李新利 *，毛志平

（1.河南科技大學材料科學與工程學院，河南 洛陽 471023；2.平頂山煤礦機械有限責任公司，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、水利等一些應用環(huán)境較為惡劣的機械中得到廣泛應用。雙層鍍鉻槽液具有成分較少，工藝步驟簡單等特點，這為自動化生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。電鍍自動生產(chǎn)線不僅能使工件通過機械裝置自動完成鍍前處理、電鍍和鍍后處理等工序，而且具有生產(chǎn)效率高、勞動強度低、占地面積小、操作人員少、工藝便于維護和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等諸多優(yōu)點[1]。此外，針對電鍍工藝特點，自動生產(chǎn)線能配套相應的資源回收和廢水處理設備，從而大幅度改善操作條件，滿足環(huán)保要求。本文主要針對雙層鉻電鍍工藝特點，著重講述電鍍自動生產(chǎn)線的槽液和設備的日常維護，并對資源回用和廢水處理等問題進行簡要介紹。

1 雙層鉻自動生產(chǎn)線槽液和設備的日常維護

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

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充槽液中六價鉻的消耗。大型電鍍生產(chǎn)線槽體一般容量都在4 000 L 以上，六價鉻的維護周期以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。國內(nèi)外都有生產(chǎn)鉻酸酐的廠家，但價格相差較大。國內(nèi)生產(chǎn)鉻酸酐的廠家以重慶和濟南居多；國外有哈薩克斯坦、德國等國家生產(chǎn)，在經(jīng)濟條件允許的情況下可以采用德國生產(chǎn)的鉻酸酐，其硫酸根含量較低，鉻酸酐呈顆粒狀，但其價格較國內(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。添加劑應嚴格按照使用說明伴隨鉻酸酐添加。市場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 個月應將槽液樣品送至添加劑生產(chǎn)廠家進行化驗，以便對添加劑的濃度進行調(diào)整。此外，技術人員還要根據(jù)六價鉻、三價鉻、硫酸根等成分的含量，結合電鍍效率來判斷添加劑的多少，同時進行適當?shù)恼{(diào)整。

六價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)，因此含量一般會緩慢升高。當硫酸根含量過高時，電鍍效率會迅速降低，并且在鍍大型工件時會增加漏鍍的幾率。此時可根據(jù)化驗結果，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，應劇烈攪拌槽液并小批量逐步添加。

三價鉻是鍍鉻槽液中的關鍵因素之一，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，同時針對電鍍面積較小的工件，單獨設置鍍槽，布局小陽極。這樣結合化驗調(diào)整，即可維持三價鉻的正常含量。

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)故障的幾率相對較低。這一方面是由于鍍鉻槽液對一般雜質(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，日常槽液的維護要以預防為主。

金屬雜質(zhì)以鐵為主，當其含量大于10 g/L 時，鍍液顏色變深，呈棕褐色，鍍層上出現(xiàn)黃色斑點。資料上介紹可采用稀釋法或陽離子交換法進行處理，但由于其缺點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槽液過程中引入有害雜質(zhì)，在開缸和補充槽液時宜采用二次純水，生產(chǎn)線最好配套純水系統(tǒng)。自動化生產(chǎn)線一般設置有多級逆流漂洗系統(tǒng)，可以采用漂洗水補充蒸發(fā)損失的槽液。

由于生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生鉻酸酐渣、鐵屑、鉻渣等殘留物，這些雜質(zhì)過多時會對鍍層的質(zhì)量產(chǎn)生較大影響；因此，每隔6～8 個月必須對槽底進行清理。生產(chǎn)線應預留一個空槽位，清洗時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渣。

1.3 設備維護

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

鍍鉻槽體采用鈦板焊接，夾層采用鋼板焊接以保證鍍槽強度，外包玻璃鋼保溫層。三層結構達到了耐高溫、耐腐蝕、保溫等多重要求。日常生產(chǎn)過程中應加強對槽體的檢查，發(fā)現(xiàn)滴漏時必須盡快處理，防止造成損失。

