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Les technologies propres

Fiche no 6 - Secteur du revêtement de surface /
Galvanoplastie

Autres exemples d'application de technologies propres

 
La compagnie Polissage T Placage G.G. Il est de plus en plus fréquent de rencontrer des entreprises qui visent l’excellence à la fois dans la qualité de leurs produits et dans la protection de l’environnement. La compagnie POLISSAGE ET PLACAGE G.G. est fière de concilier production et dépollution à la source. Cette entreprise, qui effectue des travaux de placage en tout genre, est particulièrement reconnue pour le placage décoratif de pièces et d’enjoliveurs de véhicules motorisés.

NB: Cette fiche a été réalisée, avec la collaboration de Polissage et Placage G.G., en 1992 et publiée en 1993.


 


Polissage et Placage G.G., plaqueur émérite

Polissage et Placage G.G. existe depuis 1974. Cette petite entreprise fonctionne jusqu’à 24 heures par jour et emploie une quarantaine de personnes. L’usine s’est agrandie en 1984 et son expansion est à l’origine des mesures de recyclage utilisées depuis. Il fallait, d’une part, se conformer aux exigences du Programme d’assainissement des eaux usées mis en œuvre par le ministère de l’Environnement du Québec ainsi qu’aux normes de rejet des eaux usées de la ville de Longueuil et, d’autre part, composer avec le peu d’espace disponible qui empêchait l’installation d’un système d’épuration conventionnel. D’où le choix d’une technologie peu encombrante, performante, et pourquoi pas... payante.

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Un procédé bien connu

Étapes du placage et principaux systèmes de récupération

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Le revêtement de surface, en galvanoplastie, consiste à déposer successivement de très minces couches de métaux tels que le cuivre, le nickel et le chrome sur les pare-chocs et autres pièces métalliques pour empêcher leur oxydation. Les pièces, soigneusement polies, sont trempées à tour de rôle dans des solutions alcalines et acides, afin de nettoyer les surfaces de toute matière susceptible de nuire aux placages subséquents. Les solutions de placage sont à base de sulfate de cuivre, de sulfate de nickel ou d’acide chromique. Bien entendu, la qualité des placages dépend aussi des rinçages qui suivent chaque bain de nettoyage ou de placage.

Autant d’opérations, autant d’effluents à traiter. En effet, les eaux de rinçage sont polluées soit par des métaux lourds, des acides, des alcalis, des matières en suspension ou par un mélange de deux ou trois de ces contaminants.

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Produire en polluant moins

Chez Polissage et Placage G.G., un certain nombre de techniques simples sont utilisées pour réduire les pertes des solutions de placage et diminuer le volume et la contamination des eaux de rinçage. De ce fait, la fréquence des cycles de fonctionnement des unités de traitement des eaux de rinçage est réduite d’autant.

La récupération des égouttures

Les pièces à plaquer sont percées de trous lorsque cela est possible, puis disposées soigneusement sur des supports pour faciliter leur égouttement. Les pièces plaquées sont retirées verticalement des bains de placage et, après un temps d’arrêt au-dessus de ceux-ci pour permettre un bon égouttement, sont transférées vers le premier bassin de rinçage. Les rebords des bassins adjacents sont recouverts d’une plaque inclinée vers le bassin amont pour y récupérer les égouttures des pièces.

Récupération des égouttures
Récupération des égouttures après le placage au chrome

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Le rinçage à contre-courant

Le rinçage à contre-courant, une technique de plus en plus utilisée, s’effectue dans une suite de bassins disposés en cascade et se déversant l’un dans l’autre ; les pièces voyagent dans le sens inverse de l’écoulement des eaux de rinçage et l’introduction de l’eau déminéralisée dans le bassin de rinçage 3 est déclenchée dès que la conductivité dépasse une valeur préétablie dans le bassin de rinçage 1. Cette technique permet une réduction fort appréciable du volume des eaux de rinçage : alors qu’une usine de placage traditionnel de même taille consomme entre 270 et 330 litres d’eau à la minute, Polissage et Placage G.G. en utilise environ quatre fois moins.

Rinçage à contre-courant
Le rinçage à contre-courant après
le placage au nickel

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Le rinçage statique

Certaines pièces nécessitent l’utilisation d’un bassin contenant une solution aqueuse de cyanure de cuivre afin de plaquer les métaux non ferreux. L’installation d’un bassin de rinçage statique à la suite de ce bain permet de récupérer la quasi-totalité de la solution de placage entraînée par les pièces. Il suffit de filtrer l’eau de rinçage avant de la renvoyer dans le bain de placage pour remplacer l’eau évaporée, puis d’ajuster la concentration du cyanure de cuivre pour rétablir son fonctionnement optimal. Par conséquent, la compagnie évite le traitement d’une eau cyanurée et réduit l’achat du cyanure de cuivre au strict minimum.

