen en is hiermee een geïntegreerd bedrijf. In 1993 heeft Scandex 1,l * 10' ma aluminium geanodiseerd voor voornamelijk architectuurtoepassingen. Scandex voert het EURAS/EWAA ( European Anodisers Association/ European Wrought Aluminium Association) keurmerk. Dit keurmerk wordt verleent aan bedrijven die aan de strenge kwaliteitseisen van deze organisatie voldoen. Deze eisen zijn in overeenstemming met de Nederlandse norm NEN 5255.Ook dit bedrijf is in bezit van het I S 0 9002 certificaat. In dit rapport is een verkorte en aangepaste procesvoering in bijlage 3 vermeld.
12
3. DOELBEPALING 3.1 Algemeen In de doelbepaling worden een aantal beslissingen genomen die het verdere verloop van de studie bepalen. De volgende aspecten worden in overweging genomen en vastgelegd:
De toepassing:
- doelstelling - doelgroep
- inititatiefnemer De diepgang van de studie De definitie van het onderwerp van de studie:
- produktgroep
- ruimtelijke representativiteit - temporele representativiteit - functionele eenheid 3.2 Bepaling toepassing
De toepassing waarvoor de lca wordt gebruikt is het geven van produktinformatie. De doelgroep waarvoor het onderzoek wordt uitgevoerd is het RIZA. Het initiatief voor dit afstudeeronderzoek is genomen door de afdeling Emissies het RIZA. Het RIZA is tevens de financier van het onderzoek.
3.3 Bepaling diepgang studie
De gehele levenscyclus van de drie produkten wordt globaal bekeken. Het betreft een voorlopige analyse die indien wenselijk in een latere fase verder kan worden uitgewerkt. 3.4 Definitie onderwerp studie
De produktgroep die wordt onderzocht betreft gelakt aluminium in de bouw. Het gaat in de studie om de voorbehandeling van gelakt aluminium. Drie verschillende voorbehandelingsmethoden worden op milieu-aspecten beoordeeld. De traditionele voorbehandeling met chromaat wordt vergeleken met twee reële alternatieven voor het chromateren, het zirkoniseren en het zwavelzuuranodiseren. In het onderzoek is uitgegaan van de Nederlandse situatie van industriële coatingbedrijven en richt zich op het tijdvak 1994-1995.h de voorbehandelingsmethoden met elkaar te kunnen vergelijken is het nodig een gemeenschappelijke vergelijkingsbasis vast te stellen. Gemeenschappelijk dient te zijn de primaire functie van het produkt (hier het dienen als conversielaag) en de hoeveelheid produkt dat wordt bekeken. In de CML-methodiek wordt deze gemeenschappelijke noemer de functionele eenheid genoemd. Als functionele eenheid is gekozen voor: " De milieu-effecten van een voorbehandelingsstraat voor zover die gebruikt wordt VOOT het lakken van 400.000 m2 aluminium voor buitengebruik
13
".
In de onderstaande tabel 3.1 worden een aantal belangrijke eigenschappen van de drie conversieiagen weergegeven.
anodiseren
karakteristieken van de converlaaggewicht /dikte
I prijs
1-2 nm
1-2 p m
Cr- en Al(hydr )oxiden
Zr-complex polyacrylaat
Cr= ca.35%
Zr= ~
natlakken; poedercoaten
nat lakken; poedercoaten
natlakken; poedercoaten; electroforese
ca f5,-/m2
ca.f5,-/m2
ca. f5,-/m2
~ 8 . 4 %
Tabel 3.1 Produkteigenschappen van de drie onderzochte conversielagen.
14
A1203 13% S03verbindingen
4.
INVENTARISATIE
4.1 Algemeen In de inventarisatiefase worden een aantal stappen doorlopen Allereerst worden procesbomen opgesteld van de drie voorbehandelingsmethoden. Hierin worden alle processen die deel uitmaken van de levenscyclus van de voorbehandeling van aluminium aangegeven: van grondstofwinning (van bijvoorbeeld badchemicaliën) tot aan afvalverwerking (van bijvoorbeeld zuiveringsslib). Aan de hand van de procesboom wordt het onderwerp afgebakend: er wordt bekeken welke processen buiten beschouwing kunnen worden gelaten. Eerst wordt een overzichtsprocesboom opgesteld, daarna gedetailleerde procesbomen. Van de processen die worden meegenomen worden de gegevens geïnventariseerd en vastgelegd in procesmodulea. Hierin wordt aangegeven wat er benodigd is voor een proces a a n grondstoffen en materialen, wat emissiea zijn naar het milieu en wat afvalstromen van het proces zijn. Het totaal a a n processen vormt de levenscyclus van het produkt, preciezer gezegd van de functionele eenheid produkt. Het computerprogramma berekent van de functionele eenheid wat de totale invloed is op het milieu: de ingreeptabel.
4.2 Overzichtsprocesboom en systeemgrenzen In figuur 4.1.worden de processen die deel uitmaken van de levenscyclus van het voorbehandelen van aluminium weergegeven. In deze overzichtsprocesboom is aangegeven welke processen onderzocht zijn, (de processen in de vierkante hokjes) en welke processen in dit onderzoek buiten beschouwing zijn gelaten (in de trapezoïden).
Figuur 4.1 Overzichtsprocesboom van het voorbehandelen van aluminium.
15
De fasen in de levenscyclus van de voorbehandelingsmethoden die in dit onderzoek niet zijn meegenomen zijn dus de produktie van het aluminium profiel; het lakken van het aluminiumprofiel; het gebruik van het aluminiumprofiel in de bouw en tenslotte de afdanking en recycling van het aluminium. Daarnaast zijn niet alle processtappen van het voorbehandelingsproces meegenomen. Voordat de conversielaag wordt aangebracht wordt het aluminiumoppervlak gereinigd, gebeitst en geactiveerd. Het aanbrengen van de laag staat in dit onderzoek centraal. Het beitsprocee wordt zijdelings meegenomen, het ontvetten van het aluminium wordt buiten beschouwing gelaten. In paragraaf 4.5 wordt een motivatie gegeven voor de inperkingen. 4.3 Verzamelen en invullen van procesgegevene Voor het verzamelen van de gegevens over het chromateer- en anodiseerproces is in dit onderzoek gewerkt met voorbeeld bedrijven. Beide bedrijven voldoen aan een tweetal essentiële criteria: het voorbehandelen van aluminium voor buiten gebruik, volgens geldende normen werken; voor wat chromateren betreft de Qualicoatvoorschriften en voor het anodiseren de Euras/EWAA kwaliteitskeurmerk.
-
Het voorbeeldbedrijf voor het anodiseren behandelt aluminium niet om deze te kunnen lakken. Toch is voor dit bedrijf gekozen omdat, zoals ook in hoofdstuk 2 is aangegeven, in Nederland niet gebruikelijk is om geanodiseerd werk te lakken. Bij Scandex, het voorbeeldbedrijf voor het anodiseren, zijn de procesgegevens goed bekend. Dit komt door, onder andere, eerdere medewerking van dit bedrijf aan een onderzoek over afval- en emissiepreventie bij anodiseerbedrijven [Brouwer, 19931. Voor het zirkoniseren was geen bedrijf te vinden dat bereid was informatie te verschaffen over het proces. Daarom is uitgegaan van het Europees octrooi [octrooi O 008 9421 en produktinformatie van de MAVOM. de leverancier van zirkoniseerchemicaliën. Procesgegevens over chemicaliën gebruik, afvalstromen en emissies zijn afkomstig van voorbeeldbedrijven over het jaar 1993. Deze gegevens zijn aangepast en/of aangevuld met gegevens uit SPIN-document "Fosfateren en Chromateren" [Kohnen, 19941 en studierapport "De groene anodiseerstraat, mogelijkheden voor preventie van afval en emissies bij anodiseerbedrijven" [Brouwer, 19931. De gegevens zijn besproken met deskundigen uit de voorbeeldbedrijven en de chemicaliënleverancier MAVOM. Voor de overige processen is zoveel mogelijk gebruik gemaakt van SPINdocumenten. Verder is gebruik gemaakt van procesmodules die in eerdere levenscyclus analyses zijn gemaakt.
16
4.4 Procesbomen en procesgegevens van de levenscyclus van de drie voorbehandelingsmethodes 4.4.1 Het chromateren Chromateren is een chemische manier om een conversielaag aan te brengen, dit houdt in dat de laagvorming verloopt door chemische reacties. In het chromateerproces doorlopen de te behandelen produkten achtereen volgens de volgende processtappen: ontvetten - spoelen beitsen spoelen chromateren spoelen spoelen met gedemineraliseerd water drogen
-
Voor een uitgebreide beschrijving van het chromateerproces wordt verwezen naar bijlage la, de beschrijving van het chromateerproces zoals dat bij ACN Groningen plaats vindt. In figuur 4.2 wordt het chromateerproces schematisch weergegeven: de benodigde chemicaliën, het voorbehandelingsproces, de afval(water)stromen en de lozing van afvalwater. Het ontvetten wordt in de figuur niet meegenomen, aangezien deze processtap buiten beschouwing wordt gelaten.
17
CHROMATEERPPROCES ton tur t ten bui ten krchuuing)
I
I
RI ûûL
-b
:chenicalien
=$
:afualwater
RI ûûL
II :filtering van spoelwater
M
I
:uast
afval cIk filterafval (Chenisch afval) A 2 = f i 1terkoek, chroonhoudend
+
:ouersleep
Figuur 4.2 Het chromtenn van alwiniw,
I
(-1
= ionenwisselaar,
!fualwater is afkomstig van het regenereren van ionenwisselaar
(-1 : ontgiftings- en flocculatie-
chenicalien, buiten beschouwing gelaten
ONO
:waterzuiveringsinstallatie
Boven in de figuur staat weergegeven welke chemicaliën in het proces benodigd zijn. Voor het produceren van deze chemicaliën zijn grond- en hulpetoffen nodig. In figuur 4.3 en figuur 4.4 wordt per bad aangegeven uit welke stoffen de chemicaliën geproduceerd worden. De chemicaliën zijn vetgedrukt, naar beneden lezend is te zien welke stoffen voor de produktie benodigd zijn.
HF
pao, Ca,(PO,),F
Cokes
SiO,
CaF, S
.
SO,
O,
H,O
Figuur 4.3 Procesboom beitsbad.
Figuur 4.4 Procesboom chromateerbad.
Procesgegevens chromateren
De procesgegevens van de hier aangegeven processen zijn geïnventariseerd en weergegeven in procesmodules. De procesgegevens van het chromateerproces zijn gebaseerd op het chromateerproces zoals dat bij ACN Groningen plaats vindt. In tabel 4.1. staan de belangrijkste procesgegevens voor het chromateerproces weergegeven. D e procesgegevens in de grijze vlakken zijn ingevuld in de procesmodules. In bijlage l b zijn de procesgegevens van ACN te vinden. Voor de overige processen is gebruik gemaakt van verschillende bronnen. In bijlage 7 is weergegeven waar de gebruikte procesmodules en -gegevens van afkomstig zijn.
19
.-Q
i Q
U
-
4O
o I! u)
rn m m ..................
c
'5
f C
.-$2a
n
o!
c
8 ;
c
i u)
gli
q! 0-0
4.4.2 Zirkoniseren Het zirkoniaeerpms is zoals reeds opgemerkt zeer vergelijkbaar met het chromateerproces. Het is net ais het chromateren een chemische manier om een conversielaag aan te brengen. Verschillen liggen in de badsamenstelling van het zirkoniseerbad en de volgorde van de baden. Verder ontbreekt de ontgiftingsstap b i de afvalwaterzuivering. Het zirkoniseren verloopt volgens de volgende processtappen, ontvetten 8pOelen beitsen - spoelen - spoelen met gedemineraliseerd water zirkoniseren na-nevelen.
-
Het demi-spoelen gebeurt vooraf om het zirkoniseerbad niet te vervuilen met oversleep uit vooraf-gaande baden en zouten uit het leidingwater waarmee gespoeld is. Na het zirkoniseren wordt niet gespoeld zoals bij het chromateren. Een uitgebreide beschrijving van het zirkoniseerproces is te vinden in bijlage 2a. In figuur 4.5 wordt het zirkoniseerproces schematisch weergegeven.
21
2 IRKONICEERPROCEC (ontvetten buiten beschouwing)
9
r---
.I-
BEIISM
7-
@U NRIIRIILISAIIE
RIOOL
RIOOL
RIOOL
legenda -b
= chemicalien
I :afvalwater II = filtering van spoelwater
I
I :vast afval FI1 :filterafval (Chemisch afval) f i 2 :filterkoek, beuat (ll(OH),
Figuur 4.5 Het rirkoniscnn van aluminium.
---D :oversleep OHO* :: wpterzuiverings installatie
hier zonder ontgiften
*I(
:ionenwisselaar,
Ifvalwpter is afkomstig van regenereren ionenwi ssel aar
De badvloeietof voor het zirkoniseren bevat zirkoniumzuur, een polyacrylzuur en fluorwatemtofzuur. Welk polyacrylzuur in het bad wordt toegepast is onbekend, uitgegaan is van ethylacrylaat. Voor deze badchemicaliën is de onderstaande procesboom opgesteld. Voor de procesboom van de beitschemicaliën wordt verwezen naar figuur 4.3.
WrF, ?
C&O,
(ethylacrylaat)
C,H,CûûH
C&, ZrSiO,
:;1:
zie fig 4.3
H,û
.~
naphta olie olie
Invullen van procesgegevens In tabel 4.2 worden de procesgegevens van het zirkoniseerproces weergegeven. De gegevens in de grijze vlakken zijn ingevuld in de procesmodules. In bijlage 2b wordt de berekening van deze gegevens weergegeven. Voor de procesgegevens van produktie van de chemicaliën wordt verwezen naar de bronvermelding in bijlage 7.
Tabel 4.2 Procesgegevens zirkoniseerproces. t.b.v. neutralisatie, paz = polyacrylzuur
23
4.4.3 Anodiseren
Het anodiseren ia een electro-chemische manier om een conversielaag aan te brengen: de laagvorming verloopt onder invloed van een potentiaalverschil tussen een kathode en het aluminiumprofiel. Voor de vorming van de laag is dus energie nodig. Bij het anodiseren doorlopen de te behandelen produkten de volgende stappen: ontvetten spoelen beitsen spoelen desmutten - spoelen anodiseren spoelen drogen
-
In figuur 4.7 wordt het anodiseerproces schematisch weergegeven: chemicaliënverbruik, processtappen, afval(water)stromen, afvalwaterbehandeling en lozing. Een uitgebreide beschrijving van het anodiseerproces zoals dat bij Scandex plaats vindt is te vinden in bijlage 3a.
24
INODICEERPROCEC (ontvetten buiten beschouwing)
MING
RIOOL
-+
:chenicalien
a
:afvalwater
I = vast afval I :slib, bevat Al(OH)3
---b :oversleep
:
gelijkrichter t.b.v. aanbrengen wan de laag
Figuur 4.7 Het anodiseren van aluiiiniw.
RIOOL
Voor het anodiseerproces is een alkalisch beitsbad, een desmutbad op basis van watemtofperoxide en een anodiseerbad met een spanningsverschil en voor de stroomdoorgang een elektrolyt van zwavelzuur nodig. Hiervoor zijn de volgende procesbomen opgesteld. Alkalisch beitsbad additieven: _ _ _ _ _ ~
poly-alcoholen
1 steenzout
?
alkaliën
I?
anorganische zouten
I?
Figuur 4.8 Procesboom alkalisch beitsbad (anodiseren). Desmutbad
Figuur 4.9 Procesboom desmutbad. Anodiseerbad
Figuur 4.10 Procesboom anodiseerbad.
Procesgegevens.
De belangrijkste procesgegevens van het anodiseerproces zijn op bladzijde 27 weergegeven, de procesgegevens zijn gebaseerd op het produktieproces van Scandex. In bijlage 3b staan de procesgegevens van Scandex vermeld. Voor de overige geïnventariseerde gegevens wordt verwezen naar bijlage 7.
26
03
.-C
E E
t d I
E
4 6 Aannames en inperkingen
Voor het maken van de lca zijn een groot aantal aannames en inperkingen gedaan. De belangrijkste aannames en inperkingen worden in deze paragraaf genoemd. Een gedetailleerde beschrijving van alle aannames en inperkingen is te vinden in bijlage 4.
Winning van grondstoffen - Van de winning van de in de voorbehandeling gebruikte metalen zijn alleen de energiekosten en de uitputting van grondstoffen meegenomen. Produktie van chemicaliën - Alleen de produktie van de hoofdbestanddelen van de baden is in dit onderzoek meegenomen. Aangenomen is dat de produktie van de additieven aan de milieubelasting niet significant bijdraagt. - De produktie van de chemicaliën voor het ontgiften en flocculeren van het afvalwater afkomstig van het chromateerbad is niet meegenomen. Voorbehandelen van aluminium Badenreeks - Het ontvetten van het aluminium is buiten beschouwing gelaten omdat deze processtap voor alle drie de voorbehandelingsmethoden gelijk is. Chemicaliënverbruik - Er ie uitgegaan van een oversleep van 150 ml/m' voor alle baden. - De oversleep na het zirkoniseren wordt als verlies beschouwd, omdat het indrogen van de chemicaliën uit oversleep niet bijdraagt aan de kwaliteit van de laag. - er wordt uitgegaan van een standtijd van het zirkoniseerbad van 9 maanden, een standtijd van drie maanden is ook doorgerekend. Emissie naar het water - Het afvalwater afkomstig van het beitsbad wordt gezuiverd, zowel bij het chromateerproces als het zirkoniseerproces. - Het afvalwater afkomstig van het zirkoniseerbad wordt alleen geneutraliseerd en niet gezuiverd: er wordt van 100% lozing uitgegaan. - De oversleep na het zirkoniseren wordt voor 100% als emissie naar het oppervlaktewater beschouwd. - de emissies naar het water zijn grotendeels gebaseerd op aannames, deze zijn te vinden in de tabellen 4.1 en 4.2. - Het afvalwater afkomstig van het anodiseerbad wordt geloosd op het riool, deze lozing wordt beschouwd als emissie naar het oppervlaktewater. Er wordt dus van uitgegaan dat het aluminium in het afvalwater niet wordt gebruikt voor de defosfateringsstap in een rioolwaterzuiveringsinstallatie. Lakken van aluminium - Er is van uitgegaan dat het aanbrengen van de laklaag voor de drie voorbehandelingsmethoden hetzelfde is. Gebruik van gelakt aluminium in de bouw Aangenomen is dat de levensduur van het gelakte aluminium voor alle drie de voorbehande-
28
lingsmethoden gelijk is. Het onderhoud van het gelakt aluminium is niet meegenomen.
Recycling van afgedankt aluminium De recycling van het afgedankt aluminium is in dit onderzoek niet meegenomen. De mogelijkheden voor recycling van het voorbehandeld aluminium is voor alle drie de voorbehandelingsmethoden namelijk gelijk.[Bijlhover, 19941. Verder is aangenomen is dat emissies en aflalverwerking van de conversielagen tijdens de recycling van aluminium geen significante extra milieubelasting opleveren.
