電鍍行業清潔生產技術探討與實踐

肖 敏

深圳市寶安區環境科學研究所，廣東深圳 518101

0 引言

電鍍在我國是一個重污染行業，同時也是一個基礎性加工工業，通用性強，使用面廣，跨行業、跨部門，不僅廣泛應用于機械工業 ，而且在電子工業、國防工業、尖端技術等諸多領域都有極為廣泛的應用。我國已經是世界電鍍大國，全國電鍍企業超過10 000個，較正規的生產線超過5 000條，生產能力2.5億m2～3億m2電鍍面積，年產值約100億元。據統計我國電鍍工業每年排放約4億t重金屬廢水，5萬t含重金屬廢渣和3 000萬m3的酸霧，因而電鍍行業也是工業可持續發展關注的重點產業之一。

1 電鍍企業存在的問題

1）廠點多，規模小，裝備專業化，管理水平低

2）電鍍污染治理水平低

目前在治理技術上雖有新的進展，但處理裝備尚為系列化、標準化，制造成本較高，可靠性有待提高。許多企業的治理設施時開時停，能較正常運轉的只有1/3左右或更低，有效治理率低。

3）經營粗放、金屬原料利用率低，物料流失多，資源浪費嚴重

未被利用的電鍍原材料，作為廢物排放，這些有毒有害的重金屬，不僅污染環境，而且處理費用高。

4）電鍍單位面積的物耗、能耗和用水量高

目前我國電鍍工業單位面積的物耗、能耗和用水量都很高，與國外先進水平相差甚遠。根據已做清潔生產審核的企業統計，電鍍銅、鎳的利用率平均為70%左右，鍍裝飾品鉻只有10.3%，清洗水用量超過國外平均水平8倍～10倍。

2 電鍍行業實施清潔生產的必然

由于電鍍屬水資源和能源（電能）消耗大戶，生產過程中使用有毒、有害原輔料，并排放大量重金屬廢水、酸堿廢氣等有毒、有害污染物，根據國家發改委和國家環保部聯合發布的《清潔生產審核暫行辦法》和《電鍍行業清潔生產評價指標體系》（試行）要求，電鍍行業屬于強制性實施清潔生產審核的行業，從我國電鍍工業的現狀來看，開展清潔生產，合理利用資源，減少環境污染，降低生產成本，其潛力是巨大的。隨著中國朝著世界制造大國的發展 ，電鍍加工量還應該有大的增加。如此下去，顯然無法維持，必須迅速改變這種狀況，最有效的途徑只能是清潔生產，而實施清潔生產基礎是清潔生產技術的進步。

3 電鍍清潔生產技術探討與實踐

電鍍目的是為了改進金屬、非金屬制品與材料的表面性能，可分為防護性電鍍、裝飾性電鍍和功能性電鍍。電鍍工藝過程大致可以劃分為：鍍前處理——電鍍——鍍后處理三部分，包括電鍍、化學鍍、陽極氧化，磷化等一系列工藝過程。

電鍍基本工藝流程一般為：工件→（磨光→拋光）→上掛→脫脂除油→水洗→（電解拋光或化學拋光）→酸洗活化→預鍍→電鍍→水洗→（后處理）水洗→干燥→下掛→檢驗包裝。電鍍廢水主要來源于鍍件清洗、地面沖洗、吊掛具和極板沖洗等，電鍍廢液主要來源于廢槽液的更換。

目前實踐應用較廣的電鍍清潔生產技術有：原輔材料替代及無害化技術工藝，節能降耗技術，此兩項清潔生產技術研究工作的文獻眾多，限于篇幅本文就不逐一介紹。以下著重介紹減少電鍍液的帶出，節省用水技術，先進的污染控制和回用技術等。

