首钢京唐电镀锡甲基磺酸工艺技术应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 首钢京唐电镀锡甲基磺酸工艺技术 应用 摘要：阐述了首钢京唐电镀锡生 产线的甲基磺酸镀锡工艺流程特点。分 析了甲基磺酸电镀锡工艺的优点并说明 了添加剂的工作原理。实践结果表明： 该电镀工艺方法可以生产出高质量的镀 锡板材。 中国论文网 /7/view-12990237.htm 关键词：电镀锡；甲基磺酸溶液； 添加剂；环保；COD 中图分类号：TF111.5 文献标识码：B 文章编号： 16749944（2017）16020703 1 引言 电镀锡板是两面镀有纯锡的低碳 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 薄带钢，广泛应用于各种形态物品如化 工、油漆、喷雾剂、食品、饮料的包装 和各种器皿的制造。电镀锡工艺主要有 两类：酸性法和碱性法。酸性法有弗洛 斯坦型、拉色斯坦型和卤素型1。目前 生产中使用的酸性镀液体系主要有 5 种， 包括硫酸体系、卤化物体系、苯酚磺酸 体系、氟硼酸体系及甲基磺酸体系2。 首钢京唐电镀锡两条机组，均采用的是 弗洛斯坦工艺（图 1） ，电镀液体系为甲 基磺酸体系，为中国首条可溶性阳极采 用甲基磺酸的机组。 2 首钢京唐公司电镀锡机组概况 首钢京唐电镀锡机组于 2013 年 10 月正式开始投入生产，设计能力年产 42.5 万 t/a。产品厚度 0.120.55 mm， 宽度为 7001280 mm，镀层厚度为 1.111.2 g/m2，工艺段最高速度 600m/min，镀锡产线使用可溶性阳极作 为镀锡阳极。对于机组的电镀液和钝化 液漂洗水采用蒸发器浓缩后循环使用， 实现废水的零排放环保型生产。首钢京 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 唐可溶性阳极甲基磺酸体系电镀工艺流 程主要包括：切边、前处理、电镀段、 软熔和水淬段、钝化段和静电涂油段等。 3 切边 切边主要目的在于调节带钢宽度 至最终成品宽度以及将带钢边部破损部 分修剪掉。首钢京唐镀锡产线切边剪的 切边能力为单边 440mm，剪切带钢 厚度为 0.120.55mm。 4 前处理工艺 前处理工艺包括碱洗、拉矫和酸 洗三部分。 碱洗主要目的在于清洗掉带钢表 面的有机物残留。首钢京唐碱洗段使用 Henkel330 作为脱脂剂。带钢先经过化 学脱脂，再进行电解脱脂，工作温度在 75。电解脱脂采用间接导电法，通电 时带钢在阴阳极间相互切换，由自动化 程序控制切换的时间，防止极板被钝化。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 碱洗后需要清水对带钢表面进行 漂洗。与其他镀锡厂不同的是京唐采用 卧式漂洗，如图 2 所示。卧式漂洗主要 是依靠高压脱盐水对带钢表面的进行清 洗，喷嘴压力达到 4bar。漂洗槽总共有 三级，一级水质最差，三级水质最好， 水由三级逐级溢流至一级。三级水质采 用电导率控制，当电导率超过设定值之 后会自动补充新水至三级水箱内，确保 三级漂洗水清洁程度，确保带钢表面的 清洗质量。 拉矫的主要作用在于改善带钢的 板形和内应力来达到客户对于带钢板形 的使用要求。首钢京唐拉矫机由法国 VAI 设计并制造，最大延伸率 1%，采 用两弯一矫方式，其内部辊子的布置方 式如图 3 所示。采用该拉矫机对镀锡基 板进行拉矫可以很好的控制镀锡板的板 形满足客户的使用要求。 酸洗采用的方式榈缃馑嵯矗 所使用溶液为硫酸溶液，浓度为 4060 g/L。酸洗的主要作用在于清洗掉带钢 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 表面的氧化膜，活化带钢表面。黄兴桥 等3通过对原板酸洗失重进行研究，发 现酸洗失重性能影响了原板镀前铁晶粒 的暴露程度，铁晶粒暴露程度又影响了 软熔后的锡铁合金层结构，锡铁合金层 结构最终影响了镀锡板的耐蚀性。 5 甲基磺酸电镀工艺 电镀主要作用是将带钢表面电镀 上一层单质锡。首钢京唐电镀段配置有 1 个预浸槽和 9 个电镀槽。京唐镀锡机 组电镀段与其他镀锡厂主要不同是在电 镀前增加一个预浸槽。预浸溶液采用 13 g/L 的稀硫酸溶液。其主要作用在 于进一步清洗带钢表面的氧化膜和铁离 子，使得带钢在进入电镀槽前尽量短时 间的暴露在空气中，保持带钢表面活化。 