Energie Voor Duits anodiseren zijn lage en hoge energiekosten berekend. De laagste zijn meegenomen in de berekeningen naar de milieu-effecten. Deze energiekosten betreffen elektriciteit voor het anodiseren en gas voor badverwarming beitsbad. Niet meegenomen is energiekosten voor verlichting, aggigatiepomp, afzuiging, koeling en andere pompen. In verhouding dragen deze weinig meer bij.
4.6 Toerekening van procesgegevens Toerekeningen worden gemaakt als bijvoorbeeld een proces meer dan één nuttig eindprodukt heeft. De emissies worden dan naar een verhouding verdeeld over deze produkten. Voor deze studie zijn ook enkele toerekeningen gemaakt. De twee belangrijkste toerekeningen worden hier genoemd. Zirkonium wordt gewonnen met titaan en hafnium. De in het onderzoek gebruikte waarde voor het energieverbruik is toegerekend voor zirkonium. Voor de winning van zuiver zirkonium zijn de kosten nodig om dit element te scheiden van de andere elementen meegenomen, de energie die nodig is om zuiver hafnium of titaan te krijgen niet. Bovendien is uitgegaan van bepaalde energiemodellen [Forrell, 19941 die aniankelijk zijn van de landen waar het metaal gewonnen wordt. Dit is behalve voor zirkonium ook voor de winning van het element chroom gedaan. Deze energiemodellen bestaan uit verdelingen van de energiedragers over de energieproduktie van een bepaald land . Mogelijk waren bij de gegeven waarden voor energiekosten [van Tuinen, 19931 om deze metalen te winnen deze modellen er al in verwerkt. Daar dit niet te achterhalen is, hebben we bovenstaande toerekening aangehouden omdat een correcter beeld van de emissies gekregen wordt. Bij het produceren van natronloog wordt ook chloor geproduceerd. De emissies bij dit proces zijn toegerekend naar mammverhouding van het ontstane natronloog en chloor. Er is niet toegerekend naar kostprijs. Het energieverbruik is ook op deze manier berekend, dit is verminderd met het nuttig gebruik (verbranding) van het bij de produktie ontstane waterstof.
4.7 Ingreeptabel De procesgegevens worden ingevoerd in procesmodules (formats). Hierin wordt van een proces emissies naar bodem, lucht en water, energieverbruik, verbruik van grond- en hulpstoffen en afvalproduktie aangegeven. Het computermodel koppelt de procesmodules die nodig zijn voor de functionele eenheid en berekent wat de totale milieubelasting is die ontstaat gedurende de levenscyclus van het produkt (hier het voorbehandelingsproces). Dit wordt weergegeven in de ingreeptabel. Kort gezegd geeft deze ingreeptabel de ongenormeerde milieubelasting weer die de functionele eenheid veroorzaakt. De ingreeptabellen van het chromateren, zirkoniseren en anodiseren staan in bijlage 8. De ingreeptabel dient als basis voor het kwantificeren van de bijdrage van de functionele eenheid aan de onderzochte milieueffecten.
29
5. CLASSIFICATIE 5.1 Algemeen
In de classificatie component worden de hiervoor beschreven milieu-ingrepen die aan de processen toe te schrijven zijn vertaald naar potentiële milieueffecten. Deze vertaling gebeurt met modellen. De lca maakt gebruik van een standaardmodel. Dit model gaat uit van een aantal milieuproblemen waarvoor een effect te bepalen is. Dit effect wordt met behulp van een classificatiefactor berekend. In tabel 5.1 staat een overzicht welke milieu-effecten in het model bepaald kunnen worden en wat de eenheid per effect is. Een aantal eenheden geven weer aan welke stof of compartiment een emissie gerelateerd wordt (bijvoorbeeld de bijdrage aan het broeikaseffect van een bepaalde stof is gerelateerd aan hoeveel die stof meer of minder a a n dit effect bijdraagt dan een zelfde hoeveelheid kooldioxide). Eveneens is aangegeven, in de tweede kolom, aan welke effecten een waarde toegekend kan worden, welke nog niet en welke niet van toepassing waren voor de lca van deze studie. De effecten die niet gekwantificeerd kunnen worden in het standaardmodel, zijn nog niet volledig door het CML uitgewerkt. Degene die wel kwantitatief uitgewerkt zijn hebben classificatiefactoren. Een classificatiefactor geeft de relatie tussen de emissie en het effect weer. In de bijlagen is een beschrijving opgenomen hoe classificatiefactoren worden bepaald voor een specifiek milieuprobleem voor zover die in deze studie van toepassing is (bijlage 5 ) . Dit hoofdstuk bevat een beschrijving hoe een aantal classificatiefactoren, die nodig waren voor deze studie, bepaald zijn. Vervolgens is in paragraaf 5.4 een overzicht van de genormeerde milieuprofielen van de levenscyclussen van de voorbehandelingsmethoden weergegeven. In bijlage 6 staat de volledige uitwerking van de factoren die voor deze studie berekend zijn.
gekwantificeerd of nvt'
milieu-effect
uitputting van abiotische grondstoffen uitputting van biotische grondstoffen broeikaseffect a a r a a k van de ozonlaag humane toxiciteit aquatische ecotoxiciteit terrestrische ecotoxiciteit fotochemische oxydantvorming verzuring vermesting afvalwarmte stank lawaai aantasting van ecosystemen en landschap slachtoffers
eenheid
jr-'
kg eq. co, kg eq.CFK-11 kg 1ich.gew. m3 water kg bodem kg eq. C,H, kg eq. so2 kg eq. PO:
MJ m3 lucht Pa2*$ m2*s
Tabel 5.1 Overzicht van de effecten die in het standaardmodel verwerkt en, al of niet, gekwantificeerd zijn. ' = niet van toepassing voor deze studie
30
5.2 De bepaling van de classificatiefactoren. Een classificatiefactor bestaat uit twee delen: de blootstellingsfactor en de effectfactor. In de blootstellingsfactor is het gedrag van een stof in het milieu verdisconteerd. De effectfactor geeft het mogelijke effect weer van een bepaalde blootstelling bij de receptor. De emissie vermenigvuldigd met de classificatiefactor leidt tot een bepaald effect. Voor het bepalen van de milieuprofielen van de voorbehandelingsmethoden is het milieu-effect voor de aquatische ecotoxiciteit een belangrijk probleem. De meeste emissies in het voorbehandelingisproces zelf vinden immers naar het water plaats. Van lang niet alle stoffen zijn classificatiefactoren bepaald. Zo miste voor de aquatische ecotoxiciteit factoren voor aluminium, zirkonium en fluoride. Om een vergelijking mogelijk te maken met de potentiële effecten van chroom naar het water, zijn deze factoren berekend. Voor het bepalen van de classificatiefactoren is gebruik gemaakt van de in de achtergronden van de CM1-handleiding genoemde procedure [Heyungs, 1992, pag. 1061. De gevonden factoren en toxiciteitsgegevens zijn vergeleken met de factor voor chroom en de daar achterliggende toxiciteitsproeven om de onderlinge verhouding in toxiciteit zo goed mogelijk te kunnen weergeven. De classificatiefactoren voor qe amatische toxiciteit voor bovengenoemde elementen zijn: aluminium = 0,3126 - zirkonium = 0,038
- fluoiide
= 0,0027
Die van chroom(VI) was al bepaald en heeft de waarde 1. In bijlage 6 zijn de uitwerkingen beschreven voor deze classificatiefactoren.
5.3 Bepaling van de milieu-effecten Als de emissies en andere ingrepen naar het milieu voor de relevante processen bekend zijn, is het met behulp van de classificatiefactoren eenvoudig de effecten te berekenen.
De milieu-effecten van de levenscyclus van de voorbehandelingsmethoden staan in bijlage 8 in milieuprofielen weergegeven. De eenheden zijn zoals in tabel 5.1 vermeld. Eveneens is in deze bijlage een overzicht opgenomen welke processen uit de levenscyclus van een voorbehandeling een bijdrage levert aan een bepaald probleem en hoeveel deze bedraagt. Deze tabellen worden verder niet besproken.
5.4 Normering van de milieu-effecten Aangezien de effecten uit de milieuprofielen verschillende dimensies hebben, is het niet juist deze effecten onderling te vergelijken. Om dit enigszins wel te kunnen doen, wordt een normalisatie uitgevoerd. Er ontstaat dan een milieuprofiel met relatieve (dimensieloze) waarden. De effecten zijn in verhouding gebracht met de effecten op wereldschaal aan hetzelfde probleem gedurende een jaar. Eigenlijk is dan de eenheid per jaar. Aangezien de functionele eenheid uitgaat van jaargegevens vervalt alsnog de eenheid. Een vergelijking tussen de verschillende milieuproblemen is vooralsnog niet strikt te maken; ze wegen niet even zwaar. In tabel 5.2 zijn de genormaliseerde milieuprofielen te zien van de IC van de drie voorbehandelingsmethoden zonder het beitsen. In bijlage 8 staan alle berekende genormaliseerde milieuprofielen. In het volgende hoofdstuk worden de profielen besproken van de voorbehandelingsmethodes waarbij het beitsen en spoelen vooraf buiten beschouwing zijn gelaten. Omdat het beitsproces voor het chromateren en zirkoniseren hetzelfde is geeft het een helder beeld dit onderdeel alleen zijdelings mee te nemen. Voor het anodiseren is het beitsproces op dit moment anders (een hogere aluminiumafdracht en
31
meer energie- en chemicaliënverbruik). Wellicht is het zo dat het beitsproces voor het anodiseren als voorbehandeling voor gelakt aluminium op dezelfde manier kan plaats vinden als voor het chromateren en zirkoniseren. Deskundigen zijn het hier nog niet over eens. Door het weglaten van het beitsproces bij het anodiseren wordt uitgegaan van dat dit in principe gelijk is voor de drie voorbehandelingsmethoden.
milieuprobleem
chromateren
Humane toxiciteit
392
Aquatische ecotoxiciteit
99
Verzuring
22
Vermesting
0.49
Broeikaseffect
291
Fotochemische oxydantvorming
0,36
0,23
Stank
0,32
0,13
~
zirkoniseren
anodiseren
10
21
5910 11
0,28
Tabel 5.2 Genormaliseerde milieuprofielen (waarden * lO-"). Voorbehandelingsprocessen zonder beitsen en spoelen vooraf.
32
6. EVALUATIE
6.1 Algemeen In dit hoofdstuk worden de resultaten van de classificatiefase besproken. De milieu-effecten van de drie voorbehandelingsmethoden worden onderling vergeleken en er wordt aangegeven welke processen het meeete bijdragen aan de milieubelasting. De milieuproblemen humane toxiciteit, aquatische toxiciteit en verzuring worden apart besproken. Daarna volgt een gezamenlijke bespreking van de milieuproblemen vermesting, broeikaseffect, fotochemische oxydant vorming en stank. Deze worden gezamenlijk besproken omdat de milieubelasting hier voornamelijk wordt veroorzaakt door dezelfde factor, namelijk het energieverbruik. Als laatsten worden energieverbruik en afvalproduktie per funktionele eenheid besproken. Voor deze 'problemen' zijn nog geen normalisaties uit te voeren, daarom zijn ze niet terug te vinden in de profielen. Ze zijn echter ook belangrijk voor de totale milieubeoordeling. De resultaten van het milieu-profiel van het beitsen en de bespreking hiervan vindt plaats in paragraaf 6.2.3. In 6.2.4. worden de resultaten van de analyse van de verschillende anodiseermethoden met elkaar vergeleken. In de paragrafen die er op volgen, worden voor de belangrijkste factoren een kwalitatieve gevoeligheidsanalyse uitgevoerd.
33
66 Resultatenbespreking
66.1 De voorbehandelingsmethoden zonder beitsen
pöGmiiq nemrrndseer d
olie
E Z 3 uranium O
H
ws
m zirkonium
r
........
chroom
chrom.
1
Ark.
anod.
I
‘iguur6.1 Bijdrage conversielagen aan uitputting van grondstoffen.
De abiotische uitputting hangt af van de gebruikte hoeveelheid grondstoffen, van de voorraad die in de wereld economisch winbaar is en het wereldtotaal aan uitputting van alle grondstoffen samen. In figuur 6.1. zijn deze grootheden verwerkt. Zirkonium draagt het meeste bij aan de uitputting. De voorraad zirkonium is ten opzichte van chroom een factor 20 minder. Ondanks dat chroom 14 maal meer gebruikt wordt dan zirkonium draagt zirkonium in totaal bijna anderhalf maal zoveel meer bij aan dit effect.
De overige bijdragen zijn gerelateerd aan de voorraad energiedragers. Voor chromateren is deze bijdrage in totaal 8 %. Voor zirkoniseren is dit 10 % en voor anodiseren 100 9%. Buiten beschouwing is gelaten de bijdrage aan abiotische uitputting door het verbruik van water, zwavel en kolen.
34
pumane toxiciteit genxrndseerd
I m overige emissies ernis. chroom na ONO
Essi
ernis. zwaveiz.prod.
emis. energle kolen
chrom.
I
zirk.
I
anod.
I
FigÜur 6i2 Bijdrage conversielagen aan humane toxiciteit.
Opvallend is de bijdrage van het anodiseerproces in figuur 6.2. Deze levert de hoogste bijdrage aan de humane toxiciteit. Het proces dat hier voor 49 % debet aan is, is de zwavelzuurproduktie. Dit wordt voornamelijk veroorzaakt door emissie naar water en lucht van het toxische SO,. Bij de produktie van zwavelzuur wordt gemiddeld 3,5g zwaveldioxide geëmitteerd per kg zwavelzuur. Aangezien in het anodiseerproces veel zwavelzuur nodig is als electrolyt veroorzaakt het anodiseren een hoge S0,-emissie. Ook zijn de emissies veroorzaakt door de energieproduktie uit kolen een factor van belang. Deze bedraagt 38 % van het geheel. Verder blijkt de emissie van humaan toxicologische stoffen bij het chromateren voornamelijk afkomstig van het energieverbruik voor de winning van chroom in Zuid-Afrika. In Zuid-Afrika wordt energie voornamelijk uit kolen geproduceerd, deze produktie is milieubelastend door de emissie van onder andere CO, PAK’S, NO, en SO,. Deze belasting bedraagt 60 % van het geheel. Voor 34 % is de chroomemissie, die na de zuivering in de ONO in het oppervlaktewater terecht komt, verantwoordelijk voor dit probleem. De overige emissies zijn afkomstig van onder andere zwavelzuur- en salpeterzuurproduktie, gaswinning en transport per schip. Deze dragen allen voor minder dan 2 procent bij. Voor zirkoniseren is de bijdrage aan humane toxiciteit voor het grootste deel (92%) aan de produktie van energie uit kolen te wijden.
35
ruatische toxiciteit] genwmdseerd
6000
5000 4000 O
2
3000
r
2000
1000
O
chrorn.
zirk.
anod.
iguur 6.3 BGdrage conversielagen aan aquatische toxiciteit.
Als al het aluminium van het anodiseerbad ongezuiverd geloosd wordt dan is de bijdrage aan aquatische toxiciteit gigantisch ten opzichte van het chromateren en zirkoniseren. De verschillen tussen deze laatste twee vallen tegen elkaar weg. Daarom is in figuur 6.4 een andere schaalverdeling toegepast. Hierin is de aluminium-emissie veroorzaakt door het anodiseren op nul psteld.
36
i aquatlsdie toxlcltelt genxrnalseer d
I
chrom.
zirk.
Ook voor de andere twee voorbehandelingBrnethoden geldt dat de emissie afkomstig van het voorbhandelin~proceaAlf de belangrijkste bijdrage levert aan de aquatische toxiciteit. f Ondanks de zuivering van het afvalwater is de emissie van het chromateerproces toxischer dan die afkomstig van het zirkoniseerproces. Dit wordt voornamelijk veroorzaakt door de emissie van aluminium, chroom en fluorides. De aquatische toxiciteit van het zirkoniseren wordt veroorzaakt door zirkonium, aluminium en fluorides.
37
verzuring
m overige emissies
Essi
emis. zwavelz. prod. m i s . energie kolen
Figuur 6.5 Bijdrage conversielagen aan verzuring. Uit figuur 6.5 blijkt het anodiseren de hoogste emissie van verzurende stoffen te veroorzaken. Net als bij de humane toxiciteit zijn de zwavelzuurproduktie en de energieproduktie belangrijke veroorzakers, met respektievelijk 49 en 38 %. De overige emissie zijn voor het anodiseren afkomstig van andere energiedragers. De verzuring veroorzaakt door het chromateren is ongeveer anderhalf maal zoveel als die veroorzaakt door het zirkoniseren. Dit wordt voornamelijk bepaald door de emissie afkomstig van energieproduktie benodigd voor de winning van de beide metalen (- 90%).
38
miileu-effecten
a 7 6
5 4
3
2 1
o
verrn.
fotoch
broek
stank
Figuur 6.6 Bijdrage van conversielagen a a n vermesting, broeikaseffect, fotochemische oxydantvorming en stank.
Uit figuur 6.6 blijkt dat ook hier het anodiseren veruit het meeste bijdraagt aan potentiële effecten. Voor alle effecten ia dit rechtstreeks gerelateerd aan het energieverbruik dat benodigd is in de levenscyclus van de drie voorbehandelingamethoden. Behalve voor stank; deze is voor wat chromateren en zirkoniseren betreft voornamelijk een effect bij de winning van minerale olie.
39
Fnergleverbruik exclusief beitrsn
0 . . . kolen
gas
1
olie
uranium
i
~~
'iguur6.7 Energieverbruik van de drie conversielagen. Zoals in de resultaten naar voren komt is het energieverbruik gedurende de levenscyclus van het produkt een bepalende factor. Uit figuur 6.7 blijkt dat het energieverbruik van het anodiseren ongeveer 4,5 maal zo hoog is dan die benodigd is voor het chromateren. De hoeveelheid energie benodigd voor het zirkoniseren is circa een kwart lager dan voor het chromateren. De hoeveelheid energie benodigd in het voorbehandelingsproces verschilt sterk door het verschil in a a n b r e w n van de laag. Het chromateren en zirkoniseren zijn chemische conversielagen: het aanbrengen van de laag kost weinig energie. Bij het anodiseren is een grote hoeveelheid energie nodig voor het electro-chemisch aanbrengen van de laag. Bij het anodiseren speelt de energie nodig voor de chemicaliënproduktie nauwelijks een rol. Bij het chromateren en zirkoniseren speelt de winning van de metalen de bepalende factor in het energieverbruik. Voor de winning van chroom is veel minder energie nodig als voor de winning van zirkonium, dit scheelt een factor 20 [S.T. van Tuinen,19921. Bij het zirkoniseren, echter, is het chemicaliënverbruik 92 % in hoeveelheid minder. Vandaar dat het energieverbruik in totaal voor zirkoniseren minder is dan chromateren. De hoeveelheid zirkonium die nodig is voor het zirkoniseren van 400.000 m2 aluminium is ca 13 kg terwijl de hoeveelheid chroom voor dezelfde hoeveelheid gechromateerd aluminium 162 kg bedraagt.
