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浅析如何营造新时代电镀行业的发展优势

引言


随着科学技术的发展,电镀镀种的数量逐渐增多,从装饰性电镀扩展到功能性电镀,电镀技术在工业的各个领域得到广泛的应用,如电子、机械、轻工、化工、仪器仪表、交通运输、兵器等各个领域,电镀行业在国民经济发展中起着举足轻重的作用。


但是,在电镀生产过程中,容易产生不同程度的废水、废气和固体废弃物,这些“三废”若直接排放或处理后未达标排放,均会对周围的环境造成很大污染。特别是在产业高速发展的今天,电镀加工在各个行业所占的比例不断增加,欧美、日本、台湾、香港等地的大量电镀加工产品转到中国进行生产或者在中国投资建立电镀厂,所带来的环境问题就显得更为突出,同时,电镀行业的发展也因此而受到了一定的局限性,甚至有人说电镀行业已经是夕阳产业。由此可见,在经济高速发展的新时代,如何去营造电镀行业发展的优势,显得尤为重要。以下从电镀工业园区的建立、电镀设备、环保工艺、现场管理和废水处理五个方面进行探讨,以期对电镀行业的发展能够有所启示。


1电镀工业园


目前,在我国电镀行业中,具备先进设备和技术的大型企业相对较少,中小型电镀企业占绝大多数,小作坊式的生产方式普遍存在,总体上素质不高、工艺水平低、管理粗放、能耗较高且污染严重。例如,有些小厂的生产条件相当简陋,挖地坑衬塑料膜当镀槽,借助阳光和风力干燥镀件,生产作业全靠人力完成等。这些企业少量分布在市区,大部分散布在市郊村镇中,由于他们对电镀“三废”治理的意识不够或治理设施不全,进而造成“三废”的扩散和污染。


为了解决电镀行业的环境污染问题,我国一些城市和地区采取把电镀企业统一调整到政府规划的区域,建立表面处理聚集区,打造生态电镀工业园,既可保存现有配套的镀种、工艺流程和生产能力,又可实现废水稳定达标排放、污染物总量大幅下降的目标。在过去,每一个电镀企业为了处理“三废”都必须建立一套处理装置,造成重复投资,设备闲置的问题。如今,全国各地在政府、协会的组织和管理下,将电镀企业的“三废”向集中处理的方向发展,实现电镀园区化,统一建立“三废”的处理中心,使电镀企业的“三废”统一处理,统一检测,统一排放,避免重复投资,重复建设,不仅节约了资金,还为电镀企业解决了环境治理和“三废”的处理及排放问题。因此,电镀工业园区的建立不仅可以将本地原有企业迁入园内,消灭分散的污染源,提高企业的生产技术水平,还可以筑巢引凤,吸引外来资金和先进技术,同时,对电镀企业来说也是一次脱胎换骨,提高企业技术水平、提升竞争力的良好契机。例如,韩国的电镀厂都迁往电镀工业园,而且规模都相对较小,但是更专业化,所经营的镀种都与产品性质有关,从事汽车配件镀锌的企业就是专业化镀锌,从事塑料的就是专业化塑料电镀,另外,大部分的电镀厂是汽车或电子零部件的供货商,这些企业自动化程度高,不仅在生产过程中实现压铸、冲压、机械加工和电镀一体化,而且将电镀过程产生的“三废”由电镀工业园区统一处理,这使得产品生产的综合成本下降,附加值得到很大地提升。


目前,全国各地的电镀工业园区建设都在有条不紊地进行,苏州是国内最早设立电镀工业园的城市之一,现已建成的电镀工业园有:昆山希兵电镀专营区、胜浦电镀专业区、吴江同里金属表面工业区和昆山千灯电路板工业区。四个园区共占地1750亩,已先后投入使用,预计可吸纳电镀企业200家以上。广东作为一个电镀大省,已建好并投入使用的电镀工业园接近20家,其中深圳电镀工业园区总投资10亿,规划建筑面积近100000m2,该工业园地理位置优越、交通便捷,遵循高起点、高标准的原则建设,外观呈现“花园式”、“园林式”,标准工业厂房8栋,配套宿舍3栋,大型电镀城专用厂房(含合格的污水处理设备),有关部门还投资6000多万元建立统一的生产、生活污水及危险废弃物处理系统,全过程盯牢和严防一些企业偷排废水,并实现污水60%回用。


