電鍍行業(yè)主要生產(chǎn)工藝及污染環(huán)節(jié)分析

電鍍行業(yè)主要生產(chǎn)工藝及污染環(huán)節(jié)分析主要生產(chǎn)工藝電鍍生產(chǎn)是金屬（或非金屬）的表面處理工藝，是通過化學(xué)或電化學(xué)作用在金屬（或非金屬）制件表面形成另一種金屬膜層，因而改變制件表面屬性的一種加工工藝。2.1.1電鍍的基本工序工件→(磨光→拋光)→上掛→脫脂除油→水洗→（電解拋光或化學(xué)拋光）→酸洗活化→（預(yù)鍍）→電鍍→水洗→（后處理）→水洗→干燥→下掛→檢驗包裝以最簡單的金屬扳手電鍍的工藝流程為例，其工序為：半成品扳手→酸洗→清洗→中和→刷光→清洗→弱酸洗→清洗→鍍半亮鎳→活化→鍍亮鎳→回收清洗1→回收清洗2→清洗→鍍鉻→回收清洗1→回收清洗2→回收清洗3→清洗→熱干→成品扳手。由以上可看出，電鍍工藝過程大致可以劃分為：鍍前處理——電鍍——鍍后處理三部分。2.1.2鍍前處理金屬零件在進(jìn)入鍍液以前的一切加工處理和清理工序總稱為鍍前處理（或預(yù)處理）。其目的是修整工件表面，除掉工件表面的油脂，銹皮，氧化膜等，為后續(xù)鍍層的沉積提供所需的電鍍表面。由于基體材料的種類繁多，加工過程及存放環(huán)境也不盡相同，使得各種零件電鍍前的表面狀況差別很大，另外，對鍍層的性能要求也有較大差異，所以鍍前處理的方法也不盡相同，必須根據(jù)基體材料或零件的性質(zhì)、表面狀況及表面處理的要求，選擇或安排合適的表面處理工序，認(rèn)真對基體材料或零件表面進(jìn)行鍍前表面處理工作，以提高鍍層與基體材料之間的結(jié)合力，從而保證獲得優(yōu)質(zhì)的鍍層。通常鍍前處理的工藝分為整平、除油工序和化學(xué)浸蝕。（1）整平包括磨光、拋光(機械拋光、化學(xué)拋光以及電化學(xué)拋光)、滾光、刷光、噴砂等，用于粗糙零件表面的整平，消除零件表面的劃痕、毛刺、厚層氧化皮等，使零件表面達(dá)到一定的平整度。磨光是借助粘有磨料的特制磨光輪的旋轉(zhuǎn)，對工件表面進(jìn)行削磨，以除去工件表面的毛刺、氧化皮、焊渣、焊瘤等表面宏觀缺陷。拋光是利用涂有拋光膏的拋光布輪在拋光機上高速旋轉(zhuǎn)，對工件表面進(jìn)行光飾，降低工件表面的微觀不平，獲得光亮外觀。滾光是將零件放入裝有磨料和表面活性溶液的滾筒中，借助滾筒旋轉(zhuǎn)力使零件與磨料相互摩擦，達(dá)到去除油跡、銹跡、毛刺，降低表面粗糙度等光飾的目的。噴砂是利用高壓空氣（干法）或者高壓水流（濕法）將細(xì)紗粒高速噴向工件表面，利用砂粒的強烈撞擊作用，去除油跡、銹跡、污垢、氧化皮等，達(dá)到表面清理的目的。（2）除油工序除油工序包括溶劑除油、化學(xué)除油、電化學(xué)除油。溶劑除油是采用有機溶劑，如汽油、煤油、丙酮、酒精、苯基溶劑清除工件表面的油污。這種方法除油速度很快，但是溶劑易燃、有毒、成本高、對設(shè)備條件要求也高（要求密封，循環(huán)）?