40
C
O
Y
I
Figuur 6.8 Afvalproduktie van de conversielagen. Uit figuur 6.8 blijkt dat in de levenscyclus van het chromateren veruit het meeste afval wordt geproduceerd. Het grootste aandeel, 92%, vormt hier de chroomhoudende filterkoek, afkomstig van de waterzuivering van het chromateerproces. Daarnaast zijn afvalstromen afkomstig van de chroomzuurproduktie en het winnen van kolen (beide 3%).In de levenscyclus van het chromateren wordt ongeveer 10 keer zo veel afval geproduceerd als in die van het anodiseren. In het anodiseerproces (zonder beitsen) ontstaat geen filterkoek door het ontbreken van afvalwaterzuivering (behalve neutralisatie van het afvalwater). Het meeste afval dat ontstaat wordt indirect veroorzaakt door het energieverbruik het afval afkomstig van de winning van kolen. Het zirkoniseren veroorzaakt relatief weinig afval, het afval wordt ook hier voornamelijk geproduceerd tijdens de kolenwinning, nodig voor de energieproduktie.
41
69.2 Kwalitatieve aspecten
De produktie van afval kan gezien worden als een vorm van landschapsaantasting. Uit de resultaten blijkt dat chromateren veruit het meest bijdraagt aan dit milieuprobleem. Een ander milieuprobleem wat niet kwantitatief bepaald wordt in de lca is de arbeidshygiëne. Voor het chromateren is dit van belang in verband met de toxische en carcinogene eigenechappen van zeswaardig chroom. Het chromateren van aluminium vindt plaats in een onverwarmd bad, de emissie naar de lucht kan daarom op nul gesteld worden. Kontakt van de handen met de chromaatiaag vindt niet plaats, omdat dit de lakhechting kan schaden. Kontakt met chromateerchemicaliën bij badverversing vindt niet plaats door technische aanpassingen [Paauw, 19941. 69.3 Beiteen van de voorbehandelingsmethoden In onderstaande tabel worden de profielen weergegeven van het enkel beitsen. Wordt het beitsen wel meegenomen bij de totale beoordeling dan zouden deze waarden bij de vorige (zie tabel 5.1) profielen opgeteld moeten worden. Het beitsen bij het chromateren en zirkoniseren vindt plaats in een fosfaat met fluorwaterstofzuuroplossing. Het beitsen van aluminium om deze te anodiseren gebeurt in een natronloogoplossing.
Milieuprobleem
Beitsen, P205/HF
Beitsen, NaOH
Humane toxiciteit
392
495
Aquatische ecotoxiciteit
990
18697
Verzuring
292
5,1
Vermesting
163
290
Broeikaseffect
294
11
Fotochemische oxydantvorming
0,35
1,6
Stank
0,32
0,47
Tabel 6.1 Genormaliseerd milieuprofiel (waarden * 10-l') van beitsen voor chromateren en zirkoniseren (P,O,JHF) en van beitsen voor anodiseren (NaOH). Wordt het beitsen wel in beschouwing genomen dan valt op dat de bijdrage van deze IC evenveel en op sommige punten meer bijdraagt dan de IC van het chromateren zonder beitsen. Beitsen vraagt een hoog chemicaliën gebruik; deze veroorzaken de potentiële effecten. Zo is het fosfaat de oorzaak van een hoge waarde bij vermesting. Aquatische toxiciteit van het alkalisch beitsen wordt veroorzaakt door de hoge afdracht van aluminium en de emissie van kwik bij het gebruik van kwikcelbatterijen bij de elektrolyse van pekel voor de produktie van natronloog.
42
IEnergieverbruik h
L
beltsen
I
uranium
. ...
guur 6.9 Energieverbruik beitsen. Bij het chromateren en zirkoniseren vindt het beitsen
Figuur 6.9 geeft het energieverbruik van het beitsen weer. Het alkalisch beitsen kost relatief gezien veel gas; deze is nodig voor de badverwarming van het beitabad. De energiekosten voor het beitsen in foeforpentoxide met fluorwaterstofzuur worden gemaakt door de produktie van deze chemicaliën. In figuur 6.10 is, tenslotte, het afval grafBch weergegeven dat ontstaat door het beitsen. Het beitsen met natronloog geeft de slibproduktie, bestaande uit voornamelijk aluminiumhydroxide, het meeste afval (83%).
43
1
C O
ci
P205/HF
I
NaûH
I
iguur 6.10 Afvalproduktie van de beitsprocessen.
61.4 Anodiseerversies onderling vergeleken
Er zijn voor het anodiseren drie versies doorberekend op mogelijke milieu-effecten. Deze zijn:
- het normaal anodiseren berekend met de procesgegevens van Scandex - de methode van anodiseren om aluminium te kunnen lakken volgens een Zweedsproces - anodiseren volgens Duitse aanbevelingen
Het proces volgens de Duitse aanbevelingen heeft het laagste milieuprofiel van deze drie. Overzicht van de milieu-effecten is te zien in tabel 6.2. De verschillen in aquatische toxiciteit ligt in het feit dat bij het Zweeds proces en bij Scandex het geëmitteerde aluminium gebruikt wordt bij de r.w.z.i. voor defosfateren. Bij het Duits anodiseren is er van uitgegaan dat de emissie a a n aluminium geloosd wordt op het riool. De rest van de aquatische toxiciteit is, zoals ook in de vorige paragraaf is vermeld, afkomstig van de natronloog produktie waarbij kwikcelien gebruikt worden. Het profiel van Scandex is gebaseerd op vrij nauwkeurige bestaande procesgegevens met ais belangrijkste restrictie dat dit om gemiddelde gegevens gaan voor een gemiddelde laagdikte van 13 pm.
44
Maar ervan uitgaande dat procesgegevens voor het anodiseren om aluminium te kunnen lakken mogelijk geheel andere kunnen liggen, zijn zo goed ais mogelijk reële proceagegevene bepaald die uitgaan van zo'n laag mogelijke grondstoffen- en energieverbruik. Deze zijn bepaald met, onder andere, Duitse aanbevelingen. Dit gaat dus om een fictief bedrijf. Echter, tijdens het onderzoek bleek dat er in Zweden, sinds begin 1993,een bedrijf is dat aluminium lakt welke een =anodiseerde conversielaag heeft.
' Milieuprobleem
Duitse aanbevelingen
Zweedse methode
Scandex
Humane toxiciteit
14,5
34
54
Aquatische ecotoxiciteit
24607
10
13
Verzuring
16
36
58
Vermesting
396
899
14
Broeikaseffect
19
~~~~~-~
48 ~
~~~
-
74
Fotochemische oxydantvorming
28
697
11
Stank
195
394
594
Dit Zweedse proces gaat van dezelfde gegevens uit als Scandex met als enige verschil dat de laagdikte gemiddeld 9 pm is in plaats van 13 pm. Dit geeft voor de milieu-effecten een minimaal verschil. Toch staan de effecten hiervan in waarden in tabel 6.2 met de milieuprofielen van het anodiseren, om het eerder genoemde feit dat deze methode al in produktie is. Het Zweedse proces lakt het aluminium vervolgens met behulp van elektroforese, dit bespaart op grondstoffen, maar zal waarschijnlijk voor de milieu-effecten aanzienlijk hoger scoren dan poeder- of natlakken door hogere energiekosten. Ten opzichte van het chromateren kan het Zweedse proces qua milieu-effecten in ieder geval niet wedijveren. Het fictieve bedrijf gebaseerd op vooral Duitse voorschriften geeft de minste, behalve voor aquatische toxiciteit, potentiële, milieu-effecten. Een chromateerbedrijf dat een anodiseerstraat plaatst naast de chromateerbaden, zal met de huidige stand van zaken over de procesgegevens voor het anodiseren om aluminium te kunnen lakken geen (mi1ieu)voordelen opdoen.
45
6.3 Gevoeiigheidsanalyse
De hier beschreven resultaten zijn gebaseerd op een veelheid van gegevens. Niet alle gegevens zijn even betrouwbaar of representatief, daarom volgt in het onderstaande een analyse van de kwaliteit van een aantal bepalende procesgegevens die ten grondslag liggen aan: aquatische toxiciteit verbruik van zirkoniseerchemicaliën energieverbruik van het anodiseerproces
-
-
6.3.1 Aquatische toxiciteit In de levenscyclus blijkt de aquatische toxiciteit voornamelijk door de emissie afkomstig van het voorbehandeling3proces bepaald te worden. Factoren die de mate van aquatische toxiciteit bepalen zijn de samenstelling van het .afvalwater, de hoeveelheid afvalwater de afvalwaterbehandeling. de classificatiefactoren van de geëmitteerde stoffen
-
De gegevens hierover zijn niet compleet, matig betrouwbaar en matig representatief. In bijlage 9 worden de factoren per voorbehandelingsmethode besproken. 6.3.2 Verbruik zirkoniseerchemicaliën Het verbruik van zirkoniumzuur blijkt een bepalende factor te zijn in de milieubelasting gedurende de levenscyclus van het zirkoniseerproces. De winning van zirkonium leidt namelijk indirect (veroorzaakt door de emissies bij de energieproduktie) tot een aanzienlijke milieubelasting. Het verbruik van zirkoniumzuur wordt door een aantal factoren bepaald: 1. de concentratie in het bad 2. de standtijd van het bad 3. de oversleep 4. inbouw in de laag Omdat over het zirkoniseerproces weinig concrete informatie kon worden verkregen zijn de gegevens grotendeels gebaseerd op aannames. Ze zijn matig betrouwbaar, er is uitgegaan van waarschijnlijke waarden. Een uitgebreide bespreking van de gevoeligheid van deze gegevens is te vinden in bijlage 9. Hier wordt ingegaan op een van deze factoren, namelijk de standtijd van het zirkoniseerbad omdat deze de grootste invloed heeft. Zowel een standtijd van negen maanden als van drie maanden is doorgerekend. In tabel 6.3 wordt het verschil in resultaten weergegeven.
46
Milieuprobleem
zirkoniseren standtijd: 9 maanden
zirkonieeren standtijd 3 maanden
Humane toxiciteit
193
1,9
Aquatische ecotoxiciteit
21
37
Verzuring
194
290
Vermeet ing
0,28
0,40
Broeikaseffect
1,4
199
Fotochemische oxydantvorming
0,22
0,32
Stank
0,13
0,19
~
~~~~~
Uit de tabel blijkt dat de standtijd van het bad een belangrijke invloed heeft op de resultaten.
63.3 Energiekosten anodiseren Het energieverbruik van het anodiseerproces is een bepalende factor in de levenscyclus van het anodiseren. De gegevens over het energieverbruik zijn betrouwbaar en representatief. Het energieverbruik wordt voornamelijk bepaald door de laagdikte. De energieverbruik voor de laagdikte waarvan in het onderzoek is uitgegaan is weliswaar geschat, maar het is een betrouwbare schatting. Een uitgebreide bespreking hiervan is te vinden in bijlage 9.
47
7. VERBETERANALYSE
7.1 Algemeen Anders dan in de achtergronden van de lca van produkten [Heijungs, 19921 staat aangegeven, blijkt de verbeteranalyse een steeds gebruikelijker en belangrijker onderdeel van de lca te zijn. Zoals wel eerder is geschreven zijn de waarden in de profielen niet absoluut te zien. De profielen zijn met de nodige aannamen en inperkingen berekend en geven ook een statisch beeld van de feiten zo als ze op dat moment voorhanden waren en zijn. Met de verbeteranalyse kan aangegeven worden waar een verandering in de procesvoering positieve gevolgen heeft voor een bepaalde bijdrage aan een milieuprobleem. In dit onderzoek is geen omvangrijke verbeteranalyse uitgevoerd, maar één waarbij voor de meeat zichtbare knelpunten mogelijke verbeteringen worden aangedragen. Of deze verbeteringen in financieel en technisch opzicht haalbaar zijn is niet onderzocht. De verbeteranalyse is ook alleen kwalitatief uitgevoerd en niet met één van de kwantitatieve methoden die in de achtergronden van de lca van produkten [Heijungs, 19921 staat beschreven. Per proces zijn de verbeteringen aangegeven die mogelijk zijn. Ook is aangegeven bij welk milieuprobleem dit verbeteringen geeft. 7 6 Chromateren
Er zijn twee verbeteringen mogelijk die de waarden in het milieuprofiel aanzienlijk kunnen verlagen: terugwinning van het chroom uit het slib, een gesloten systeem invoeren voor de chemicaliën in het chromateerbad. Alle twee de mogelijkheden verkeren op dit moment (juli 1994)in de onderzoeksfase. De eerste verbetering wordt verkregen door het chroom uit het slib terug te winnen en dan te hergebruiken. Of terugwinning kan, wordt onderzocht. Is dit het geval dan hoeft (waarschijnlijk) het slib niet meer als chemisch afval behandeld te worden. Bovendien kan het, voornamelijk uit driewaardig bestaande, teruggewonnen chroom weer ingezet worden. Dit scheelt in het gebruik van grondstoffen en geeft daarmee een besparing in energie die nodig is voor de winning van chroom. Aangezien de emissies afkomstig van het gebruik van energie het meest bidragen aan de milieuproblemen, zullen de waarden van bijna alle aspecten in het milieuprofiel dalen. Het aspect van de toxiciteit voor het aquatische ecosysteem blijft als enige ongewijzigd. Hetzelfde verhaal maar in grotere mate, geldt voor een voorbehandelingsproces met een gesloten systeem voor chroom. Dit wordt onderzocht op haalbaarheid door de VOM [de Vlieger, 19941.Bij een gesloten systeem wordt het spaarspelbad na regeneratie teruggevoerd. Hiermee wordt het verlies door oversleep teniet gedaan en ontstaat er een kringloop van chromaat. Dit zal aanzienlijk schelen in grondstofverbruik, bovendien zal bij deze maatregel wel het potentiële effect op het aquatische ecosysteem dalen.
-
7.3 Zirkoniseren
De belangrijkste verbetering ligt bij de standtijd van het bad. Het effect in verlenging is in tabel 6.3. in paragraaf 6.3.2.te zien. Een andere verbetering zou gehaald kunnen worden met het verwijderen van zirkonium en fluoride uit het afvalwater.
48
7.4 Anodiseren
Tijdens het anodiseerproces zou een besparing op energieverbruik mogelijk zijn door gebruik van warmtekrachtkoppeling. Dit wordt voor het normaal anodiseren in een nieuwe produktielijn bij Reynolde Aluminium N.V. eind augustus 1994 toegepast Willeme, 19941.Dit levert een beeparing op. Of het gebruik van een warmtekrachtkoppeling bij het anodiseren van aluminium om deze te kunnen lakken ook een zodanige besparing oplevert om het aandeel in mogelijke milieuproblemen ten opzichte van het chromateren kleiner te maken valt gezien het grote verschil nog te bezien. Er ie b6 het a n d i e r e n een grote hoeveelheid zwavelzuur nodig per vierkante meter aluminium. Mogelijk dat het elektrolyt ook van een andere samenstelling of in een andere (lagere) concentratie gebruikt kan worden. Hiernaar vindt momenteel onderzoek plaats bij Reynolds Aluminium N.V. [Dijkstra, 19941.De hoeveelheid aluminium dat ook bij het anodieeerpzelf geëmiteerd wordt, geeft een zeer hoge waarde bij de aquatische ecotoxiciteit. Ook dit-zou een punt voor verbetering kunnen zijn. Het voorkomen van een afdracht zou hierbij beter zijn, maar de meeste onderzoeken richten zich er op om het aluminium terug te winnen en te recyclen. MogeQkheàen voor recycling of hergebruik is in e voor a l u m i n i u m p d Het eerste eme, 19941 en het laatete is nog in onderzoek omdat het produceren van aluminium uit aluinaarde nog veel energie kost [du Mortier, 19941.Ook bij chromateren en zirkoniseren zou een vermindering in geëmitteerde aluminum een verlaging geven bij de aquatische ecotoxiciteit.
+
49
8. CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN
Conclueies Deze studie ie uitgevoerd met het doel te komen tot een gefundeerde milieukundige beoordeling van het chromateren, e n twee mogelijke alternatieven van het chromateren: het zirkoniseren en het anodieeren. De beoordeling is uitgevoerd met behulp van een levenscyclusanalyse, volgens de methodiek die is ontwikkeld door het Centrum Milieukunde Leiden (de Leidse Methode). Uit de resultaten komt een duidelijk verschil naar voren in de milieubelasting veroorzaakt door de elektrochemische voorbehandeling en de chemische voorbehandeling van aluminium.
De elektrochemische voorbehandeling, het anodiseren, veroorzaakt op zee van de negen onderzochte m&eueffecten.een aanzienlUk hogere milieubelasting dan de twee chemische, convemiei&en. Op de milieu-effecten broeikaseffect, fotochemische oxydant vorming, verzuring en vermesting scoort het anodiseren ruim drie maal hoger dan het chromateren. De milieubelasting van het anodiseren wordt grotendeels veroorzaakt door het energieverbruik ten behoeve van het aanbrengen van de laag en deels door de produktie van zwavelzuur, wat in het anodiseerproces gebruikt wordt als elektrolyt. De afvalproduktie geeft een ander beeld. De hoeveelheid afval dat ontstaat bij het anodiseren ligt een factor tien lager dan de hoeveelheid afval afkomstig van het chromateren. Op het milieu-effect aquatische toxiciteit draagt het anodiseren belangrijk meer bij dan het chromateren en zirkoniseren, door de hogere concentratie aluminium in het afvalwater van het voorbehandelingsprocs.
De rnilieubelaating die veroorzaakt wordt door het anodiseren kan aanzienlijk verminderd worden door het toepassen van warmtekrachtkoppeling.
9
Het verschil in milieubelasting veroorzaakt door de twee chemische conversielagen ligt wat minder ver uit elkaar, maar is niettemin duidelijk. Doordat van het zirkoniseerproces weinig bekend is zijn veel aannames gedaan. Toch kan worden gesteld dat het zirkoniseren minder milieubeiastend is dan het chromateren. Het gevaar van zeewaardig chroom in de arbeidsomstandigheden lijkt gering te zijn, maar omdat zirkoniumzuur minder toxisch is dan chroomzuur, zal het zirkoniseren wat dit betreft toch minder gevaar opleveren. Ais wordt uitgegaan van een standtijd van het zirkoniseerbad van negen maanden v r t het zirkonieeren op alle onderzochte milieueffecten, met uitzondering van a f v a l p d u k t i e en aquatische toxiciteit, ruim anderhalf maal beter dan het chromateren. De afvalproduktie geeft een nog groter verschil, dit is een zwak punt in het chromateerproces. Een punt van aandacht vormt de aquatische toxiciteit. Deze lijkt voor het zirkoniseren aanzienlijk lager dan het chromateren, ook als het zirkoniseerbad na drie maanden wordt geloosd. Door onzekerheid in de gegevens over de samenstelling van het afvalwater van de beide voorbehandelingsprocen, kan dit niet met zekerheid geconcludeerd worden. Als het afvalwater afkomstig van het zirkoniseerproces met kalkmelk behandeld wordt dan zal het zirkoniseren aanzienlijk minder toxische stoffen emitteren dan het chromateerproces. Als uitgegaan wordt van een standtijd van het bad van drie maanden blijft het zirkoniseren op alle onderzochte milieu-effecten beter scoren. Maar het verschil is veel minder hard te maken, door de onzekerheid in de procesgegevens zoals de concentratie zirkoniumzuur in het bad. Een bepalende factor in de milieubelasting veroorzaakt door zirkoniseren vormt het verbruik van zirkoniumzuur, door de energieproduktie die nodig is voor de winning van zirkonium. Essentieel is daarom een zuinig gebruik van het zirkoniumzuur. Bij het chromateren wordt een groot deel van de milieubelasting veroorzaakt door de energieproduktie ten behoeve van de winning van chroom. Terugwinning van chroom uit chroom
50
houdend afval is een mogelijkheid om de milieubelasting te verminderen. Daarnaast zijn verbeteropties voor het chromateerproces de vermindering van filterkoek door het chromateren in een gesloten systeem en de terugwinning van chroom uit het slib.
