热浸镀锌生产技术与环保治理 宋明皓 引言 电镀是机械制造业中的一项基础工艺 , 在现代经济飞速发展的电子信息产品 制造业中 ,它是一项必不可少的加工工艺 , 在工业生产中发挥着非常重要的作用。 电镀项目投资少 ,收效快, 但管理不善却极易造成环境污染。 因此各个城市都把电 镀业作为一个限制盲目发展的特殊行业加以管理。电镀行业的现状是数量多 , 分 布散乱, 除部分大型国有企业、高科技民营企业和三资企业具有较高的生产水平 之外, 大多数企业规模小 , 管理落后, 污染重,效益低下。在某些小型企业 , 由于工 艺技术和装备落后 ,管理混乱 ,造成资源利用率低下 ,大量的金属和化工原料变成 废物排出,不仅浪费了资源 ,污染了环境 ,而且加大了末端治理的成本和难度。因 此, 单纯以电镀加工为主营业务的专业电镀厂的生存和发展非常困难。
一 电镀业的发展 电镀业发展的必然趋势电镀是机械制造业中的一项基础工艺 ,在现代经济飞 速发展的电子信息产品制造业中 ,它是一项必不可少的加工工艺 ,在工业生产中发 挥着非常重要的作用。 电镀项目投资少 ,收效快 ,但管理不善却极易造成环境污染。 因此各个城市都把电镀业作为一个限制盲目发展的特殊行业加以管理。 电镀行业 的现状是数量多 ,分布散乱 ,除部分大型国有企业、高科技民营企业和三资企业具 有较高的生产水平之外 ,大多数企业规模小 ,管理落后 ,污染重,效益低下。在某些小 型企业,由于工艺技术和装备落后 ,管理混乱 ,造成资源利用率低下 ,大量的金属和 化工原料变成废物排出 ,不仅浪费了资源 ,污染了环境 ,而且加大了末端治理的成 本和难度。 因此, 单纯以电镀加工为主营业务的专业电镀厂的生存和发展非常困 难。对于电镀生产来说 ,工作的重点不能只放在末端治理污染物排放达标上 ,不能 忽视源头污染 ,割裂污染治理与生产的有机联系 ,必须从源头开始抓物料流失 ,从 根本上解决污染物的产生。电镀之所以产生污染 ,是因为某些重要加工工序的资 源利用率极 低。例如镀铬是电镀行业中的重要镀种 ,铬酸是主要原材料 ,但它是一 种主要污染物 ,目前电镀生产中铬酸的利用率极低 ,其中装饰性镀铬物料利用率只 有 %,镀硬铬也只有 %, 也就是说 ,重要化工原料的大部分都流失了 ,形成严重污染。 可见在电镀业 ,开展清洁生产 ,提高资源利用率 ,大有潜力。 这样不仅减轻了末端治 理的压力 ,同时节约了化工原料 ,降低了生产成本。
二 国内电镀产生的环保问题 改革开放 30 年来 ,随着汽车、电子、五金和机械 制造业的飞速发展 ,也带动 了电镀产业的繁荣和进 步。在充分认识电镀产业在工业发展中作用的同时 ,也不 能忽视在环境保护和能源消耗方面给社会带来的问题。 1 中小型电镀企业发展快、数量多。目前 , 在我国电镀行业中 ,中小型电镀企业 占绝对多数 ,总体上素质不高、工艺水平低、管理粗放、能 源较高及污染严重。 小作坊式的生产方式普遍存在。有些小厂生产条件相当简陋 ;挖地坑衬塑料膜当 镀槽;借助阳光和风力干燥镀件及生产流程全靠人力完成等。而具备先进设备和 技术的大型企业较少。有统计表明 :国内自动化或半自动化的生产线 ,平均每个电 镀企业为 0.14 条。 2 电镀装备水平低在我国 , 为电镀生产配套的设备机械化、自动化 水平低。在 一些较正规的电镀企业中 ,设备完好率 低 ,过滤机等设备使用寿命短、维修不便。 整流电源设备电能损耗大。 3 管理水平低不少电镀企业追求短期效益、 缺乏长远发展规划 , 市场应变能力差 , 在原材料上涨 ,加工费降低、市 场需求不旺的情况下举步艰难 ,勉强维持经营 ,甚 至亏损。 4 电镀污染治理水平低有些电镀企业虽有三废治理设备 , 但运行维护和管理较 差,时开时停;有些则形同虚设 ,只为应付环保部门检查 ,对污染的有效处理率低。 少 数电镀厂废水仍有无组织排放 ,处于脱离监管的无序状态。 5 资源浪费严重 有统计资料表明 : 在我国广泛应用的装饰性电镀中 ,铬酐利用 率不足 20%。单位面积镀层的物耗、 能耗和水耗较高。我国电镀生产的平均用水 量为国外先进水平的 10 倍左右。综上所述,这些问题的存在 ,只能导致我国工业生 产能源短缺 ,污染加剧。开展清洁生产是电镀行业的当务之急、生存之路。要达 到节能、节水、降耗、减污及增效的目标 ,电镀工作者任重道远。 热浸镀是铁塔永久性防腐的最佳手段之一。社会需求量很大 ,对这项技术的 要求也越来越高 ,传统的热镀工艺及设备己不适应目前的生产与环保的要求 ,寻求 新的发展是当务之急。 热镀锌也称热浸镀锌〔是钢铁构件浸入锌液中获得金属覆盖层达到防腐目的 的一种方法〕较厚的致密的纯锌层覆盖在钢铁表面上河以避免钢铁基体与住何的 腐蚀介质的接触保护钢铁基体免受腐蚀〕 我国目前热镀锌企业已超过千家各企业 技术水平参差不齐加之热镀锌行业能耗高、 物耗高、污染严重各地正加紧对热镀 锌企业进行清洁生产技术改造〕 降低锌耗提高锌的直接利用率， 减少能源过渡消 耗和环境污染的问题是技术改造的重中之重。