，F(xiàn)在除極個別的特殊產(chǎn)品仍采用外，其他已不再采用?；瘜W(xué)除油是氫氧化鈉、硫酸鈉、磷酸三鈉和適量的有機表面活性劑組成的除油溶液，利用乳化作用和皂化作用使油污從工件上脫離下來?；瘜W(xué)除油的溶液無毒、使用安全、成本低、除油效果好、設(shè)備簡單、不產(chǎn)生有害氣體，是最廣泛采用的方法。電化學(xué)除油是在化學(xué)除油液的基礎(chǔ)上（不加有機表面活性劑），另外借助直流電解作用，加速油膜從工件上剝離，除油更徹底，一般作為化學(xué)除油后的二次除油。（3）化學(xué)浸蝕浸蝕又稱酸洗，是將金屬零件浸入酸、酸性鹽或堿溶液中，利用化學(xué)或電化學(xué)方法來除去制件表面的銹蝕物、氧化皮(膜)，使制件表面處于活化狀態(tài)的加工方法。根據(jù)清除氧化物的方法不同，常用的浸蝕分為化學(xué)浸蝕和電化學(xué)浸蝕兩類?？拷g劑的化學(xué)作用將銹、氧化物去除的方法稱為化學(xué)浸蝕。將被浸蝕的零件通以直流電的浸蝕過程稱為電化學(xué)浸蝕。浸蝕方法和浸蝕劑的組成，應(yīng)根據(jù)金屬零件的材料、氧化物的性質(zhì)及表面處理后的要求加以選擇。浸蝕是電鍍前準(zhǔn)備工作的主要組成部分之一，直接影響鍍層的質(zhì)量。為提高浸蝕的效果，在浸蝕之前必須進(jìn)行除油。化學(xué)浸蝕是將工件浸入酸性（或堿性）的浸蝕液中（加溫或者不加溫），將工件表面的氧化皮、銹蝕產(chǎn)物等堿性化學(xué)成分溶解，達(dá)到凈化工件表面的目的。多數(shù)浸蝕液由酸類組成。常用的酸類有硫酸、鹽酸、硝酸、磷酸、氫氟酸、鉻酸等，常用酸性浸蝕液中加入少量有機緩蝕劑，如磺化動物蛋白、皂角浸出液、若?。ㄖ饕煞譃槎徏妆搅螂澹⒘虬?、硫脲、六次甲基四胺等。鋁及鋁合金浸蝕通常采用氫氧化鈉、硫酸鈉、磷酸三鈉組成的堿性浸蝕液。（4）不銹鋼的鍍前處理不銹鋼是由鐵、鎳、鉻、鈦等成分組成，表面容易生成一層薄而透明且附著牢固的鈍化膜，此膜除去后又會在新鮮表面迅速形成，因此按一般鋼鐵零件的電鍍工藝不能獲得附著力良好的鍍層。在不銹鋼進(jìn)行電鍍之前，除按—般鋼鐵的除油和浸蝕外，通常還需要進(jìn)行活化預(yù)處理，活化處理是保證電鍍層有足夠附著力的重要步驟。一般的活化處理方法包括陰極活化法、浸漬活化法和鍍鋅活化法等。（5）鋅合金壓鑄件的鍍前處理鋅合金鑄件以鋅鋁合金為主，而鋅和鋁都是性質(zhì)很活潑的兩性金屬，均既溶于酸也溶于堿，因此在鍍前處理時不能使用強堿除油和強酸浸蝕。而且由于壓鑄工藝和模具設(shè)計的原因，鋅合金壓鑄件表面往往有粗糙不平、冷紋、毛刺、分模線、飛邊、縮孔等表面缺陷，并且表層是致密層，內(nèi)部是疏松多孔結(jié)構(gòu)，因此必須進(jìn)行機械清理、磨光和拋光，但不能過度拋磨，以免漏露出大量內(nèi)部缺陷，造成電鍍困難并影響鍍層質(zhì)量。鋅合金壓鑄件經(jīng)磨光、拋光后，表面的大量油污、拋光膏等必須預(yù)清洗。