Er kan poncludeerd worden dat het anodiseren geen reëel alternatief vormt voor het chromabren. Wel is een aanzienlijke milieuwinst te behalen uit het toepassen van warmtekrachtkoppeling in het anodiseerproces, maar er zal verschil blijven bestaan.
Het zirkonieeren vormt een verantwoord alternatief voor het chromateren ale een standtud van het zirkoniseerbad van asgen maanden wordt gerealiseerd en het afvalwater afkomstig van het zirkoniseerprocea wordt gezuiverd.
-
'De milieubelasting veroorzaakt door het chromateerproces B vrij gering, met uitzondering van het ontstaan van chmomhoudend afval in het voorbehandelingsproces. Met enige zekerheid kan worden gesteld dat indien de slibproduktie wordt gereduceerd het chromateren een milieuverantwoorde manier van het voorbehandelen van aluminium is. Het is de vraag of het noodzakelijk is om over te stappen op milieuvriendelijker alternatieven, look omdat de problemen die kleven a a b h e t gebruik van zeswaardig chroom in het chromateerproces geringer zijn dan gedacht werd. .
Aanbevelingen
De classificatiefactor voor zirkonium is bepaald op basis van relatief weinig toxiciteitsgegevens. Deze gegevens blijken elkaar (zeer) gedeeltelijk tegen te spreken. Nader onderzoek naar de toxiciteit van zirkonium in het oppervlaktewater gewenst. Onderzoek naar het chromateren van aluminium in een gesloten systeem is op dit moment gaande. Aangezien dit een aanzienlijke milieuwinst kan opleveren is verder onderzoek hiernaar zinvol. Verder lijkt het relevant onderzoek te doen naar de mogelijkheden van de terugwinning van chroom uit slib afkomstig van andere industriële processen dan het chromateren. In dit onderzoek is slechts de milieubelasting onderzocht die het aanbrengen van de conversielaag veroorzaakt. De milieubelasting veroorzaakt door het ontvetten is niet onderzocht; het beitsen is slechts zijdelings in het onderzoek meegenomen net als de afvalwaterzuivering. Het uitvoeren van een levenscyclusanalyse naar de milieueffecten van een gehele voorbehandelingsstraat zal zeker goede aanvullende informatie geven. En zal wellicht verdere mogelijkheden tot procesverbetering kunnen aandragen.
51
LITERATUURLIJST Annema, JA., Engineering thermoplastics (ETP's), Stichting Natuur en Milieu, Utrecht, november 1990. B a a r d ~ k F, A N . van, S. de wies, Afvalwaterasmten bii anodiseerbedriiven, RIZA Lelystad, maart 1989. Bijlhover, J.M., firma Alumax, Kerkrade, telefonisch kontakt 29-4-1994.
Bol, B., E.A.E.M. Kohnen, Produktie van zwavelzuur, een SPIN-document, No. 773006143 RIVM Bilthoven, maart 1993. Brons, Hr., Scandex Aluminium b.v., telefonische mededelingen mei-juni 1993. Brouwer, F.J., et al., De Groene Anodiseerstraat. Mogelijkheden voor preventie van afval en emissies bii anodiseerbedrijven, Universiteit Amsterdam, Amsterdamjuni 1992. Studierapporten UBM nummer 1992 / 2. Brouwer, J.M., E.W. Lindeyer, Milieubeoordeling van de accu's voor pv-systemen, onderzoeksreeks nr. 272,In.fac. Vakgroep Milieukunde, W A Amsterdam, oktober 1993. Couture, P., et al., Zirconium toxicity assessment using bacteria. algae and fish assa-w,Water Air Soil Pollut. no.47, vol. 1-2, pag. 87-100, 1989.
Cetema B.V., Handboek Chromateren van Aluminium, Oss, Cetema B.V., november 1991. DIN 509393, Chromatieren von Aluminium. Richtlinien, Kurzzeichen und Prufverfahren, DK 669.716.99 : 669.286. Ecotox., Photografic chemicals and processing, No. 274, augustus 1979. Ecotox., No.273, februari 1987. Ecotox. : opgestuurd door Riza lelystad. 620.197. ,januari 1976. Europees Octrooi Nr. O 008 942 Amchem Products, Inc. te Ambler, Pennsylvania, USA
-
Finessi, R., E. Strazzi, Mechanica1 etchinp prior to anodizing: a new attractive and ecological treatment of aluminium, Italtechno S.R.L. Modena Italië, 1993. Forrell, E., telefonisch kontakt 1994, Natuurwetenschappen en samenleving, RUU Utrecht. Fraanje, P.J., E.W. Lindeijer, Kwaliteit en doelmatigheid van produkt-1evenscyclusanal.wesin Nederland, Milieumagazine, pag. 257-261, juni 1993. Geenen, F.M., Corrosiebescherming door organische deklapen, TU Delft, Delft, augustus, 1989.* Goeminne, G.,Studie van Conversielagen op Aluminium, Brussel, Vrije Universiteit Brussel, 1992.* GSB international, Voranodisation als Vorbehandlungsverfahren, GSB Schwäbisch Gmünd Duitsland, februari 1994. Heijungs, R. (eindred.) ...[et al.].- Milieumrichte Levenscyclus van Produkten. Achtermonden oktober 1992, Leiden, Centrum voor Milieukunde.
-
Heijungs, R. (eindred.) ...[et al.].- Milieumrichte Levenscyclus van Produkten. Handleiding.- oktober
1992.Leiden, Centrum voor Milieukunde.
52
Hoop, Hr. de, Scandex Aluminium b.v., bedrijfsbezoek 1994. Huisman, Hr., NOVA Veendam, telefonsche mededeling mei 1993. Hulskotte,J.H.J., J.P.M. Ros, Lakken en Moffelen van Metalen, Z.P., RIVM (rapportnr. 736301116), RIZA (notanr. 92.003/16)en DGM, juni 1992,SPIN-project. Jan-, J.A., E.I. Krajnc, Intenrated criteria document chromium: effects, september 1989, R N M Bilthoven, appendix te report no. 758701001. Kirk-Othmer, Concise encvclopedia of chemica1 technolow, John Wiley and Som, Inc. Canada, 1985.
Klis, T.van der, J.W.du Mortier, Oppervla ktebeha ndel i nn van Alu mi ni um , Bilthoven , VOM Koelewijn,
H.,MAVOM, telefonische mededeling 14-4-1994.
Kohnen EA.E.M., G.J. de Vlieger, Fosfateren en Chromateren, Z.P., RIVM (rapportnr. 773006163), RIZA (notanr. 92.003/63)en DGM, januari 1994,SPIN-project.
Klis,T. van der, VADEMECUM, oppervlaktebehandeling van metalen, Bilthoven, VOM, 5e uitgave. Lindeijer, E., et al., Milieu-effecten van kozijnen, rapport 67,CML RUL Leiden, juni 1990. Lolling, C.J., et al., Chromateren van aluminium. Systemen. kwaliteits- en milieuaswcten, Tddschrift voor oppervlakte technieken en corrosiebestrijding (33),1989,nr.9,blz 410-411. Manders-Maanders, E.H.C., Milieumatenstudie voor vier bouwverven. Een oefenwoiect, Eindhoven, mei 1992.
TU
Merien, E. Metals and their compounds in the environment, VCH Weinheim, 1991. Morel, S.AA.en E.S. Weitenberg, Doe-het -zelf-verven: milieu en gezondheid, Wetenschapswinkel biologie Utrecht, februari 1991. Mortier, J.W. du, J.P.M. Ros, Anodiseren, Z.P., RIVM (rapportnr. 736301103),RIZA (notanr. 92.003/3)en DGM, januari 1992,SPIN-project. Mortier, J.W. du, J.P.M. Ros, Galvanische bewerkingen, een SPIN-document (Samenwerkingsproject Procesbeschrijvingen Industrie Nederland), No. 736301109 RIVM Bilthoven, januari 1992. Mortier, J.W. du, VOM Bilthoven, faxisch kontakt 10 juni 1994. Paauw R., ACN Groningen, mondelinge mededeling. Pedereen Weidema, B., I. Krüger, Environmental Assesment of Products, A Textbook on Life a c l e Assement, Helsinki, UETP-EEE, 1993,tweede druk. Pietschmann, J.F., H. Pfeifer, Filiformkorrosion auf organisch beschichtetem Aluminium
, 1994.
Raad, I. de, ToeDassingen van de levenscvclusanalvse, CML RUL leiden, juni 1993. Riza, concept Aluminium: een gevaar voor het aquatische milieu?, no. 161, Riza Lelystad, maart 1993. Ros,J.P.M., J.van der Plaat, Vermindering van afvalwater bii galvanische bedrijven. Modelmatige
53
-
aanmak maakt aanbevelingen voor vrachten mogeliik, H,O (20)1987,nr. 24,blz. 608 611. Rooy, M.R,F.B.J.T.Veninga, Oppervlaktetechnieken, HTS stageverslag Groningen, voojaar 1987. Ryushin, O., Anodizzazione veloce con risparmi enerRetica, Tecnologia e ricerca Alutopia n. 12, 1988. Senhorst, H., De Levenscvclusanalvse als Milieubeoordeling. En ziin geschiktheid voor gebruik bil RIZA, Lelystad, RIZA,januari 1994,concept. Senhorst, H., Levenscyclueanalyse van viif tvpen bermbeveiliging, RIZA Lelystad, augustus 1993. Slooff, W. et al., Basisdocument Chroom, rapport nr. 758701001 RIVM, september 1989. Slooff, W., et al., Basisdocument fluoriden, rapport nr. 758474005 RIVM, november 1988. Slooff, W., et al., Expolarity report aluminium and aluminium compound, report no. 710401022 RIVM Bilthoven, january 1993. Starke, Hr., R.W.Z.I. Hoogezand, telefonische mededeling mei 1993. Stichting Anodiseren, Aluminium en anodiseren, stichting anodiseren Zoetermeer, 1989. Straalen, N.M. van, J.A.C. Verkleij, Leerboek Oecotoxicolorrie, VU Uitgevery Amsterdam, 1991. Syllabus van de Contactdag 'Sector Metaal en Metaalbescherming' SMM, Nederlands Corrosie Centrum, oktober 1986, Publikatie 22. Symwsium, VerwiiderinP Zware Metalen uit Afvalwater, Bilthoven, NCC-projectbureau, december 1992. Tauw milieu b.v., milieugerichte levenscyclusanalyse dakgootsystemen, TAUW Infra Consult b.v. Deventer, januari 1994. Tiemersma, D.N., Anormnische basischemicaliën, VU Amsterdam, voojaar 1984. Tuinen van, S.T., Metalen in het milieu: een nadere analyse van toepassingen van metalen in de samenleving, TVEM RUG, oktober 1992.
VMRG Kwaliteitseisen en Adviezen 1993.Metalen ramen, deuren, Kevels, Vereniging Metalen en Gevelbranche (VMRG), Nieuwegein, 1993. VOM, Qualicoat voorschriften, VOM Bilhoven, september 1991. Vorm-Gouman, E. van der, P.J. van Wermerskerken, Informatiebundel Galvanische Bedriiven, VROM, 1985.rapport nr. 1985/1. Wemmenhove, A.J., Rapwrtage zirkonium aan Aluminium Coating Nederland B.V., Ten Houten Consulta. Haren Gn., november 1991. Wernick, S., et al. The Surface Treatment and Finishing of Aluminium and its Alloys, ASM International Metal Parks, Ohio, USA. Finishing Publications LTD. Teddington, Middlesex, England. vijfde druk. Willems, Hr., Reynolds Aluminium B.V., bedrijfsbezoek 29 maart 1993.
54
BIJLAGEN
55
56
BIJLAGE la Procesbeschrijving chroaateren In deze beschrijving wordt uitgegaan van het chromateerproces zoals dat bij ACN plaats vindt. Bedrijven die chromateren verschillen onderling, aan het eind van deze paragraaf wordt op enkele van deze verschillen in gegaan. Het proces verloopt volgens de volgende badenreeks:
>-I=[ *
>-I=[
IdemispoelenI->ldrogenJ
spoelen na ontvetten en na beitsen vindt plaats in hetzelfde bad.
Ontvet ten Ontvetten wordt gedaan om vuil en vet te verwijderen. Dit kan gedaan worden met oplosmiddelen of met waterige produkten Waterige ontvetting wordt het meest toegepast. Dit gebeurt voor aluminium meestal in een zwak-alkalische oplossing. Deze bevat: een anorganisch reinigingsdeel: loog met meestal borax of silicaat als vertrager. tensiden. [Cetema, 19911 Er wordt ontvet bij een temperatuur van 6 5 O C .
.
-
-
Spoelen Na het ontvetten wordt gespoeld om oversleep van ontvettings-chemicaliën naar het beitsbad tegen te gaan. Bij ACN vindt het spoelen na ontvetten en het spoelen na het beitsen in het zelfde spoelbad plaats. Na het spoelen worden de produkten boven het bad met leidingwater afgesproeid. Beitsen Het doel van beitsen is het verwijderen van oxyden en eventuele walshuid. Het alumiumoppervlak wordt geactiveerd zodat de op te brengen chromateerlaag goed zal hechten. Het beitsen gebeurt bij een temperatuur van ongeveer 2 0 ° C. Bij het chromateerproces wordt meestal zuur gebeitst, ACN beitst in een oplossing van fosforzuur en fluorwaterstofzuur. De afdracht van aluminium bedraagt 2.5 g/m2. De aluminiumconcentratie in het beitsbad ligt tussen de 2 en 14 g/l. Bij een lagere concentratie verloopt het beitsproces te snel, daarboven te langzaam. Bi] een concentratie van 14 g/1 moet het bad (gedeeltelijk) worden ververst. Verversing van het beitsbad vindt twee maal per jaar plaats. Neerslag van aluminiumfosfaat vindt niet plaats als gevolg van de lage pH. SDoelen Na het beitsen wordt in een stroomspoelbad gespoeld. Aan het spoelbad wordt continu vers leidingwater toegevoegd, dezelfde hoeveelheid vervuild spoelwater wordt afgevoerd. Dit afvalwater wordt samen met effluent van de ONO (de waterzuiveringsinstallatie) geloosd op het riool. Het effluent van de ONO is met NaOH op een pH van 10 gebracht, waardoor neutralisatie van het spoelwater plaats vindt. Verder wordt aan het eind van elke week het spoelbad in zijn geheel ververst. Het afvalwater wordt na neutralisatie (met NaOH) geloosd op het riool. Het spoelwater wordt continu over een filter gevoerd waarmee aluminiumfosfaten,-hydroxiden en -fluoriden en andere vervuiling wordt verwijderd. Verder wordt de oversleep van vervuiling naar het chromateerbad tegen gegaan door de aluminiumprodukten boven het spoelbad met leidingwater af te sproeien. Chromateren Voor het geel-chromateren worden oplossingen toegepast die chroomzuur en fluorides bevatten. Vanzelfsprekend hebben verschillende chemicaliënleveranciers verschillende recepturen voor hun baden. De ACN
57
c
chromateert met chemicaliën van Cetema BV. De chromateervloeistof van deze leverancier bevat: chroomzuur (t.b.v. laagvorming), salpeterzuur (pH-verlaging) fluorboraat ( boraat voor vertraging van laagvormingsreaktie en fluoride voor complexering van vrij aluminium, en gedeeltelijke inbouw in de laag) ferricyanide (accelerator) Daarnaast bevat het concentraat nog kleine hoeveelheden complexvormers (gluconaten), versnellers en vertragers. De oplossing heeft een pH die iets lager is dan 2.0. Het chromateren wordt gedaan bij omgevingstemperatuur: er is geen badverwarming nodig. De totaalreaktie is als volgt:
-
-
+ 2 CrO, + 5H,O --> 2 Al(OH), ( 8 ) + Cr(OH), ( 5 ) + Cr(OH)CrO, (s) [Cetenna,l991] Een derde van het chromaat wordt ingebouwd in de laag de rest is verlies [Kohnen, 19941, dit verdwijnt door oversleep en badvervanging. De gevormde 0 , 8 g/m2 laag is gelachtig. Voor buitengebruik is een laaggewicht Q , 4 gewenst [VOM, 19911. 2 Al
-
Na ongeveer drie tot vier jaar is het chromateerbad uitgewerkt, afhankelijk van de manier van werken. Het bad is dan vervuild met oversleep uit voorgaande baden (b.v.fosfaat of sulfaat), verder kan de concentratie CrIII zo hoog zijn dat de laagvorming niet meer goed verloopt. Het uitgewerkte chromateerbad wordt in gedeeltes door de afvalwaterzuiveringsinstallatie gevoerd. Spaarspoelen Na het chromateren worden de produkten in een bad met leidinqwater qespoeld. Het water in dit bad wordt niet continu ververst, door insleep-van chëmicaliën raakt het bad steeds meer vervuild. Gedeeltelijke verversing vindt plaats doordat de produkten na spoelen worden afgesproeid met leidingwater. Verder vindt wekelijks gedeeltelijke badverversing plaats. Een te vervuild spaarspoelbad geeft namelijk te veel oversleep van chemicaliën naar het demispoelbad, en een schoon demibad is van cruciaal belang voor een goede chromateerlaag. Het afvalwater van het spaarspoelbad wordt door de ONO gevoerd. Demi-spoeien Hierna wordt gespoeld met demiwater. Dit naspoelen is van cruciaal belang voor een goede lakhechting: Als er na het spoelen nog schadelijke zouten op het oppervlak achter zouden blijven, worden deze ingedroogd en kunnen ze veel schade toebrengen aan de eindfinish. De maximale geleidbaarheid van het afdruipwater van de met af gespoelde produkten is 30 psiemens [DIN 5093931, de geleidbaarheid van het water in het bad zal wat lager zijn. Om onder deze waarde te blijven wordt het water over een ionenwisselaar gevoerd, waarna het teruggevoerd wordt in het bad. De ionenwisselaar wordt regelmatig geregenereerd. Dit chroomhoudende regeneraat wordt door de ONO gevoerd. Het percentage chroom in het regeneraat is laag. Droqen De gevormde laag is gelachtig, voor een veegvaste laag is het nodig dat de laag gedroogd wordt. Het drogen gebeurt bij een object-temperatuur van maximaal 80 OC. Het drogen gebeurt in een droogstoof. Waterzuiverinq Het afvalwater afkomstiq van het beitsbad, het standspoelbad na chromateren en het regeneraat van de-ionenwisselaar wordt in de ONO--installatie behandeld. De afkorting ONO staat voor gntgiften, neutraliseren en gttwateren. Het ontgiften van chroomVI wordt gedaan met Ñatriumdithioniet, chroomVI wordt hierbij gereduceerd tot chroom 111. Nadat de reductie van chroom VI tot chroom I11 geheel verlopen is wordt de pH van het water verhoogd met NaOH tot ongeveer een pH van 10. Hierbij worden metaalionen (chroom I11 en aluminium) als hydroxiden neergeslagen. Om het neerslagproces sneller en efficiënter te laten verlopen wordt een flocculatie middel toegepast. Vervolgens wordt het geheel ontwaterd met behulp van een filterpers. Het chroomhoudende slib wordt
58
afgevoerd als chemisch afval (C-2 afval). Het water wordt gezamenlijk met het spoelwater afkomstig van het stroomapoelbad geloosd op het riool. Vergelijking met andere chromateerproceseen Spoelen In de voorbehandelinqsreeks van ACN vindt het spoelen na ontvetten in hetzelfde bad plaats als het spoelen na beitsen. op deze manier vindt neutralisatie van het spoelwater plaats: de zure oversleep van het beitsbad reageert met de basische oversleep van het ontvettingsbad. Dit is een soort van waste-to waste management. Vaak ook vindt het spoelen na ontvetten in een ander bad plaats dan het spoelen na beitsen. Over welke van de twee methoden het meest optimaal is voor wat betreft de hoeveelheid afvalwater bestaat verschil van mening.
