堿性無氰鍍鋅液的雜質去除技術

陳剛

（淮海工業(yè)集團有限公司電鍍分廠，山西 長治 046012）

堿性無氰鍍鋅作為替代氰化鍍鋅的清潔生產工藝已得到業(yè)內的廣泛認同。作為有著50 多年歷史的底蘊深厚的電鍍企業(yè)，筆者所在的廠積極響應清潔生產要求，引進了堿性無氰鍍鋅工藝。但在幾年的生產過程中發(fā)現(xiàn)該工藝的穩(wěn)定性較差，經常出現(xiàn)不可預見的質量問題。在處理質量問題和排除鍍液故障的過程中，發(fā)現(xiàn)鍍液的潔凈度(雜質的量)是造成鍍層質量不穩(wěn)定的最主要因素。雖然為解決雜質積累過快的問題制定了較為嚴格的生產控制規(guī)范和采取相應的措施，但是這些方法并未取得令人滿意的效果，還增加了鍍液維護的難度。不僅雜質處理成本高，而且需要頻繁地進行除雜工作，例如每周2 次12 h 以上電解除雜，然而即使這樣，效果也不理想，雜質的積累速率遠大于去除速率。為滿足質量要求就必須經常進行大處理(一兩個月就需停產使用化學除雜劑)。為解決雜質帶來的難題，經過近兩年的經驗總結，摸索出了能有效吸附雜質的方法，并獲得了令人滿意的效果。

1 雜質來源分析及其處理思路

1.1 雜質來源

在分析了堿性無氰鍍鋅生產條件、過程和環(huán)境后發(fā)現(xiàn)，雜質首先來自生產環(huán)節(jié)，這也是最主要的來源；其次是化學溶解和添加劑分解產物；再就是環(huán)境因素(如鍍槽設施腐蝕物、生產現(xiàn)場懸浮顆粒等)。這些雖可通過規(guī)范加以控制，但治標不治本，難以達到很好的效果。因此，需要制訂處理雜質的方案。

1.2 處理思路

在日常維護和大處理鍍液時發(fā)現(xiàn)，日常維護的去除能力有限，只有停產使用化學藥品處理才能有效去除雜質。為提高日常維護的效率，跟蹤了過程、方法、使用工具等并認真總結分析各個環(huán)節(jié)后，提出了總體思路：

(1)應能隨時掌握鍍液的潔凈度，以便采取適當?shù)奶幚矸椒ā?/p>

(2)盡量達到操作簡單、除雜效果好且實用的目標?？紤]到電解吸附成本低，操作簡便，確定以此為主要手段。

(3)堿性無氰鍍鋅工藝采用循環(huán)過濾裝置。鍍液從槽底進入，由下向上流動，局部鍍液可能沒有有效對流，導致該區(qū)域的雜質未被完全吸附，因此需要使鍍液作定向流動。

(4)盡量使鍍液都能經過電解反應的區(qū)域，同時吸附工具上應有足夠的空間沉積雜質，并盡可能使其附著牢固，避免回落，以提高效率。

(5)應具有良好的透液性，方便鍍液定向流動順暢、均勻，盡量避免流動方向因阻力改變而影響除雜效果。

2 實施方案

2.1 設備改造

按處理思路改造了鍍槽。首先進液管由槽底改為槽側(見圖1 上方)，使鍍液在循環(huán)裝置的推動下作定向流動，出液口置于鍍槽另一端。為降低陽極板對鍍液流動的阻力，在陽極板上均勻地打了通孔(見圖1 下方)，以便鍍液能夠順暢流過。

圖1 改造后的進液管和陽極板Figure 1 Inflow pipe and anode plate after modification

2.2 檢測潔凈度和吸附雜質的工具的設計與制作

要想有效地去除雜質，掌握潔凈度非常關鍵，檢測就成為重點。根據(jù)多年經驗，當鍍液性能不良時，受鍍零件的尖端、邊緣和低區(qū)等不同部位的鍍層會出現(xiàn)不同程度的疵病。受此啟發(fā)，設計制作了檢測潔凈度和吸附雜質專用工具──電解除雜網(如圖2 所示)。電解除雜網的尺寸以槽體為基礎，一般距槽底、槽兩側及液面均100 mm，方形中空框架結構，主體框架由直徑6～8 mm鐵棒焊接成2個方形鐵框拼接而成(間距50 mm)，兩面分別用5 目和24 目的鐵網包裹。其具有較大的表面積，無電解盲區(qū)，對鍍液流動幾乎沒有阻力，可使幾乎所有鍍液都能得到有效的電解除雜。

圖2 用于鍍液潔凈度檢測及雜質吸附的工具Figure 2 Tool used for testing cleanness of plating bath and adsorbing impurities