預(yù)清洗可用有機溶劑或化學(xué)除油，并且預(yù)除油工序應(yīng)在拋光后盡快進(jìn)行，以免拋光膏日久硬化難除。經(jīng)預(yù)除油后，應(yīng)再進(jìn)行電化學(xué)除油。除油盡量采用低溫、低堿度溶液(pH值<10，一般不添加NaOH)。盡量不采用陽極電解除油，以避免鋅合金表面氧化或溶解產(chǎn)生腐蝕或生成白色膠狀腐蝕物及麻點。鋅合金壓鑄件除油后，表面會有一層極薄的氧化膜。為徹底清除此氧化膜，保證鍍層的結(jié)合強度，通常選用氫氟酸浸漬活化或采用氟硼酸腐蝕活化處理。鋅合金的電極電位較負(fù)，為防止發(fā)生置換反應(yīng)，影響鍍層結(jié)合力，鋅合金壓鑄件通常進(jìn)行氰化預(yù)鍍銅。（6）鋁及鋁合金的鍍前處理鋁及鋁合金對氧具有高度的親和力，極易生成氧化膜，并且這層氧化膜一經(jīng)除去又會在極短時間里產(chǎn)生一層新的氧化膜，嚴(yán)重影響鍍層的結(jié)合力。鋁的電極電位很負(fù)，浸入電鍍液時容易與具有較正電位的金屬離子發(fā)生置換，影響鍍層結(jié)合力，并且鋁是兩性金屬，在酸性和堿性電鍍液中都不穩(wěn)定。鋁合金壓鑄件有砂眼、氣孔，會殘留鍍液和氫氣，容易鼓泡，會降低鍍層和基體金屬間的結(jié)合力等。這些原因均導(dǎo)致鋁及鋁合金在預(yù)處理前除了常規(guī)的除油、浸蝕、出光外，還需要進(jìn)行特殊的預(yù)處理，在電鍍前需再制取一層過渡金屬層或能導(dǎo)電的多孔性化學(xué)膜層，以保證隨后的電鍍層具有良好的結(jié)合力。目前常用的方法有兩種：先化學(xué)浸鋅，然后再電鍍其他金屬；或先進(jìn)行陽極氧化處理，再電鍍其他金屬。（7）非金屬材料的鍍前處理非金屬材料電鍍與金屬材料電鍍的主要區(qū)別在于非金屬材料表面需要金屬化處理，即在非金屬材料電鍍之前，需先在非金屬材料表面施鍍一層導(dǎo)電金屬膜，使其具有一定的導(dǎo)電能力。常用的方法有噴涂導(dǎo)電膠、真空蒸鍍金屬層、化學(xué)鍍、化學(xué)噴鍍等。非金屬材料鍍前預(yù)處理通常包括除油、粗化、敏化、活化及化學(xué)鍍等工序，工藝流程為：制件→去油→水洗→粗化→水洗→敏化→蒸餾水洗→活化→蒸餾水洗→化學(xué)鍍。2.1.3電鍍電鍍是在含有金屬主鹽和導(dǎo)電鹽、絡(luò)合劑、添加劑的溶液中通過直流電解作用在工件上沉積金屬的工藝過程，是電鍍加工的核心工序。此工序工藝的優(yōu)劣直接影響到鍍層的各種性能。電鍍工序按鍍層金屬成分劃分可分為單金屬鍍層和合金鍍層。常用單金屬鍍層有鋅、鎘、銅、鎳、鉻、錫、鉛、鐵、銀、金等。常用合金鍍層有銅基合金（銅鋅合金、銅錫合金、銅錫鋅三元合金等）、鋅基合金（鋅銅合金、鋅鐵合金、鋅鎳合金、鋅鈷合金等）、鉛基合金（鉛錫合金、鉛錫鋅合金）、鎳基合金（鎳鐵合金、鎳磷合金、鎳鈷合金）以及銀基合金、金基合金等。2.1.4水洗工件的電鍍過程有許多工序，工件進(jìn)出的溶液也有很多種。在從一種溶液進(jìn)入另一種溶液前，幾乎都要清洗，以除去制件表面滯留的前一種溶液。