李新利 *，毛志平

（1.河南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 洛陽 471023；2.平頂山煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，河南 平頂山 467000）

雙層鍍鉻工藝一般在底層施鍍硬度較低、微孔較少的乳白鉻以滿足工件的防腐要求，再在表面施鍍硬度較高、布滿微裂紋的硬鉻以滿足耐磨性要求。這種特殊性能使其在礦山、水利等一些應(yīng)用環(huán)境較為惡劣的機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用。雙層鍍鉻槽液具有成分較少，工藝步驟簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，這為自動(dòng)化生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線不僅能使工件通過機(jī)械裝置自動(dòng)完成鍍前處理、電鍍和鍍后處理等工序，而且具有生產(chǎn)效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、占地面積小、操作人員少、工藝便于維護(hù)和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]。此外，針對(duì)電鍍工藝特點(diǎn)，自動(dòng)生產(chǎn)線能配套相應(yīng)的資源回收和廢水處理設(shè)備，從而大幅度改善操作條件，滿足環(huán)保要求。本文主要針對(duì)雙層鉻電鍍工藝特點(diǎn)，著重講述電鍍自動(dòng)生產(chǎn)線的槽液和設(shè)備的日常維護(hù)，并對(duì)資源回用和廢水處理等問題進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1 雙層鉻自動(dòng)生產(chǎn)線槽液和設(shè)備的日常維護(hù)

1.1 雙層鉻電鍍工藝流程

鍍區(qū)拋磨─手工除油─電解除油─水洗─鍍?nèi)榘足t─反刻蝕─鍍硬鉻─水洗─拋光。

1.2 鍍液維護(hù)

生產(chǎn)線采用乳白鉻加硬鉻工藝，兩種槽液的主要組分都是硫酸和鉻酸酐，硬鉻槽液額外添加硬鉻專用添加劑以提高電流效率和改善鍍層質(zhì)量。

1.2.1 槽液組分的控制

綜合考慮鍍層質(zhì)量、電鍍效率、環(huán)保要求等因素，兩種鍍鉻槽液都采用中濃度鍍鉻溶液，六價(jià)鉻的含量控制在190～250 g/L。由于鍍鉻工藝采用不溶性陽極，因此，需要定期添加鉻酸酐以補(bǔ)充槽液中六價(jià)鉻的消耗。大型電鍍生產(chǎn)線槽體一般容量都在4 000 L 以上，六價(jià)鉻的維護(hù)周期以3～5 d 為宜。由于槽液溫度較高，鉻酸酐只要均勻撒入槽液內(nèi)，并略加攪拌即可。國(guó)內(nèi)外都有生產(chǎn)鉻酸酐的廠家，但價(jià)格相差較大。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)鉻酸酐的廠家以重慶和濟(jì)南居多；國(guó)外有哈薩克斯坦、德國(guó)等國(guó)家生產(chǎn)，在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下可以采用德國(guó)生產(chǎn)的鉻酸酐，其硫酸根含量較低，鉻酸酐呈顆粒狀，但其價(jià)格較國(guó)內(nèi)高30%～50%。

鍍硬鉻槽液一般要加入添加劑，以提高電流效率和改善鍍層質(zhì)量。添加劑的選擇主要參考電流效率、鍍層性能、使用成本等因素。添加劑應(yīng)嚴(yán)格按照使用說明伴隨鉻酸酐添加。市場(chǎng)上效果較好的硬鉻添加劑成分一般保密，所以建議每隔3～4 個(gè)月應(yīng)將槽液樣品送至添加劑生產(chǎn)廠家進(jìn)行化驗(yàn)，以便對(duì)添加劑的濃度進(jìn)行調(diào)整。此外，技術(shù)人員還要根據(jù)六價(jià)鉻、三價(jià)鉻、硫酸根等成分的含量，結(jié)合電鍍效率來判斷添加劑的多少，同時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