2电镀设备


电镀设备是影响电镀质量和生产效率的重要因素之一,主要包括电镀生产线及周边辅助设备(电源、过滤机、超声波、加热和冷却设备、自动加料机等)。在上个世纪60年代,我国大多数的电镀生产仍以手工操作为主,自动化程度低,机械设备陈旧,生产效率低,且不良品率较高。随着科技的发展,电镀生产线逐步向机械化和自动化方向发展,特别是改革开放以来,香港和台湾许多电镀设备厂内迁设厂,带来了新的技术和仪器设备,这对我国电镀生产线及周边辅助设备的制造水平的提高帮助很大。


在挂镀方面,现场较为常见的有环形机械或液压式自动生产线、垂直升降自动线及直线式生产自动线等,而在滚镀自动线方面主要有环形机械或液压式自动线与直线龙门式自动线两大类。这些电镀自动线的选择,提高了产品的生产量和质量的稳定性,减轻了操作人员的劳动强度,大大缩减了现场操作人员数量,提升了镀槽容量的利用率,同时还可以设计兼容不同素材的几种流程,随时改变程序来适应不同产品的性能要求,这些均极大地提高了电镀企业的生产效率。


电镀电源是电镀生产过程中最重要的辅助设备,基于清洁生产的要求,硅整流器将逐渐被淘汰,取而代之的是可控硅整流器和高频开关电源,这些电源具有体积小、效率高、性能优越、纹波系数稳定.而且不易受输出电流影响等特点,容易获得质量较佳的镀层。


过滤机同样是关系到电镀产品质量的关键设备之一,目前的过滤机主要是筒式压力过滤机,不同电镀工艺和过滤方式选择不同类型的过滤机,包括水泵类型、滤芯类型、过滤精度、过滤能力等,过滤机的发展和种类完善对电镀溶液的维护起到不可估量的作用。


二十年前,电镀行业很少使用超声波设备,现在则十分普遍。超声波的空化效应,可以大大加快前处理的脱脂、除锈,缩短处理时间,提高脱脂、除锈的效果。


为了提高电镀质量,其它电镀辅助设备如槽液自动管理系统、蒸汽加热、槽内冷却管冷却、添加剂自动补充机、纯水处理机等的应用范围和数量亦逐年扩大,这些设备均是电镀行业在新时代发展过程中的优势保证。


3环保工艺


《中华人民共和国国家经济贸易委员会令》第32号关于《淘汰落后生产能力、工艺和产品的目录》(第三批)第23项限令2003年底淘汰含氰电镀,《中华人民共和国清洁生产促进法》的推行,以及欧洲共同体《限制电器和电子设备使用有害物质的规定》(RoHS)的执行等,使得越来越多的企业不得不开发和应用环境友好型的电镀工艺,例如非六价铬钝化、三价铬电镀、代铬镀层、代镉镀层、化学沉镍的无铅无镉化、功能电子电镀的无铅化、无氰贵金属电镀、无氰化学沉锌等,这些工艺的使用不仅从源头上削减电镀生产过程中产生的危害,还减轻了对环境的污染程度。


3.1无氰电镀


使用无氰电镀工艺代替氰化电镀工艺,避免了氰化物等有毒物质对操作人员和环境的危害,同时使得废水处理费用也大大降低。


目前,已广泛采用氯化物镀锌或碱性锌酸盐镀锌来代替氰化物镀锌工艺。碱性无氰镀锌是应用较多的无氰镀锌工艺,主要成分是氢氧化钠、氧化锌和各种添加剂,镀液的分散能力、深镀能力、镀层的韧性等方面均优于氰化物镀锌,镀层的光泽度和结合力则与氰化物镀锌相当,例如瑞期化工的RZ-5101系碱性非氰镀锌添加剂。氯化钾镀锌在20世纪80年代开始发展,在日用五金行业应用非常广泛,镀液的分散能力、深镀能力略逊于碱性无氰镀锌,但镀层的光亮度、平滑度优于碱性无氰镀锌,如瑞期化工的RZ-111,200系酸性镀锌添加剂。