因此，在整個電鍍過程中，有許多道水洗工序。2.1.5鍍后處理電鍍后對鍍層進(jìn)行各種處理可以增強鍍層的各種性能，如耐蝕性、抗變色能力、可焊性等。鍍后處理是電鍍加工中的一個重要工序，它包括鈍化、防變色、脫水、封閉等。鈍化是提高防護(hù)性鍍層防腐蝕能力的重要手段之一，特別是鍍鋅層和鍍鎘層，如果不進(jìn)行鈍化處理，其表面極易發(fā)生腐蝕。鋅鍍層經(jīng)鉻酸鹽鈍化之后，可顯著提高其防護(hù)性能和裝飾性能，所以鍍鋅后鈍化是鍍鋅工藝中的一道必須工序。鋅鍍層的鍍后處理包括除氫、出光和鈍化等幾項工序，是為了消除電鍍過程中產(chǎn)生的缺陷，提高鋅鍍層表面的光亮和美觀，增加鍍層的耐蝕性能。主要電鍍工藝2.2.1鍍鋅鋅鍍是生產(chǎn)上應(yīng)用最早的電鍍工藝之一，也是我國目前電鍍工業(yè)中生產(chǎn)量最大的鍍種，約占電鍍總量的50%以上。該工藝比較成熟，操作簡便，投資少，在鋼鐵件的耐蝕鍍層中成本最低，它是防止鋼鐵腐蝕的應(yīng)用最廣泛最經(jīng)濟(jì)的措施。鍍鋅溶液種類很多，按其性質(zhì)可分為氰化物鍍液和無氰化物鍍液兩大類。氰化物鍍鋅溶液具有良好的分散能力和覆蓋能力，鍍層結(jié)晶光滑細(xì)致，操作簡單，適用范圍廣，在生產(chǎn)中被長期采用。但鍍液中含有劇毒的氰化物，嚴(yán)重污染環(huán)境，在電鍍過程中逸出的氣體對工人健康危害較大。目前已被列為淘汰工藝，僅有特殊要求的軍工、航天航空等少數(shù)尖端產(chǎn)品仍在使用。無氰化物鍍液有堿性鋅酸鹽鍍液、氯化銨鍍液、硫酸鹽鍍鋅液及無銨鹽氯化物鍍液等。其中堿性鋅酸鹽和無銨鹽氯化物鍍鋅應(yīng)用最多。2.2.2鍍鎳金屬鎳自身具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，在空氣中與氧作用形成鈍化膜，使鎳鍍層具有良好的抗大氣腐蝕性，鎳電位比鐵正，并具有強烈的鈍化能力，鈍化后電位更高，對鋼鐵基體來講，鎳層屬陰極性鍍層，而且鎳鍍層孔隙率高，因此鎳鍍層只有在足夠厚(40～50um)時才能在空氣和某些腐蝕介質(zhì)中起到防腐作用。為節(jié)省金屬鎳，減少孔隙率，通常采用鍍鎳層與鍍銅層一起使用或采用多層電鍍，如Cu-Ni、Cu-Ni-Cr、Ni-Cu-Ni-Cr、Cu-Cu-Ni-Cr等形式達(dá)到防護(hù)—裝飾目的。鍍鎳主要應(yīng)用在日常五金產(chǎn)品、汽車、自行車、摩托車、家用電器、儀器、儀表、照相機等的零部件上，作為防護(hù)-裝飾性鍍層的中間鍍層。由于鍍層具有較高的硬度，在印刷業(yè)中用來提高表面硬度，也用于電鑄、塑料成型模具等。電鍍行業(yè)中，其產(chǎn)量僅次于電鍍鋅。鍍鎳工藝按照鍍層外觀、結(jié)構(gòu)特征，可分為暗鎳（普通鍍鎳）、半光亮鎳、光亮鎳、黑鎳、砂鎳等；按照鍍層功能，分為保護(hù)鎳、裝飾鎳、耐磨鎳、電鑄、鎳封閉等；按照電鍍液種類，電鍍鎳工藝包括硫酸鹽型、氯化物、檸檬酸鹽型、氨基磺酸鹽型、氟硼酸鹽型等。