電鍍行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)探討與實(shí)踐

肖 敏

深圳市寶安區(qū)環(huán)境科學(xué)研究所，廣東深圳 518101

0 引言

電鍍?cè)谖覈?guó)是一個(gè)重污染行業(yè)，同時(shí)也是一個(gè)基礎(chǔ)性加工工業(yè)，通用性強(qiáng)，使用面廣，跨行業(yè)、跨部門，不僅廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè) ，而且在電子工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、尖端技術(shù)等諸多領(lǐng)域都有極為廣泛的應(yīng)用。我國(guó)已經(jīng)是世界電鍍大國(guó)，全國(guó)電鍍企業(yè)超過10 000個(gè)，較正規(guī)的生產(chǎn)線超過5 000條，生產(chǎn)能力2.5億m2～3億m2電鍍面積，年產(chǎn)值約100億元。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)電鍍工業(yè)每年排放約4億t重金屬?gòu)U水，5萬(wàn)t含重金屬?gòu)U渣和3 000萬(wàn)m3的酸霧，因而電鍍行業(yè)也是工業(yè)可持續(xù)發(fā)展關(guān)注的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)之一。

1 電鍍企業(yè)存在的問題

1）廠點(diǎn)多，規(guī)模小，裝備專業(yè)化，管理水平低

2）電鍍污染治理水平低

目前在治理技術(shù)上雖有新的進(jìn)展，但處理裝備尚為系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，制造成本較高，可靠性有待提高。許多企業(yè)的治理設(shè)施時(shí)開時(shí)停，能較正常運(yùn)轉(zhuǎn)的只有1/3左右或更低，有效治理率低。

3）經(jīng)營(yíng)粗放、金屬原料利用率低，物料流失多，資源浪費(fèi)嚴(yán)重

未被利用的電鍍?cè)牧希鳛閺U物排放，這些有毒有害的重金屬，不僅污染環(huán)境，而且處理費(fèi)用高。

4）電鍍單位面積的物耗、能耗和用水量高

目前我國(guó)電鍍工業(yè)單位面積的物耗、能耗和用水量都很高，與國(guó)外先進(jìn)水平相差甚遠(yuǎn)。根據(jù)已做清潔生產(chǎn)審核的企業(yè)統(tǒng)計(jì)，電鍍銅、鎳的利用率平均為70%左右，鍍裝飾品鉻只有10.3%，清洗水用量超過國(guó)外平均水平8倍～10倍。

2 電鍍行業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)的必然

由于電鍍屬水資源和能源（電能）消耗大戶，生產(chǎn)過程中使用有毒、有害原輔料，并排放大量重金屬?gòu)U水、酸堿廢氣等有毒、有害污染物，根據(jù)國(guó)家發(fā)改委和國(guó)家環(huán)保部聯(lián)合發(fā)布的《清潔生產(chǎn)審核暫行辦法》和《電鍍行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》（試行）要求，電鍍行業(yè)屬于強(qiáng)制性實(shí)施清潔生產(chǎn)審核的行業(yè)，從我國(guó)電鍍工業(yè)的現(xiàn)狀來看，開展清潔生產(chǎn)，合理利用資源，減少環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本，其潛力是巨大的。隨著中國(guó)朝著世界制造大國(guó)的發(fā)展 ，電鍍加工量還應(yīng)該有大的增加。如此下去，顯然無(wú)法維持，必須迅速改變這種狀況，最有效的途徑只能是清潔生產(chǎn)，而實(shí)施清潔生產(chǎn)基礎(chǔ)是清潔生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步。

3 電鍍清潔生產(chǎn)技術(shù)探討與實(shí)踐

電鍍目的是為了改進(jìn)金屬、非金屬制品與材料的表面性能，可分為防護(hù)性電鍍、裝飾性電鍍和功能性電鍍。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，包括電鍍、化學(xué)鍍、陽(yáng)極氧化，磷化等一系列工藝過程。

電鍍基本工藝流程一般為：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(yàn)包裝。電鍍廢水主要來源于鍍件清洗、地面沖洗、吊掛具和極板沖洗等，電鍍廢液主要來源于廢槽液的更換。

