电镀锌行业清洁生产

题目 作者姓名 刘美英 所在学院 资源与环境科学学院 专业 系 环境科学 班级 届 2011 环境科学 1 班 河北师范大学资源与环境科学学院清洁生产结课论文 1 电镀锌行业清洁生产电镀锌行业清洁生产 摘要 电镀行业生产过程中排放大量有害污染物 成为被社会广泛关注的重污染行业之一 清洁生产是电镀行业发展的必由之路 本文针对于电镀行业 以电镀锌为例 从电镀的 概念 电镀的原理 电镀的清洁生产标准和电镀的清洁生产技术进行了介绍 电镀的原 理实质上是一个包括液相传质 电化学反应和电结晶等步骤的金属电沉积过程 由于锌 在干燥空气中不易变化 而在潮湿的空气中 表面能生成一种很致密的碳酸锌薄膜 这 种薄膜能有效保护内部不再受到腐蚀 并且当某种原因使镀层发生破坏而露出不太大的 基体时 锌与钢基体形成微电池 使紧固件基体成为阴极而受到保护 电镀锌过程中 抛光 除油 镀锌 出光 清洗 烘干等工艺过程中 会有污染物产生 然后对各工艺 进行分析和技术改造 实行清洁生产技术 关键字 电镀 电镀锌 清洁生产 河北师范大学资源与环境科学学院清洁生产结课论文 2 电镀锌行业清洁生产电镀锌行业清洁生产 1 第第 1 章章 绪论绪论 3 1 1 电镀 3 1 1 1电镀概念 3 1 1 2电镀分类 3 1 2 电镀锌 4 1 2 1电镀锌概念 4 1 2 2电镀锌分类 4 1 2 3电镀锌特点 5 1 3 电镀行业现状以及实行清洁生产的必然性 5 1 3 1电镀行业现状 5 1 3 2电镀行业实行清洁生产的必然性 6 第第 2 章章 原理及工艺过程原理及工艺过程 6 2 1 电镀原理 6 2 1 1电镀基本原理 6 2 1 2电镀基本过程 7 2 2 电镀锌原理 7 2 2 1电镀锌基本原理 7 2 2 2电镀锌需严格控制的三大环节 7 2 3 电镀锌工艺过程 8 2 3 1电镀锌工艺流程图 8 2 3 1电镀锌工艺流程表 9 2 3 3电镀锌产物环节主要污染物 10 第第 3 章章 电镀行业清洁生产标准电镀行业清洁生产标准 11 3 1 术语和工艺 11 3 1 1清洁生产 11 3 1 2镀层金属原料综合利用率 11 3 1 3污染物产生指标 末端处理前 12 3 2 规范性技术要求 12 3 2 1指标分级 12 3 2 2指标要求 12 第第 4 章章 电镀锌清洁生产技术电镀锌清洁生产技术 13 4 1 电镀锌行业清洁生产背景 13 4 2 热镀锌工艺分析和技术改造 13 4 2 1脱脂水洗 13 4 2 2酸洗及脱锌 13 4 2 3酸洗后水洗 14 4 2 4助镀 14 4 2 5烘干 14 河北师范大学资源与环境科学学院清洁生产结课论文 3 4 2 6镀锌 14 4 2 7热镀锌清洁生产工艺图 15 结论结论 16 参考文献参考文献 16 第 1 章 绪论 1 1 电镀 1 1 1 电镀概念 电镀 Electroplating 就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金 的过程 是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到 防止金属氧化 如锈蚀 提高耐磨性 导电性 反光性 抗腐蚀性 硫酸铜等 及增进 美观等作用 电镀时 镀层金属或其他不溶性材料做阳极 