當小而輕的顆粒雜質通過時，會在電沉積和過濾作用下粘附于細網的網面上；較大且重的金屬雜質就被吸附在粗網面和雙層網的夾層中(如圖3 所示)，避免雜質回落至鍍液。

圖3 雜質吸附情況Figure 3 Adsorption of impurities

當鍍液按一定方向流經每一個工位的電解除雜網時，都或多或少地會去除一些雜質，經過多個工位后，便有效降低了雜質含量。

2.3 鍍液潔凈度檢測操作規(guī)程及標準

2.3.1 操作規(guī)程

(1)按常規(guī)鍍鋅前處理工序將電解除雜網處理干凈，用銅質掛鉤掛入鍍鋅槽。

(2)打開循環(huán)裝置以0.5～1.5 A/dm2的陰極電流密度電解1～2 h。

(3)清洗干凈后評價潔凈度。

2.3.2 評價標準

電解除雜網包含尖端(4 個角)、邊緣(8 條邊)和低區(qū)(中間網面的夾層內表面)等狀態(tài)，根據(jù)不同部位鍍層沉積情況，可在鍍槽中直觀、快捷、準確地鑒別出無氰鍍鋅液性能的優(yōu)劣(即潔凈度)。潔凈度分為A、B、C、D 4 個等級。

A 級──鍍液良好。電解除雜網正反面均為結晶細致緊密、分布均勻、色澤一致的灰亮鋅層(如圖4 所示)。適合生產所有產品。

圖4 在潔凈度A 級的鍍液中電解后電解除雜網的表面狀態(tài)Figure 4 Surface state of electrolytic cleaning net after electrolysis in the bath of grade A

B 級──鍍液中有少量雜質，已經影響鍍層，但從零件外觀還無法觀察到該影響。電解除雜網正反面鍍層灰暗且無光澤；網面整體鍍層有輕微色差以及零星鋅渣；邊緣鍍層平整、有光澤；尖端略微發(fā)黑或粗糙(如圖5a 所示)。生產裝飾性非性能零件(指沒有應力、脆性等性能要求的裝飾性鍍鋅零件)時，可滿足外觀要求。

圖5 在不同潔凈度的鍍液中電解后電解除雜網的表面狀態(tài)Figure 5 Surface states of electrolytic cleaning net after electrolysis in the bath of different grades

C 級──鍍液中含雜質較多，某些面積較大的零件鍍鋅時會出現(xiàn)針孔、堆鋅等鍍層疵病。如圖5b 所示，此時電解除雜網兩面的鍍層呈暗灰色，不均勻；附著較多分布不均的鋅渣；邊緣鋅層發(fā)暗；尖端明顯發(fā)黑、粗糙，甚至燒焦。鍍液已不能滿足大中型零件的鍍鋅質量要求。

D 級──鍍液嚴重污染，鍍層已無法滿足鍍鋅質量要求。如圖5c 所示，電解除雜網上鍍層不均勻，低區(qū)發(fā)暗和發(fā)黑，網面布滿鋅渣，邊緣鋅層粗糙不均勻，尖端沉積著暗黑色疏松的結晶。這時鍍液的分散能力和覆蓋能力較差，會出現(xiàn)露鋼、陰陽面、針孔、起泡等多種疵病。

2.4 雜質的電解吸附處理方法

(1)開啟循環(huán)裝置，使鍍液作定向流動。

(2)將電解除雜網放在鹽酸中退去鍍層后用銅質掛鉤掛入鍍鋅槽。

(3)兩排陽極間的陰極為一個工位，按鍍槽設置的工位數(shù)掛入相應的電解除雜網，如圖6 所示。

圖6 電解除雜網的放置Figure 6 Placement of electrolytic cleaning net

(4)以0.1～0.3 A/dm2的陰極電流密度進行電解。根據(jù)潔凈度的等級采用不同的電解時間：B 級4～6 h；C 級 8～10 h；D 級 ≥12 h。

(5)潔凈度達到目標要求后，取出電解除雜網放在專用槽中用水浸泡；銅質掛鉤洗凈并干燥后保存；關閉循環(huán)系統(tǒng)及其他設備。

注意事項：

(1)一般C、D 級的鍍液電解吸附4 h 應清理電解除雜網1 次，主要用鹽酸溶解吸附的雜質(可使用廢棄的鹽酸)。雜質溶解完以后，須去除接觸銅和掛灰才能繼續(xù)使用。

(2)如果雜質含量多，為不影響生產可在生產結束后除雜以保證足夠的時間。

3 實施效果

不同潔凈度的鍍液電解吸附雜質后的效果如圖7?9 所示。

圖7 粗細網面在B 級鍍液吸附3～4 h 后的處理效果Figure 7 Treatment effectiveness of thick and thin wire side after 3～4 h adsorption in the bath of grade B

圖8 粗細網面在C 級鍍液吸附3～4 h 后的處理效果Figure 8 Treatment effectiveness of thick and thin wire side after 3～4 h adsorption in the bath of grade C

圖9 不同部位在D 級鍍液吸附3～4 h 后的處理效果Figure 9 Treatment effectiveness of different sections after 3～4 h adsorption in the bath of grade D

4 結語

采用電解除雜網測試潔凈度和去除雜質既簡單又有效，通過它可及時了解鍍液情況(以每日兩班生產的經驗，在交接班的時間內就可完成潔凈度測試)和去除雜質(一般情況下不讓潔凈度發(fā)展到C 級)?？刹扇∪缦伦龇ǎ好啃瞧诙⑺臏y評；到B 級時，生產結束后及時進行電解除雜。

電解除雜網投入使用后很少進行化學藥品除雜，只有在突發(fā)嚴重污染情況時才配合使用化學藥品。從2012年以來只進行過兩次停產化學除雜。平時日常維護只采用電解除雜網便可有效控制雜質，收到良好的成效。