目前實(shí)踐應(yīng)用較廣的電鍍清潔生產(chǎn)技術(shù)有：原輔材料替代及無(wú)害化技術(shù)工藝，節(jié)能降耗技術(shù)，此兩項(xiàng)清潔生產(chǎn)技術(shù)研究工作的文獻(xiàn)眾多，限于篇幅本文就不逐一介紹。以下著重介紹減少電鍍液的帶出，節(jié)省用水技術(shù)，先進(jìn)的污染控制和回用技術(shù)等。

3.1 減少帶出液技術(shù)

工件從鍍缸中提出，附著在工件表面而被洗水沖洗到廢水中，這種被工件帶出而流失的鍍液就稱為帶出液。洗水中所含的化學(xué)物質(zhì)，主要來自帶出液，如果減少帶出量，就可以有效減輕廢水負(fù)荷。因此，減少鍍液的帶出量不僅可以減少添加補(bǔ)充劑的成本，還可以減少?gòu)U水處理的費(fèi)用。以下重點(diǎn)介紹的減少帶出液技術(shù)，除特別聲明的外，均可用于掛鍍或滾鍍上。

圖1 適當(dāng)?shù)膾炀咴O(shè)計(jì)

圖2 防測(cè)蓋板

圖3 缸面噴水

圖4 掛滴吊桿

圖5 盛滴載架

3.1.1 采用帶出液回收缸

電鍍廠普遍使用帶出液回收缸回收帶出液，它們是“靜止”的水缸，設(shè)在有流水式洗水缸之前。當(dāng)愈來愈多的鍍件在帶出液回收缸清洗，它的濃度會(huì)不斷增加，直到足夠濃度，便可以回用到鍍缸中，作為帶出液及蒸發(fā)流失的補(bǔ)充。采用愈多的回收缸，清洗水的污染物濃度便愈小。一個(gè)可以減少約50%化學(xué)品的流失，因此一個(gè)回收缸可以回收50% 的帶出液，而兩個(gè)回收缸可以回收70%或更多的帶出液。

3.1.2 適當(dāng)掛具設(shè)計(jì)

適當(dāng)?shù)墓ぜc掛具設(shè)計(jì)及正確的工件排列方法除了可使工件有均勻的鍍層及良好的覆蓋外，亦可改善滴流，因而減少帶出液量。例如：杯狀工件的凹陷位，可從缸中帶走相當(dāng)多的溶液。如果工件的排列位置使工件離開鍍缸時(shí)，凹陷的空穴不能藏水，帶出液將會(huì)大大減少。在一家電鍍廠試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，金屬盒的掛具經(jīng)改進(jìn)后，可以減少35%帶出液，而沒有影響鍍件的品質(zhì)。圖1所示為改進(jìn)前和改進(jìn)后的掛具。

工件排列的指引如下：

1）把工件傾斜，避免空穴藏水；

2）在掛具上工件應(yīng)盡量避免垂直排列在其他工件之上或之下，應(yīng)將各工件交錯(cuò)排列，防止帶出液從工件滴到下面的工件；使溶液聚集并以最快的途徑流走。

3.1.3 防濺蓋板

防濺蓋板是缸與缸之間附加的蓋板，當(dāng)工件從一個(gè)缸轉(zhuǎn)移到另一個(gè)缸時(shí)，蓋板可回收從工件滴出的化學(xué)液。蓋板應(yīng)安裝成一定的斜度，使帶出液回流到原本的缸內(nèi)，圖2為設(shè)置防濺蓋板的一個(gè)例子。當(dāng)工件之間有一定空隙時(shí)，若沒有防濺蓋板，化學(xué)液就會(huì)掉到地上變成廢物。因此，盡管它只是一種便宜的設(shè)施，確可以減少化學(xué)品流失，保持地面干凈。為避免污染鍍液，防濺蓋板的材料應(yīng)能承受這些鍍液的腐蝕，并要注意帶出液是否回流到適當(dāng)?shù)腻儾壑小?/p>