待镀的工件做阴极 镀层金属的阳离 子在待镀工件表面被还原形成镀层 为排除其它阳离子的干扰 且使镀层均匀 牢固 需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液 以保持镀层金属阳离子的浓度不变 电镀的目 的是在基材上镀上金属镀层 改变基材表面性质或尺寸 电镀能增强金属的抗腐蚀性 镀 层金属多采用耐腐蚀的金属 增加硬度 防止磨耗 提高导电性 光滑性 耐热性和表 面美观 1 1 2 电镀分类 按照电镀方式分类 电镀分为挂镀 滚镀 连续镀和刷镀等方式 主要与待镀件的 尺寸和批量有关 挂镀适用于一般尺寸的制品 如汽车的保险杠 自行车的车把等 滚 镀适用于小件 如紧固件 垫圈 销子等 连续镀适用于成批生产的线材和带材 刷镀 适用于局部镀或修复 按照镀层分类 电镀分为单一金属电镀 合金电镀和复合电镀三类 单金属电镀至 今已有 170 多年历史 元素周期表上已有 33 种金属可从水溶液中电沉积制取 常用的 河北师范大学资源与环境科学学院清洁生产结课论文 4 有电镀锌 镍 铬 铜 锡 铁 钴 镉 铅 金 银等 l0 余种 在阴极上同时沉积出 两种或两种以上的元素所形成的镀层为合金镀层 合金镀层具有单一金属镀层不具备的 组织结构和性能 复合镀是将固体微粒加入镀液中与金属或合金共沉积 形成一种金属 基的表面复合材料的过程 以满足特殊的应用要求 按照用途分类 电镀分为 防护性电镀 防护性装饰电镀 装饰性电镀 修复性电镀 功能性电镀 1 2 电镀锌 1 2 1 电镀锌概念 电镀锌 在行业内又称冷镀锌 就是利用电解 在制件表面形成均匀 致密 结合 良好的金属或合金沉积层的过程 与其他金属相比 锌是相对便宜而又易镀覆的一种金 属 属低值防蚀电镀层 被广泛用于保护钢铁件 特别是防止大气腐蚀 并用于装饰 1 2 2 电镀锌分类 在国内 按照电镀溶液分类 电镀可以分为四大类 1 氰化物镀锌 由于 CN 属剧毒 所以环境保护对电镀锌中使用氰化物提出了严格限制 不断促 进减少氰化物和取代氰化物电镀锌镀液体系的发展 要求使用低氰 微氰 电镀液 采 用此工艺电镀后 产品质量好 特别是彩镀 经钝化后色彩保持好 2 锌酸盐镀锌 此工艺是由氰化物镀锌演化而来的 采用此工艺 镀层晶格结构为柱状 耐腐蚀性 好 适合彩色镀锌 3 氯化物镀锌 此工艺在电镀行业应用比较广泛 所占比例高达 40 钝化后 兰白 可以锌代铬 与镀铬相媲美 特别是在外加水溶性清漆后 外行人是很难辩认出是镀锌还是镀铬的 此工艺适合于白色钝化 兰白 银白 4 硫酸盐镀锌 河北师范大学资源与环境科学学院清洁生产结课论文 5 此工艺适合于连续镀 线材 带材 简单 粗大型零 部件 成本低廉 1 2 3 电镀锌特点 电镀锌目的是为了防止钢铁类物体被腐蚀 提高钢铁的耐蚀性及使用寿命 同时也 使产品增加装饰性的外观 钢铁随着时间的增长会被风化 水或泥土腐蚀 国内每年被 腐蚀的钢铁差不多占整个钢铁量的十分之一 所以 为了保护钢铁或其零件的使用寿命 一般都采用电镀锌来将钢铁加工处理 1 由于锌在干燥空气中不易变化 而且在潮湿的环境下更能产生一种碱式碳酸锌薄膜 这种薄膜就能保护好内部零件而不被腐蚀损坏 即使锌层被某种因素破坏的情况下 锌 和钢经过一段时间结合会形成一种微电池 而使钢基体成为阴极而受到保护 