＊黃文俊

（廣東省清潔生產(chǎn)協(xié)會(huì) 廣東 510030）

鋼鐵材料在人們生活中隨處可見(jiàn)，其廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)當(dāng)中，但由于鋼鐵材料使用過(guò)程長(zhǎng)期暴露在空氣、土壤、海水等環(huán)境之中，容易發(fā)生不同程度的腐蝕和損耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年全球由于腐蝕造成損失的鋼鐵材料占總產(chǎn)量的20%[1]。熱浸鍍鋅是將工件浸入熔融的鋅液中從而獲得金屬保護(hù)層的一種方法，能有效提高鋼鐵材料的耐腐蝕性，減少損耗。熱浸鍍鋅產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電力、汽車、化工、建筑等行業(yè)當(dāng)中，同時(shí)當(dāng)前社會(huì)對(duì)清潔能源的開(kāi)發(fā)利用逐步重視，新能源產(chǎn)業(yè)日漸壯大，熱浸鍍鋅產(chǎn)品在風(fēng)電、光伏等領(lǐng)域亦存在廣闊的發(fā)展前景。但是熱浸鍍鋅行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中需要消耗大量的資源及能源，排放大量有毒有害環(huán)境污染物，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保及能源的管理要求日益提高，這意味著熱浸鍍鋅行業(yè)必須朝著綠色低碳方向轉(zhuǎn)型發(fā)展，因此開(kāi)發(fā)熱浸鍍鋅新技術(shù)裝備、引進(jìn)清潔生產(chǎn)技術(shù)，這將是熱浸鍍鋅行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

清潔生產(chǎn)是促進(jìn)資源利用與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的一種生產(chǎn)模式，與末端治理不同，清潔生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)的是全過(guò)程管控，包括從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、清潔能源及原料替代、工藝技術(shù)改進(jìn)、設(shè)備升級(jí)改造等多個(gè)方面，綜合考慮如何減輕企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的污染物對(duì)環(huán)境的影響，提升資源利用效率。另外在追求減少污染的同時(shí)，清潔生產(chǎn)亦兼顧企業(yè)的生存發(fā)展，通過(guò)各種改善措施，強(qiáng)化企業(yè)的技術(shù)水平及裝備力量，提高人員的素質(zhì)及企業(yè)管理水平，為企業(yè)帶來(lái)巨大的環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

1.熱浸鍍鋅工藝流程

熱浸鍍鋅工藝按照產(chǎn)品類別不同可分為連續(xù)熱浸鍍鋅和批量熱浸鍍鋅兩大類[1]。鋼絲及帶鋼等材料主要使用連續(xù)熱浸鍍鋅，而鋼結(jié)構(gòu)件主要使用批量熱浸鍍鋅，批量熱浸鍍鋅產(chǎn)品主要是電力線路鐵塔、路燈桿及道路護(hù)欄等。兩者適用范圍不同，生產(chǎn)工藝流程亦有所差異，本文主要針對(duì)批量熱浸鍍鋅工藝進(jìn)行討論。

批量熱浸鍍鋅工藝典型的生產(chǎn)工藝流程為“掛件→脫脂→酸洗→浸助鍍劑→熱浸鍍鋅→冷卻→鈍化→質(zhì)檢”。在整個(gè)生產(chǎn)工藝流程中，企業(yè)需要消耗大量鹽酸、鋅錠、助鍍劑、鈍化劑等化學(xué)物質(zhì)，另外生產(chǎn)過(guò)程中還要用到大量的能源，單位產(chǎn)品的酸耗、鋅耗及能耗等，一直是衡量熱浸鍍鋅企業(yè)工藝技術(shù)水平的重要指標(biāo)，同時(shí)在生產(chǎn)過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生大量有毒有害的廢物。如何降低能源及資源的消耗，減少污染物產(chǎn)生及排放量，是熱浸鍍鋅行業(yè)生存發(fā)展一直面臨的問(wèn)題。