3.1.4 缸面吹氣或噴水

在缸面上吹氣以改善滴流。當(dāng)掛具從缸中提出，壓縮空氣吹向工件表面上。氣流促使帶出液流回缸中，加快滴流速度。此技術(shù)的缺點(diǎn)是工件容易被吹干，引起干斑。缸面噴水會(huì)使工件冷卻，避免出現(xiàn)干斑，但同時(shí)填補(bǔ)因帶出液被蒸發(fā)的流失量，因此可能減少使用回收補(bǔ)充鍍液的機(jī)會(huì)?？山鉀Q辦法是利用回收缸所收集的洗水，作缸面噴水的來源。 如在一個(gè)手動(dòng)操作的滾鍍線上使用噴槍的例子，在帶出液回收缸上，以噴槍在滾筒內(nèi)噴洗，把藏著的帶出液有效沖出，減少帶出液。圖3為一缸面噴水例子。

3.1.5 掛滴吊桿/盛滴載架

掛滴吊桿是一種簡(jiǎn)單的工具，使掛具可以短暫地掛在鍍缸上，讓足夠滴流時(shí)間減少帶出液量。下圖4所示是掛滴吊桿在鍍缸上的運(yùn)作情況。掛滴吊桿不僅確保充足的滴流時(shí)間，亦避免員工疲乏。使用掛滴吊桿，員工可以同時(shí)處理多個(gè)鍍缸或多件掛具。此方法適合與人工操作的掛具生產(chǎn)，和容易藏水的工作。

由于較重的工件較難掛起，這時(shí)可使用盛滴載架，它的作用與掛滴吊桿相似，盛滴載架是一項(xiàng)特別的設(shè)計(jì)，能將帶出液收集回流到鍍缸里，工件在鍍缸中提取出來后，先放在盛滴載架上，讓帶出液流出，完成滴流過程。下圖5所示的是盛滴載架在鍍缸上的運(yùn)作情況。

3.1.6 足夠的滴流時(shí)間

足夠的滴流時(shí)間是減少帶出液最簡(jiǎn)單的方法，工件從杠桿中提出，停留在缸上的時(shí)間愈長(zhǎng)，帶出液的流失量就越少。在自動(dòng)的電鍍生產(chǎn)線上，可以在不影響生產(chǎn)量的前提下調(diào)校掛具的移動(dòng)時(shí)間，是滴流時(shí)間延長(zhǎng)。若工序是以人工操作時(shí)，員工應(yīng)慢慢從缸中提取工件，并在缸上搖擺掛具，使大部分的帶出液滴回缸中。因?yàn)闈L筒較易藏水，所以滾筒的帶出液往往比掛鍍多。為了減少帶出液流失，應(yīng)當(dāng)在鍍缸上轉(zhuǎn)滾筒以增加滴流，對(duì)U形工件來說此舉尤為重要。

3.2 節(jié)省用水技術(shù)

在電鍍過程中，清洗的目的是要把粘在工件表面上殘余的帶出液洗去，洗水占廢水的大部分。節(jié)省用水不僅能減少水費(fèi)及排污費(fèi)，而且能降低廢水處理的費(fèi)用，及增加循環(huán)再用的可行性。多段逆流清洗是最普遍而有效的節(jié)省用水方法。然而，部分電鍍廠在停工的時(shí)段仍任由洗水不斷流掉。另外水喉的開關(guān)閘往往由工人任意開啟，而沒有考慮實(shí)際的需要，導(dǎo)致過量用水，產(chǎn)生大量廢水。因此 ，適當(dāng)調(diào)節(jié)洗水缸的水流速度，是節(jié)省用水的關(guān)鍵。

如果水流的速度適當(dāng)減少，洗水可能達(dá)到適當(dāng)濃度，足以作為電鍍缸蒸發(fā)及帶出液的補(bǔ)充，這樣就可以增加回用的機(jī)會(huì)，減少?gòu)U水。按照實(shí)際所需而控制水流速度及進(jìn)水量的方法有很多，根據(jù)實(shí)地測(cè)試結(jié)果表明，一些簡(jiǎn)單的措施便可以減少用水達(dá)50%。