总结电镀 锌有以下特点 1 抗腐蚀性好 结合细致均匀 不易被腐蚀性气体或液体进入内部 2 由于锌层比较纯 无论在酸或碱环境底下都不易被腐蚀 长时间有效的保护钢 体 3 经铬酸钝化后形成各种颜色使用 可根据客户喜爱挑选 镀锌美观大方 具有 装饰性 4 锌镀层具有良好的延展性 在进行各种折弯 搬运撞击等都不会轻易掉落 1 3 电镀行业现状以及实行清洁生产的必然性 1 3 1 电镀行业现状 改革开放 20 多年来 随着经济的高速发展 我国的电镀工业也经历了一个较大的 变和发展过程 其规模 产量及产值都已进入世界电镀大国的行列 电镀行业发展遇到 的主要问题有 1 厂点多 规模小 装备水平低 2 电镀工业是跨部门的加工行业 长期以来没有一个专门的政府部门负责 统一管理 以致电镀工业的分布和发展缺少总体 完整的规划 3 经营粗放 环境污染严重 河北师范大学资源与环境科学学院清洁生产结课论文 6 1 3 2 电镀行业实行清洁生产的必然性 清洁生产是世界工业发展的一种大趋势 可以简单概括为 低消耗 低污染 高产 出 清洁生产可以从几个方面来体现 1 生产过程用无污染 低污染的原料 2 用 清洁的生产工艺 减少有害废物量 对排放物综合利用 3 向社会提供清洁的产品 将对人体和环境的污染减少到最低程度 4 产品可以回收利用 不存在对环境的潜在 污染和威胁 5 有完善的清洁生产的保障制度和操作规程 并有监督机制 6 在设 计和服务过程中要将环境因素纳入其中 2 清洁生产所涉及的大部分内容并不生疏 电 镀企业采用清洁生产方式是企业走内涵发展的道路 加强企业竞争力的有效措施 长期以来 我国经济发展延续一种粗放型的发展模式 通过高投入 高消耗 高污 染来实现经济的高速增长 但经济的发展换来的是环境的严重污染 发达国家已经走过 的道路表明 传统的末端治理的发展模式是一种消极的应对措施 清洁生产是控制工业 污染的最佳模式 是转变经济增长方式 实现可持续发展的必由之路 3 第 2 章 原理及工艺过程 2 1 电镀原理 2 1 1 电镀基本原理 电镀需要一个向电镀槽供电的低 压大电流电源以及由电镀液 待镀零 件 阴极 和阳极构成的电解装置 其 中电镀液成分视镀层不同而不同 但 均含有提供金属离子的主盐 能络合 主盐中金属离子形成络合物的络合剂 用于稳定溶液酸碱度的缓冲剂 阳极 活化剂和特殊添加物 如光亮剂 晶粒 细化剂 整平剂 润湿剂 应力消除 剂和抑雾剂等 电镀过程是镀液中的金属离子在外电场的作用下 经电极反应还原成金 河北师范大学资源与环境科学学院清洁生产结课论文 7 属原子 并在阴极上进行金属沉积的过程 因此 这是一个包括液相传质 电化学反应 和电结晶等步骤的金属电沉积过程 如图所示 2 1 2 电镀基本过程 在盛有电镀液的镀槽中 经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极 用镀覆金属制 成阳极 两极分别与直流电源的负极和正极联接 电镀液由含有镀覆金属的化合物 导 电的盐类 缓冲剂 pH 调节剂和添加剂等的水溶液组成 通电后 电镀液中的金属离子 在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层 阳极的金属形成金属离子进入电镀液 以保 持被镀覆的金属离子的浓度 在有些情况下 