-
Afvalwater De concentraties. waarin stoffen geloosd mogen worden wordt bepaald door de lokale waterbeheerders. De eisen die worden gesteld aan het afvalwater zijn dus van plaats tot plaats verschillend. In de vergunning van ACN worden eisen gesteld ten aanzien van chroom, chloride, sulfaat en zink. In de toekomst zullen er wellicht normen komen voor de aluminium- en fosfaat-emissie. Afvalwaterbehandeling Over het algemeen wordt de pH van het effluent van de ONO verhoogd tot een pH van 8. De ACN verhoogt de pH tot 10 voor het neutraliseren van het spoelwater, en vermijdt hiermee piekbelasting. Naast het neutraliseren van het afvalwater met natronloog wordt ook vrij algemeen kalkmelk toegevoegd. Door toevoeging van kalkmelk slaan fluorides en fosfaat beter neer (calcium is zwaarder dan natrium). Aangezien ACN voor deze stoffen niet aan eisen hoeft te voldoen wordt niet structureel kalkmelk toegevoegd.
-
-
59
BIJLAOE lb Procesgegevens chromateren
ACN is 45 weken per jaar in bedrijf; 5 dagen per week, werkdagen van 8 uur. Doorzet voorbehandeld aluminium = 400.000 m’ per jaar. De volume van de baden is 27 m’. Vorm van produkten is zeer verschillend. Aluminium wordt behandeld voor buitengebruik (80%) en binnengebruik (ca. 20%) De vloer onder de baden is vloeistofdicht, het lekwater wordt opgevangen in putjes en door de ONO gevoerd. Gegevens over 1993; chemicaliënleverancier Cetema B.V. beitsbad * Badconcentratie fluorwaterstofzuur = 5 g/l = 30 g/l fosforzuur(P205) additieven = < PPm
* Chemicaliënverbruik Bondacid Al 5 = 600 kg/j Bondacid Al 6 = 5000 kg/j [ ACN 1 *
Concentraatsamenstelling Bondacid Al 5: [P205] = ca. 70% [HF] = ca. 1% < ppm additieven geheel is opgelost in demiwater. Bondacid Al 6: [P205] = ca. 15% [HF] = ca. 25% < ppm additieven opgelost in demiwater
-
-
* Badverversing Badverversing: 2 maal per jaar 8 m3 (met Bondacid Al 5). Badaansterking (Bondacid AL 6) gebeurt regelmatig. Totale badverversing is 16 m3/j. Vervuilde beitsbad wordt door ONO gevoerd. Het afvalwater bevat: PO4 125 mg/l [ACN] HF 250 mg/l [berekend] Al 50 mg/ [ACN] (door de lage pH wordt het neerslaan van Alp04 voorkomen) Spoelbad * Badconcentratie [Al] = 8 g/l (gemiddeld) [aanname] [Al] = 14 g/l (voor badvervanging, eind v.d. week) [aanname]
60
* Badverversing ca. 10 1 leidingwater / min 27 m3 / week (totale spoelbad) continue filtering van spoelwater. verversing is voor spoelen na ontvetten en beitsen. 50% van totale hoeveelheid verversing = voor beitsproces [aanname]. De totale hoeveelheid spoelwater komt op 4 l/mz.
* Afval 25 kg filterafval per week [ACN] 80% afkomstig van beitsbad, 20% afkomstig van ontvettingsbad [aanname]. 20 kg filterafval per week = 1125 kg/jaar. Het afval bevat onder andere aluminiumhydroxide, -fosfaat en -fluoride. Het afval wordt als chemisch afval afgevoerd naar NOVA-chemie. chromateerbad * Badconcentratie 5 g/l cro, 0.3 g/l HBF4 2.5 g/l HNO, ?? g/l ferricyanide (valt uiteen in bad) additieven < ppm
* Chemicaliënverbruik : 1300 kg Bonder Al 720 50 kg Bonder Al 720 N : 50 kg Bonder Al 720 ST : *
Concentraatsamenstelling Bonder Al 720 [ Cr03 ] = ca. 24 % [ HBF4 ] = ca. 0.01 % additieven < ppm opgelost in demiwater Bonder Al 720 N [HNO31 = 70% [Binas, tabel 42b, handelsoplossing salpeterzuur]. Bonder 720 St Bonder 720 ST bestaat uit ferricyanide, dit reageert met chroom, en valt in bad uiteen. Percentage is onbekend.
-
-
* Badverversing Bij een te hoge CrIII ( CrIII > 1 g/l) concentratie wordt het bad vervangen, na een standtijd van ca. 3,5 tot 4 jaar. Het uitgewerkte bad wordt door de ONO gevoerd. Het uitgewerkte bad bevat chroom VI (ca. 6 g/l); chroom I11 (ca. 1 g/l); fluorides, aluminium, fosfaat en salpeterzuur en lage concentraties metaalionen afkomstig van legeringen en additieven als versnellers, vertragers en complexvormers. Standspoelbad * Badverversing 10 m3/week.
61
* Afvalwater Het afvalwater bevat CrVI; CrIII; aluminium; salpeterzuur; fluorboraat. Het afvalwater wordt door de ONO gevoerd. Demi-bad * Badverversing De badvloeistof wordt continu over een ionenwisselaar ionenwisselaar wordt regelmatig geregenereerd: 3 m3/week
fluorides,
gevoerd.
De
* Afvalwater Dit chroomhoudende afvalwater wordt door de ONO gevoerd, het chroom-gehalte is laag. ONO-installatie * Chedcaliënverbruik per m3 afvalwater 1 kg Levite PX50 4- 20 1 33% opl. NaOH 0.4 kg Aquastatic M P 200
* Chemicaliënsamenstelling Levite PX50 = op basis van natriumdithioniet Aquastatic = ? ? geen gevarensymbool volgens infoblad Emissie Het effluent van de ONO bevat per m3 afvalwater: Al = 50 mg/l [ACN] = 0.05 mg/l [ACN] CrVI 0.2 mg/l [afgeleid van norm = 2 mg/l : 10 ] CrIII = F= 50 mg/l [de Vlieger, 19941 N03= 300 mg/l [berekend uit verbruik chemicaliën] = 32 mg/l [berekend uit verbruik chemicaliën] HBF4
* Afval Na ontgiften en neutralisatie wordt het ontstane slib ontwaterd in een filterpers. Er ontstaat 15000 kg slib per jaar. Het slib bevat aluminium- en chroomhydroxides, dit C-2 slib wordt afgevoerd naar NOVA-chemie. Droqen gedroogd wordt in een droogstoof. Het geschatte energieverbruik voor het drogen is 200 m3 gas per jaar. Bronvermelding
Procesgegevens over badverversing, afvalstromen, chemicaliënverbruik en energieverbruik zijn afkomstig van ACN-Groningen. Bij de emissies is uitgegaan van verschillende bronnen, deze worden genoemd achter de waarden, de emissiegegevens van ACN zijn zeer globaal. De gegevens over de concentraatsamenstelling is afgeleid uit zeer globale informatie over de badconcentraties die is verstrekt door chemicaliënleverancier Cetema BV.
62
BIJLAGE la Procesbeschrijving rirkoniserea Het zirkoniseren is net als het chromateren een chemische manier om een conversielaag op te brengen. Het proces verloopt volgens de volgende badenreeks:
Het zirkoniseerproces is vergelijkbaar met het chromateerproces. Het ontvetten en beitsen inclusief spoelen is precies hetzelfde. Zirkoniseren kan zowel in dompeltoepassing als in sproeitoepassing plaats vinden. Hier wordt het zirkoniseren in dompeltoepassing beschreven. In deze beschrijving wordt uitgegaan van het zirkoniseerproces zoals deze bij de MAVOM ontwikkeld is. Voor de beschrijving van het ontvetten en beitsen wordt verwezen naar de beschrijving van het chromateerproces. Ontvetten en beitsen Chemicaliënverbruik, energieverbruik, emissies en afvalstromen zijn hetzelfde als bij het chromateren. Demi spoelen Spoelen met gedemineraliseerd water gebeurt vooraf om vervuiling van het procesbad te voorkomen. De vervuiling die verwijderd wordt bestaat uit vervuiling uit voorafgaande baden, en uit zouten uit het leidingwater waarmee gespoeld is. Het is essentieel voor het goede verloop van het zirkoniseerproces dat er geen vervuiling in het procesbad terecht komt. Zirkoniseren Voor het zirkoniseren worden oplossingen toegepast die zirkoniumzuur, een polyacrylaat en waterstoffluoride bevatten. Verder bevat de oplossing een laagkleuringscomponent. Het concentraat is opgelost in gedemineraliseerd water. De receptuur van de zirkoniseervloeistof is bedrijfsgeheim. Wel is globale informatie van de leverancier (de MAVOM) beschikbaar en het octrooi over zirkoniseren [Europees Octrooi O 008 9421. De oplossing heeft een pH die iets hoger ligt dan 2.0. Het zirkoniseren wordt gedaan bij omgevingstemperatuur, er is geen badverwarming nodig. Bij de laagvorrningsreaktie reageert het zirkoniumzuur met onder andere aluminiumionen tot een zirkoniumcomplex, het wordt ingebed in het polyacrylzuur dat polymeriseert. De precieze manier waarop de laag ontstaat is op dit moment nog onbekend. De complexeringsreaktie is als volgt: ZrF,'-+
4 A 1 (OH) --->
ZrF, (AlO,H,)
,'- +
4HF
(produktinfo XrrVOn)
Een zirkoniseerlaag heeft van zichzelf geen kleur. Dit is wel van belang omdat deze kleur een parameter is voor de kwaliteit van de opgebrachte laag. Vandaar dat een laagkleuringscomponent is toegevoegd. Deze laagkleuring is momenteel nog in ontwikkeling. Het verlies van de zirkoniseervloeistof ontstaat door badvervanging en oversleep. De badvervanging wordt bepaald door de reinheid van werken. Het zirkoniseren is een proces wat vrij kwetsbaar is: een zirkoniseerbad is zeer gevoelig voor vervuiling. Verder wordt de badvervanging belangrijk beïnvloed door de laagkleuring. Omdat de laagkleuring op dit moment ontbreekt wordt een bad na circa drie maanden vervangen, omdat dan nog zeker is dat de vloeistof voldoende schoon is. A l s deze veiligheidsmarge niet nodig is de standtijd van het bad mogelijk van 6 tot 9 maanden [Koelewijn, 19941. Verder wordt het verlies veroorzaakt door oversleep. Bij het zirkoniseren lijkt het heel goed mogelijk de oversleep terug te voeren in het procesbad [Koelewijn, 19941. Het gewicht van de opgebrachte laag is ongeveer 0,l gram per m2, het precieze gewicht is onbekend. [Koelewijn, 19941 De laagdikte is wel bekend, deze is 1 - 2 nanometer.
63
Na-nevelen Het na-nevelen met gedemineraliseerd water heeft als doel de vorming van zoutkristallen aan de onderkant van het profiel tegen te gaan: de laag droogt gelijkmatiger op. Deze stap is niet noodzakelijk voor de kwaliteit van de laag. Droqen De opgebrachte laag moet hierna indrogen. Dit gebeurt met hete lucht bij een objecttemperatuur van 80' C . Afvalwaterbehandeling Het afvalwater van het zirkoniseerproces hoeft niet ontgift te worden (zirkonium is minder toxisch dan chroom VI) Op dit moment bestaan er geen nonnen voor zirkonium, wat betekent dat het vervuilde bad en de oversleep in principe na neutralisatie geloosd mag worden. Er blijft hierbij geen slib achter, al het afvalwater wordt geloosd. Afvalwaterbehandeling met kalkmelk is goed mogelijk, hierbij worden fluorides, aluminium en het polyacrylaat deels uit het afvalwater verwijderd. Het zirkoniumzuur wordt hierbij waarschijnlijk slechts heel gedeeltelijk verwijderd door de sterke binding van zirkonium aan het fluoride.
.
64
BIJLAaB 2b Procesgegevens zirkoniserea
Alqemeen T = omgevinqstemperatuur De concëntraätsamënstelling is als volgt: 2 g/l H,ZrF, 3.5 g/l polyacrylzuurester, oplosbaar, M e 500.000 De pü <2,5 De badvloeistof is opgelost in demiwater.[produktinfo.MAVOM] De oplossing bevat geen oxidatiemiddel zoals nitraat of natriumnitrobenzeensulfonaat. De oplossing bevat geen zouten zoals natrium, kalium of ammoniumzouten. [octrooi O 008 9421 organische kleuringscomponent 100 ppm. [H.Koelewijn, MAVOM]
--
Badsamenstellinq 12.5% zirkoniumzuur = 0.5 g/l H2ZrF6 15% polyacrylaat = 0.53 g/l Laaqsamenstellinq en laaqdikte ZrF, (AlO,H,),z- + polyacrylaat = O. i g/mî Chemicaliënverbruik Het verbruik van zirkoniseervloeistof vindt Dlaats door: 1. inbouwen in de laag, 2. oversleep 3. calamiteiten 4. uitgewerkt bad. Samenstellins van de laag ZrF,'-+ 4A1(OH ) ---> ZrF, (AlO,H,) ,'- + 4HF (produktinfo UAVOM)
Aannames badsamenstelling verhouding zirkoniumzuur en polyacrylaat = 1 : 1.2 laagsamenstelling verhouding zirkoniumcomplex en polyacrylaat= 1 : 1.2 Chemicaliënverlies: oversleep = 150 ml/m2, dit wordt niet teruggevoerd in het bad. standtijd bad = 9 maanden en standtijd bad = 3 maanden Badconcentratie = 0,25 g/1 H2ZrF6 polyacrylzuur = 0,53 g/1 Berekeninq verbruik Zr4+: standtijd bad is 9 maanden * ( 1 ) Inbouw in de laag Uitgaande van een laagdikte van 0.1 g/m2 bevat de laag 0,060 g/m2 polyacrylzuur O, 040 g/m2 ZrF, (AlO,H2) ,,Aandeel Zr in de laag = 21 % (berekend uit verhouding molgewicht) => 0.21 * 0.04 g/m2 = 8.3 ms/m2 Zr in de laag ( = 19 mg/m2 H2ZrF6).
65
* ( 2 ) Verlies door oversleep Oversleep = 150 ml/m2 [H,ZrF,] = 0,25 g/l Verlies = 0.150 * 0,25 g/1 = 0.031 g/m2 H2ZrF6 Aandeel Zr in H2ZrF6 = 44% (berekend uit molecuulgewicht) Verlies Zr = 44% * 0.031 = 0.014 g/m2 * ( 3 ) Verbruik door badvervanging Standtijd bad = 0.75 jaar ,,V = 27 m3 doorzet aluminium = 400.000 m3 27 m3 badvervanging / 0,75 jaar = 36 m3 badvervanging / jaar : 400.000 m2 = 0,09 l/m2 Verbruik H2ZrF6 = badvervanging * [H2ZrF6] = 0,09 * 0,25 = 0.021 g/m2 H2ZrF6 Verbruik Zr = 0,021 g/m2 * 44% = 0.0099 g/m2 Zr
-
-
Totaal verbruik Zr = (1) + (2) + ( 3 ) 0.0083 + 0.014 + 0.0099 =
0.0322 g/m2 Zr.
* Berekening verbruik Zr4+: standtijdbad = 3 maanden Deze berekening gaat op analoge wijze. * Berekening polyacrylzuur De berekening voor het polyacrylzuur gaat op analoge wijze. Emi ssie Emissie van Zr4+, polyacrylzuur, A13+, F-. * Aannames emissie = oversleep + badvervanging. concentratie A13+ en F- in afvalwater. A13+ = 50 mg/l F= 50 mg/l
-
Berekeninq van de emissie bij een badvervanqinq na 9 maanden Zr4+ Oversleep = 0,014 g/1 Zr4+ Badvervanging = 0,0099 g/l Zr4+ Totaal = 0,024 q/1 Zr4+ Oversleep 150 ml
+ +
badvervanging 90 ml/m2 = 240 ml/m2
polyacrylzuur 0,53 g/l paz in bad A13+ = 50 mg/l F= 50 mg/l
* *
*
0,24 l/m2
0,24 g/m2 0,24 g/m2
= =
= 130 mq/m2 paz
12 mq/m2 A13+ 12 mq/m2 F-
Berekening voor badvervanging na 3 maanden gaat op analoge wijze.
66
BIJLAog 3a Procesbeschrijving anodiseren
Onderstaande procesbeschrijving geldt als voorbehandeling voor blanke en of ingekleurde aluminiumstukken zoals die, in grote lijn, door Scandex Aluminium N.V. uitgevoerd wordt. Dit bedrijf gebruikt de legeringen uit de 6000-serie (internationale aanduiding voor aluminium gehard net magnesiumsiliciumverbindingen welke toegepast wordt voor profielen). De verschillen met een geanodiseerde laag welke gelakt kan worden, worden daarna aangegeven. Een anodiseerstraat kan de volgende badenreeks bevatten:
jdel- Ispoelen/I
1
-
De-oxideren In een bad van 20 OC met een zwavelzuurconcentratie van 40 tot 100 aram Der liter vindt het de-oxideren plaats. Dit is nodig om de oxidelaag die-onstâan is tijdens het extruderen van het aluminium te verwijderen. Ook wordt het oppervlak geactiveerd voor het beitsen. Beitsen Gebeitst wordt in een verwarmde natronloogoplossing waarin additieven, zoals een sequestreermiddel en een tenside, opgelost zijn. Dampen worden af gezogen. Een keer per drie maanden wordt het bad overgepompt om het slib te verwijderen. Doel: egaliseren en activeren van het oppervlak en (voor een klein percentage, minder dan 1%) het verwijderen van foute anodiseerlagen Spoelen Na de meeste behandelingsbaden wordt er gespoeld. Spoelen vindt plaats in doorstroombaden of een cascadereeks. Spoelwater wordt via een persleiding Er zijn twee persleidingen, één voor de basiache afgevoerd naar de r.w.2.i.. en één voor de zure stroom. Desmutten Het bad bestaat uit 3 % waterstofperoxyde en 100 gram zwavelzuur per liter. Doel: verwiiderinq aanslaq die bij het beitsen ontstaat,. neutralisatie van resten loog-die op het oppervlak z'ijn achter gebleven.