2.清潔生產(chǎn)技術(shù)在批量熱浸鍍鋅行業(yè)應(yīng)用

清潔生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)的是全過(guò)程管控，滲透企業(yè)生產(chǎn)及管理各個(gè)方面，本文針對(duì)批量熱浸鍍鋅企業(yè)存在的主要問(wèn)題，從原輔材料和能源、技術(shù)工藝、設(shè)備、廢棄物等多方面探討清潔生產(chǎn)技術(shù)在批量熱浸鍍鋅行業(yè)應(yīng)用。

(1)原輔材料和能源

①環(huán)保除銹劑替代鹽酸。目前對(duì)鋼鐵工件除銹方法主要是以酸洗為主，通過(guò)鹽酸與工件表面鐵銹發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以達(dá)到除銹目的，因此在酸洗過(guò)程中需要消耗大量鹽酸，產(chǎn)生大量的酸霧。目前已經(jīng)有大量學(xué)者研究使用環(huán)保除銹劑替代鹽酸除銹[2-6]。其普遍是以有機(jī)酸為主要成分，再添加表面活性劑、緩蝕劑等助劑相混合而成。其反應(yīng)相對(duì)溫和，能有效減少酸霧的產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境更加友好，同時(shí)還可以避免強(qiáng)酸除銹過(guò)程對(duì)鋼鐵材料造成的氫脆現(xiàn)象，可改善產(chǎn)品的性能。

②無(wú)鉻鈍化劑。鋼鐵工件在熱浸鍍鋅處理之后，為提升其耐腐蝕性一般會(huì)使用鉻酸鹽溶液對(duì)鍍層鈍化。鉻酸鹽主要是重鉻酸鉀，鉻存在形式為六價(jià)鉻，是水污染中的“五毒”之一，毒性極高。目前鈍化劑替代方向包括無(wú)鉻鈍化及三價(jià)鉻鈍化劑，其中三價(jià)鉻雖毒性遠(yuǎn)低于六價(jià)鉻，但仍是有一定的毒性，并且三價(jià)鉻能夠與六價(jià)鉻相互轉(zhuǎn)化，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。無(wú)鉻鈍化相對(duì)環(huán)境更友好，目前市面上已有部分廠家推出無(wú)鉻鈍化劑。武漢某新材料公司，開(kāi)發(fā)出一種有高耐蝕性能的無(wú)鉻鈍化劑[7]。其主要成分包括有機(jī)磷酸、酸性鋁改性硅溶膠、復(fù)合硅烷水解物、鉬酸銨等，能從源頭上避免鉻的使用，減輕污水站處理壓力，同時(shí)能提高批量熱浸鍍鋅工件耐蝕性能及耐候性能。

(2)技術(shù)工藝

①熱浸鍍鋅添加合金技術(shù)。鋼鐵材料在連鑄過(guò)程中為防止氣孔的產(chǎn)生，需添加脫氧劑，通常脫氧劑選用的元素包括Al和Si。早在1940年Sandelin（圣德林）就發(fā)現(xiàn)含硅鋼鐵材料熱浸鍍鋅時(shí)會(huì)出現(xiàn)鍍層快速生長(zhǎng)，從而產(chǎn)生鍍層灰暗脆而疏松，影響產(chǎn)品品質(zhì)[8]。該現(xiàn)象稱之為圣德林效應(yīng)。通過(guò)在鋅浴中添加合金，能有效抑制圣德林效應(yīng)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，目前已經(jīng)得到有效的應(yīng)用。大連市熱浸鍍鋅企業(yè)，添加鋁鋅合金，令鋅浴中Al含量達(dá)0.001%～0.005%，可提高產(chǎn)品光亮度，減少鋅灰的產(chǎn)生并降低鋅耗；添加鎳鋅合金，令鋅浴Ni含量達(dá)0.1%左右，能有效抑制圣德林效應(yīng)，改善產(chǎn)品外觀質(zhì)量，減少鋅耗；添加含鉍合金，可增加鋅液流動(dòng)性，改善產(chǎn)品外觀質(zhì)量，減少鋅耗[9]。