3.1 減少帶出液技術

工件從鍍缸中提出，附著在工件表面而被洗水沖洗到廢水中，這種被工件帶出而流失的鍍液就稱為帶出液。洗水中所含的化學物質，主要來自帶出液，如果減少帶出量，就可以有效減輕廢水負荷。因此，減少鍍液的帶出量不僅可以減少添加補充劑的成本，還可以減少廢水處理的費用。以下重點介紹的減少帶出液技術，除特別聲明的外，均可用于掛鍍或滾鍍上。

圖1 適當的掛具設計

圖2 防測蓋板

圖3 缸面噴水

圖4 掛滴吊桿

圖5 盛滴載架

3.1.1 采用帶出液回收缸

電鍍廠普遍使用帶出液回收缸回收帶出液，它們是“靜止”的水缸，設在有流水式洗水缸之前。當愈來愈多的鍍件在帶出液回收缸清洗，它的濃度會不斷增加，直到足夠濃度，便可以回用到鍍缸中，作為帶出液及蒸發流失的補充。采用愈多的回收缸，清洗水的污染物濃度便愈小。一個可以減少約50%化學品的流失，因此一個回收缸可以回收50% 的帶出液，而兩個回收缸可以回收70%或更多的帶出液。

3.1.2 適當掛具設計

適當的工件與掛具設計及正確的工件排列方法除了可使工件有均勻的鍍層及良好的覆蓋外，亦可改善滴流，因而減少帶出液量。例如：杯狀工件的凹陷位，可從缸中帶走相當多的溶液。如果工件的排列位置使工件離開鍍缸時，凹陷的空穴不能藏水，帶出液將會大大減少。在一家電鍍廠試驗后發現，金屬盒的掛具經改進后，可以減少35%帶出液，而沒有影響鍍件的品質。圖1所示為改進前和改進后的掛具。

工件排列的指引如下：

1）把工件傾斜，避免空穴藏水；

2）在掛具上工件應盡量避免垂直排列在其他工件之上或之下，應將各工件交錯排列，防止帶出液從工件滴到下面的工件；使溶液聚集并以最快的途徑流走。

3.1.3 防濺蓋板

防濺蓋板是缸與缸之間附加的蓋板，當工件從一個缸轉移到另一個缸時，蓋板可回收從工件滴出的化學液。蓋板應安裝成一定的斜度，使帶出液回流到原本的缸內，圖2為設置防濺蓋板的一個例子。當工件之間有一定空隙時，若沒有防濺蓋板，化學液就會掉到地上變成廢物。因此，盡管它只是一種便宜的設施，確可以減少化學品流失，保持地面干凈。為避免污染鍍液，防濺蓋板的材料應能承受這些鍍液的腐蝕，并要注意帶出液是否回流到適當的鍍槽中。

3.1.4 缸面吹氣或噴水

在缸面上吹氣以改善滴流。當掛具從缸中提出，壓縮空氣吹向工件表面上。氣流促使帶出液流回缸中，加快滴流速度。此技術的缺點是工件容易被吹干，引起干斑。缸面噴水會使工件冷卻，避免出現干斑，但同時填補因帶出液被蒸發的流失量，因此可能減少使用回收補充鍍液的機會。可解決辦法是利用回收缸所收集的洗水，作缸面噴水的來源。 如在一個手動操作的滾鍍線上使用噴槍的例子，在帶出液回收缸上，以噴槍在滾筒內噴洗，把藏著的帶出液有效沖出，減少帶出液。圖3為一缸面噴水例子。

3.1.5 掛滴吊桿/盛滴載架

掛滴吊桿是一種簡單的工具，使掛具可以短暫地掛在鍍缸上，讓足夠滴流時間減少帶出液量。下圖4所示是掛滴吊桿在鍍缸上的運作情況。掛滴吊桿不僅確保充足的滴流時間，亦避免員工疲乏。使用掛滴吊桿，員工可以同時處理多個鍍缸或多件掛具。此方法適合與人工操作的掛具生產，和容易藏水的工作。