甲基磺酸电镀液组分为甲基磺酸、 添加剂、抗氧化剂和二价锡离子。首钢 京唐甲基磺酸电镀工艺特点主要有以下 几个方面。 （1）首钢京唐电镀锡溶液采用 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 全世界最大化学品供应商陶氏-杜邦公 司提供的 MSA 环保型电镀液。不同供 应商的甲基磺酸和苯酚磺酸的镀液中的 COD 和废水中的 COD 如表 1 所示，通 过对比可知陶氏-杜邦公司提供的甲基 磺酸电镀液 COD 最少，而苯酚磺酸的 COD 最多，接近甲基磺酸体系 COD 的 18 倍。 （2）甲基磺酸电镀液中的添加 剂的主要作用是增加带钢表面的阴极极 化电位，改善镀液的润湿性能，增加镀 层的均匀性。阴极极化作用的提高显著 改善了锡的结晶效果。如图 4 所示为电 镀过程锡的沉积原理。由于带钢表面状 态是凹凸不平的，存在波峰和波谷。当 带钢通电后电流在带钢表面微观的分布 是在波峰处较密集，波谷处的较稀疏。 当没有添加剂时金属阳离子更容易在波 峰处放电沉积，最终导致带钢表面的锡 结晶疏松；当镀液中存在添加剂时，由 于添加剂的作用是使电化学反应受到较 大阻滞，使得金属阳离子在带钢波峰和 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 波谷上沉积速度相同，最终使得带钢表 面的锡结晶致密平滑。 （3）首钢京唐镀锡使用陶氏电 镀锡溶液的一个优点是，在电镀过程中 具有极宽的操作窗口，陶氏电镀液工作 电流密度可达 570As/dm2，工作温度 可达 2565。 （4）首钢京唐电镀锡的另一个 优点是具有极少的孔隙，图 5、6 为京 唐 1.1 g/m2 镀锡板与国内某公司使用不 同添加剂的 1.1g/m2 镀锡板微观形貌对 比图，图（5）为京唐镀锡镀锡板放大 10000 倍的 SEM 形貌，图（ 6）为国内 某公司镀锡板放大 10000 的 SEM 形貌。 通过对比使用两种不同添加剂的 1.1 g/m2 镀层镀锡板发现，京唐公司镀锡 板表面未发现孔隙，只有少量的铁颗粒 突出，而使用不同添加的镀锡板表面存 在大量的孔隙。故京唐所使用的添加剂 性能优于另外一种添加剂。 首钢京唐电镀锡除上述优点外， 还具有很大的成本优势，主要体现在节 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 省电能、减少锡的消耗和减少废水处理 费用等方面。 甲基磺酸电镀液相比苯酚磺酸电 镀液更加节省电能，甲基磺酸电镀液的 导电率比苯酚磺酸高 30%，在 20As/dm2 恒定电流密度下，甲基磺酸 1 kg 锡耗能 0.5 kW h，苯酚磺酸 1 kg 锡耗能 0.65 kW h，甲基磺酸的用电 量比苯酚磺酸少 23%。 电镀锡 溶液锡的额外损耗主要体现两个方面： 一是电镀液中锡泥的消耗；二是电镀液 中 Sn2+的带出损耗。首钢京唐所使用 甲基磺酸电镀体系中的四价锡含量约 0.5%，而在苯酚磺酸体系中四价锡含量 大约在 2.5%，在实际生产中甲基磺酸 镀液体系产生的锡泥要远小于苯酚磺酸 体系。首钢京唐所使用甲基磺酸镀液中 的锡离子浓度在 14 g/L 左右，而苯酚磺 酸镀液中锡离 子浓度在 28 g/L 左右。甲基磺酸 电镀液所使用的锡离子浓度低，在生产 过程中的镀液中的锡离子损耗少，大大 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 降低a 的运行成本。 此外，甲基磺酸电镀锡体系废水 处理费用相比苯酚磺酸电镀锡体系废水 处理费用低，这是因为甲基磺酸电镀锡 体系溶液是完全可生物降解，无毒无害 的镀液，所以废水处理相对简单，降低 废水处理费用。 6 后处理工艺 首钢京唐电镀锡的后处理主要包 括软熔、钝化和涂油工艺。软熔是镀锡 板生产工艺的重要环节，即将镀锡层快 速加热使之瞬间熔化以液体形式铺展， 冷凝后形成光亮的表面，并在钢板与镀 锡层之间形成薄的锡铁合金层4。首钢 京唐软熔工艺采用的全感应软方式，如 图 7 所示，感应软熔的优点是带钢不接 触导电辊，因而不会 产生电阻软熔时容易出现的电弧 烧点等表面缺陷，同时由于感应软熔的 加热速度很快，有利于减少锡层的氧化， 从而增加了镀锡板的整体耐蚀性5。首 钢京唐镀锡产线钝化工艺采用的是重铬 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 酸钠阴极电解钝化工艺。带钢表面的钝 化膜厚