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Épuration de l'air et récupération de l'acide chromique

La température du bain de placage à l’acide chromique entraîne l’évaporation quotidienne de 90 litres de cette solution dans l’air ambiant. Un système de ventilation a donc été installé afin d’acheminer l’air contaminé vers un épurateur à voie humide dans lequel l’eau asperge continuellement un lit de petites sphères pendant que l’air est aspiré vers le haut. Ce procédé permet de transférer l’acide chromique de l’air dans l’eau. Celle-ci, recueillie à la base du système, est recirculée jusqu’à ce que la concentration atteinte justifie sa vidange vers l’unité de recyclage de l’acide chromique. L’air rejeté à la sortie du système est donc d’une excellente qualité.

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Beaucoup de récupération, peu de traitement

Récupération des solutions de placage

Cliquez ici pour agrandir - Récupération des solutions de placage...

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En apportant la même attention à la gestion des eaux résiduaires qu’à la réalisation du placage, l’entreprise a vite constaté qu’il était possible de réduire le volume des eaux de rinçage et de diminuer considérablement leur teneur en substances polluantes. Les rinçages à contre-courant permettent, d’une part, d’économiser l’eau et, d’autre part, d’obtenir des solutions de plus en plus concentrées en matières polluantes dans le premier bassin de rinçage adjacent à chacun des bains de placage. Et si les eaux de rinçage sont contaminées par un seul produit, il est alors facile de le récupérer en utilisant une résine échangeuse d’ions.à

La compagnie a fait preuve d’originalité dans le choix du mode d’épuration des effluents, notamment ceux qui contiennent des métaux lourds. Ainsi, Polissage et Placage G.G. récupère le cuivre, le nickel et l’acide chromique dans les eaux de rinçage à l’aide de trois installations relativement compactes dans lesquelles ces substances sont captées par des résines échangeuses d’ions. Par la suite, la régénération des résines permet de récupérer 95 % des métaux. Les métaux et le régénérant sont réintroduits dans les bains de placage.

Les systèmes de récupération installés chez Polissage et Placage G.G. réduisent le plus possible le gaspillage et ont évite l’installation d’un traitement physico-chimique conventionnel, lequel aurait produit, d’année en année, une quantité importante de boues d’hydroxydes métalliques dont l’élimination se serait avérée très coûteuse. De plus, ces systèmes sont relativement autonomes. En effet, une personne ne consacre qu’environ 25 % de son temps à leur surveillance.

La récupération des métaux, décrite dans le chapitre « Récupération du cuivre et du nickel », génère des effluents acides qui contiennent environ 1 mg/l de cuivre et de nickel ; par conséquent, leur traitement final, comme celui des autres eaux de procédé, se limite à un ajustement du pH.

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Récupération du cuivre et du nickel

Les pièces plaquées sont rincées avec de l’eau déminéralisée dans les trois bassins de rinçage à contre-courant. L’eau du premier de ces bassins passe à travers un filtre à cartouche pour retenir diverses particules, avant d’être introduite dans le système de traitement approprié. Cette eau de rinçage est alors une solution diluée de sulfate de cuivre ou de sulfate de nickel, selon le cas.

  1. L’eau contaminée par le cuivre circule à travers un lit de résine cationique qui capte ce métal et une solution d’acide sulfurique très diluée en ressort ; elle est neutralisée puis rejetée à l’égout municipal.

    Lorsque la résine est saturée, elle est régénérée par une solution d’acide sulfurique à 10 % par volume qui resolubilise le cuivre sous forme de sulfate de cuivre. Le tout est réintroduit dans le bain de placage. On récupère ainsi environ 2,25 kg de cuivre à l’heure.

  2. L’eau contaminée par le nickel traverse elle aussi un lit de résine cationique pour retenir ce métal. La régénération de la résine est similaire à celle du cuivre et permet de récupérer environ 2,5 kg de nickel à l’heure.

La solution de sulfate de nickel issue de la régénération a un pH trop acide pour être réintroduite directement dans le bain de placage ; il faut donc la faire passer à travers une autre résine spécifique pour ajuster son pH.

Installation pour récupérer le nickel
Installation compacte pour récupérer le nickel

Afin de réduire sa consommation d’eau, l’entreprise recueille celle qui est employée pour rincer les systèmes de récupération du cuivre et du nickel à la fin des cycles d’utilisation des résines. Ces eaux de Afin de réduire sa consommation d’eau, l’entreprise recueille celle qui est employée pour rincer les systèmes de récupération du cuivre et du nickel à la fin des cycles d’utilisation des résines. Ces eaux de rinçage sont réutilisées pour préparer les solutions régénérantes d’acide sulfurique à 10 %.

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Récupération de l'acide chromique

Le processus de récupération de l’acide chromique est plus complexe. Encore une fois, l’eau de rinçage passe par un filtre à cartouche avant de cheminer dans une première résine qui absorbe tous les contaminants cationiques tels le fer, le cuivre, le nickel et le chrome trivalent. La solution acide résultante traverse ensuite une résine anionique qui capte les ions chromates et sulfates. Le liquide provenant de ces deux traitements est semblable à de l’eau déminéralisée et est utilisé pour rincer les pièces qui sortent du bain d’acide chromique. Donc, ces équipements épurateurs traitent et recirculent continuellement l’eau de rinçage nécessaire dans cette section de l’atelier de placage.