如镀铬 是采用铅 铅锑合金制成的不溶 性阳极 它只起传递电子 导通电流的作用 电解液中的铬离子浓度 需依靠定期地向 镀液中加入铬化合物来维持 电镀时 阳极材料的质量 电镀液的成分 温度 电流密 度 通电时间 搅拌强度 析出的杂质 电源波形等都会影响镀层的质量 需要适时进 行控制 2 2 电镀锌原理 2 2 1 电镀锌基本原理 由于锌在干燥空气中不易变化 而在潮湿的空气中 表面能生成一种很致密的碳酸 锌薄膜 这种薄膜能有效保护内部不再受到腐蚀 并且当某种原因使镀层发生破坏而露 出不太大的基体时 锌与钢基体形成微电池 使紧固件基体成为阴极而受到保护 在汽 车运输等行业中应用较广 但需要的是三价铬钝化层 锌镍合金镀封闭涂层 减少六价 铬钝化有害 有毒层 4 2 2 2 电镀锌需严格控制的三大环节 1 电镀前处理 电镀前处理 是进行电镀的基础 也是保证产品质量的关键 电镀前未将被镀覆基 体处理到规定的要求 即使有良好的电镀溶液 适当的电镀参数和很好的调控电镀参数 的设备以及技术高超的人员 也不可能获得符合质量要求的电镀层 河北师范大学资源与环境科学学院清洁生产结课论文 8 2 电镀过程控制 电镀锌金属或构件的使用条件和使用寿命与电镀层厚度有着密切的关系 使用条件 越严格和使用寿命越长 所要求的电镀锌层应越厚 不同的产品 要根据使用的具体环 境 温度 湿度 降雨 大气成分等 确定预期的使用寿命的电镀层厚度 盲目的加厚会 造成各种浪费 但如果厚度不足 又会达不到预期的使用寿命要求 3 镀后处理 为使镀件增强防护性能 装饰性及其他特殊目的而进行的 钝化 热熔 封闭和除氢 等 电镀后置处理 镀锌后 一般要进行铬酸盐钝化 或其它转化处理 形成相应类型的转化膜 是保证 镀后质量的关键工序之一 钝化后最好还应进行老化处理 烘箱内 70 80 C 彩钝 适用于锌酸盐镀锌 钝化后零件表面为红 绿色 略带黄 Cr 6 红色 Cr 3 绿色 不能出现紫色 出现后说明钝化膜层疏松 最简单的方法是用手指在零件表面往复磨擦 几次 不能有变 掉 色现象 兰白钝 由于钝化液中的氟化物随时间加长而逐渐下降 因此 零件表面兰色就会 逐渐变浅 同一个班生产的工件色泽保持不好 所以钝化过程中要严控 并注意厚度 银白钝 不随时间变化而变化 色泽保持一致性好 2 3 电镀锌工艺过程 2 3 1 电镀锌工艺流程图 电镀锌主要工艺为热镀锌 其中分为酸性和碱性电镀两种方式 电镀锌工艺流程图 抛光除油清洗除锈清洗 干燥钝化 碱性镀锌 NaOH 酸性镀锌 H3BO3 河北师范大学资源与环境科学学院清洁生产结课论文 9 2 3 1 电镀锌工艺流程表 电镀锌工艺流程 碱性镀锌 工序成分浓度温度时间备注 除油 YC 1 除油王100g L5 40 C10 20 分钟 清洗清水 常温20 30 秒 清洗清水 常温20 30 秒 除锈盐酸60 80 常温10 30 分钟 以除干净为 准 清洗清水 常温20 30 秒 清洗清水 常温20 30 秒 镀锌 NaOH ZnO 94 电流密度 110 120g L 10 12g L 5 7g L 2 5 3A dm2 5 35 C时间服从厚度 达到规定厚 度 清洗清水 常温20 30 秒 清洗清水 常温20 30 秒 出光 硝酸 盐酸 25mL L 5 mL L 常温15 30 秒 清洗清水 