其中應(yīng)用最為普遍的是硫酸鹽低氯化物（即稱為瓦特型）鍍鎳液。氨基磺酸鹽鍍液，內(nèi)應(yīng)力小、沉積速度快，但成本高，僅用于特定的場合。檸檬酸鹽型常用于鋅壓鑄件上鍍鎳。氟硼酸鹽鍍液適用于鍍厚鎳，但這幾種類型成本都較高。2.2.3鍍銅銅鍍層均勻、細(xì)致、用途廣泛。主要作為鍍鎳、鍍錫、鍍銀和鍍金的底層或中間層，以提高基體金屬和表面鍍層的結(jié)合力，還可以減少鍍層孔隙，提高鍍層的防腐蝕性能；裝飾性鍍鉻時，常采用厚銅薄鎳鍍層，以節(jié)約金屬鎳；鍍銅在熱處理工藝中用于鋼鐵局部防滲碳；電子行業(yè)，用鍍厚銅的鋼絲線（CP線）代替純銅線作為電子元件的引線，以便于采用機械手實現(xiàn)自動化裝配，還可用于印刷線路板瞳孔的金屬化。由于銅與塑料的膨脹系數(shù)接近，因此，在塑料電鍍中，常用化學(xué)鍍銅層作為導(dǎo)電層，銅鍍層具有應(yīng)力小、機械強度高、與塑料基體的結(jié)合力好等特點；銅鍍層經(jīng)過著色或防變色處理后，也可作為表面層。目前，工業(yè)應(yīng)用的鍍銅工藝主要有堿性氰化物鍍銅、硫酸鹽鍍銅、焦磷酸鹽鍍銅等。氨基磺酸鍍銅、有機胺鍍銅、檸檬酸鹽-酒石酸鹽鍍銅、HEDP鍍銅等近年來也有所發(fā)展。鍍銅工藝中堿性無氰鍍銅、光亮酸性鍍銅及HEDP鍍銅等幾種工藝已相對成熟，可供用戶針對不同情況選用。2.2.4鍍鉻鉻鍍層有較高的硬度和耐磨性能，并有較高的耐熱性。在大氣條件下能長期保持其光澤。在堿、硝酸、硫化物、碳酸鹽及大多數(shù)氣體、有機酸中有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，但在氫鹵酸類（如鹽酸）及熱的硫酸中不穩(wěn)定。鋼鐵表面鍍鉻屬于陰極性鍍層，不能單獨作防護(hù)性鍍層，通常作防護(hù)-裝飾性鍍層的外表鍍層。由于鍍鉻層具有優(yōu)良的特性，廣泛用作防護(hù)性-裝飾性鍍層體系的外表層和功能鍍層，在電鍍工業(yè)中一直占重要的地位。鍍鉻工藝種類很多，按其用途可分為：防護(hù)-裝飾性鍍鉻、鍍硬鉻（耐磨鉻）、鍍?nèi)榘足t、鍍松孔鉻（多孔鉻）、鍍黑鉻等。2.2.5鍍鎘鍍鎘層對鋼鐵件來說，其保護(hù)性能隨使用環(huán)境而變化。一般條件下，在含硫化物的潮濕大氣中，鍍鎘層的電位比鋼鐵為正，屬于陰極性鍍層，不能起到電化學(xué)保護(hù)作用。但在海洋性大氣、海水及氯化物介質(zhì)中，鎘鍍層電位比鋼鐵負(fù)，屬于陽極性鍍層，其保護(hù)性能比鋅好。所以，航空、航海和電子工業(yè)中的零件大多數(shù)采用鍍鎘層保護(hù)。但由于鎘和鎘的蒸汽及其在水中的腐蝕產(chǎn)物都是有毒的，而且其價格昂貴，資源少，該鍍種已被鍍鋅或鋅合金（鋅鐵、鋅鎳、鋅鈷）所取代，只有航空類產(chǎn)品由于其特殊技術(shù)要求而仍在應(yīng)用。在生產(chǎn)中應(yīng)用的鍍鎘工藝有氰化物鍍鎘、硫酸鹽鍍鎘和氨羧絡(luò)合物鍍鎘。2.2.6鍍貴金屬一般而言，以金銀為主的貴金屬鍍的應(yīng)用可以分為裝飾用和工業(yè)用兩大類。