六價(jià)鉻和硫酸的最佳比例為100∶1[2]，乳白鉻槽液的硫酸根含量一般控制在2.0～2.5 g/L。由于硬鉻槽液中添加劑的作用，硬鉻槽液中硫酸根含量可控制在2.0～3.5 g/L。硫酸作為催化劑一般不用特意添加，但由于鉻酸酐含有少量的硫酸根雜質(zhì)，因此含量一般會(huì)緩慢升高。當(dāng)硫酸根含量過高時(shí)，電鍍效率會(huì)迅速降低，并且在鍍大型工件時(shí)會(huì)增加漏鍍的幾率。此時(shí)可根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果，按照1∶2 的質(zhì)量比添加碳酸鋇，以降低硫酸根的含量。處理時(shí)，應(yīng)劇烈攪拌槽液并小批量逐步添加。

三價(jià)鉻是鍍鉻槽液中的關(guān)鍵因素之一，其含量控制在2～4 g/L。在生產(chǎn)過程中，陽極面積比陰極面積大一倍左右，可維持三價(jià)鉻的含量。但批量生產(chǎn)過程中工件種類較多，就無法一直滿足比例要求。以日常生產(chǎn)所占比例最大的工件作為參照，采用略小于兩倍陰極面積來布局陽極，同時(shí)針對(duì)電鍍面積較小的工件，單獨(dú)設(shè)置鍍槽，布局小陽極。這樣結(jié)合化驗(yàn)調(diào)整，即可維持三價(jià)鉻的正常含量。

1.2.2 鍍槽雜質(zhì)的控制

鍍鉻槽液由于雜質(zhì)造成生產(chǎn)故障的幾率相對(duì)較低。這一方面是由于鍍鉻槽液對(duì)一般雜質(zhì)不太敏感，另一方面是由于雜質(zhì)積累到一定程度時(shí)才能顯現(xiàn)出問題。但是，去除鍍鉻槽液中的雜質(zhì)要比其他種類鍍液困難得多。因此，日常槽液的維護(hù)要以預(yù)防為主。

金屬雜質(zhì)以鐵為主，當(dāng)其含量大于10 g/L 時(shí)，鍍液顏色變深，呈棕褐色，鍍層上出現(xiàn)黃色斑點(diǎn)。資料上介紹可采用稀釋法或陽離子交換法進(jìn)行處理，但由于其缺點(diǎn)突出而無法適用于大型生產(chǎn)線[3]。這些年，一些廠家推出了高質(zhì)量的陶瓷隔膜電解處理設(shè)備，不僅成本低廉，而且使用方便。大型鍍鉻生產(chǎn)線一般都配備有輔助槽，所以使用此方法不管是日常維護(hù)槽液還是處理有問題的槽液都很方便。

為了避免配制和維護(hù)槽液過程中引入有害雜質(zhì)，在開缸和補(bǔ)充槽液時(shí)宜采用二次純水，生產(chǎn)線最好配套純水系統(tǒng)。自動(dòng)化生產(chǎn)線一般設(shè)置有多級(jí)逆流漂洗系統(tǒng)，可以采用漂洗水補(bǔ)充蒸發(fā)損失的槽液。

由于生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生鉻酸酐渣、鐵屑、鉻渣等殘留物，這些雜質(zhì)過多時(shí)會(huì)對(duì)鍍層的質(zhì)量產(chǎn)生較大影響；因此，每隔6～8 個(gè)月必須對(duì)槽底進(jìn)行清理。生產(chǎn)線應(yīng)預(yù)留一個(gè)空槽位，清洗時(shí)將槽液自上而下吸入或抽入空槽位中，采用耐酸堿污泥泵或人工清洗殘?jiān)?/p>

1.3 設(shè)備維護(hù)

雖然鍍鉻工藝簡(jiǎn)單，槽液組分單一，但由于反應(yīng)溫度較高，又涉及到重金屬污染，因此對(duì)生產(chǎn)線的日常維護(hù)要求較高。

鍍鉻槽體采用鈦板焊接，夾層采用鋼板焊接以保證鍍槽強(qiáng)度，外包玻璃鋼保溫層。三層結(jié)構(gòu)達(dá)到了耐高溫、耐腐蝕、保溫等多重要求。日常生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)槽體的檢查，發(fā)現(xiàn)滴漏時(shí)必須盡快處理，防止造成損失。