碱性非氰镀铜替代氰化镀铜工艺在消除氰化物污染方面也取得了很大的成功,目前较为成熟的工艺有焦磷酸盐体系和有机膦酸体系镀铜。例如瑞期化工的RP-998系碱性非氰镀铜添加剂,其成分简单且稳定性好,覆盖能力、电流效率优于氰化镀铜;沉积速度、均一性接近氰化镀铜;镀层延展性、伸长率及显微硬度与氰化铜相近;且镀液不含氰化物剧毒物,不会对环境产生相关危害。


无氰镀银工艺在综合性能方面与氰化镀银还存在一定的差距,至今还不能广泛地推广应用和大批量地投入生产。而在无氰镀金方面,碱性亚硫酸盐已得到了部分应用,镀液不含氰化物,电流效率高,分散能力和覆盖能力良好,沉积速度快,镀层光亮,结晶细致,孔隙少,镀层与镍、铜、银等金属基材具有良好的结合力,其缺点是采用不溶性阳极,需要经常补充金盐。


3.2代铬电镀


六价铬的毒性大,在电镀过程中析氢严重容易形成“铬雾”,造成环境污染并影响操作人员的身体健康,而且六价铬的废水处理成本较高,排放标准较严。因此,一些国家已经开始制定法规,要求逐步减少并最终完全停止使用六价铬电镀。目前,在装饰性代铬方面较为成熟的代铬电镀工艺有三价铬代铬、锡-钴合金代铬、镍-钨合金代铬等。


三价铬镀液的毒性较小,仅为六价铬的1/100,对环境和操作人员的危害小,污水处理比较容易,镀液的电流效率最高可达50-60%,分散能力和覆盖能力较好,电流密度范围较宽,镀层的外观与六价铬镀层接近,具有微孔或微裂纹的特点,耐蚀性优于六价铬镀层。但镀层增厚困难,一般厚度大于0.3μm时镀层容易发朦,还不能取代功能性镀铬。三价铬镀铬的体系有硫酸浴型和氯化浴型,如瑞期化工的硫酸浴三价铬RTC-461系添加剂和RTC-491系氯化浴三价铬添加剂。


3.3代镍电镀


随着国际限制镀镍使用范围的法规出台,用合金镀层代镍的电镀工艺开始兴起,无氰镀铜锡合金具有很大的潜力,如瑞期化工的CT-734无氰白铜锡,可代替光泽镍电镀,镀层具有良好的焊锡性、附着性、耐蚀性和光泽性。目前市场上的无氰铜锡合金有焦磷酸-锡酸盐工艺,柠檬酸盐镀铜锡合金工艺等,但存在着含锡量偏低,镀液不稳定等问题,这些工艺还需要研发人员进一步完善。


3.4代镉电镀


镉的毒性很大,经呼吸系统被体内吸收,积存于肝或肾脏造成危害,目前在国外基本上限制了镀镉工艺的应用,国内外研究并得到很好应用的代镉高耐腐蚀镀层如Zn-Ni、Zn-Co、Zn-Fe、Zn-Sn合金等。这些镀层在耐腐蚀性、低氢脆性等方面和镀镉层性能接近,在航天、航空、汽车等行业得到很大的应用,同时彻底消除了电镀镉对环境的污染。


4现场管理


若想获得高性能的电镀产品,除了拥有上述的先进的电镀设备和成熟的电镀工艺条件外,还必须有完善的电镀现场管理制度和质量管理体系。


首先,电镀企业应做好技术传承工作,加强生产管理。镀液的管理维护水平直接影响到电镀企业的清洁生产,良好的维护是电镀质量稳定的保证,是减少污染物产生、降低成本的重要手段。主要内容包括对操作工人的技能培训,建立标准的操作流程,实行专人专岗制,物料管理和镀液维护制度、设备维护制度等。


其次,电镀企业应建立设备运行情况、生产活动和设备维护等记录制度,特别是针对原料、能源消耗和环保设施的记录,可以建立广告牌记录管理,主要内容包括:生产原料和燃料进厂时间、数量和质量的数据系统、电镀流程的工艺控制参数、镀液的定期维护、设备启用、停止使用的时间、设备的运行和维修情况、各种污染物的处理情况、各种污染物的连续监测数据、各种污染物的排放数据、生产事故及处置情况、设备的定期检测、评价及评估情况等记录。