②助鍍劑除鐵再生技術(shù)。鍍件在酸洗后往往殘留大量鹽酸及氯化物，帶入助鍍池后長(zhǎng)久以來(lái)就會(huì)導(dǎo)致助鍍池pH降低，鐵鹽濃度增大，影響助鍍劑的質(zhì)量，同時(shí)鐵鹽進(jìn)入鋅浴后更會(huì)以1:25份的形式與鋅結(jié)合，增大了鋅耗及鋅渣的產(chǎn)生。因此助鍍池鐵離子濃度及pH值是熱浸鍍鋅工藝中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，應(yīng)用助鍍劑除鐵再生技術(shù)，可有效控制助鍍池鐵離子濃度及pH值，并減少助鍍劑的消耗。目前助鍍劑除鐵技術(shù)主要工藝流程為“pH調(diào)節(jié)-氧化除鐵-過(guò)濾”，其中氧化除鐵又包括壓縮空氣氧化、臭氧氧化、化學(xué)氧化等[10]。其主要目的均為將Fe2+氧化為Fe3+，F(xiàn)e3+進(jìn)一步水解形成Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)3不溶于水通過(guò)過(guò)濾后便可達(dá)到除鐵的效果。廣州某鋼結(jié)構(gòu)件熱浸鍍鋅廠通過(guò)采用助鍍劑除鐵再生技術(shù)，成功將鐵離子質(zhì)量濃度從5.0g/L左右減少至1.0g/L以下，實(shí)現(xiàn)助鍍劑循環(huán)使用，僅需定期補(bǔ)充氯化鋅和氯化銨即可，并且有效鋅渣的產(chǎn)生量，從而降低鋅耗，具有巨大的環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益。

③無(wú)煙助鍍技術(shù)。熱浸鍍鋅企業(yè)助鍍劑常規(guī)成分為NH4Cl、ZnCl2，在生產(chǎn)的過(guò)程中NH4Cl容易受熱分解成NH3及HCl，HCl氣體又容易與鍍件表面發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生含ZnO、FeCl2、ZnCl2、NH4Cl等鹽類及金屬氧化物煙塵，這就是鋅煙廢氣主要來(lái)源。目前部分企業(yè)對(duì)鋅煙廢氣治理不夠重視，廢氣未加以收集治理，部分廢氣無(wú)組織排放，對(duì)環(huán)境及人體健康存在一定危害，若使用無(wú)煙助鍍劑替代常規(guī)助鍍劑，即可從源頭減少?gòu)U氣排放。目前已有相關(guān)學(xué)者開(kāi)發(fā)出ZnCl2/KCl（NaCl）系、氯鹽與表面活性劑混合系、Cu/Sn系、植酸鹽系等無(wú)銨助鍍劑[11]。因這類助鍍劑不含銨，能有效減少鋅煙的產(chǎn)生，從源頭減少污染物的排放，具有明顯的環(huán)境效益。

(3)設(shè)備

①鍍鋅爐節(jié)能減碳改造。鍍鋅爐作為熱浸鍍鋅企業(yè)重點(diǎn)節(jié)能設(shè)備，具有一定的節(jié)能減碳潛力。有學(xué)者對(duì)鋅鍋進(jìn)行熱平衡測(cè)算得出，鋅鍋上表面及四周散熱損耗約占總熱量的39%，煙氣帶走的熱量約占總熱量的23.6%[12]。針對(duì)鋅鍋散熱損耗難以做到完全避免，但可以通過(guò)提高設(shè)備保溫減少損耗，例如使用保溫隔熱材料、控制好鋅浴溫度、加裝鍋蓋在無(wú)須進(jìn)行浸鍍鋅時(shí)蓋上鍋蓋等方式減少熱量散失。對(duì)于煙氣帶走熱量其可利用空間較大，可將煙氣熱量回收，經(jīng)過(guò)換熱器換熱達(dá)到工藝溫度后，回用到脫脂、酸洗槽加熱，以達(dá)到節(jié)能減碳的目的。另外還可以通過(guò)選用效率更高的鍍鋅爐以減少能源消耗，以天然氣鍍鋅爐為例，采用高速脈沖火焰無(wú)尾氣引風(fēng)機(jī)的微正壓運(yùn)行爐型，其每噸鍍件用氣量遠(yuǎn)低于主流配套的鍍鋅爐，壽命更長(zhǎng)，同時(shí)節(jié)約引風(fēng)機(jī)用電，減少能耗[13]。