10 20 C20 秒 钝化 LP 93 彩钝剂 A 10 20 mL L PH 1 1 4 10 35 C10 20 秒 热水烫 干 清水 70 C10 20 秒 烘干烤箱 80 90 C10 15 秒 电镀锌工艺流程 碱性镀锌 工序成分浓度温度时间备注 河北师范大学资源与环境科学学院清洁生产结课论文 10 除油YC 1 除油王100g L5 40 C10 20 分钟 清洗清水 常温20 30 秒 清洗清水 常温20 30 秒 除锈盐酸60 80 常温10 30 分钟 以除干净为 准 清洗清水 常温20 30 秒 清洗清水 常温20 30 秒 镀锌 ZnCl KCl H3BO3 添加剂 电流密度 60 80g L 180 230 g L 25 35 g L 15 25mL L 3 4A dm2 5 60 C 时间服从厚 度 达到规定厚 度 清洗清水 常温20 30 秒 清洗清水 常温20 30 秒 出光 WX 2 银白 WX 1 蓝白 2g L常温15 30 秒 清洗清水 10 20 C20 秒 钝化LP 93 彩钝剂 A 2g L PH 1 1 4 常温7 15 秒 热水 烫干 清水 70 C10 20 秒 烘干烤箱 80 90 C10 15 秒 2 3 3 电镀锌产物环节主要污染物 1 抛光工序 使用机械对器件表面进行处理 以提高器件的光洁度 主要污染物 为含金属粉尘 2 除油工序 采用电极方式或碱性方式对器件表面进行除油处理 主要污染物为 河北师范大学资源与环境科学学院清洁生产结课论文 11 含碱含油废水 3 除锈酸洗工序 利用酸去除器件表面的氧化皮 腐蚀钝化膜 主要污染物为含 酸 含金属离子废水 4 镀锌工序 包括酸性镀锌和碱性镀锌两种工艺 主要污染物为氢氧化钠和硼酸 废水 5 出光工序 采用的化学药剂主要有硝酸 盐酸和有机银白蓝白试剂 其目的是 上色 主要污染物为含酸和有机物废水 5 钝化工序 使用化学有机药剂 LP 93 彩钝剂 A 对电镀锌之后的镀件进行钝化 主 要污染物为有机试剂废水 6 清洗工序 清洗器件表面带出的残留液 主要污染物为各类化学试剂废水 7 烘干工序 主要采用两种方法进行烘干 分别为热水烫干和烘箱烘干 主要污 染为高温废水 5 第 3 章 电镀行业清洁生产标准 3 1 术语和工艺 3 1 1 清洁生产 指不断采取改进设计 使用清洁的能源和原料 采用先进的工艺技术与设备 改善 管理 综合利用等措施 从源头削减污染 提高资源利用效率 减少或者避免生产 服 务和产品使用过程中污染物的产生和排放 以减轻或者消除对人类健康和环境的危害 3 1 2 镀层金属原料综合利用率 1 1 2 100 U 镀层金属原料综合利用率 考核期内镀件批次 河北师范大学资源与环境科学学院清洁生产结课论文 12 i 第 批镀件镀层金属平均厚度 um 第 批镀件镀层面积 m2 镀层金属密度 g cm3 镀层金属原料 消耗的阳极和镀液中金属离子 消耗量 g 1 阳极残料回收量 g 2 其他方式回收的金属量 g 3 1 3 污染物产生指标 末端处理前 污染物产生指标是在废水末端处理前 单位面积平板状镀件带出液的某污染物产生 量 其计量单位为 g m2 污染物产生指标的计算公式如下 式中 Wi i 镀种单位面积平板状镀件带出液的某污染物产生指标 g m2 Pi i 