3.2.1 電導(dǎo)率控制洗水

電導(dǎo)率控制的操作原理：清水比受化學(xué)液污染的水的電導(dǎo)率低。電導(dǎo)率控制洗水技術(shù)基本上需要一個(gè)控制器、探測(cè)洗水電導(dǎo)率變化的感應(yīng)器、控制入水的電磁閥，及使洗水在洗水缸內(nèi)均勻流動(dòng)空氣攪拌器，利用空氣攪拌，可改進(jìn)洗水技術(shù)的效果。一般情況下，電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)下，暫停供水。當(dāng)電導(dǎo)率的感應(yīng)器探測(cè)到洗水中的導(dǎo)電比指定值高，控制器把電磁閥開啟讓清水進(jìn)入。當(dāng)電導(dǎo)率下降到指定值，電磁閥亦自動(dòng)關(guān)閉。此技術(shù)最適合用于間歇工作及工作量不穩(wěn)定的工廠。

圖7 為此技術(shù)運(yùn)作的圖解

案例1：某廠制造眼鏡框，并附設(shè)掛鍍生產(chǎn)線，以手動(dòng)形式進(jìn)行產(chǎn)品加工。

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3.2.2 時(shí)控流量系統(tǒng)

時(shí)控流量系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的裝置，包括一個(gè)時(shí)間控制器及一個(gè)電磁閥。當(dāng)系統(tǒng)接到指示時(shí)，會(huì)開啟電磁閥放入清水；當(dāng)制定時(shí)間過后，電磁閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉終止入水。圖8是此技術(shù)運(yùn)作的圖解。

時(shí)間控制系統(tǒng)可加裝在現(xiàn)有的洗水系統(tǒng)中，避免在沒有工件的間斷時(shí)間浪費(fèi)不必要的用水。該系統(tǒng)最適宜間歇工作的生產(chǎn)情況。在手動(dòng)操作的工序上，時(shí)間控制器除可以由員工按動(dòng)設(shè)在缸旁的開關(guān)閘，或以腳踏啟動(dòng)，亦可以紅外線感應(yīng)器啟動(dòng)。

圖8 失控流量系統(tǒng)

3.2.3 噴洗技術(shù)

噴洗是用清水噴洗工件，沖去附著在工件表面的化學(xué)液。由于噴洗用水量一般比其它傳統(tǒng)的浸洗技術(shù)少，因此可節(jié)省不少用水。從一些電鍍廠的經(jīng)驗(yàn)所得，噴洗減少用水量高達(dá)90%。噴洗最適宜用于平面的工件，讓洗水可以直接噴到整個(gè)工件的表面上；對(duì)于有凹位及隱蔽部位的工件就不太合適。細(xì)小的工件容易被噴水的沖力從掛具上沖脫，所以也不適用。

工件首先在浸洗缸清洗，然后用清水噴洗。為了減低用水量，從噴洗缸內(nèi)收集到的洗水，可用水泵逆流的泵回浸洗缸，作為清洗水源。噴水的噴淋可以由員工按閘或以腳踏啟動(dòng)，亦可透過紅外線感應(yīng)器啟動(dòng)。廠家可同時(shí)利用時(shí)間控制器，控制噴水的時(shí)間，及自動(dòng)停止噴水。

圖9 為該技術(shù)的操作原理

案例2：某廠從事表殼及配件的金屬電鍍，采用掛鍍形式及手動(dòng)操作。

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3.3 生產(chǎn)線鍍種循環(huán)

生產(chǎn)線鍍種循環(huán)可分二種形式，即自然閉路循環(huán)和強(qiáng)制閉路循環(huán)。自然閉路循環(huán)是在生產(chǎn)線中設(shè)計(jì)配備一定數(shù)量的漂洗槽進(jìn)行逆流漂洗或間歇逆流漂洗，定期翻槽，盡量壓縮清洗用水量，使漂洗水返回鍍槽的量等于鍍槽的蒸發(fā)量和鍍件帶出量（即把漂洗水作為鍍液的補(bǔ)充液而不排放），達(dá)到生產(chǎn)線水量平衡和物質(zhì)平衡。但是，這種自然循環(huán)要考慮循環(huán)中雜質(zhì)的積累對(duì)鍍層質(zhì)量的影響，循環(huán)一定周期后必須對(duì)鍍液進(jìn)行凈化與更新。如果清洗水量不能平衡，必須把多余的水量和積累的雜質(zhì)采用強(qiáng)制處理措施，使之循環(huán)回用，這種循環(huán)稱為“強(qiáng)制閉路循環(huán)”。

