物料平衡.docx

电镀清洁生产物料平衡摘要：根据多年的清洁生产审核实践，总结了电镀、热浸镀、磷化、电泳、酸洗、阳极氧化等表面处理工艺的物料平衡图。以电镀锌为例，介绍了建立物料平衡的操作方法。以某厂的镀铬槽为例，通过实际计算，讲解了如何根据物料平衡分析来提出清洁生产方案。关建词；表面处理；清洁生产；审核；物料平衡1前言我国正处在难得的经济高速发展的机遇期，取得了世界瞩目的成就。如一切高速发展的国家一样，我国也遇到“资源短缺、环境污染加重”的压力。决策者们头脑清醒，深刻认识到这两个问题。在不久前，全国人大常委员会作出了修改中华人民共和国清洁生产促进法的决定，进一步加强清洁生产工作。清洁生产倡导的新理念是把过去“出了污染，事后处理”改变为“源削减”的环境保护方针。贯彻清洁生产工作的最好方法是实施清洁生产审核。在清洁生产审核程序中的审核阶段要求做“物料平衡”，通过实测审核重点的输入、输出值，经过计算、分析就可以发现问题，从而找到“节能、降耗、减污、增效”的清洁生产方案（或称清洁生产机会）。因此，设计好、做好“物料平衡”是清洁生产审核中很重要的一项工作。从2006年以来，大连市表面工程协会先后完成了70余个企业的清洁生产审核的咨询工作。从各种电镀到热镀、磷化、酸洗、阳极氧化、电泳涂漆等工艺，都设计了相应的“物料平衡”方案，现将具体做法介绍如下，供同行参考和指正。2一般电镀的物料平衡2.1电镀锌的物料平衡以电镀锌为例说明设计物料平衡时应采取的步骤：2.1.1物料平衡的目的摸清镀锌时输入与输出的物料的数量关系，找出清洁生产机会。2.1.2操作说明(1)首先要安放并固定显示液面高度的塑料板箭头，加水至箭头尖端，以镀锌槽中液面高度来确定槽液体积；通电或搅拌溶液达到均匀后用长玻璃管在槽内多点取样，认真取双样化验，得到镀锌槽液浓度，确定镀前槽液含锌量。(2)准确称量、记录在物料平衡期间含锌药品的添加量。(3)准确称量、记录物料平衡前锌阳极的总质量。(4)准确记录物料平衡期间镀锌件数量、面积、电流、通电时间，计算镀层厚度，对于可直接测量的工件也可直接测量镀层厚度。(5)挂具吸收了电流，也应估算镀层面积和厚度。(6)物料平衡结束时要调整镀锌溶液的液面高度，加水至箭头尖端；通电或搅拌溶液达到均匀；用长玻璃管多点取样；认真取双样化验，确定镀后槽液的含锌量。(7)物料平衡期间准备一个镀锌后工件清洗、回收槽，清洗全部物料平衡期间的镀锌后工件，物料平衡结束时取样化验其含锌量，作为回收锌量。(8)准确称量、记录物料平衡后锌阳极的总质量。(9)物料平衡结束后要搜集阳极袋里的阳极泥，烘干后称量、记录。(10)物料平衡结束后要收集过滤机滤芯上的阳极泥，烘干后称量、记录。(11)统计物料平衡期间的总用水量。2.1.3计算与分析(1)误差率(%)=（输入一输出）输入100%。(2)金属利用率(%)=镀层总重纯输入100%。(3)新鲜水用量(t/m2)=物料平衡期间总用水量镀件总面积。(4)镀件带出液污染物产生指标(g/m2)=回收槽浓度回收槽体积镀件总面积。2.2其他电镀工艺的物料平衡图25列出其他镀种的物料平衡图，操作和计算可参照镀锌的有关内容。2.3以大连某厂镀铬为例看物料平衡的意义2.3.1数据实测物料平衡的各种数据见表1。2.3.2计算(1)镀铬溶液输入（开始）：开始金属盐浓度Pi镀槽体积y单位换算系数。将铬酸酐换算成金属铬的系数为0.52。东槽输入：246.46 g/L5 820L1 000=1434.4 kg铬酸酐；1 434.4 kg0.52=745.9 kg金属铬。西槽输入：227.30g/Lx6720L1000=1527.5kg铬酸酐；1 527.5 kg0.52=794.3 kg金属铬。溶液总输入：745.9 kg+ 794.3 kg=1 540.2 kg金属铬。(2)补充铬酸酐：铬酸酐重换算系数。20 kg0.52=10.4 kg金属铬。(3)镀铬溶液输出（结束）：结束金属盐浓度P2镀槽体积矿单位换算系数。