汽车行业清洁生产技术

【汽车行业清洁生产技术】清洁涂装技术-世界汽车技术发展跟踪研究 摘要：为降低汽车涂装过程中的“三废”排放，对国外一些先进国家的涂装技术进行了跟踪考察，从不同角度介绍了降低汽车涂装“三废”排放的技术及应用效果，重点介绍了应用无毒材料，减少废水、废渣及VOC 的排放技术，并且结合我国实际情况提出了实现低成本降低涂装“三废”排放的途径。 关键词：汽车；涂装；清洁生产 汽车及其零部件的涂装是汽车制造过程中产生“三废”排放最多的环节之一，围绕涂装生产“三废”处理及减少排放一直是涂装技术研发的主题之一。20 世纪90年代以前，法规以控制有害物质的相对排放量为主。为减少涂装公害，以“三废”处理及循环利用技术的开发应用为主流。90年代以来工业发达国家环保法规逐渐转向对有害物质的绝对排放量的控制，促进了少无公害的清洁涂装生产技术的开发和应用。 汽车及零部件涂装使用的材料具有毒性，生产过程中产生大量的废水、废渣及有机挥发物，只有通过少用或不用有毒材料，减少废水、废渣及有机挥发物的产生和排放，才能达到清洁涂装生产的目的。1 应用无毒材料，减少废水和废渣排放1.1 环保型材料 汽车车身及零部件在漆前处理过程中排放大量的废水、废渣，其排放量约占涂装车间总排放量的80%。因而，近几年来，减少排放、降低污染、长寿命的漆前处理材料的开发及应用得到发展。目前已工业化应用或正在开发的表面处理药剂如下。 a.适应限制闭塞海域（河、湖）富营养化排放法规的无P、N 型生物可降解表面活性剂的脱脂剂。帕卡公司新开发的无p、N 型脱脂剂的清洗性能已优于原来的脱脂剂。不含硅酸盐脱脂剂对镀锌钢板无腐蚀性，水洗效果好，延长表调寿命。液体脱脂剂对涂装车间无粉尘污染、使用方便、节约用水量（节省漂洗水50%左右），欧美已有近一半的生产线在使用。 b.高功能表面调整剂可缩短磷化处理时间，提高袋状结构部位的磷化性，实现长寿命化。德国凯密特尔公司开发的新一代液态表调剂在50度时性能稳定，槽液寿命8周以上，能充分溶解、均匀扩散，有稳定的表调作用。采用滴加补充方式控制槽液浓度，一般不需换槽液，解决了传统表面表调剂固体颗粒难溶解、化学稳定性差和需经常更换槽液的难题，该表调剂已在欧洲部分生产线投入使用。 c. 无Ni,NO2有机催化型磷化液和低温、少渣型磷化液。德国凯密特尔公司从1996年初在BMW 公司的Dingolfing厂开始使用无镍、无亚硝酸盐催化的磷化工艺，并证明了它对铁、镀锌钢板和铝的涂装前处理的有效性。用户不需大的投资，即可使废水中的Ni 浓度较低，达到地方管理部门规定的0.2*exp-6以下。开发的环保型促进剂CN4）3其反应的主、副产物分别是氨基胍和脲，没有含氮类气体和有色反应产物的生成。 帕卡公司的低温、少渣型磷化液已实现确保与以往产品同等性能的目标，磷化温度由43度降到35度，残渣发生量减少10-30%。 d.无铬钝化剂。尽管目前有不用钝化工序的前处理工艺，但欧美多数汽车厂家的实践证明，采用钝化确实能提高电泳涂层的防护性能。然而，传统的6价铬被法规严格控制，为减少毒害和节省废水处理费用，无铬钝化剂得到开发和应用。德国凯密特尔公司在氟化锆的基础上开发了无铬钝化剂，性能与含铬钝化剂相当，磷化后水洗段可实现逆流回收，节约生产用水。 除前处理材料外，某些涂料的应用可大幅度提高材料利用率并降低废渣及废水的排放。高装饰性粉末涂料用于中涂或面漆，可使材料利用率提高到近100%,实现零排放；两涂层阴极电泳涂料替代传统中涂，涂料利用率可达95%以上，废渣排放降至涂料消耗量的5%以下。1.2工艺及设备1.2.1成熟的前处理节水降排放技术 最近获得工业应用的前处理节水降排放技术如下。 a.预喷洗法（preshower system）。帕卡公司在逆工序补水的基础上，由溢流改为预喷洗，使被处理件带到下道工序的处理液尽可能地减少，由此来提高清洗效率和减少供水量。如图1所示，附着在处理件上的脱脂液在进入第1水洗槽之前用预喷洗管喷洗，回收入脱脂槽。在回收率为20%的情况下，带入第1 水洗槽的处理液量为80%；第1水洗槽的供水量取决于预喷洗量、水洗次数，可减少20%。附着在工件上的磷化液在进入第3 水洗槽之前经过两排预喷洗管喷洗，第一排洗液回收入磷化槽，第二排洗液不返回第3 水洗槽，直接排放。 