槽液保溫系統(tǒng)由加熱和冷卻系統(tǒng)兩部分構成。采用電加熱升溫，加熱棒主體為鈦合金，由熱電偶測溫。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，由電磁驅動開關實現(xiàn)溫控。各鍍槽通過中央調(diào)配槽聯(lián)通，實現(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 不間斷運行，因此，要加強對電機和循環(huán)管路的日常檢查和維護，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，其在與V 型座接觸過程中會由于接觸不良造成發(fā)熱，因此，應配備V 型座浸水冷卻系統(tǒng)。需要說明的是，V 型座的導水管接頭、導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)線行車的長期走動、升降會造成銅排緊固螺栓的松動，銅排接觸面減小往往造成打火發(fā)熱，嚴重時會燒毀接觸面，甚至造成銅件(V 型座、銅排)的損毀。生產(chǎn)過程中要預防槽液對生產(chǎn)線的污染，特別是工件在槽間轉移過程中，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，應設置專一區(qū)域并派專人進行管理，定期對掛具進行檢查和維護，建立相關臺帳。導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電效率，減少正面高電流損耗與背面低電流腐蝕。對于較長的陽極，內(nèi)部應加入鋼條，提高抗彎性能。鉛錫陽極不用時應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，嚴禁長時間浸泡在槽液中。電鍍過程中，應隨時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，這時應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兩種。相對于傳統(tǒng)的可控硅整流器，高頻開關整流器具有體積小、質(zhì)量輕、節(jié)能以及波形輸出穩(wěn)定等優(yōu)點。有資料顯示，采用脈沖電鍍鉻技術可以提高鉻鍍層的沉積速度，減少鍍層孔隙，增強鍍層耐蝕性[5]。筆者對兩種整流器生產(chǎn)的產(chǎn)品進行了性能測試(包括彎曲試驗、表面附著力試驗、鹽霧試驗等)，并未發(fā)現(xiàn)有太大的差別，耐中性鹽霧時間都達到了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成本較低，故障發(fā)生率也較低；而高頻開關整流器占地面積小，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，應經(jīng)常檢查整流器冷卻水路的運行情況，防止在生產(chǎn)過程中整流器由于高溫報警而無法達到設計的最大電流。由于整流器對循環(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，國內(nèi)對此類電鍍管控相對于其他行業(yè)更加嚴格，國家標準對三廢排放越來越“苛刻”。廢水處理的費用占電鍍成本很大一部分，在工藝和設備確定后，管理者應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)。

針對乳白鉻和硬鉻兩種鍍槽，鉻霧回收系統(tǒng)設置兩套獨立單元式抽風裝置，分別對兩種槽液進行回用。槽邊采用雙側條縫式抽風，抽風罩上加裝有可翻轉的擋板，增強了抽風罩的抽排能力，也可以減少廢氣的逸出。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)鉻酸凈化塔二級凈化后達標排放?；厥盏牟垡毫鞯缴a(chǎn)線配套的兩個中央調(diào)配槽，通過耐酸堿泵補充到生產(chǎn)線槽體中，通過槽體設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，長時間在高溫、強腐蝕、強振動等惡劣條件下使用會加速零件的老化和損壞，因此應定期檢查各個關鍵部件(如管道焊縫、連接件和風機周邊等)，尤其要防止回收系統(tǒng)中高濃度鉻酸的泄漏。

生產(chǎn)線尾部設置三級逆流漂洗系統(tǒng)，沖洗槽兩側設自動噴淋裝置；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進行噴淋，同時配備手動噴淋裝置加以補充。三級沖洗槽呈階梯狀連通，隨沖洗進行，濃度逐級遞減。采用補充泵將濃度最高的沖洗水補充到槽液中，日常沖淋量應少于槽液的蒸發(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用。通過自動和手動噴淋沖洗水補充槽液日常蒸發(fā)量，通過中央調(diào)配槽循環(huán)槽液，使槽液達到動態(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)排放標準要求，需要在車間單獨收集，單獨處理達標。含鉻廢水主要以六價鉻的形態(tài)存在，其處理方法有化學還原法、離子交換法、電解法和活性炭吸附法等。車間采用化學還原法與離子交換法相結合，化學還原法采用傳統(tǒng)的焦磷酸鹽處理工藝，首先將廢液中的六價鉻還原為三價鉻，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標，最后調(diào)整pH，達中性后進行化驗，化驗合格的水既可以補充到生產(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定期壓濾并晾干后由具有專業(yè)資質(zhì)的廠家處理?；瘜W反應槽通過對pH 和ORP(氧化還原電位)的實時測定來實現(xiàn)各種藥品的自動添加，管理人員需要定期向儲藥桶中加藥并對測試儀器進行校準，保證廢水處理系統(tǒng)的正常運行。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)達標。達標后的水既可以補充到生產(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)后進入到整流器冷卻塔系統(tǒng)中。采用膜回收廢水時，回用成本較高。管理者應全面考慮當?shù)毓I(yè)用水成本、廢水排放成本、冷卻系統(tǒng)用水量、膜處理設備維護成本等因素決定采用哪種方式補充整流器冷卻塔的用水。

3 結語

要保證雙層鉻自動生產(chǎn)線的正常運行，管理者和技術人員要根據(jù)自身的工作性質(zhì)掌握相關技能和方法，而且對生產(chǎn)運作、環(huán)境保護、成本管理等也要有清醒的認識，同時要對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)量基礎上，只有運用科學的分析和維護方法，降低原材料的投入成本，對生產(chǎn)過程進行優(yōu)化，減少廢水排放量，提高勞動效率，控制好工藝紀律，才能最大限度地發(fā)揮自動生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)點，保證其高效運行。

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

[2]王希娟,王明安,李安彩,等.電鍍工藝配方設計、新技術應用實例與質(zhì)量檢測標準規(guī)范使用手冊[M/CD].合肥:安徽文化音像出版社,2004:735-737.

[3]張炳乾,何長林.電鍍液故障處理[M].北京:國防工業(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.