第三,电镀企业应建立健全档案管理制度,加强设备财产、员工掌握技能、原材料供货商资质数据、产品质量标准等资料的收集整理,主要内容包括:各种有关产品或原材料标准(国家标准、地方标准、行业标准)、各种作业标准流程、员工培训流程、各种合同和技术协定文本、技术资料、化验和分析报告(如燃料、金属盐、阳极等分析报告)、设备故障排除操作流程等,以便为设备的正常运行、员工的技能传承、产品质量的保证提供参考。


同时,由于电镀是一个涉及多学科和多专业的行业,对于电镀的管理人员来说,必须拥有较为丰富的电镀经验和相关的专业知识,这对于产品的质量保证、生产成本的降低和安全系数的提高非常重要。


5废水处理


电镀废水成分复杂,除含氰废水和酸碱废水外,还有含铬、镍、铜、锌等重金属废水。同时,废水中还含有大量添加剂及电镀过程中添加剂分解的有机杂质,例如糖精钠、丁炔二醇、表面活性剂、EDTA、柠檬酸、酒石酸、苯磺酸、香豆素等。这些物质一旦未经处理就排放,必定会对生态环境及人类健康产生严重的危害。


对电镀“三废”的治理方法很多且技术日趋成熟,目前较常用的有物理、化学、离子交换、电解、吸附及膜分离等技术,并配以完善的废水处理设备和排放检测仪器。但是在处理过程中还需要注意以下环节,首先是将电镀废水合理分类:酸系废水、碱系废水、含氰废水、含铜废水、含铬废水、含镍废水、化学镀废水等类型,针对不同类型的废水采取有针对性的处理技术,可实现废水处理后排水达到《电镀污染物排放标准》(GB21900-2008)中水污染特别排放限值的要求,同时实现废水的回用率达到60%以上。其次,根据各类废水的特点,因地制宜进行废水分流,采用不同的处理工艺流程。废水分流处理可以减小处理难度,提高废水预处理的针对性,确保废水稳定达标排放,这样既可以降低处理成本,又可以实现浓废液和废水的综合利用。另外,采用在线监测和控制技术,确保工艺参数能完全在流程上实现,高度的自动化控制水平有利于废水的达标排放和运行成本的降低,保证系统运行的高效稳定。


上世纪90年代至今,电镀废水治理由工艺改革、回收利用和闭路循环进一步向综合防治方向发展,多元化组合处理同自动控制相结合的资源回用技术成为电镀废水治理的发展主流,越来越多的电镀企业开始重视电镀液中金属资源的回收,例如在镀镍过程中,镀件冲洗会造成大量镍金属的排放,从而加重废水处理的负担,瑞期化工的HN系列镍资源回收机回收镍资源可达99%,回收的镍浓缩液,可直接回用至全光镍镀槽,不需另行除杂、净化,而且水洗水可循环使用,减少废水排放,节省废水处理成本,节水率达85%以上。


今后,电镀“三废”的处理将向生物治理的方向发展,例如采用生物吸收、降解和治理的方法,同时伴随着重金属和水的回收、提纯和回用。同时,一些废水处理咨询公司相继成立,为电镀企业在废水处理过程中排忧解难,使电镀企业在废水处理方面更好地达到清洁生产的要求。


6结语


纵观国外发达国家的电镀产业发展趋势,电镀行业并没有因为产生污染而步向夕阳的行业,反而向专业化,一体化和高技术产业化发展。同时,推行清洁生产是电镀行业可持续发展战略的必然选择,是促进电镀行业污染从单纯的末端治理向污染预防转变的重要保证。电镀行业应积极推行清洁生产,响应国家“节能减排”的号召,进驻电镀工业园,应用资源回用技术,以减少废弃物对环境的影响,实现水及金属等资源回收和利用,提高企业的经济效益。电镀行业是一个传统的行业,但不应停留在应用传统的管理和工艺技术上,而应采取政府、行业、企业、社会共同携手的方式,大胆开展技术创新,使用先进设备,引进先进的现场管理理念,提高工人技能,实施清洁生产,使之焕发新的生命力。