这种方式可使带入第3 水洗槽的磷化液减少到50%；第3 水洗槽的供水量取决于预喷洗量、水洗次数，相应可减少50%。 b.采用膜分离技术（UF和RO）回收脱脂液，再生清洗水、最终纯水洗用的水和前处理废水。图1所示的流程图是利用过滤器除去粗的垃圾、铁粉和渣，随后利用超滤装置连续除去油分。分离出的油分进行焚烧或综合利用处理。采用这一方法能保持脱脂液中油分一定，如图3 所示。 需注意，采用U法可能在除油的同时除去脱脂剂中的有效成分，因此需补加某些有效成分。脱脂液中的油分（正己烷萃取物以ppm 为单位）对磷化膜外观的影响非常大，要确保磷化处理的完整合格，油分需要控制在3*exp-3以下，采用UF法很容易保持脱脂液中油分在3*exp-3以下。从图3 可看出， 采用UF分离油与通常的分离法比较，可延长脱脂液的使用寿命。前处理最终纯水洗工序中的循环水一部分可供给前工序。排放水经过滤，经RO装置再生，供新鲜纯水洗用。图4所示的是用RO装置处理前处理废水，也是实现前处理无废水的方法之一。图4 用RO装置处理前处理废水并再生纯水的原理 c.采用蒸发处理方式处理前处理废水。利用烘干室余热、锅炉余热或燃烧器来加热喷雾状的废水，蒸发水分成为浓缩液，再经脱水装置使沉渣成为残渣排除。水蒸气经冷凝器成为凝露水，供最终纯水洗用。 d.磷化残渣的再利用。可将磷化残渣转化成可用化学物质（如Na3PO4和Babosalite黑磷铁石）或作为其他产品的原材料，如与石材混合后烧成瓷砖，用作铸、钢铁的原料。1.1.2电泳涂料的回收再利用 基于UF的电泳后闭路冲洗可使电泳涂料利用率在95%以上，大大降低了电泳涂装的废水排放，但仍有最后的纯水洗排放废水。为进一步减少电泳污水排放量，近几年来又开发以下几种纯水洗的方法和电泳后冲洗工艺。 a.NPECS电泳涂装最终纯水的循环利用法 日本旭化成工业公司和日本涂料公司联合开发的NPECS(NIPPON PAINT ELECTRIC DEPOSITION CLOSE SYSTEM)法是稳定过滤可运转软件和分离杂离子、低分子树脂及浓缩回收利用技术。该技术具有使废水呈透明清水和排水量、纯水使用量大幅度减少（相当于常规工艺的1/5）、提高涂料回收率（由95%提高到98%）和提高涂膜的外观质量等优点。 b.UF+RO 实现电泳闭路清洗法 此法的工作原理是借助反渗透（RO）装置，由超滤液制纯水，供电泳后冲洗的最终水洗工序使用，代替大部分去离子水，实现5道以上工序组成的闭路清洗。1.2.3喷涂漆雾回收技术 目前我国对喷涂漆雾主要是采取洗涤或过滤的方法将漆雾与排放空气分离，然后采用各种液固分离的方法将漆渣与循环水分离，延长循环水的换水周期，但对分离出的漆渣没有好的进一步利用的法，主要是焚烧或掩埋。近几年来，随着环保涂料的工业化应用，涂料的循环利用技术也在一些发达国家得到应用。涂装生产线的涂料利用率进一步提高，最大限度地减少了废漆渣的排放。以下是几种可采用的新技术。 a.粉末浆再循环利用技术。图5为粉末浆喷涂室废漆处理系统。 b.粉末清漆回收。粉末清漆供料及回收系统见图6。 c.废漆处理系统。第二代废漆处理系统处理更彻底，见图7。 d.超滤回收水性漆。图8为超滤回收水性漆流程。 借助UF装置将喷漆室循环水槽中的1%固体分的水性涂料分级浓缩到15%、40%后利用。图5 粉末浆喷涂室废漆处理系统 c.冷却和静电吸附过喷漆雾的两种水性漆回收方法。 德国Faunhofer研究所开发并由ranget+Heine公司商业化，利用冷却凝露和静电吸附两种原理回收水性涂料的两种方法， 前者称为coolac法，后者称为PROlac法。 coolac法的原理是使空气中所含湿气在不锈钢板的表面上凝结，人工创造出绝对湿的结露界面，过喷漆雾到达不锈钢板表面，与凝露水分相溶成为一体流落到下部的收集槽中。不锈钢板表面结露是靠在内部循环比露点温度低3度-5度的冷却水实现的。 Prolac法的原理是在喷涂区段中心设置能转动的圆柱体，其表面靠自动喷雾装置保持绝对带湿状态，过喷漆雾附着在其上，形成一定厚度的涂层后，向下方流落。在圆柱体的下部用刮板收集涂料，回收到接漆槽中，回收的涂料可返回喷漆线使用。本法适用于每班用漆量为60