1電鍍工業六價鉻替代工藝
鉻在水中以三價和六價形式存在,其中六價鉻的毒性很大,約是三價鉻的100倍,如果水中六價鉻的含量超過0·1mg/L的濃度,就會對人體產生毒性作用。美國環境保護局(EPA)已經明令規定于2010年以前禁止采用六價鉻電鍍工藝,北美和歐洲對于許多工件已經禁止采用六價鉻電鍍工藝的產品進入市場,美國在幾年前有近25萬噸三價鉻電鍍溶液長期穩定地用于生產。
1·1電鍍鋅三價鉻鈍化替代六價鉻鈍化工藝
電鍍鋅是電鍍工業領域最大的鍍種,鍍鋅后為了提高鍍層的抗腐蝕性能需要進行鈍化。長期以來,人們都是采用六價鉻為主要成分的鈍化溶液進行鈍化。六價鉻鈍化膜中六價鉻的含量非常高,達0·5mg/dm2。
我國自20世紀末一直在開展三價鉻鈍化替代六價鉻鈍化工藝研究。第一代三價鉻鈍化工藝通過提高活性成分的濃度,提高溫度,結合使用各種抑制劑,再通過硅酸鹽和聚合物的后處理,達到了汽車工業的需要;第二代三價鉻鈍化工藝通過添加金屬鹽和弱有機酸增加了鈍化膜的厚度,較大地提高了鈍化膜的耐腐蝕性能;第三代三價鉻鈍化工藝采用三價鉻氧化物和高性能表面活性抑制劑,例如二氧化硅、納米粒子等有機結合,三價鉻的沉積量達到0·3~3mg/dm2,二氧化硅的沉積量達到0·5~1mg/dm2,厚度可以達到400nm以上,由鉻的氧化物和膠體共同作用形成的三價鉻鈍化膜的耐蝕性能較好。目前,三價鉻鈍化工藝已經在國內得到了比較普遍的應用,處理過的產品有釹鐵硼永磁體和汽車配件等,符合歐盟的規定,大批量出口到歐洲、北美和日本等國家。
三價鉻鈍化工藝通過調整著色劑等方法,已經擁有彩色鈍化、藍白鈍化、金黃色鈍化、軍綠色鈍化、黑色鈍化等多種鈍化顏色,并廣泛應用于各種防護性、裝飾性鍍層。
1)彩色鈍化濃縮液(10倍濃縮)
每升可以處理2500~6000dm2,不含六價鉻和氧化劑,符合清潔生產和環境保護要求,通過SGS檢測,符合ROHS法規。其耐蝕性高于六價鉻鈍化,一般中性鹽霧試驗可達120h,客戶的試驗結果達到中性鹽霧160h,防銹性能強,耐熱性能高,二次加工后仍有良好的抗腐蝕性能。適用于酸性和堿性鍍鋅的滾鍍和掛鍍產品,使用周期長。
2)藍白鈍化濃縮液(20倍濃縮)
每升鈍化濃縮液可以處理4000~10000dm2,不含六價鉻,符合歐盟ROHS及清潔生產和環境保護要求。鈍化膜與六價鉻鈍化相比,同樣具有光亮均勻的外觀,而且防銹性能更好,對滾鍍和掛鍍都適用。適用于酸性鍍鋅和堿性鍍鋅,大件鈍化孔邊不變黃,鍍層厚度大于10μm,NSST試驗大于96h,如果經過封閉,抗腐蝕性能和耐高溫性能更好,二次加工后仍有優良的抗腐蝕性能。
1·2三價鉻電鍍替代六價鉻電鍍工藝
三價鉻鍍層有良好的光亮性和抗腐蝕性,可取代嚴重污染環境的六價鉻鍍層。三價鉻電鍍金屬離子濃度低,帶出損失少,廢水處理易,成本減少,比六價鉻鍍鉻分散能力好,覆蓋能力高,使用電流密度低,電流效率高,節約電能50%(三價鉻只需要六價鉻一半的電量就能還原相同的金屬鉻),鍍層為極具吸引力的淺白色,硬度1300HV,耐磨性高,可作為防護、裝飾性鍍層及功能性電鍍。
1·3錫鈷合金電鍍替代六價鉻電鍍
BG98型代鉻錫鈷合金電鍍工藝采用焦磷酸鉀作為絡合劑,在鎳鍍層基底上進行電鍍,可獲得仿鉻顏色鍍層。鍍層呈光亮仿鉻鍍層外觀,鍍層色澤均勻,鍍層耐磨性能和抗變色能力極佳,鍍液穩定,分散性能好,適用于滾鍍細小工件。
1·4鋁合金三價鉻轉化膜
作為鋁合金的一種主要防腐技術,鉻酸鹽鈍化工藝被廣泛應用半個多世紀,然而由于六價鉻的高危害性和致癌性,嚴重阻礙了該材料的使用。為評價各種技術替代六價鉻酸鹽的可能性,由美國國防部牽頭組織成立的污染物防治共同小組(JG-PP)對鋁合金的非六價鉻酸鹽轉化膜產品進行了大量對比試驗,結果表明,從工業應用角度看,采用低濃度三價鉻及其他成膜助劑,可完全替代六價鉻酸鹽工藝,達到甚至超過國外同類產品技術水平。主要特點是:與傳統六價鉻不同,三價鉻鈍化劑形成的轉化膜干燥后具有很硬的表面,在批量生產中不易引起工件劃傷,降低膜層損傷及粘連。試驗表明,對5000,6000系鋁合金,中性鹽霧試驗達400h以上,對富含銅的鋁合金2024可以輕易通過336h的鹽霧試驗。三價鉻鈍化劑形成的膜可以經受高溫而其性能變化不大,干燥后的膜可以經受200℃高溫除氫,三價鉻鈍化劑形成的轉化膜是涂料或材料粘結的良好底層。
1·5不銹鋼無六價鉻電解拋光工藝
常規的不銹鋼拋光溶液一般都有六價鉻成分,污染環境。無六價鉻電解拋光工藝,拋光效率高,數分鐘內可拋光至鏡面光亮,且拋光深度強,拋光后光澤保持長久不變;拋光液磷酸含量低、成本低,較一般使用的傳統拋光液低30%以上;拋光電流密度小,電壓低,電能消耗較傳統工藝低1倍左右,拋光液穩定,容易維護管理,適用于18-8類型奧氏體不銹鋼拋光,也適用鎳基合金拋光。
2鉻酸回收工藝
鉻離子污染源主要是鍍鉻的帶出損失,即工件和掛具從鍍槽中提出時,粘附在上面的鉻鍍液被水沖入廢水中,特別是在連續電鍍生產線中,不斷帶出的鉻鍍液使得被鍍到工件上的鉻離子不到15%,而85%以上的鉻離子被沖入了污水處理槽中,并且處理這些鉻離子的費用是鉻金屬價格的3倍。因此,減少鉻酸帶出并將帶出的鉻酸回收具有明顯的經濟效益。下面介紹幾種可實現鉻酸回收的方法。
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