镀种被测平板状镀件从生产线上带出的金属离子或氰离子重量 g Qi i 镀种被测平板状镀件面积 m2 3 2 规范性技术要求 3 2 1 指标分级 标准给出了电镀行业生产过程清洁生产水平的三级技术指标 一级 国际清洁生产先进水平 二级 国内清洁生产先进水平 三级 国内清洁生产基本水平 3 2 2 指标要求 电镀行业清洁生产的指标体系主要有以下方面 生产工艺与装备的要求 资源能源 利用指标 污染物产生指标 环境管理要求 河北师范大学资源与环境科学学院清洁生产结课论文 13 第 4 章 电镀锌清洁生产技术 4 1 电镀锌行业清洁生产背景 电镀行业生产过程中排放大量有害污染物 成为被社会广泛关注的重污染行业之一 清洁生产是电镀行业发展的必由之路 虽然现有的新技术已经能够在一定程度上实现电 镀行业的清洁生产 但由于投资高和政策管理滞后等问题导致了电镀行业污染问题依然 严重 实际上电镀行业清洁生产的实现 不仅包括清洁生产技术的研究 也包括政府投 融资体系 管理体系等诸多方面的研究 6 4 2 热镀锌工艺分析和技术改造 典型的热镀锌工艺可分为以下步骤 脱脂 水洗 酸洗 水洗 助镀 热镀锌以及 烘干 4 2 1 脱脂水洗 因上件表面可能残留油脂 故应先在热碱溶液中脱脂后再浸入热水中去除工件表面 残存的脱脂液 以免带入酸洗液中 碱洗废液及废水可导入废酸废水处理系统中处理 7 4 2 2 酸洗及脱锌 工件表面粘附的氧化皮 铁锈及杂质 可用盐酸或硫酸溶液清除 但酸洗时会有酸 雾产生 一般采用低浓度的酸溶液在较低温度下酸洗 同时加入酸雾抑制剂以减少酸雾 形成 国外通常将整个前处理区域封闭起来 再将封闭区域的酸雾用吸收装置回收 回 收液可以用来调制新酸或补充酸液 8 脱锌应单独设置一个专用脱锌池 将返镀件及工件挂具上的锌脱除在脱锌池内 有 以下3个优点 1 不需浪费酸洗池中的酸来脱锌 2 不会将锌带入废酸 降低废 液处理难度 3 锌与盐酸生成的氯化锌可以补充到助镀液中 但需用助镀溶剂净化 再生系统处理脱锌液中的铁和酸 河北师范大学资源与环境科学学院清洁生产结课论文 14 4 2 3 酸洗后水洗 工件酸洗后需进行水洗 以免工件表面残留的酸及铁盐进入助镀液中 对助镀及镀 锌产生不良影响 为了尽可能地洗净工件 应采用二级逆流清洗工艺 谓逆流清洗 即 清洗水从后一道水洗池进入 再流前一道水洗池这样非但不会增大用水量 反而能有效 地提高清洗效果 酸洗废水可用于配制新的酸洗溶液或平时酸洗液的补充 多余废水通 常与废酸一起导入废酸废水处理系统处理 处理后的水经化学分析后可再循环利用 4 2 4 助镀 酸洗干净后的工件浸入助镀液后 可在表面形成一层助镀剂盐膜 能防止工件表面 的铁在镀锌前被氧化 同时在镀锌时可以促进铁锌反应 形成光滑均匀的镀层 一般用 氯化铁与氯化锌的混合物作为助镀剂 9 另外 若助镀液中铁含量过高 工件带入锌浴 后会导致锌渣增多 锌耗增加 从而增大生产成本 故应保证助镀液中的铁含量处于较 低水平 可采用溶剂净化再生系统对助镀液进行处理 将助镀液中的铁转化为氢氧化铁 沉淀除去 同时利用脱 锌液中的氯化锌补充助镀液 4 2 5 烘干 当工件浸入锌浴时 若工件表面残留有水滴 由于水滴迅速汽化会引起锌的飞溅 故工件浸入锌浴前 应尽量干燥 一般将其自然晾干或放入烘干炉中烘干 4 2 6 镀锌 在镀锌过程中会产生锌灰 锌