對裝飾性電鍍而言，出于色彩的要求，多使用合金類；而工業(yè)用則要求高純度的鍍層。在貴金屬里使用得多的依然是金。在裝飾電鍍上有以酸性鍍液及堿性鍍液居多。而如鐘表等要求高硬度的鍍件，則使用含有銅的中性鍍液。工業(yè)用鍍金則主要是以半導(dǎo)體部件為中心，而且起著重要的作用。目前，常用的鍍金溶液可分為堿性氰化物、酸性微氰、中性微氰和非氰化物4類。2.2.7塑料電鍍塑料電鍍就是用電沉積的方法，使塑料表面金屬化。由于塑料電鍍制品兼有塑料的重量輕、易成型和金屬鍍層的漂亮外觀的特點，因而塑料電鍍被廣泛用于汽車、摩托車、家用電器的零部件和水暖器材的生產(chǎn)。近年來由于我國轎車和高檔摩托車工業(yè)的發(fā)展帶動了市場對高品質(zhì)塑料電鍍制品的需求，如汽車銘牌、車燈、水箱面罩、儀表殼以及鑲條等。這類零件要求具有高的裝飾性和高的耐蝕性，首先在鍍層的外觀上比一般的裝飾鉻層要有更高的光亮度、平整性和均勻性。在塑料電鍍中，ABS塑料電鍍得到了廣泛應(yīng)用。塑料電鍍工藝包括表面除油、粗化、敏化、活化、化學(xué)鍍和電鍍等工序，經(jīng)前處理后的塑料制品即可進(jìn)行化學(xué)鍍銅或化學(xué)鍍鎳。塑料制品經(jīng)化學(xué)鍍后，可采用通常的電鍍工藝，電鍍銅、鎳、鉻等金屬或合金。一般在化學(xué)鍍銅后再用酸性銅溶液鍍一層銅，然后根據(jù)要求再鍍其他金屬。主要污染環(huán)節(jié)的分析2.3.1鍍前處理磨光、拋光、滾光、噴砂等機械法前處理，由于不產(chǎn)生金屬溶解的化學(xué)作用，也就不產(chǎn)生金屬離子等污染物，但會產(chǎn)生含硅金屬、布毛等粉塵，隨排風(fēng)系統(tǒng)排出室外。滾光將有磨料粉末和金屬粉末隨水洗而帶出?；瘜W(xué)浸蝕過程中，由于工件與溶液的反應(yīng)析出氫氣和各種酸性氣體（如氯化氫、氮氧化物、氟化氫和硫酸霧等），浸蝕后的工件必須經(jīng)過水洗，清洗水中含有殘余酸和工件溶解后產(chǎn)生的金屬離子（鐵、銅、鋁、鋅、鎂、鉻、鎳等）?；瘜W(xué)浸蝕液是有一定壽命的，當(dāng)溶液中積聚的金屬離子達(dá)到一定濃度時，浸蝕液必須更新。浸蝕液中含大量金屬離子和殘酸，如果不進(jìn)行回收或加以綜合利用，必須向外傾倒時，則會加大污染物總量。2.3.2電鍍工序電鍍液中都含有高濃度的鍍層金屬主鹽和導(dǎo)電鹽、絡(luò)合劑、添加劑等，當(dāng)工件從電鍍液中取出時，工件將部分電鍍液帶出槽外，滴落地面或者進(jìn)入清洗水中，特別是滾鍍生產(chǎn)帶出液的量更大。這些帶出液中不僅含有大量的重金屬，同時還含有其他污染物，對環(huán)境造成污染。例如，在電鍍工藝中，傳統(tǒng)的鍍鉻工藝都使用劇毒化合物鉻酐來配制電解液，且電解液中鉻酐的濃度很高，粘度大，電鍍過程中零件出槽時帶出的鉻酐較多，特別是鍍光亮鉻時，零件出槽頻繁，帶出的鉻酐量相當(dāng)大，同時鍍鉻過程中產(chǎn)生大量的氣體，夾帶酸