槽液保溫系統(tǒng)由加熱和冷卻系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。采用電加熱升溫，加熱棒主體為鈦合金，由熱電偶測(cè)溫。槽液內(nèi)置鈦合金蛇形管，以水作為媒介并采用冷卻塔降溫，由電磁驅(qū)動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)溫控。各鍍槽通過中央調(diào)配槽聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)槽液成分、溫度、液面等參數(shù)的統(tǒng)一。由于中央調(diào)配槽循環(huán)系統(tǒng)必須保持24 h 不間斷運(yùn)行，因此，要加強(qiáng)對(duì)電機(jī)和循環(huán)管路的日常檢查和維護(hù)，并備足備件。

由于電鍍鉻采用大電流和低電壓電鍍，因此涉及到絕緣的部位(如V 型座與槽體、鉛錫陽極與槽體、陽極座與槽體以及蛇形管與槽體等連接位置)要經(jīng)常檢查，以防止短路或接地而造成設(shè)備損壞。在生產(chǎn)過程中，陰極桿(俗稱“飛巴”)要隨工件前后移動(dòng)，其在與V 型座接觸過程中會(huì)由于接觸不良造成發(fā)熱，因此，應(yīng)配備V 型座浸水冷卻系統(tǒng)。需要說明的是，V 型座的導(dǎo)水管接頭、導(dǎo)水槽和部分管體等最好都采用鈦合金制作，這樣既能承受一定的高溫，又具有良好的耐蝕能力。生產(chǎn)線行車的長(zhǎng)期走動(dòng)、升降會(huì)造成銅排緊固螺栓的松動(dòng)，銅排接觸面減小往往造成打火發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀接觸面，甚至造成銅件(V 型座、銅排)的損毀。生產(chǎn)過程中要預(yù)防槽液對(duì)生產(chǎn)線的污染，特別是工件在槽間轉(zhuǎn)移過程中，滴落的槽液容易造成加熱系統(tǒng)、工裝掛具、陽極等設(shè)備的腐蝕損壞。

鍍鉻生產(chǎn)線配套的工裝掛具種類和數(shù)量都較多，應(yīng)設(shè)置專一區(qū)域并派專人進(jìn)行管理，定期對(duì)掛具進(jìn)行檢查和維護(hù)，建立相關(guān)臺(tái)帳。導(dǎo)電陽極采用高密度壓延鉛錫陽極，截面為圓柱形的陽極可以提高導(dǎo)電效率，減少正面高電流損耗與背面低電流腐蝕。對(duì)于較長(zhǎng)的陽極，內(nèi)部應(yīng)加入鋼條，提高抗彎性能。鉛錫陽極不用時(shí)應(yīng)撈起放置在常備的空槽中，或沖洗干凈后平放在鋪有防腐薄膜的地面，嚴(yán)禁長(zhǎng)時(shí)間浸泡在槽液中。電鍍過程中，應(yīng)隨時(shí)觀察陽極的外觀顏色，以判斷陽極的使用情況。如果外觀呈棕黑色，說明表面覆蓋過氧化鉛，工作正常；如果外觀呈黃色，說明表面生成鉻酸膜，這時(shí)應(yīng)將其去除后才能投入生產(chǎn)[4]。

鍍鉻生產(chǎn)線配套的整流器一般有可控硅和高頻開關(guān)兩種。相對(duì)于傳統(tǒng)的可控硅整流器，高頻開關(guān)整流器具有體積小、質(zhì)量輕、節(jié)能以及波形輸出穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。有資料顯示，采用脈沖電鍍鉻技術(shù)可以提高鉻鍍層的沉積速度，減少鍍層孔隙，增強(qiáng)鍍層耐蝕性[5]。筆者對(duì)兩種整流器生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行了性能測(cè)試(包括彎曲試驗(yàn)、表面附著力試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)等)，并未發(fā)現(xiàn)有太大的差別，耐中性鹽霧時(shí)間都達(dá)到了1 000 h，滿足使用要求。這可能是由于在雙層鉻工藝條件下，不同整流器所反映的鍍層性能差異不明顯所致。使用過程中，老式的可控硅整流器維護(hù)成本較低，故障發(fā)生率也較低；而高頻開關(guān)整流器占地面積小，操作直觀、方便。生產(chǎn)者可根據(jù)自己的需要選擇合適的整流器。需要注意的是，采用水路冷卻時(shí)，應(yīng)經(jīng)常檢查整流器冷卻水路的運(yùn)行情況，防止在生產(chǎn)過程中整流器由于高溫報(bào)警而無法達(dá)到設(shè)計(jì)的最大電流。由于整流器對(duì)循環(huán)冷卻水的要求較高，因此建議將生產(chǎn)線槽液冷卻系統(tǒng)和整流器冷卻系統(tǒng)分離，生產(chǎn)線槽液冷卻水采用自來水或處理后的酸堿、含鉻廢水(不經(jīng)過膜處理)，整流器則采用一次純水。