67
Het anodiseren Na deze behandelinqen kan er qeanodiseerd worden. Anodiseren is het iangs elektiochemische weg aanbrengen van een oxidelaag op het aluminium. Aluminium fungeert als de anodische elektrode, de kathodische elektrode komt van een gelijkrichter. Een zwavelzuuroplossing wordt toegevoegd om als elektrolyt te dienen. Zwavelzuur veroorzaakt tevens poriën in de oxidelaag. Door deze poriën, die voor een betere stroomgeleiding zorgen, kan er een dikke oxidelaag ontstaan. Er wordt bij een spanning van 18 volt geanodiseerd. De weerstand neemt toe tijdens het proces, de spanning wordt hierop ingesteld zodat het mogelijk is om de stroom constant te houden. Koeling is noodzakelijk. Hiervoor is grondwater ter beschikking, wat later als spoelwater gebruikt wordt. Als de produktiecapaciteit hoger is dan normaal dan is er ook water te gebruiken uit een koeltoren. De aluminiumoxide laag die ontstaat, groeit voor een deel in het aluminium. Aan het aluminiumoppervlak ontstaan, tijdens het proces, zuurstofatomen door de ontleding van water. Deze atomen zijn zeer reactief, reageren met het aluminium of vormen zuurstofmolekulen. De reactie die plaats vindt is te omschrijven als volgt: 2 Al
+
3 H,O
--+
A1,0,
+
3 H,
Het rendement van deze reactie is niet hoog, want een deel van de zuurstofatomen ontwijkt dus uit het bad als zuurstofgasbelletjes. De andere bestanddelen (magnesium, silicium en andere verontreinigingen in het aluminium) die niet mee worden geoxideerd, kunnen wel een reactie aangaan met het elektrolyt. Ingebouwd in de laag worden deze bestanddelen uitgedrukt als gewichtsprocenten CO,. Deze bedragen zo'n 12 tot 17 % van de laag. Voor buitengebruik is een laagdikte van ongeveer 20 pn gewenst. Scandex anodiseert aluminium voor zowel binnen- als buitengebruik, de laagdikte 30 pn. De rekenkundige gemiddelde laagdikte over een jaar varieert van 5 gezien bedraagt bij Scandex 13 pn. De procestijd voor deze dikte is ongeveer 39 minuten. Tijdens het anodiseren lost ook een deel van de laag weer op, waardoor het gehalte opgelost aluminium toeneemt. Dit wordt tussen de 5 en 15 g Al/1 gehouden door de uitsleep en het bijvullen van het bad (één keer per twee dagen wordt er 25 % van de badinhoud afgevoerd). Het spoelen na het anodiseren verdient extra aandacht daar resten zwavelzuur moeilijk te verwijderen zijn door de viscositeit van de aanhangende vloeistof en de capillaire werking die door de poriën veroorzaakt worden.
-
Het inkleuren Het inkleuren kan op verschillende manieren gebeuren. Scandex kleurt met behulp van elektrolyse en een kleuringszout. Afhankelijk van de behandelingstijd lopen de kleuren uiteen. Daar het inkleuren voor dit onderzoek niet relevant is, wordt er hier niet verder op ingegaan.
68
Het sealen Er zijn meerdere methoden van sealen. Scandex past er twee toe; het heetwatersealen en het stoomsealen. Omdat sealen niet nodig is voor het lakken van aluminium, wordt er hier net verder op in gegaan. Doel: dichten van de poriën. Afvalwater- en slibbehandeling Het water afkomstig van de baden, zowel de behandelingsbaden als de spoelbaden gaan met aparte persleidingen naar de rwzi. Daar wordt het ingezet om het fosfaat uit ander (huishoudelijk-) afvalwater te halen. Aluminiumfosfaat slaat neer en wordt, na ontwatering, als slib op de reguliere stort gedumpt. In het effluent na het defosfateren wordt er boven de detectiegrens geen aluminium terug gevonden. Het slib dat ontstaat in de behandelingsbaden, wordt periodiek verwijdert door het overpompen van de badinhouden. Het slib wordt door een verwerkingsbedrijf opgehaald. Dit bedrijf ontwaterd het slib, slaat het tijdelijk op tot het eveneens gestort wordt. Verschillen met aluminium anodiseren voor het lakken Het anodiseren van aluminium als voorbehandeling om deze te kunnen lakken verschilt op diverse punten met de voorgaande beschrijving. De belangrijkste worden hieronder genoemd. De gegevens hiervoor komen van Reynolds Aluminium Holland B.V. [Willems, 19941 (informatie over het beitsen) en van GSB International, Duitsland [GSB international, 19941 (informatie over het anodiseren). Beitsen De afname bij het beitsen is minder dan bij normaal anodiseren. Hierdoor is er ook een lager stabilisatiepunt van opgelost aluminium in het beitsbad. Deze bedraagt 30 tot 40 g/l. De afdracht van aluminium is 20-30 g/m2. Anodiseren De laagdikte is 5-6 pm. Er is minder koeling nodig, daar de werktemperatuur 25-26 OC is. Er is, om een goede kwaliteit te krijgen, een verandering in structuur nodig; de poriëngrootte en -gehalte verschillen. Droqen Sealen is niet nodig, wel moet het geanodiseerde aluminium gedroogd worden na de laatste spoeling. Dit gebeurt bij een temperatuur onder de 100 OC. Afvalwater- en slibbehandeling Niet duidelijk is hoe dit verwerkt zal worden. Er zijn hier geen aanbevelingen voor gedaan. Op het moment is ook, sinds 1993, in Zweden een bedrijf dat anodiseert voor als voorbehandeling om te lakken. Dit bedrijf gaat uit van de huidige manier van anodiseren [Brons, 19941. Het enige verschil is dat de laagdikte dan 8 tot 10 pm bedraagt. De laklaag wordt dan door middel van elektroforese aangebracht, dit gebeurt onder hoge spanning. Deze methode bespaart grondstoffen en wordt in Japan veel toegepast. Japan is ook het land waar de methode ontwikkeld is. Na de elektroforese wordt er twee keer gespoeld voor het moffelen.
69
BIJLAGE 3b Procesgegevens anodiseren
Bij het berekenen van een ingreeptabel voor het anodiseren zijn de volgende procesgegevens, afkomstig van Scandex Aluminium b.v., gebruikt: Gehele straat * Jaargegevens uit 1993, doorzet 1,l * 106 ma aluminium met gemiddelde laagdikte van 13 w. * Energieverbruik : 570.800 kWh elektriciteit, 271.481 m3 gas. Dit zijn schattingen, gemaakt aan de hand van een verdeelsleutel. * Bedrijfsjaar bedroeg 333 dagen. Beitsen Chemicaliën, jaarverbruik: 593 ton NaOH (33%) . 40 ton additieven (poly-alchoholen, alkaliën, anorganische zouten) Volumebad 22 m3 Afdracht = 80 g Al/mz Werktemperatuur (70 f 5)OC beitstijd 15 minuten Badconcentraties NaOH = 50 -70 g/l, additieven = 35 g/l, Al = 120 140 g/l Slibafval 39620 dm'
-
--
-
-
Desmutten H,O, 2400 kg (geschat) - H,SO, 4700 kg (geschat)
-
Anodiseren Chemicaliën jaarverbruik H,SO, (96%) 272 ton, concentratie 200 g/l Aluminium afdracht 5 g/mz waterverbruik gehele straat, 325 en 420 m3 per dag, 333 dagen energieverbruik gehele straat, 1,868 MJ elek. en 9 , 4 7 MJ gas. Dit is inclusief energieverbruik voor het sealen.
-
-
70
BIJLAOE 4 Aannames en inperkingen, uitgebreid
Aigemeen
- Alleen de hoofdbestanddelen die in de concentraten aanwezig
zijn zijn in het onderzoek meegenomen, additieven die in kleinere hoeveelheden in de concentraten aanwezig zijn zijn buiten beschouwing gelaten.
Winning van grondstoffen
-
Van de winning van de in de voorbehandeling gebruikte metalen zijn alleen de energiekosten en de uitputting van grondstoffen meegenomen.
- De
aantasting van het landschap veroorzaakt door de afvalmassa die ontstaat bij de winning van enkele metaalertsen kan aanzienlijk zijn. Dit is niet meegenomen in dit onderzoek.
- De
emissies die ontstaan tijdens de winning en ontsluiting van grondstoffen zijn niet meegenomen, deze zijn gewoonlijk klein ten opzichte van die bij de produktie [Duin, 1987 en 1988).
-
Bij zirkoniumwinning is uitgegaan zirkoniumsilicaat als winningsvorm. Voor energieverbruik en het transport zijn gemiddelde waarden genomen van de V.S., Australië, Indië en Zuid-Afrika. Dit zijn de landen met de grootste winningsvelden. De chroomwinning vindt enkel in Zuid-Afrika plaats.
Produktie van chemicaliën De volgende in het voorbehandelingsproces gebruikte chemicaliën zijn niet meegenomen:
-
-
de produktie van zirkoniumzuur uit zirkoon de produktie van fluorboraat ontgiftingschemicaliën voor de waterzuiveringsinstallatie flocculeringschemicaliën voor de waterzuiveringsinstallatie
De milieu-effecten van de buiten beschouwing gelaten chemicaliën worden in de resultatenbespreking kwalitatief meegenomen. Over de chemicaliën
die zijn meegenomen zijn de volgende aannames gedaan:
- Chroomzuur wordt voor
100% uit Duitsland geïmporteerd. Uitgegaan is van het produktie proces zoals dat bij Bayer LeverkuBen plaats vindt.
-
Aangenomen is dat de energiekosten voor de produktie van chroomzuur uit natriumdichromaat in verhouding nauwelijks bijdraagt aan de energiekosten voor de winning en ontsluiting van chroom.
-
Aangenomen is dat de afvalstof NaHS04 afkomstig van de chroomzuurproduktie gecontroleerd gestort wordt, en dus niet geloosd wordt op het oppervlaktewater zoals in Rusland gebeurt [Ernst, 19941.
71
-
-
Ethylacrylaat. In het zirkoniumconcentraat wordt een polyacrylaat gebruikt. Het produktieproces van verschillende acrylaten komt in grote lijnen overeen. Aangenomen is dat het hier ethylacrylaat betreft. Gegevens over energieverbruik en emissies bij de produktie van ethylacrylaat zijn uit de NOH studie "Milieumatenstudie van vier bouwverven" [Manders-Maanders, 19921 gehaald. Er is in deze studie van dezelfde aanname uitgegaan als in de Milieumaten studie, namelijk dat de produktie van het polyacrylaat in een gesloten systeem plaats vindt, zodat emissies naar lucht, water en bodem op nul gesteld zijn. Zwavelzuurproduktie. Zwavelzuurproduktie in Nederland is een proces dat niet volgens één methode gaat. De grondstof kan, behalve zuiver zwavel, ook een afvalstof zijn. Voor het bepalen van de procesgegevens is uitgegaan van zuiver zwavel en zwaveldioxide als grondstof. Voor het bepalen van de emissies zijn de gemiddelde waarden genomen van de belangrijkste producenten van zwavelzuur in Nederland.
Voorbehandeling van aluminium Alqemeen
-
-
Het ontvetten van het aluminium is buiten beschouwing gelaten omdat deze processtap niet wezenlijk verschilt voor de drie voorbehandelingsmethoden. De samenstelling van de badvloeistoffen. In elk bad zit een aantal toevoegingen in kleine percentages, als silicaten, versnellers, vertragers en oppervlak-aktieve stoffen. De milieu-effekten tijdens de gebruiksfase zijn niet meegenomen omdat het in het kader van dit onderzoek niet mogelijk bleek hier betrouwbare informatie over te verkrijgen. Aangenomen is dat deze stoffen geen significante extra milieubelasting veroorzaken. Chemicaliënverbruik. Bij de berekeningen van de procesgegevens naar parameters voor de functionele eenheid is uitgegaan van een gemiddelde oversleep van 150 ml/m2. Beide voorbeeldbedrijven behandelen verschillende produkten: profielen, kozijnen, buizen, gordijnrails etc. Aangenomen is dat de gemiddelde oversleep hetzelfde is voor beide bedrijven.
72
Chromateren
-
Badsamenstelling. Uitgegaan is van gegevens over de badsamenstelling van chemicaliënleverancier Cetema B . V . . De badsamenstelling staat vermeld in tabel 4.1. Cheraicaliënverbruik. Het chemicaliënverbruik is berekend uit het jaargebruik van ACN-Groningen. Het chemicaliënverbruik voor badvernieuwing is meeberekend. De standtijd van het bad is gesteld op 3,5 jaar. Afvalwater. Uitgegaan is van aannames over de concentratie van stoffen in het afvalwater, deze zijn weergegeven in tabel 4.1. Het chroom uit het effluent van de ONO wordt voor drie kwart neergeslagen in de rwzi, een kwart van het chroom wordt gerekend als emissie naar het oppervlaktewater. Aangenomen is dat het chroomneerslag als gevolg van de chroomlozing de kwaliteit van het zuiveringsslib van de rwzi niet beïnvloedt. Aangenomen wordt dat aluminium niet wordt verwijderd in de rwzi.
Zirkoniseren
-
Badsamenstelling. De zirkoniumoplossing bevat H,ZrF,; een polyacrylaat (aanname ethylacrylaat), HF en een organische kleuringscomponent. Voor de badsamenstelling wordt verwezen naar tabel 4.2, deze badsamenstelling is de gemiddelde waarde uit het octrooi [octrooi O 008 9421 Concentratie organische kleurstof in bad < 100 ppm. [Koelewijn, 19941. Aangenomen is dat de hoeveelheid fluorwaterstofzuur in het bad verwaarloosbaar klein is. [Koelewijn, 19941. Het concentraat wordt opgelost in gedemineraliseerd water.
- Er Standtijd bad. is hier uitgegaan van een standtijdbad van
-
9 maanden (0,5 1 jaar). Dit wordt door de MAVOM aangegeven als een reële standtijd. [Koelewijn, 19941. Op dit moment is een standtijd van slechts 3 maanden haalbaar door het ontbreken van de laagkleuring (zie bijlage 2, beschrijving van het zirkoniseerproces). Ook deze waarde is doorgerekend.
- Uitgegaan Oversleep is verlies. is van een oversleep van
.
Het is mogelijk deze 150 ml/m2 oversleep terug te voeren in het bad. De oversleep wordt in dit onderzoek echter als verlies beschouwd, omdat het terugvoeren van oversleep in principe ook bij het chromateren mogelijk is.
-
Oversleep is afvalwater. Aangenomen is dat de oversleep van 150 ml/ m2 voor 100 % als afvalwater geloosd wordt. Er wordt van uitgegaan dat er behalve neutralisatie van het te lozen bad, geen afvalwaterzuivering plaats vindt (100% lozing). Samenstelling afvalwater. De concentratie aluminium, fluoride in het afvalwater zijn onbekend, hierover zijn aannames gedaan, deze waarden worden vermeld in tabel 4.2. Aangenomen wordt dat het polyacrylaat wat aanwezig is in de zirkoniseeroplossing niet bijdraagt aan de aquatische toxiciteit.
73
Anodiseren
-
Laagdikte. Gemiddelde laagdikte bij Scandex is 13 p. Het bleek onmogelijk de produktie onder t e verdelen in buiten- en binnenwerk. De parameters voor 1 m2 aluminium zijn voor deze gemiddelde laagdikte berekend. Naast deze berekeningen van Scandex, worden de verschillen voor anodiseerwerk voor lakken met schattingen èn naar Duitse aanbevelingen berekend. Dit om een verhouding t e geven waar mogelijk anodiseren voor lakken verschiltmetdie van blank en/of ingekleurd aluminium. Hierbij is uitgegaan van een gemiddelde laagdikte van 5,5 p. Naast de laagdikte voor gemiddeld 13 p zijn ook de emissies en berekend voor een laagdikte van gemiddeld 9 pm. Bij deze dikte, voor het overige zelfde procédé als bij Scandex, wordt in een bedrijf in Zweden geanodiseerd als voorbehandeling lakken. Het lakken gebeurt dan, na het anodiseerbad en spoelen, van elektroforese.
dergelijke volgens een voor het door middel
-
Duitse aanbevelingen. algemene uitgangspunten voor een fictief bedrijf: Er is gebruik gemaakt van gegevens afkomstig van Scandex aluminium N.V., Reynolds Aluminium B.V., V.O.M., brief GSB ( Gütegemeinschaft fÜr die Stückbeschichtigung von Bauteilen e.v.). De badenreeks bestaat uit een beitsbad, spoelbad (doorstroombad), desmutbad, spoelbad, anodiseerbad, twee spoelbaden, droogoven en, naast deze badenreeks, een lakinrichting. Het badvolume is gemiddeld 27 m3. De produktie van een jaar is 400.000 m2 aluminium profielen of platen voor buitengebruik. Deze is gelijk aan produktie van ACN om een reële vergelijking mogelijk te maken. Alle baden hebben eenzelfde oversleep. Ranges die opgegeven worden liggen tussen 3 en 8 pn. Er werd een gemiddelde waarde van 5,5 p genomen omdat deze nog het meest door deskundigen genoemd wordt als reële waarde. Er wordt gebruik gemaakt van een never-dump-systeem. Baden worden ververst door een gedeelte te vervangen en periodiek slib te verwijderen door het bad over t e pompen.
-
Beitsbad. Over de manier van beitsen zijn nog onduidelijkheden. Wel is de afdracht van aluminium minder nodig. Uitgegaan is van 20 g/m2. De loogconcentratie en het aluminiumgehalte in het bad en de beitstijd die hierbij ideaal zijn, is niet geheel duidelijk. Uitgegaan is van de concentraties welke Reynolds [Willems, 19941 opgegeven heeft. Behalve dat er verschillende processen voor het alkalisch beitsen op de markt zijn die uitgaan van minder loog verbruik door, bijvoorbeeld, recycling van de grondstof, (het zogenaamde Epal-proces, [Cetema, 1991]), [Finessi, 19931, is het beitsen ook misschien mogelijk op de manier zoals dat bij het chromateren gebeurt. Omdat de Duitse aanbevelingen [GSB international, 19941 uitgaan van alkalisch beitsen, is dit het uitgangspunt voor het beitsen voor het anodiseren. Mogelijk kunnen de concentraties anders komen te liggen.
- Desmutbad. Hiervoor kunnen verschillende chemicaliën gebruikt worden. Het GSB noemt er twee. Gebruikt zijn gegevens van de samenstelling zoals Scandex die heeftvoor dit bad. Deze methode is vrij nieuw en staat te boek als milieuvriendelijker dan het meestal gebruikte salpeterzuur. De concentraties van het bad zijn ook dezelfde.