②設(shè)備自動(dòng)化改造。隨著社會(huì)科技的發(fā)展，對(duì)現(xiàn)代化的生產(chǎn)企業(yè)提出自動(dòng)化的要求，自動(dòng)化工程中應(yīng)用智能化技術(shù)的水平和程度決定了公司生產(chǎn)能力，同時(shí)智能化也是實(shí)現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化的基本硬件保障。目前國(guó)內(nèi)大部分熱浸鍍鋅企業(yè)尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，部分企業(yè)管理粗放，生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境惡劣，實(shí)行自動(dòng)化改造可有效提升企業(yè)的生產(chǎn)效率及技術(shù)水平，改善工作環(huán)境減少人員勞動(dòng)強(qiáng)度，具有良好的發(fā)展前景。2017年國(guó)內(nèi)首條綠色環(huán)保型自動(dòng)鍍鋅線正式建成[14]。其采用先進(jìn)的物料的計(jì)量與轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，集成模塊化的環(huán)保設(shè)備，除掛件區(qū)、卸料區(qū)和生產(chǎn)區(qū)的鋅鍋打灰需要人工操作，其余生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化及電腦控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排、增效的效果。

(4)廢棄物

①優(yōu)化酸霧收集系統(tǒng)。熱浸鍍鋅企業(yè)在酸洗過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的酸霧，因目前酸洗過(guò)程主要使用的還是以鹽酸為主，其主要污染物為HCl，具有強(qiáng)腐蝕性，不加以收集處置對(duì)環(huán)境影響較大。酸霧收集方式主要采用酸霧抑制劑+開(kāi)放式側(cè)吸風(fēng)罩進(jìn)行收集，但在實(shí)際使用當(dāng)中，開(kāi)放式吸風(fēng)罩收集范圍有限，對(duì)于較大的酸洗池收集需要大風(fēng)量，既不節(jié)能也可能造成酸霧逸散無(wú)組織排放，因此要提高酸霧收集效率，主要在于提高酸洗區(qū)域密封性，使用酸洗密封房或加裝密封罩即可有效提高廢氣收集效率。某企業(yè)在原來(lái)側(cè)面負(fù)壓吸收的基礎(chǔ)上加裝橫向可沿軌道移動(dòng)式封閉罩，從而達(dá)到密封的效果[15]。改造后廢氣經(jīng)檢測(cè)達(dá)標(biāo)排放，酸霧收集效率從30%提高至80%，廢酸的回收率由83%提高到91%，節(jié)約成本36萬(wàn)余元，具有明顯的效益。

②廢酸回收系統(tǒng)。企業(yè)在酸洗過(guò)程中要使用到大量的鹽酸，隨著時(shí)間的推移，酸洗液中鐵、鋅等金屬離子會(huì)逐漸累積，影響正常的酸洗，必須更換酸洗液，亦由此產(chǎn)生廢酸。按照最新《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》要求，廢酸屬于危險(xiǎn)廢物，需委托有資質(zhì)的危險(xiǎn)廢物處置單位轉(zhuǎn)移處置，這亦增加了企業(yè)的成本。廢酸中包含HCl、鐵離子及少量鋅離子，具有一定的回收價(jià)值，目前針對(duì)廢酸回收利用的方法包括熱水解法/焙燒法、離子交換/酸阻滯法、膜技術(shù)、蒸餾法等技術(shù)，但其仍存在成本高、容易產(chǎn)生二次污染物等問(wèn)題[1]。有學(xué)者開(kāi)發(fā)出一套零排放處理的新工藝，工藝主要由氧化反應(yīng)系統(tǒng)、物理分離系統(tǒng)、捕捉離子系統(tǒng)、再生系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)組成[16]。可回收廢酸中所有金屬離子及水資源，副產(chǎn)品出售與運(yùn)營(yíng)成本相抵，達(dá)到廢棄物資源化的目的，且該套系統(tǒng)已經(jīng)在廣西某送變電公司得以應(yīng)用，運(yùn)行情況良好，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，具有一定的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