2 雙層鉻自動(dòng)生產(chǎn)線的資源回用和廢水處理

電鍍鉻工藝涉及重金屬，國(guó)內(nèi)對(duì)此類電鍍管控相對(duì)于其他行業(yè)更加嚴(yán)格，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)三廢排放越來越“苛刻”。廢水處理的費(fèi)用占電鍍成本很大一部分，在工藝和設(shè)備確定后，管理者應(yīng)將更多精力投入到資源回用和廢水處理方面。

2.1 資源回用系統(tǒng)

雙層鉻電鍍生產(chǎn)線包含有鉻霧收集回收系統(tǒng)和沖洗水回用系統(tǒng)。

針對(duì)乳白鉻和硬鉻兩種鍍槽，鉻霧回收系統(tǒng)設(shè)置兩套獨(dú)立單元式抽風(fēng)裝置，分別對(duì)兩種槽液進(jìn)行回用。槽邊采用雙側(cè)條縫式抽風(fēng)，抽風(fēng)罩上加裝有可翻轉(zhuǎn)的擋板，增強(qiáng)了抽風(fēng)罩的抽排能力，也可以減少?gòu)U氣的逸出。鉻霧回收系統(tǒng)配備的新型鉻霧回收器使用迷宮加墊料，大大地增加了鉻霧通透面積，回收效果好，大量的鉻酸溶液能得到有效回收，少量經(jīng)鉻酸凈化塔二級(jí)凈化后達(dá)標(biāo)排放。回收的槽液流到生產(chǎn)線配套的兩個(gè)中央調(diào)配槽，通過耐酸堿泵補(bǔ)充到生產(chǎn)線槽體中，通過槽體設(shè)置的溢流口將多余的槽液回流到調(diào)配槽中，從而保證槽液的水平線不變。由于鉻霧回收各類管件系統(tǒng)由PP(聚丙烯)、PVC(聚氯乙烯)、玻璃鋼等材料制作，長(zhǎng)時(shí)間在高溫、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)振動(dòng)等惡劣條件下使用會(huì)加速零件的老化和損壞，因此應(yīng)定期檢查各個(gè)關(guān)鍵部件(如管道焊縫、連接件和風(fēng)機(jī)周邊等)，尤其要防止回收系統(tǒng)中高濃度鉻酸的泄漏。

生產(chǎn)線尾部設(shè)置三級(jí)逆流漂洗系統(tǒng)，沖洗槽兩側(cè)設(shè)自動(dòng)噴淋裝置；噴淋采用PLC(可編程邏輯控制器)控制，在工件提升過程中自動(dòng)進(jìn)行噴淋，同時(shí)配備手動(dòng)噴淋裝置加以補(bǔ)充。三級(jí)沖洗槽呈階梯狀連通，隨沖洗進(jìn)行，濃度逐級(jí)遞減。采用補(bǔ)充泵將濃度最高的沖洗水補(bǔ)充到槽液中，日常沖淋量應(yīng)少于槽液的蒸發(fā)量，避免用水過多而造成廢水的增加。通過三級(jí)逆流漂洗系統(tǒng)，絕大部分沖洗水得到回用，少部分流入廢水管道中進(jìn)行處理。

通過鉻霧收集回收系統(tǒng)和沖洗水回用系統(tǒng)的配合，生產(chǎn)線產(chǎn)生的大部分鉻霧和沖洗水得到回用，減少了原材料的使用量和廢水處理的費(fèi)用。通過自動(dòng)和手動(dòng)噴淋沖洗水補(bǔ)充槽液日常蒸發(fā)量，通過中央調(diào)配槽循環(huán)槽液，使槽液達(dá)到動(dòng)態(tài)水平和濃度均衡。

2.2 廢水處理系統(tǒng)

鍍鉻生產(chǎn)線系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水主要由酸堿廢水和含鉻廢水構(gòu)成。