La récupération de l’acide chromique 
La récupération de l’acide chromique : une installation peu encombrante et très efficace

La régénération nécessite l’emploi d’une solution d’hydroxyde de sodium à 5 % par volume pour resolubiliser les ions chromates et sulfates retenus par la résine anionique. À ce stade, la solution est alors un mélange de chromate et de sulfate de sodium. En lui faisant traverser une résine cationique, les ions sodium sont arrêtés et remplacés par des ions hydrogène. L’acide chromique ainsi obtenu ne peut être renvoyé directement dans le bassin de placage car la concentration des sulfates est trop élevée par rapport à celle des chromates, soit environ 1 sulfate pour 50 chromates.

Ce problème est facilement corrigé par l’ajout de faibles quantités de carbonate de baryum qui ramènent le rapport à 1 pour 150 comme dans le bain de placage. Ce système permet de récupérer 0,6 kg d’acide chromique à l’heure.

Une récupération efficace

Métaux lourds

Concentrations
dans les effluents

Normes de rejet
(mg/l)

Avant
récupération*
(mg/l)

Après
récupération
(mg/l)

Cuivre

260

1,03

5

Nickel

460

1,39

5

Chrome

170

0,14

5

* Concentrations maximales recommandées par le manufacturier des résines

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Régénération de l'acide chlorhydrique

Polissage et Placage G.G. ne s’est pas limitée à la récupération des métaux lourds. Effectivement, elle régénère aussi, à l’aide d’une résine échangeuse d’ions, l’acide chlorhydrique utilisé comme nettoyeur à des concentrations de 35 à 45 % par volume. Celui-ci est contaminé par le fer et des matières en suspension ; de jour en jour, sa concentration diminue ainsi que son efficacité. Alors qu’habituellement, les entreprises de placage éliminent l’acide chlorhydrique tous les deux ou trois mois par l’intermédiaire d’une compagnie spécialisée, Polissage et Placage G.G. le purifie en lui faisant traverser un filtre à cartouche puis une résine échangeuse d’ions avant de le renvoyer dans le bain de nettoyage acide.

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Économies réalisées

L’achat d’un système de récupération de métaux lourds semblable à celui de Polissage et Placage G.G. est plus coûteux que celui d’un système de traitement physico-chimique conventionnel. Toutefois, les équipements de récupération et de régénération permettent de recycler une quantité appréciable de matières premières qu’un traitement physico-chimique transformerait en boues, lesquelles devraient être envoyées dans des lieux d’élimination spécialisés à des coûts de plus en plus élevés. En définitive, les économies réalisées permettent d’absorber rapidement cet investissement.

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Une récupération accrue des produits et une économie d'argent

En 1991, Polissage et Placage G.G. a récupéré 700 kg de sulfate de cuivre, 17 400 kg de sulfate de nickel et 6 800 kg d’acide chromique pour réaliser une économie de 94 000 dollars. Ce montant tient compte de ce qu’il aurait fallu dépenser pour traiter de façon conventionnelle les effluents de l’entreprise et pour éliminer les boues.

Récupérations et économies réalisées en 1991
chez Polissage et Placage G.G.

Produits récupérés

Quantités récupérées
(kg/an)

Économies réalisées
($/an)

Sulfate de cuivre

700

250

Sulfate de nickel

17 400

61 500

Acide chromique

6 800

32 250

Économies annuelles

94 000

À ces économies, s’ajoute la somme de 10 000 dollars liée à la réduction des achats d’acide chlorhydrique et à la suppression des frais d’élimination de cet acide usé. En effet, Polissage et Placage G.G. achète maintenant 3 000 kg de ce produit par année au lieu de 12 000 kg lorsqu’elle avait recours à un système traditionnel de vidange périodique.

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Une économie d'espace

De plus, la technologie de l’échange ionique requiert moins d’espace qu’un traitement d’épuration conventionnel :

  • les bassins des unités de récupération sont de petite taille ;
  • seul un petit bassin pour ajuster le pH des effluents est requis ;
  • l’aire nécessaire à l’entreposage des matières premières est réduite.

L’entreprise a donc disposé les résines échangeuses d’ions à l’étage supérieur, là où l’espace disponible et la structure du bâtiment ne permettaient pas d’aménager un traitement physico-chimique conventionnel. De ce fait, une plus grande surface a été libérée pour installer les bains de placage et les bassins de rinçage à contre-courant au rez-de-chaussée.


Polissage et Placage G.G. s’est résolument tournée vers l’avenir pour demeurer à l’avant-garde dans son champ d’activité, conserver les emplois qu’elle procure et maintenir sa part du marché, en conciliant l’agrandissement de l’entreprise, l’augmentation de la production, la récupération des matières premières et la protection de l’environnement.


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