強(qiáng)制閉路循環(huán)與槽邊閉路循環(huán)不同，它是實(shí)現(xiàn)整條自動(dòng)線或生產(chǎn)線上的循環(huán)系統(tǒng)，新趨勢(shì)下的電鍍閉路循環(huán)系統(tǒng)有如下幾種形式。

1）逆流清洗－陽(yáng)離子交換系統(tǒng)

見圖12。

圖12

圖13

2）逆流清洗－陽(yáng)離子交換系統(tǒng)－蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)

適用于水量較大的場(chǎng)合，能有效回收水和鍍液，經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，但要消耗能量。

3）逆流清洗－反滲透系統(tǒng)

在逆流清洗的基礎(chǔ)上，應(yīng)用反滲透裝置過濾第一級(jí)清洗水，用高壓泵打入反滲透器，處理后的濃縮液回用于鍍槽，處理水返回末級(jí)清洗槽循環(huán)使用，見圖13。

4）槽邊循環(huán)化學(xué)清洗法（Lancy法）

在電鍍生產(chǎn)線的加工槽后面設(shè)置一臺(tái)化學(xué)清洗槽和一臺(tái)清洗水槽，鍍件帶出液的化學(xué)物質(zhì)在化學(xué)清洗槽中反應(yīng)，進(jìn)入清水槽時(shí)鍍件表面基本無(wú)污染。

3.4 采用集成膜技術(shù)處理綜合廢水，實(shí)現(xiàn)廢水回用

近十年來納濾（NF）、反滲透（RO）等膜分離技術(shù)快速發(fā)展，膜分離技術(shù)的應(yīng)用為電鍍廢水的回收利用創(chuàng)造了良好的條件。對(duì)電鍍綜合廢水經(jīng)過簡(jiǎn)單物化處理后采用膜分離技術(shù)可回用大部分水，回收率可達(dá)60%以上，減少污水排放總量。

以集成膜技術(shù)處理電鍍廢水就是以篩分為機(jī)理按電鍍廢水的特性分級(jí)分段或多級(jí)多段處理。集成膜過程是進(jìn)幾年來在膜分離技術(shù)的發(fā)展中的又一項(xiàng)新技術(shù)，即：將幾種膜分離過程聯(lián)合起來，或?qū)⒛し蛛x與其它分離方法結(jié)合起來，將它們各自用在最適合的條件下，發(fā)揮其最大的效率，實(shí)現(xiàn)電鍍廢水零排放的可能。隨著集成膜分離技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，膜分離技術(shù)在電鍍領(lǐng)域中將發(fā)揮更大的作用。

集成膜系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示：

4 結(jié)論

電鍍行業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)，符合國(guó)內(nèi)外電鍍發(fā)展趨勢(shì)，適應(yīng)于我國(guó)電鍍企業(yè)的實(shí)際情況，電鍍企業(yè)采用合適的清潔生產(chǎn)技術(shù)，能有效地減少污染物的排放量，降低廢水處理投資和運(yùn)行費(fèi)用，從而降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)電鍍行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展要求。

[1]電鍍清潔生產(chǎn)工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2]電鍍工藝手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[3]深圳市重點(diǎn)行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)指引和工程設(shè)計(jì)指引，2008.

[4]電鍍清潔生產(chǎn)技術(shù)與管理[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1996.

[5]王月娟，候愛東.電鍍行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用[J].江蘇環(huán)境科技，2005，9.

[6]李雪飛.電鍍清潔生產(chǎn)技術(shù)途徑的探討[J].化工時(shí)刊，2004，7.