含鉻廢水由生產(chǎn)線后處理沖洗過程產(chǎn)生，廢水量不大，但此類廢水是第一類污染物，根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)要求，需要在車間單獨(dú)收集，單獨(dú)處理達(dá)標(biāo)。含鉻廢水主要以六價(jià)鉻的形態(tài)存在，其處理方法有化學(xué)還原法、離子交換法、電解法和活性炭吸附法等。車間采用化學(xué)還原法與離子交換法相結(jié)合，化學(xué)還原法采用傳統(tǒng)的焦磷酸鹽處理工藝，首先將廢液中的六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻，采用絮凝劑絮凝并通過斜塔沉淀。沉淀后的上清液經(jīng)石英砂、活性炭過濾有機(jī)物，并且通過樹脂吸附漏網(wǎng)的鉻離子，最終保證出水中的重金屬達(dá)標(biāo)，最后調(diào)整pH，達(dá)中性后進(jìn)行化驗(yàn)，化驗(yàn)合格的水既可以補(bǔ)充到生產(chǎn)線的冷卻水系統(tǒng)，也可以直接排放到廠區(qū)的污水處理廠。生成的氫氧化鉻污泥應(yīng)定期壓濾并晾干后由具有專業(yè)資質(zhì)的廠家處理?；瘜W(xué)反應(yīng)槽通過對(duì)pH 和ORP(氧化還原電位)的實(shí)時(shí)測(cè)定來實(shí)現(xiàn)各種藥品的自動(dòng)添加，管理人員需要定期向儲(chǔ)藥桶中加藥并對(duì)測(cè)試儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，保證廢水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。含鉻廢水的處理流程如下：

酸堿廢水主要包括前處理過程中手工除油和電解除油工序的沖洗水以及處理后的含鉻廢水，廢水量大，其處理流程如下：

酸堿廢水處理成本不高，主要在反應(yīng)槽中調(diào)整pH形成沉淀，然后通過石英砂和活性炭過濾，再通過樹脂吸附最終使水質(zhì)達(dá)標(biāo)。達(dá)標(biāo)后的水既可以補(bǔ)充到生產(chǎn)線冷卻塔系統(tǒng)中或直接排放到廠區(qū)的污水處理廠，也可以通過超濾、微濾和反滲透膜等處理系統(tǒng)后進(jìn)入到整流器冷卻塔系統(tǒng)中。采用膜回收廢水時(shí)，回用成本較高。管理者應(yīng)全面考慮當(dāng)?shù)毓I(yè)用水成本、廢水排放成本、冷卻系統(tǒng)用水量、膜處理設(shè)備維護(hù)成本等因素決定采用哪種方式補(bǔ)充整流器冷卻塔的用水。

3 結(jié)語

要保證雙層鉻自動(dòng)生產(chǎn)線的正常運(yùn)行，管理者和技術(shù)人員要根據(jù)自身的工作性質(zhì)掌握相關(guān)技能和方法，而且對(duì)生產(chǎn)運(yùn)作、環(huán)境保護(hù)、成本管理等也要有清醒的認(rèn)識(shí)，同時(shí)要對(duì)資源回用和廢水處理投入足夠的精力。在保證產(chǎn)量和質(zhì)量基礎(chǔ)上，只有運(yùn)用科學(xué)的分析和維護(hù)方法，降低原材料的投入成本，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化，減少?gòu)U水排放量，提高勞動(dòng)效率，控制好工藝紀(jì)律，才能最大限度地發(fā)揮自動(dòng)生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，保證其高效運(yùn)行。

[1]《電鍍手冊(cè)》編寫組.電鍍手冊(cè)(上冊(cè))[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1977:220-221.

[2]王希娟,王明安,李安彩,等.電鍍工藝配方設(shè)計(jì)、新技術(shù)應(yīng)用實(shí)例與質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范使用手冊(cè)[M/CD].合肥:安徽文化音像出版社,2004:735-737.

[3]張炳乾,何長(zhǎng)林.電鍍液故障處理[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2006:96-98.

[4]郭信鎬.硬鉻電鍍用添加劑及陽極[J].電鍍與涂飾,2002,21 (5):49-50.

[5]馮輝,袁萍萍,張琳,等.脈沖電鍍鉻的研究現(xiàn)狀與展望[J].電鍍與精飾,2010,32 (1):20-23.