③鋅渣及鋅灰回收。在熱浸鍍鋅過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生鋅灰及鋅渣，其中鋅灰主要成分為氧化鋅，其次是鋅，鋅渣是鋅液中鐵與鋅形成的鋅-鐵金屬間化合物，鋅鐵質(zhì)量比約為25:1，含鋅量約96%。雖然通過(guò)控制助鍍鐵離子濃度、添加添加劑等方式可減少鋅渣及鋅灰的產(chǎn)生，但仍然無(wú)法完全避免其產(chǎn)生，且鋅渣及鋅灰均具有一定回收利用價(jià)值，可通過(guò)回收鋅渣及鋅灰中的鋅以達(dá)到減少鋅耗、減少固體廢物排放的目的。鋅灰雖鋅含量相對(duì)鋅渣較低，但目前鋅灰分離技術(shù)相對(duì)成熟，市面上亦有很多鋅灰分離設(shè)備的供應(yīng)商，通過(guò)使用鋅灰分離器能有效分離鋅灰中的鋅、氧化鋅及其他雜質(zhì)并回收利用，具有一定的推廣空間。鋅渣中鋅含量相對(duì)較高，回收利用價(jià)值更大，但其回收難度亦更大。目前鋅渣回收利用的主要方法包括蒸餾法、真空蒸餾法、熔析熔煉法、浸出—電解法，另外近年有學(xué)者開(kāi)發(fā)出新型動(dòng)態(tài)蒸發(fā)—高效冷凝技術(shù)成功回收鋅渣中的鋅，實(shí)現(xiàn)資源綜合利用的效果[17]。

(5)員工素質(zhì)及管理

員工素質(zhì)及管理水平影響著熱浸鍍鋅企業(yè)的技術(shù)工藝水平，如員工操作不規(guī)范可能會(huì)影響鍍層質(zhì)量，鍍件擺放不規(guī)范影響生產(chǎn)效率。提升人員及管理水平可通過(guò)制定各工序工藝操作規(guī)程規(guī)范員工作業(yè)，并定期開(kāi)展員工職業(yè)技能培訓(xùn)完善考核制度，提高員工技術(shù)水平，降低由于操作不當(dāng)造成的產(chǎn)品不合格。同時(shí)還可以通過(guò)加強(qiáng)鋅層厚度監(jiān)管，安排質(zhì)檢人員對(duì)每一次起爐的工件進(jìn)行鋅層厚度抽檢，督促員工減少鋅層過(guò)厚的現(xiàn)象出現(xiàn)，減低鋅耗，提高資源利用率。

另外部分工廠年限較久，技術(shù)裝備較為落后，人員技術(shù)水平亦不高，難以發(fā)現(xiàn)并解決工廠存在的問(wèn)題。目前有專業(yè)熱浸鍍鋅技術(shù)公司，可根據(jù)熱浸鍍鋅企業(yè)存在的問(wèn)題提出解決方案，并提供專業(yè)的運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)，為企業(yè)提供熱浸鍍鋅車間及相關(guān)污染物治理設(shè)施的運(yùn)維服務(wù)，全面提升企業(yè)專業(yè)技術(shù)能力及環(huán)境管理水平。

3.結(jié)語(yǔ)

目前社會(huì)上已涌現(xiàn)大量熱浸鍍鋅清潔生產(chǎn)技術(shù)，但是在實(shí)際推廣當(dāng)中往往還面臨著企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)不重視、員工不積極、缺乏技術(shù)指導(dǎo)及資金來(lái)源等問(wèn)題。一方面企業(yè)人員需要從觀念上進(jìn)行轉(zhuǎn)變，要明白清潔生產(chǎn)是推進(jìn)企業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。另一方面要加快清潔生產(chǎn)技術(shù)的推廣與應(yīng)用，加強(qiáng)熱浸鍍鋅企業(yè)與相關(guān)領(lǐng)域科研單位交流合作，解決清潔生產(chǎn)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中遇到的困難，加快清潔生產(chǎn)技術(shù)的成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，推進(jìn)熱浸鍍鋅行業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保、綠色高質(zhì)量發(fā)展。