由于較重的工件較難掛起，這時可使用盛滴載架，它的作用與掛滴吊桿相似，盛滴載架是一項特別的設計，能將帶出液收集回流到鍍缸里，工件在鍍缸中提取出來后，先放在盛滴載架上，讓帶出液流出，完成滴流過程。下圖5所示的是盛滴載架在鍍缸上的運作情況。

3.1.6 足夠的滴流時間

足夠的滴流時間是減少帶出液最簡單的方法，工件從杠桿中提出，停留在缸上的時間愈長，帶出液的流失量就越少。在自動的電鍍生產線上，可以在不影響生產量的前提下調校掛具的移動時間，是滴流時間延長。若工序是以人工操作時，員工應慢慢從缸中提取工件，并在缸上搖擺掛具，使大部分的帶出液滴回缸中。因為滾筒較易藏水，所以滾筒的帶出液往往比掛鍍多。為了減少帶出液流失，應當在鍍缸上轉滾筒以增加滴流，對U形工件來說此舉尤為重要。

3.2 節省用水技術

在電鍍過程中，清洗的目的是要把粘在工件表面上殘余的帶出液洗去，洗水占廢水的大部分。節省用水不僅能減少水費及排污費，而且能降低廢水處理的費用，及增加循環再用的可行性。多段逆流清洗是最普遍而有效的節省用水方法。然而，部分電鍍廠在停工的時段仍任由洗水不斷流掉。另外水喉的開關閘往往由工人任意開啟，而沒有考慮實際的需要，導致過量用水，產生大量廢水。因此 ，適當調節洗水缸的水流速度，是節省用水的關鍵。

如果水流的速度適當減少，洗水可能達到適當濃度，足以作為電鍍缸蒸發及帶出液的補充，這樣就可以增加回用的機會，減少廢水。按照實際所需而控制水流速度及進水量的方法有很多，根據實地測試結果表明，一些簡單的措施便可以減少用水達50%。

3.2.1 電導率控制洗水

電導率控制的操作原理：清水比受化學液污染的水的電導率低。電導率控制洗水技術基本上需要一個控制器、探測洗水電導率變化的感應器、控制入水的電磁閥，及使洗水在洗水缸內均勻流動空氣攪拌器，利用空氣攪拌，可改進洗水技術的效果。一般情況下，電磁閥處于關閉狀態下，暫停供水。當電導率的感應器探測到洗水中的導電比指定值高，控制器把電磁閥開啟讓清水進入。當電導率下降到指定值，電磁閥亦自動關閉。此技術最適合用于間歇工作及工作量不穩定的工廠。

圖7 為此技術運作的圖解

案例1：某廠制造眼鏡框，并附設掛鍍生產線，以手動形式進行產品加工。

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3.2.2 時控流量系統

時控流量系統是一個簡單的裝置，包括一個時間控制器及一個電磁閥。當系統接到指示時，會開啟電磁閥放入清水；當制定時間過后，電磁閥會自動關閉終止入水。圖8是此技術運作的圖解。

時間控制系統可加裝在現有的洗水系統中，避免在沒有工件的間斷時間浪費不必要的用水。該系統最適宜間歇工作的生產情況。在手動操作的工序上，時間控制器除可以由員工按動設在缸旁的開關閘，或以腳踏啟動，亦可以紅外線感應器啟動。

圖8 失控流量系統

3.2.3 噴洗技術

噴洗是用清水噴洗工件，沖去附著在工件表面的化學液。由于噴洗用水量一般比其它傳統的浸洗技術少，因此可節省不少用水。從一些電鍍廠的經驗所得，噴洗減少用水量高達90%。噴洗最適宜用于平面的工件，讓洗水可以直接噴到整個工件的表面上；對于有凹位及隱蔽部位的工件就不太合適。細小的工件容易被噴水的沖力從掛具上沖脫，所以也不適用。