东槽输出：244.66g/L5 820L-1000=1423.9kg铬酸酐；1 423.9 kg0.52=740.4 kg金属铬。西槽输出：224.06 g/L6 720 L1 000=1505.7 kg铬酸酐；1 505.7 kg0.52= 783.0 kg金属铬。溶液总输出：740.4 kg+ 783.0 kg=1 523.4 kg金属铬。(4)工件上镀铬层：镀层体积金属铬密度。1 801 cm30.71 g/cm31 000=1.28 kg金属铬。(5)含铬回收液：回收槽金属盐浓度Pi回收槽体积V单位换算系数。0.16 g/L360 L1 0000.52=0.03 kg金属铬。(6)铬雾回收液：铬雾回收液金属盐浓度l铬雾回收液体积矿单位换算系数。553 g/L72.81 L1 0000.52= 20.9 kg金属铬。(7)挂具上镀层总重1 kg。(8)铬雾逸出总重2kg。(9)误差：（总输入一总输出）总输入100%。(1540.2+10.4) -(1 523.4+1.28+ 0.03+20.9 +1+2)(1 540.2 +10.4)100%= 1.991 550.6100%= 0.13%(10)金属利用率。不考虑回收：工件上镀铬层重纯输入。1.28(1 540.2 -1 523.4 +10.4)100%= 4.7%.考虑回收：（工件上镀铬层重+含铬回收液+铬雾回收液）纯输入。1.28+0.03+20.9)(1 540.2 -1523.4+10.4)100%=81.7%。(11)镀件带出液污染物：回收液含金属盐镀层总面积单位换算系数。0.03 kg(5 603.7 dm2100)= 0.54 g/m2。(12)新鲜水用量：全过程总用水量镀层总面积单位换算系数。2.027(5 603.7 dm2100)=0.036 t/m2. .2.3.3评价与HJ/T 314-2006清洁生产标准电镀行业对照，评价该镀铬工艺的先进性，如表2所示。2.3.4绘制物料平衡图根据上述计算绘制的物料平衡图如图6所示。2.3.5提出清洁生产方案从实测结果及计算汇总来看，镀硬铬时真正消耗在镀层上的铬才1.28 kg，而铬雾回收液中却含相当于20.9 kg金属铬的铬酸酐。回收的铬酸酐质量浓度达到553 g/L，黏度很大，像酱油膏一样。可见必须做好铬雾回收工作。这就是清洁生产机会，也是一个好的清洁生产方案。对于没有安装“铬雾回收器”的企业，要求尽快实现铬雾回收；对于“铬雾回收器”管理不善的企业，要求做好“防漏、及时回用”工作，因为跑掉的“铬雾”不仅仅是污染，失去的还有“利润”。3热镀锌的物料平衡热镀锌的物料平衡图见图7。国际锌协会CFC项目经理Rob White介绍的典型消耗数据见表3。以大连某生产铁塔件和普通件的热镀锌厂物料平衡图为例，如图8所示。总输出为11 350.9 +4 984+3 185+ 80= 19 599.9 (kg)。锌灰占4 98419 599.9100%= 25.4%;锌渣占3 18519 599.9100%=16.3%。以上两项都大大超过典型消耗数据，生产中产生的锌灰和锌渣过多。寻找原因时发现，溶剂化槽里亚铁离子含量都高于国际和国内较好企业的标准（欧洲为0.53.0 g/L，台湾为5 g/L，大陆为510 g/L，而推荐值为l g/L)。因为1kg铁离子可以和锌生成锌铁化合物，产生25 kg的锌渣，该厂原溶剂化槽里的助镀剂中含亚铁离子多达17 g/L，所以产生的锌渣特别多。笔者建议他们建立化验室，经常检测亚铁离子浓度，并采用加双氧水、提高pH沉淀铁的办法，使锌渣量大大降低，厂方非常满意。4其他表面处理工艺的物料平衡随着清洁生产审核工作的开展，陆续又遇到各种新的表面处理工艺，由于篇幅所限，不能详细介绍，现给出物料平衡图，恳请批评指正。常温磷化物料平衡图见图9。电泳涂漆物料平衡图见图10。镀铁的物料平衡图见图lla，其中二价铁、三价铁平衡图见图llb