-
Anodiseerbad. De concentratie zwavelzuur met het beste geleidingsvermogen is gebruikt. De energie kosten voor koeling van het bad is niet meegenomen. spoel-,afvalwater en afval: Emissie aluminium wordt niet gezuiverd door de r.w.z.i., over de mate van verwijdering waren geen betrouwbare gegevens voorhanden. De emissie is op 100% 74
gesteld. Slibproduktie die ontstaat door beitsen wordt gestort. Slibproduktie van het anodiseerbad is verwaarloosd (klein t.o.v. beitsbad, is niet apart te berekenen)
lozing
-
Anodiseren Scandex. Bij berekeningen is gebruik gemaakt van gemiddelde jaargegevens uit 1993 voor wat betreft chemicaliën, energieverbruik en emissies en dergelijke. Er waren geen gegevens bekend over concentraties in het afvalwater, deze zijn bepaald naar gegevens uit 'De Groene anodiseerstraat' [Brouwer, 19921. Deze gegevens gaan over de hoeveelheid aluminiumhoudend slib dat ontstaat en hoeveel ton aluminium naar de r.w.z.i. wordt afgevoerd. Al het afgedragen aluminium wordt gebruikt voor defosfateren, in effluent rwzi valt bij metingen het gehalte aan aluminium onder de detectiegrens [ << 1 mg/l, Starke, 19941. Het gehalte aluminium in effluent is op O gesteld.
-Zelfde Anodiseren Zweeds. proces als bij
Scandex, de laagdikte is anders. De berekeningen zijn uitgevoerd naar lineariteit procesgegevens van Scandex.
75
BIJLAGE 5 classificatiefactoren
Hoe met behulp van classificatiefactoren de milieubelasting voor een milieuprobleem te bepalen is, wordt in deze bijlage voor de relevante problemen uitgelegd. Deze bijlage is overgenomen uit een rapport van Tauw [Tauw, 19941 en aangevuld met gegevens uit de CLM handleiding [Heyungs, 19921. Abiotische uitputting Om de uitputting van abiotische grondstoffen te bepalen wordt de hoeveelheid gebruikte grondstof gedeeld door de aanwezige wereldvoorraad van deze stof. Dit levert per stof een uitputtingsequivalent. Door optelling wordt de totale abiotische uitputting tijdens de levenscyclus verkregen, eventueel uitgedrukt in uitputtingsequivalenten ( m ) . Humane toxiciteit De berekening van de humane toxiciteit geschiedt door de emissies te relateren aan de Tolarable Daily intake (TDI), de Acceptable Daily Intake (ADI), de toelaatbare Concentratie in de Lucht (TCL), de Air Quality Guidelines, het Maximaal Toelaatbare Risiconiveau (MTR) of de humaan-toxicologische C-waarde voor de bodem. Dit zijn uit toxicologische experimenten verkregen gegevens over de maximaal dagelijkse inname of concentratie die nog juist aanvaardbaar wordt geacht. Er is een omrekening gemaakt om te zorgen dat de emissie naar water, lucht en bodem bij elkaar opgeteld kunnen worden. De eenheid van de effectscore is kg; het aantal kg lichaamsgewicht dat juist aan de aanvaarde grens is blootgesteld. Aquatische toxiciteit Deze bepaling geschiedt, zoals in hoofdstuk 5 en bijlage 6 staat beschreven, met behulp van MTC's (Maximaal Tolarable Concentrations). Broeikaseffect Voor de stoffen die bijdrage aan het broeikaseffcet zijn waarden in de vorm van Global Warming Potential (GWP's) ontwikkeld. De GWP is een relatieve maat voor de mate waarin een massaeenheid stof infrarode straling kan absoberenten opzichte van een massaeenheid CO,. Hiermee kan de emissie naar de lucht (in kg) omgerekend worden tot een qua broeikaseffect equivalente emissie van CO,, uitgedrukt in kg. Verzuring De bijdrage aan verzuring van de verschillende stoffen is bepaald met behulp van Acidification Potentials (AP), die een maat zijn voor het vermogen om Ht af te splitsen ten opzichte van CO,. De emissie naar de lucht wordt met behulp van de AP omgerekend tot een qua verzuring equivalente emissie van SO,, uitgedrukt in kg. Vermesting De bijdrage aan vermesting van de verschillende milieu-ingrepen wordt bepaald met behulp van de Nutrifkation Potentials (NP's), die een maat zijn voor het vermogen om biomassa te vormen ten opzichte van fosfaat (PO,'-). De emissies worden met behulp van de NP's omgerekend tot een qua vermesting equivalente emissie van fosfaat, uitgedrukt in kg. Fotochemische oxydantvorming Voor de stoffen die hieraan bijdragen zijn Photochemical Ozone Creation Potential's (PoCP's) bepaald. De POCP is een relatieve maat voor de fotochemische oxydantvorming ten opzicht van etheen, uitgedrukt in kg. Stank De geurdrempels voor stoffen in de lucht, de zogenaamde GDL's, zijn voor de belangrijkste stoffen bepaald. De volume van de geuremissie naar de lucht wordt in verhouding genomen tot de volume lucht dat tot aan de geurdrempel verontreinigd is.
76
BIJLAGE 6 Bepaling van classificatiefactoren aquatische ecotoxiciteit voor aluminium, rirkonium en fluoride De classificatiefactor voor aquatische ecotoxiciteit bestaat uit een blootstellingsfactor die voorlopig voor alle stoffen op é6n is gesteld. ook ontbreekt nog een referentiestof. Daarom zijn de effectfactoren voor aquatische toxiciteit voorlopig vastgesteld tot er betere gegevens voorhanden zijn. De effectfactor wordt berekend met een MTC (Maximum Tolerable Concentration). Om de MTC te bepalen is een zogenaamde EPA-methode (een van oorsprong Amerikaanse methode afkomstig van de 'Environmental Protection Agency') die door de RIVM (Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieuhygiëne) aangepast is. De zo ontstane MTCmP heeft voor het compartiment water de eenheid mg*m'water. De Ecotoxicologrsche Classificatiefactor voor Aquatische ecosystemen (ECA) wordt uitgedrukt in de reciproke MTC,,. De EPA-methode gaat uit van een benadering van de grens waaronder 95 % van de individuen beschermd zijn. Afhankelijk van de hoeveelheid en soort gegevens die bekend zijn, zijn er verschillende veiligheidsmarges (een extrapolatiefactor) te nemen. Dit houdt in dat de MTC's onderling niet zonder meer vergelijkbaar zijn. Getracht is voor Al, Zr en F in verhouding tot Cr dit wel enigszins mogelijk te maken. Voor hexavalent chroom, waar al een MTC,, voor bestond, is de classificatiefactor 1. Deze waarde is afkomstig van een NOEC-proef (No Observed Effect Concentration) voor de Daphnia Magna en bedroeg 10 pg/l [Senhorst, 19941. Uit de appendix van het basicdocurnent chroom [Slooff, 19891 staat deze toxiciteitsproef niet vermeld. Voor de toxiciteit van chroom bepaald met zogenaamde longterm single species toxicity tests voor zoetwaterorganismen zijn NOEC's te vinden, variërend van 0,35 tot 6650 pg/l. Voor de classificatiefactor van aluminium is gebruik gemaakt van een overzicht van toxiciteitproeven voor aquatische organismen [Ecotox., 19931. Hierin zijn beschreven EC/LC's (Effect-Concentration/Lethal-Concentration) van de Daphnia magna met waarden tussen de 320 pm en 3,9 mg per liter. De laagste waarde en een extrapolatiefactor van 0,Ol is gebruikt om een factor van 0,3125 te krijgen. (reciprokewaarde van 320 mg/m' * 0 , O l ) De toxiciteit van aluminium in aquatische ecosystemen is afhankelijk van de pH, de concentratie complexerende stoffen en de hoeveelheid basische kationen in het water. In eerder genoemde rapport [Ecotox., 19931 staat een grens waarboven toxische effecten kunnen optreden voor de meeste Nederlandse (zoete) wateren van 500 pg/l. in een artikel [Sìooff, 19931 wordt een voorlopig limietwaarde gegeven van 0,l mg/l als een veilige waarde voor waterorganismen. Aan deze waarden is de classificatiefactor voor aluminium enigszins te vergelijken, maar om een vergelijking met
77
chroom te maken is het zinvol om de toxiciteitgegevens te nemen die over hetzelfde organisme gaan. Voor de Daphnia magna is een LC,,-waarde (concentratie waarbij 5 0 % van de organismen sterft) voor hexavalent chroom, bij een pH van 8 , l e n - e e n testtijdsduur van 3 weken, van 500 pm/l bepaald. Voor hetzelfde organisme bij een pH van 7 , 7 en een zelfde testtijdsduur is voor aluminium een LC,,-waarde van 1,4 mg/l gevonden.
&A=- :-=11a,367 600 1400
Omgerekend in classificatiefactoren en deze verhouding zou aluminium 2,8 maal minder toxisch zijn dan chroom met een classificatiefactor van 0 , 3 5 7 . Hoewel de factor niet hard te maken is, lijkt die ten opzichte van chroom voor dit organisme te kloppen. Voor zirkonium is moeilijker een vergelijkende basis met chroom te maken Er zijn niet veel toxiciteitsproeven met dit element uitgevoerd. Over het algemeen staat zirkonium als weinig toxisch te boek. Maar dit geldt voor het effect op de mens. Voor aquatische organismen kan dit geheel anders uitval en. Uit de literatuur die hier voor handen is, variëren waarden voor acute toxiciteit van 1 , 0 8 tot 966 mg/l en 0 , 2 8 tot 2 7 0 mg/l voor bepaalde effecten. Omdat de bronvermelding bij deze overzichten onduidelijkheden bevatten is uiteindelijk gebruik gemaakt van testen uit één onderzoek (P. Couture, 1 9 8 9 ) . Uit bovengenoemd onderzoek is de waarde voor een EC,, test genomen die het effect groeiremming testte op S e l e n a s t r u m c a p r i c o r n u t u m (een algensoort). Deze een waarde, 2,6 mg/l, geeft met een extrapolatiefactor van 0 , O l classificatiefactor van 0 , 0 3 8 :
2,6 * 108*0,01
Om deze waarde te vergelijken met die van chroom is het resultaat van een test voor chroom voor dezelfde alg genomen. Voor zirkonium zijn er geen testen op de Daphnia magna uitgevoerd. De test op de Celenastrum capricornutum voor chroom geeft een NOEC-waarde van 196 pg/l. Deze waarde zou een classificatiefactor van 0,051 geven :
1 196*0,1
In verhouding: Cr : Zr = 0,051 : 0 , 0 3 8 = 1 : 0 , 7 4 5 . Deze waarden liggen aanzienlijk dichter bij elkaar dan de bestaande factor voor chroom en de bepaalde factor voor zirkonium. Of de verhoudingen ook werkelijk zo liggen, voor deze alg waarschijnlijk wel, is moeilijk met zekerheid te zeggen. De verhouding ligt mogelijk anders dan de verhouding Cr : Zr = 1 : 0 , 0 3 8 waar van uitgegaan is.
78
Voor de factor van fluoride is als bron het basisdocument fluoriden gebruikt [Slooff, 19881. Toxiciteit van dit element is afhankelijk van de temperatuur en de hardheid van het water. Acute toxiciteitstesten voor single species geven NOEC's waarden tussen de 3,7 en 370 mg/l. De laagst gevonden waarde geeft na extrapolatie met een factor 0 , l een classificatiefactor van 0,0027: 1
Een vergelijking met chroom is hier niet gedaan omdat een overzicht van de toxiciteitstesten bij dit basisdocument ontbrak.
79
BIJLAOE 7 Bronvermelding van de procesmodule8
PROCES
BRON
chromateren van aluminium
ACN Groningen SPIN
chroomzuur produktie
Kirk 6i Othmer info Bayer LeverkuBen
Winning van chroom
S . T van Tuinen,
OPMERKINGEN
+
1989 RI ZA ~~
transport per schip
RI ZA
mineraì oiì mininci
TAUW
I
I
I
TAUW electrische energie nederlands model
RI ZA
electrische energie Zuid-Afrikaans model
E. Forrell, 1994
electrische energie
E. Forell, 1994
I
RI ZA kolen Holland ~
~~
thermische energie uit gas Holland
RI ZA
nucleaire electrische eneraie
RI ZA
thermische energie uit olie
RI ZA
zwavelzuur
SPIN
salpeterzuur produktie
Tiemersma, 1984
natronloog produktie
SPIN RIZA
zirkoniseren van aluminium
octrooi 008 942 en info MAVOM Bü
~~
berekening op basis van massabalans
80
1992 anodiseren van aluminium
Scandex Hoogezand Brouwer, 1992
waterstofperoxide produktie
SPIN
81
BIJLAGEN 8 OVERZICHTEN LEVENSCYCLUSSEN
BIJLAGE 8a INGREEPTABELLEN
.........................................
83
1: 400.000 m2 gechromateerd aluminium. exclusief beitsen
..................
83
2: 400.000 m2 gezirkoniseerd aluminium. exclusief beitsen
..................
84
3: 400.000 m2 geanodiseerd aluminium volgens Duitse aanbevelingen. exclusief beitsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BIJLAGE 8b MILIEUPROFIELEN
..........................................
la: Gechromateerd aluminium. exclusief beitsen
........................
lb: Genormaliseerd. chromateren. exclusief beitsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2a: Gezirkoniseerd aluminium. exclusief beitsen
........................
85
86 86 86 86
........................
86
2c: Genormaliseerd. zirkoniseren. exclusief beitsen; badvervanging na 3 maanden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
86
3a: Geanodiseerd aluminium volgens Duitse aanbevelingen. exclusief beitsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
3b: Genormaliseerd. anodiseren Duitse aanbevelingen. exclusief beitsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
3c: Genormaliseerd. anodiseren volgens Scandex. inclusief beitsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
2b: Genormaliseerd. zirkoniseren. exclusief beitsen
3d: Genormaliseerd. anodiseren Zweedse methode. inclusief beitsen
............
87
4a: Genormaliseerd. gebeitst aluminium. voor chromateren ofzirkoniseren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
4b: Genormaliseerd. gebeitst aluminium. voor anodiseren volgens aanbevelingen van Fteynolds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
82
Ingreeptabal 1: 400.000 iZ gechrouteerd Resources 176.8 2636 415.3 36.87 1590 19.78 56.18 110.4 0.03195598
kg kg kg kg kg kg kg kg kg
chromium coal gas h20 nacl oil s 802
uranium
Airborne emissions 0.00602237 kg ca 0.84180304 kg co 7819 kg cm2 . 0.35512374 kg cxhy 0.95698105 kg dust 0.16508375 kg fluoride 0.40353053 kg h2 0.00011018 kg h2s 0.07930160 kq h2so4 0.00002581 kg hf 0.00126486 kg hg 0.01311091 kg mineral oil 0.00000000 kg n2 0.00000000 kg n20 0.00000000 kg nh3 24.63 kg nox 0.00000709 kg polycyclic aromatic hydrocarbons 34.39 kg e02 Waterborne emissions 28.40 kq aluminiumion 0.00298480 kg asbest 0.00088928 kg bromium 0.00280000 kg chromium(iii) 0.00720000 kg chrodum(vi) 0.00006250 kg Cl0.00011018 kg cod kg fe++ 0.00000951 28.40 kg fluoride 0.00003808 kg hg kg nahso4 0.00000000 0.00080105 kg natrium 0.00227985 kg nh3 kg no32.001 0.00011018 kg oil 3.832 kg 802 1.864 kg sulphate Soil emissions 226.7 kg 0.00573903 kg 408.0 kg 0.02295005 kg 13200 kg 0.00008750 m3 0.00000000 kg 0.00002147 m3 0.00930555 kg 414.7 kg
ashes after re-use caf6 chemisch afval-nahso4 combustion waste filterkoek chroomhoudend high active nuclear waste katalysator low and medium active nuciear waste waste from uf6 production waste of coal mining
Energy content of resources used 71225 M j coal 19103 Mj gas 836.8 M j oil 14542 M j uranium Missing production processes Econ. input HBF4 Econ.input U 2 of ammonia production Econ.input Uadithioniet of waste watertreatment in OU0 Econ.input Fes04 of waste watertreatment in OU0
a3
I n g r a a p t r k l 2: 400.000 iz g a x i r k o n i ~ o r daluminium, axclumiaf b i t m e n
Resources 170438 1625 334.0 874.7 85.56 0.03586251 12.88
kg kg kg kg kg kg kg
barrage water coal gas nacl oil uranium zirconium
Airborne emimsions 0.00371291 kg ca 0.02707162 kg ch4 0.57961281 kg co 5161 kg co2 0.21893157 kg cxhy 0.61183530 kg dust 0.00126810 kg ethene 0.10177748 kg fluoride 0.22178157 kg h2 0.00000719 kg h2s 0.00002897 kg hf 0.00073809 kg hg 0.00085564 kg mineral oil 0.00025735 kg n-butane 15.02 kg nox 0.00000437 kg polycyclic aromatic hydrocarbons 0.00082053 kg propene 21.02 kg 802 0.00074594 kg verzadigde kws Waterborne edssions 4.800 kg aluminiumion 0.00164164 kg asbest 0.00003730 kg benzene 0.00048910 kg bromium 0.00007014 kg ~ 1 0.00019368 kg cod 52.00 kg ethylacrylate 0.00001067 kg fe++ 4.806 kg fluoride 0.00002094 kg hg 0.00149188 kg nacl 0.00090571 kg natrium 0.00255856 kg nh3 0.00041027 kg nitrogen 0.00130520 kg no30.00000719 kg oil 0.00003357 kg p-xylene 0.00116645 kg sulphate 0.00002984 kg toluene 9.600 kg zirconiumion m i l emissions 139.8 kg 0.00644061 kg 0.10874580 kg 0.00009819 m3 0.00002409 m3 0.01044313 kg kg 292.7
ashes after re-use caf6 combustion waste high active nuclear waste low and medium active nuclear waste waste from uf6 production waste of coal mining
Energy content of resources used coal 47611 Mj 15364 Mj gas oi 1 3619 Mj uranium 16320 M j Missing production processes Econ.input ethanol of ethylacrylate production Econ.input s t e m of ethylacrylate production
84
Resources 400000 m2 alum. for anodising 5334 kg coal 6123 kg gas 38001667 kg h20 222.8 kg o i l 5786 kg s 11374 kg a02 0.07252221 kg uranium Airborne emissions 0.01218725 kg ca 3.388 kg co 30212 kg co2 1.169 kg cxhy 2.166 kg dust 0.33407393 kg fluoride O .93520800 kg h2 8.168 kg h2.04 0.00005859 kg hf 0.00129041 kg hg 84.32 kg nox 0.00000000 kg 02 0.00001434 kg polycyclic aromatic hydrocarbons 191.2 kg 902 0.19556040 kg werkoplossing Waterborne enissions O. 00000000 kg additieven 1720 kg aluminiumion 0.00014184 kg cl0.00002158 kg €e++ 0.01115892 kg fluoride 30001307 kg h20 kg h202 1.190 0.00183156 kg natrium 0.00517399 kg nh3 0.00263941 kg no3kg s02 394.7 34176 kg sulphate m i l emissions 0.00000000 kg 458.8 kg 0.01302440 kg 0.65249338 kg 0.00019857 m3 0.00004872 m3 3.061 kg 0.02111839 kg 960.6 kg 0.69638400 kg
al(oh)3 to dump ashes after re-use caf6 combustion waste high active nuclear waste low and medium active nuclear waste overige materialen waste from uf6 production waste of coal nining werkoplossing
Energy content of resources used 156278 M j coal 281637 M j gas 9424 Mj oil 33002 M j uranium Missing production processes Econ.input H2 of Waterstofperoxide production Econ.input 02 of Waterstofperoxide production Econ.input werkoplossing of Waterstofperoxide production Econ.input overige materialen of waterstofperoxide production
85
e
;.S::E.CSS:' R e a 0r.a a
N
a a a o x e e n
gI
05
~.p1
m$cr !:8",,a&: pR ' g$l l-2: z'<'R 8 ,2 s.5 FyN'R 85 * x "&w !'&E
*'I-
- 8
:a
I 0
zx
I
?I
p 88,O
zx
Hg"
B
I OP
.o o. o. o. o. o. o. o. o. o. o. *.6. ooooooooooort 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 .
ort om o e 0 .