工件首先在浸洗缸清洗，然后用清水噴洗。為了減低用水量，從噴洗缸內收集到的洗水，可用水泵逆流的泵回浸洗缸，作為清洗水源。噴水的噴淋可以由員工按閘或以腳踏啟動，亦可透過紅外線感應器啟動。廠家可同時利用時間控制器，控制噴水的時間，及自動停止噴水。

圖9 為該技術的操作原理

案例2：某廠從事表殼及配件的金屬電鍍，采用掛鍍形式及手動操作。

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3.3 生產線鍍種循環

生產線鍍種循環可分二種形式，即自然閉路循環和強制閉路循環。自然閉路循環是在生產線中設計配備一定數量的漂洗槽進行逆流漂洗或間歇逆流漂洗，定期翻槽，盡量壓縮清洗用水量，使漂洗水返回鍍槽的量等于鍍槽的蒸發量和鍍件帶出量（即把漂洗水作為鍍液的補充液而不排放），達到生產線水量平衡和物質平衡。但是，這種自然循環要考慮循環中雜質的積累對鍍層質量的影響，循環一定周期后必須對鍍液進行凈化與更新。如果清洗水量不能平衡，必須把多余的水量和積累的雜質采用強制處理措施，使之循環回用，這種循環稱為“強制閉路循環”。

強制閉路循環與槽邊閉路循環不同，它是實現整條自動線或生產線上的循環系統，新趨勢下的電鍍閉路循環系統有如下幾種形式。

1）逆流清洗－陽離子交換系統

見圖12。

圖12

圖13

2）逆流清洗－陽離子交換系統－蒸發濃縮系統

適用于水量較大的場合，能有效回收水和鍍液，經濟簡單，但要消耗能量。

3）逆流清洗－反滲透系統

在逆流清洗的基礎上，應用反滲透裝置過濾第一級清洗水，用高壓泵打入反滲透器，處理后的濃縮液回用于鍍槽，處理水返回末級清洗槽循環使用，見圖13。

4）槽邊循環化學清洗法（Lancy法）

在電鍍生產線的加工槽后面設置一臺化學清洗槽和一臺清洗水槽，鍍件帶出液的化學物質在化學清洗槽中反應，進入清水槽時鍍件表面基本無污染。

3.4 采用集成膜技術處理綜合廢水，實現廢水回用

近十年來納濾（NF）、反滲透（RO）等膜分離技術快速發展，膜分離技術的應用為電鍍廢水的回收利用創造了良好的條件。對電鍍綜合廢水經過簡單物化處理后采用膜分離技術可回用大部分水，回收率可達60%以上，減少污水排放總量。

以集成膜技術處理電鍍廢水就是以篩分為機理按電鍍廢水的特性分級分段或多級多段處理。集成膜過程是進幾年來在膜分離技術的發展中的又一項新技術，即：將幾種膜分離過程聯合起來，或將膜分離與其它分離方法結合起來，將它們各自用在最適合的條件下，發揮其最大的效率，實現電鍍廢水零排放的可能。隨著集成膜分離技術的不斷發展和完善，膜分離技術在電鍍領域中將發揮更大的作用。

集成膜系統構成如下圖所示：

4 結論

電鍍行業實施清潔生產，符合國內外電鍍發展趨勢，適應于我國電鍍企業的實際情況，電鍍企業采用合適的清潔生產技術，能有效地減少污染物的排放量，降低廢水處理投資和運行費用，從而降低生產成本，實現電鍍行業的可持續發展要求。

[1]電鍍清潔生產工藝[M].北京：化學工業出版社，2005.

[2]電鍍工藝手冊[M].北京：機械工業出版社，1997.

[3]深圳市重點行業清潔生產技術指引和工程設計指引，2008.

[4]電鍍清潔生產技術與管理[M].北京：中國環境科學出版社，1996.

[5]王月娟，候愛東.電鍍行業清潔生產技術應用[J].江蘇環境科技，2005，9.

[6]李雪飛.電鍍清潔生產技術途徑的探討[J].化工時刊，2004，7.