三 浸镀生产工艺比较 国内外生产的双浸镀作业线工艺流程相同。 国外引进的作业线整体水平较高 如高速收放线 （工字轮或倒立式 ）、大盘重、超声波清洗、 密闭式酸洗或电解酸洗、 电解碱洗、氮气抹拭等技术，Dv值可达75〜150mm • m/min,镀层面质量可达到 ASTMB 802标准中规定的A,B,C级，而且钢丝表面光洁,呈银灰色。而国内的作业线 大都是传统卧式收线模式，车速低,Dv值为30mm • m/min左右,盘重小，用固体材 料抹拭的钢丝表面质量远不及氮气抹拭的产品。 但经过不断的生产实践和创新改 进,国内生产的作业线日趋成熟 ,我国新旺公司的作业线于 2002年 7月投产,试生 产的第一批产品2.50mm等规格锌-5%铝-稀土合金镀层钢丝应用于电力部门三峡 工程中，镀层成分和面质量达到ASTMB802的要求,2005年，抹拭材料经过不断的试 验和摸索 ,新的固体抹拭镀层表面质量达到氮气抹拭的效果。 1.双浸镀生产线具有的特点 : (1) 作业线的线速度高于国内同类型企业，Dv值可达60mm • m/min,钢丝直径 和镀层面质量不但可以达到 ASTMB802中的A级要求，而且满足用户的更高技术 条件。 (2) 采用严格的化学酸碱洗前处理工艺 ,钢丝表面前处理质量效果良好 ,与美 国引进作业线的脱脂炉、超声波清洗、密闭式酸洗或加拿大引进作业线 的电解 脱脂、电解酸洗相比较 ,投资大为减少 ,生产成本较低。 (3) 根据钢丝直径不同 ,采用不同颗粒度的固体混合抹拭剂 ,能如氮气抹拭一 样,得到连续、光滑 的镀层表面,相应减少作业线的投资和生产成本。 (4) 原设计的卧式收线机一般情况下 ，盘重可以达到 250kg,最大可以达到 300kg。为了满足国外市场的需要，采用大工字轮放线和倒立式收线机收线组合 , 最大盘重可以达到 800kg 以上。与单浸镀工艺比较 ,双浸镀工艺突出的优点是得 到的镀层较厚。镀锌钢丝和钢绞线的 A,B,C级别镀层都可以达到。不足的是第 1 次镀锌的纯锌层 会在合金镀槽内熔化，Fe-Zn合金层吸收合金镀槽的铝转变成 Fe-Zn-AI金属间化合物，因而导致镀槽成分控制较难。从理论上讲，最好能将第一次 热镀锌的纯锌层全部抹去，因为Fe-Zn合金层吸收的 铝的数量不多,镀槽内和镀层 成分都容易控制。然而国内外的作业线都没有解决合金镀槽和镀层成分 控制困 难的问题。 第一次热镀锌时 ,引进的作业线 在锌锅斜向引出的出口处虽有弹簧压 块装置抹锌 , 但实际只能抹去钢丝受压的上下两面 ,钢丝的两侧 则基本没有得到 擦拭。第一次热镀锌后的钢丝的大 部分纯锌层带入到合金镀槽中去。 2．单浸镀工艺
单浸镀工艺的优点是工艺流程短 ,能耗、物耗低 ,镀槽成分和镀层显微组织容 易控制。在国外 ,在对镀层厚度要求不高的单根钢管、单张钢板等方面应用得很 普遍，但在多根钢丝的镀层作业线却没有实例。根据试验研究 ，单浸镀Galfan镀层 在多根钢丝的生产中遇到的难题 : (1) 不论采用何种助镀剂 (包括电解活化 ),部分钢丝漏镀问题仍然存在 ; (2) 镀层面质量只能达到70〜100g/m2。美国Galfan研究中心表示也在试验 研究这2个难题，并认为提高 速度，镀层面质量有可能提高到120〜130g/m2,但再 提高的可能性不大。单浸镀工艺的镀层厚度相对于较厚的纯锌镀层来说 ,提高耐 腐蚀寿命的优越性并不突出 ,从而限制了其推广应用价值。 不同于双浸镀工艺 ,钢丝单浸镀 Galfan 合金时 ,过渡层很薄 ,钢基体与表面层 界面上的金属间化合物呈线状。将 1 根 2.5mm 的钢丝试样在 Galfan 合金锅内浸 置7h,也未见合金层长大，过渡合金层的厚度约为 0.1〜0.3卩m,说明生成的富铝 Fe-Zn-AI过渡层对基体铁元素向镀液扩散具有较大的阻碍作用。而在双镀时，第一 次热镀锌生成的约7卩m左右的锌铁合金层在第二次热浸 Galfan时，则会全部转 变成Fe-Zn-AI金属间化合物。因此，单浸镀时极薄的过渡层及其界面特性，很可能 是不能获得厚镀层的根本原因。
四 结语 电镀业承受着越来越大的环境压力 ,而欧共体和中国政府一系列环保法规的 公布和实施更使中国电镀面临严峻挑战 ,但也同时带来发展机遇。只有采用先进 技术,推行清洁生产才是中国电镀应对挑战、赢得机遇、实现可持续性发展的唯 一出路。