O r0t
:Y
cl
. c
c
?,
.*' u!?
a
8
o o o o o o o o o o o5
I-
?,
:
O 0 0 0 00.08 I e O 0 0 0 w - w o 0 m cdco
.4 X0 u u m r x o ~ m m c m o u c ~ c ~
.o . . . . .
Wo<*
we ODrt
u r.
N O O O ~ O O O L O 0 u O L O L 0 0 0 . 0 0 ~
I
r O
O e
8
XQ
O O N O O O O O O N O
3
.........
,
Xg
:P
OW a I l -8
I 8
.z
O
~
O
~
N0 U e
e"?
I 8
O 0 N a
u n
me
wa
A L O I .8
si o r , r. et
'!-
N
U
C
O
o
o o
O 0
O 0
O U
o m
O
o
O 8 .a olO0
O 0 0
O 0 0 0
O 0 0
U*'
L ~n
~
P0 .I 89
1
a r 0
O
0 0 0 .
XP
O O W U 0
O 0 w a
un wo 4 e
8
!J
tI ?8
- 0 0
e-u o y oo u c w w w *
-uap
o m 0ooccuu 00010mmw oouLLuo 0 0 0 0 0 0 0 0 0
. .. .. ..... .. .. . . .o .o .o N W O O C O O O O &&&;
i
owoo4oooo
oooc
X : X O : t z S X N $ t L~Cwu o a o o a w o ~ c
o~ c o u o o o c a u ~ m w a w ~ o m o o o m ~ w r ~ ~ u w ~ - .
o
~
o
* .. O
O O
O
O
o
o
o
~
....
O 0 0 0
O 0
0 O 0 0
0 -
~
~
0 0 0 ~ 0 0
PPPPPPPPPPPPPJ
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
O 0 0 0 0 0 0 0 0O 0 0 0
~ o o o o
.........
ooooooooopp 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
oooocoooooo
c
oooomooooooe 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0
O O O O N O O O O O O ~
oooocoooooo~ oooomoooooo
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ~
8
0 0 0 0 0 0 0 OOOON O 0 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 O 0 0 0 0 0 0 0 0
ooooa
O 0 0 0 0 0 0 0 0O O O O P O 0 0 0 0 0 0 0 0 O O O O W O 0 0 0 0 0 0 0 0oooo!-
gr
0 0 0 0 0 0 0O 0 0 0
.............
%d
r o o o o m o o o o ~ <.u c o o o o u w o w o o - 0a w o o o 4 o ~ m o - o Y ~ o u m o ~ m ~ ~ r no o o u ~ c c w c m o e u e W O N 4 N * 4 N W O .
O O r O O N I W L I L O S
o
oe0ooooou O 0 0 0 0 0 . O U O W O 4 0 0 o o o w o m
O Y OL 0W O 0
.o .o .o .o .o .o .o .o .o .o .o d
c
O 0 8
Xö
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
~
O W O U 0 000*04
Pd
O O O O O O O O O O 0 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ~ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
c
0 O 0 0 0 O 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
00000000000P
"I
...
O1 0 0
?O
:
.o o. o. o. o. o. o.o.o.o.o.*d oooooooooooa
c m
;x
I
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ~ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
O 0 0
PE I 8
I ff
rf
0 0 0 0 0
0 0'0 0 o m O W
ON C
0 0 0 0 0
O O
Pd
c
o m o u o 1 rXwX!J o m o - o w r r o f o : o w o m o m c m o 0 . o w o w - . o c o c o m u w o u o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
8
O 0 0 0
P Ppp
I n
.
O
f:
8
- N O O W Y Y U ~ U I ~ O
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
O 0 0 0
.o o. . . o.
c ri
N O 0
u 4 4 -4'0 wu*occuocuooo o. - 0 . . m r w u m m u O N O O I C O I i UUUf m ~ w o ~ c u ~ m u m m m
0 0000000000009 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ~
o m o o o o w o o o c O m 0 0 0 0 NeLOe o o o w o o c w u m ~ e r P e. O N O O W O . c m m ~ r . o u o m ~ w m w w c ~ nW * o r o o u u L o e u u r. u L r. n o u o o u w ~ ~ ~ m w n
o
o e
L
U 0 0
u0
Xx
..........I ouoooo ooooa 0 0 0 0 0 0
U Y u n
A
P P P PP?:
O 0
O r0t
0 .
o O 0 0 0 PPPl o O 0 0 0 0 0 0 . o o w o o cuun o or00 m--c o r o r u w u r o r o B o. o r w m m . U L U W O L O ~ L W . o u w m n o 4 o u 4 w w u w 0 U*.
PP
0 0 0 0 0
0 .
o e
.....
OY O 0
?,
P?P?PP?PPPP?P
"3
ort
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Oa o 0
c
~o oOo ~o oX oXo wX oXo ~o mX oX X N X ~ I
m o ~ o u o o o w m o
ooo oo oo oo oo oooooooooyi
O H
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
........
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ON
Z?
oooooooooooooy
o o
oooooooooooe
Yb
I
05
O O O O 0 O O O 0 O O O
m o O 0 0 0 O 0 0 w o O 0 0 0 O 0 0 m o c o o o o ~ o o o c o - 0 w 0 0 0 0 ooo!-o~
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ~
W
ze. .nP
owooo 0 . ouooo O 0 0 owooo m o e o u o o o r ~ o e
OOOOOOOOOpp8
c
r.
i
0000000000000P
. I
co
wn P. o n
?,
8
L IO N L
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ~ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
O 8
O 0 0 0 0
O
N C
-
I-
I
O W L ~ N U I ~ C W I
O 8
oI n8
W e
O ~ W W O U .
. a
m m u c.
8
O
O 8 w e w r.
f B Ii
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ~ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 .
W C
. a
i
00000000000P
. . . . . . .ruufi . L
I i..
r n c.
.c
L
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
o m
:
Ol-
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00000000000f
o e O . O r0t
wn
ooooooooooooOW oooooooooooooy
*'
0 0
e.8
0000000000000P
.o o. o. o.o.o.o .o p. o. p u
L:
:x - 8
ooooooooooooo*
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
OW
oooooooooooc O
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Elt.
ooooooooooo!a 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ooooooooooOW
"n "ol ir
P P P P P P P P P P P P P 6. oooooooooooooc
0 .
* V o P. O r0t
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
O
i?
ga
n o r
a
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
u 0* .
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
000000000-oood
O r 0 0 0 0 0 C 0 0 0 0 0 *
n
o w o o o o o c o m o o o o o ~ o o o o ~ m o a ~ o o ~ O O O O O O W I ~ L I ~ O ~
o . o o o o w c o w I w o e O O
W O O O O ~ ~ ~ W ~ U O ~ ~ O O O O ~ ~ W O O U O ~
..........
ooooooooopopo O O O O O O O N O O O O O
ooooooouooooo o o o o o o o ~ o o o o o e O O O O O O O N O O O O O
O O O O O O O N O O O O O
0 0 0 0 0 0 0 U 0 0 0 0 0 ~
ooooooouooooo ooooooomooooolI
m e
Er: U. m!-
n
ac,
I
aI
L
UI
3
uO b *
L?
"I U
c
c m
a.
I W.I a
U 4. 1
e 4 * 1
o"?
UP
W I
P:
W* - 0
-*
0I . I O L
*
C.
c
L I
0 0 .
U
O 0 *.
4
p;
g?
O 0 0
:?
O *0
??
.I
- 1
U c
I
E
aI
-
:*.:
N R
c
o w. A m mn
u w
m m
. M
*.
I
. O U I
I
O
a
3:
I O I -
- I
ppp p
mn
. n o *.
0 1
o00 o mi oooco4cw4*
aI *. m
00010.
-n
. O
aI
O M
w P.
UI*
I
0.
W L
I
1
CON0
ooomouc
c.
N w .I
e c
0.3
I
a c. e *. P.
1
O
I
Pg
O *b
E- ?I
O
I
*
-0 b O
u x
.I O Y
O
U I
0 0 0 . 0 0 .
x:;
o o o U o m 4u m
I UPPPPPP I I oP w oooooo e xu8gg:gx oooooooow*
r P
.:
ggggg:gxPg 0 0 0 0 0 0 0 0 C . oooooooou
I
c Q
g
f
UZ
oc; PPP ?
PI
o 0. o wo u*. o oooou ~ o o *pm m o e .u ~ O 0 0
o0 O 00 0
o o o u o w i . mI*
o3
on
0 0 0 .
oummow
o o o o o w ~ ~ u n
Ob
OW . 0I -
.a
0 0 0 0 0 0
&&&L&L
gggzgv
ES oe
0 0o0om- 0o<m o . . u* ~-I* Z C o o o o o u ~ m w m ooooo. Io c c
*.
ooooouuumn
poopo o&&o&
00000
0 1
0%
o
xx88xm-Co? ooo oo oo oP 4X uG uo 8* 5 0 0 0 0 0
o o o o o c m m o
m i
W L
*
PPPPopppp 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
8
00000000011 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ~ 0 0 0 0 0 0 0 0 0
oooooooooy I
BIJLAGE 9 Uitgebreide gevoeligheidsanalyse
In het onderstaande wordt de representativiteit en betrouwbaarheid van een aantal bepalende procesgegevens besproken die ten grondslag liggen aan: aquatische toxiciteit verbruik van zirkoniseerchemicaliën energieverbruik van het anodiseerproces
--
Aquatische toxiciteit In de levenscyclus blijkt de aquatische toxiciteit voornamelijk door de emissie afkomstig van het voorbehandelingsproces bepaald te worden. Factoren die de mate van aquatische toxiciteit bepalen zijn: de samenstelling van het afvalwater de hoeveelheid afvalwater de afvalwaterbehandeling de classificatiefactoren van de geëmitteerde stoffen In het onderstaande worden de gegevens per voorbehandelingsmethode besproken.
-
Chromateren Betrouwbare setzevens over alle stoffen die seëmitteerd zijn niet voorhanden. Daarnaast bestaat onduidelijkheid over de aiuminium- en fiuorideconcentratie in het effluent van de ONO. De mate waarin bedrijven deze stoffen uit het afvalwater verwijderen wordt voornamelijk bepaald door de normen die voor het bedrijf gelden. Deze normen verschillen van plaats tot plaats, afhankelijk van de waterbeheerders. Bij beide stoffen is uitgegaan van een aanname over de concentratie. De concentratie van chroom in het afvalwater is duidelijker: bij ACN wordt het chroom tot onder de norm uit het afvalwater verwijderd. Deze waarden zijn aangehouden. Verder zijn niet voor alle geëmitteerde stoffen classificatiefactoren gevonden, bijvoorbeeld niet voor fluorboraat. Zirkoniseren De gegevens over de emissie van het zirkoniseerbad zijn gebaseerd op aannames. De concentraties van de verschillende stoffen in het bad zijn onzeker. De aluminium-emissie is een belangrijke factor in de aquatische toxiciteit. Onduidelijk is hoe hoog deze concentratie is. In het octrooi wordt een marge gegeven van 0,005 -20 g/l voor de aluminiumconcentratie van een uitgewerkt bad [octrooi O 008 9421. Daarnaast is niet duidelijk welke polyacrylaat wordt toegepast. Er is uitgegaan van ethylacrylaat, ethylacrylaat is niet gemakkelijk, maar in principe wel volledig afbreekbaar. Ethylacrylaat is weinig giftig tot zeer weinig giftig voor algen. [Morel en Weitenberg, 1991). Acrylaat polymeren zijn stabiele niet reaktieve verbindingen met een lage toxiciteit. Maar de afbreekbaarheid van polyacrylaten in water is verschillend, acrylaatpolymeren kunnen de lamellen van vissen dichtslibben, waardoor de zuurstofopname belemmerd wordt. [Morel en Weitenberg, 19911. Er is in dit onderzoek geen classificatiefactor aan het polyacrylaat toegekend, er is van uitgegaan dat het polyacrylaat niet bijdraagt tot de aquatische toxiciteit. Het polyacrylaat, het aluminium en het fluoride kunnen vrij goed met kalkmelk uit het afvalwater worden gehaald, daarmee wordt de aquatische toxiciteit belangrijk verminderd. Anodiseren Aquatische toxiciteit wordt bij anodiseren exclusief het beitsen volledig door het aluminium bepaald. Er is voor gekozen om uit te gaan van 100% lozing van het aluminium op het oppervlakte water. Het aluminium wordt niet gebruikt voor het defosfateren in een rioolwater-zuiveringsinstallatie (r.w.z.i.) Dit is aannemelijk omdat niet elk bedrijf dat anodiseert apart is aangesloten bij de r.w.z.i., bovendien kampen sommige r.w.z.i:s met een overschot aan aluminium. Dit is gedaan bij het anodiseren volgens Duitse aanbevelingen. Over de juiste hoeveelheid van het aluminium dat geloosd wordt op het oppervlaktewater is nog niet veel met zekerheid te zeggen. Wel dat de aquatische toxiciteit voor wat het Duits anodiseren betreft ligt
88
tussen de 10*lO-lo (bij nul lozing van aluminium) en de 24607*10-'O lozing van aluminium).
(bij 100%
Voor het beitsen bij anodiseren is een hoge afdracht van aluminium genomen. Dit is de meest reële waarde op het moment. De aquatische toxiciteit van het beitsen veroorzaakt door het gebruik van kwikcellen bij de elektrolyse van pekel voor de produktie van natronloog is gebaseerd op gemiddelde gebruik van deze cellen. Deze cellen worden wel steeds minder toegepast. Verbruik zirkoniseerchemicaliën Het verbruik van zirkoniumzuur blijkt een bepalende factor te zijn in de milieubelasting die in de levenscyclus van deze voorbehandelingsmethode veroorzaakt wordt. De winning van zirkonium leidt namelijk indirect (door de hoge energiekosten) tot een aanzienlijke milieubelasting. Het verbruik van zirkoniumzuur wordt door een aantal factoren bepaald: - de concentratie in het bad de standtijd van het bad 31% - de oversleep 43% inbouw in de laag 26% (percentages bij standtijd van bad van negen maanden)
-
De concentratie zirkoniumzuur in het bad De badconcentratie van het zirkoniumzuur is bedriifsqeheim. De qebruikte waarde is gebaseerd op de ongeveer gemiddelde waarde uit het octrooi. Verder geeft de MAVOM de informatie dat de concentratie zirkoniumzuur 10 tot 100 keer lager is dan die in het chromateerbad. [H.Koelewijn, MAVOM] De gekozen waarde ( 0 , 2 5 g/l H2ZrF6) is 20 maal lager dan de concentratie chroomzuur in het chromateerbad. Een iets lagere of iets hogere badconcentratie heeft grote invloed op de resultaten.
- -
De standtijd van het bad Uit gegaan is van een standtijd van het bad van negen maanden. Als uitgegaan wordt van een standtijd van het bad van 3 maanden wordt het verbruik aanzienlijk verhoogd. Het gevolg hiervan is te zien in tabel 6.3. Milieuprobleem
zirkoniseren standtijd: 9 maanden
zirkoniseren standtijd: 3 maanden
Humane toxiciteit
1,3
1,9
Auuatische ecotoxiciteit
21
37
Verzuring
1,4
2,o
Vermestinq
O, 28
0,40
Broeikaseffect
1,4
1,9
Fotochemische oxydantvorming
0,22
O, 32
Stank
O, 13
0,19
De oversleep De oversleei, is afhankelijk van een aantal factoren: de vorm van de produkten, ie viscositeit-van de badvloeistof, de uitlekti jd. De oversleep van 150 ml/mî lijkt niet t e hoog gekozen omdat door de lage concentratie badchemicaliën de zirkoniseervloeistof erg waterig is. Verder blijkt het bij het zirkoniseren goed mogelijk de oversleep terug te voeren, dit zal dan waarschijnlijk resulteren in een kleine vermindering van het chemicaliënverbruik. 89
chemicaliënverbruik. Inbouw in de laa De inbouw in de laag wordt bepaald door de laaggewicht van de conversielaag en het percentage zirkonium in de laag. Er is uitgegaan van een laaggewicht van 0 , l g/m, [Koelewijn, 19941. Deze waarde is een maximum. Het percentage zirkonium in de laag is berekend uit de laagsamenstelling waarbij een aanname is gedaan over de verhouding polyacrylaat en zirkoniumcomplex in de laag (zie bijlage 2b). Deze waarde is een globale schatting. Energieverbruik t i j d e n s het anodiseerproces Laasdikte Voor het anodiseren is uitgegaan van de procesgegevens van Scandex. Deze procesgegevens zijn gebaseerd op verbruik voor een gemiddelde laagdikte van 13 pn. De laagdikte bepaald voor het grootste deel het grondstoffen- en energieverbruik. Hierbij is uitgegaan van een lineariteit tussen laagdikte en verbruik, wat niet geheel juist, is maar wel een goede indicatie geeft. In ieder geval wel voor het energieverbruik tijdens het anodiseren zelf. Enerqieverbruik tijdens het anodiseren Bepalend voor het enerqieverbruik is vooral de laaqdikte. De ingestelde stkoomdichtheid staat -vast, want deze bepaalt dé structuur ;an het aluminiumoppervlak. Dit geldt ook voor de temperatuur waar bij gewerkt wordt en de tijd die nodig is. De aangelegde spanning is enigszins variabel. De energie, die nodig is, berekend met deze grootheden valt binnen de range (zie tabel 4.3 procesgegevens anodiseren) die voor het Duits anodiseren bepaald is. De laagste waarde is bepaald aan de hand van de energiekosten die Scandex heeft voor het anodiseren. Een lagere waarde dan deze is er niet. De energiekosten zijn geverifieerd met recent bepaalde energiefactoren van de grootste anodiseerbedrijven in Nederland [du Mortier, 19941. De waarden bleken overeen te komen met de hoogst berekende waarden na aanpassing voor de laagdikte.
90
