溶液的攪拌與空氣攪拌(二)

（成都市武侯區(qū)晉陽巷2號會所花園A3-02-202，四川 成都 610045）

1 空氣攪拌的優(yōu)點(diǎn)及局限性

1. 1 空氣攪拌的優(yōu)點(diǎn)

1. 1. 1 攪拌強(qiáng)度連續(xù)可調(diào)

陰極平行移動(dòng)雖然較簡單，但行程與移動(dòng)頻率通常固定不變，很少采用變頻調(diào)速電機(jī)(其成本高)，因而難以隨工件形狀、大小以及其他工藝條件的變化來調(diào)整到最佳攪拌強(qiáng)度。采用陰極回轉(zhuǎn)頭的陰極旋轉(zhuǎn)，雖轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速可調(diào)，但只適于批量定型小件電鍍。而空氣攪拌時(shí)，只要調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥門，改變空氣流量及攪拌管內(nèi)的空氣壓力，就可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)整攪拌強(qiáng)度。

1. 1. 2 易于在自動(dòng)線上實(shí)施攪拌

陰極移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)施均固定在槽體上。這種攪拌辦法難以在自動(dòng)生產(chǎn)線上實(shí)施，而只適于手工作業(yè)?？諝鈹嚢枋亲詣?dòng)線生產(chǎn)中最佳，甚至可以說是唯一可采用的攪拌方式。

1. 1. 3 攪拌范圍寬

設(shè)計(jì)合理時(shí)，空氣攪拌可以對整個(gè)溶液具有均勻的攪拌作用。而陰極移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)時(shí)，工件的移動(dòng)只能對陰極附近溶液起到攪拌作用。

在可溶性陽極電鍍時(shí)，均勻的攪拌可以減小甚至消除陽極極化，而且鍍液中的陽極去極化物質(zhì)更易傳質(zhì)到陽極表面。這些都有助于防止陽極鈍化，利于陽極正常溶解。

在電解處理雜質(zhì)時(shí)，有一種錯(cuò)誤的作法：瓦楞形電解板靜止不動(dòng)或作陰極移動(dòng)。結(jié)果：因傳質(zhì)不良，電解板陰極附近的雜質(zhì)去除后即發(fā)生主鹽金屬的沉積，而溶液深處的雜質(zhì)依然如故。大生產(chǎn)中常見電解板已沉積了很厚的鍍層而電解除雜效果仍不良的現(xiàn)象。在采用空氣攪拌的情況下電解除雜，才能取得良好效果而又不造成過大浪費(fèi)。

1. 1. 4 可以避免出現(xiàn)工件中途斷電現(xiàn)象

在大生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，陰極移動(dòng)時(shí)由于鍍液的阻尼作用，若整掛工件較輕(特別是掛具未設(shè)配重物的塑料電鍍)，掛具會上下跳動(dòng)、平行移位，甚至出現(xiàn)工件相互遮蓋的現(xiàn)象，發(fā)生間歇性電鍍。這對于斷電時(shí)易于鈍化的鍍鎳十分不利，易導(dǎo)致“多層鎳”現(xiàn)象。當(dāng)掛件較長時(shí)，還會出現(xiàn)僅上部左右搖擺的現(xiàn)象，上下部位攪拌不均勻，工件下端易于燒焦?？諝鈹嚢鑴t不易出現(xiàn)上述不良現(xiàn)象。

1. 1. 5 使加入材料及時(shí)分布均勻

當(dāng)連續(xù)生產(chǎn)時(shí)間較長時(shí)，有時(shí)不得不在中途補(bǔ)加電鍍助劑、調(diào)整pH、補(bǔ)加蒸發(fā)掉的水。若采用空氣攪拌，則能及時(shí)使添加物在溶液中盡快分散均勻。而若采用陰極移動(dòng)，則必須人工攪拌均勻。光亮劑要求少加勤加，最好連續(xù)滴加，空氣攪拌對此有利。

1. 2 空氣攪拌的問題

1. 2. 1 必須對鍍液作連續(xù)過濾

空氣攪拌時(shí)，氣泡從槽底反射向上且鍍液翻動(dòng)厲害。假若槽底存有污泥，會被攪起，使鍍層失光、粗糙、產(chǎn)生毛刺。因此，必須對鍍液實(shí)施連續(xù)過濾，保持鍍液高度清潔。即使采用陰極移動(dòng)且槽深，沉淀于槽底的污泥也會因熱對流而有部分泛起。若不采用連續(xù)過濾，補(bǔ)加水、添加劑以及調(diào)整pH時(shí)就不敢攪勻鍍液，更不敢及時(shí)打撈掉件。

1. 2. 2 不能采用高泡潤濕劑

空氣攪拌時(shí)，若鍍液采用十二烷基硫酸鈉之類的高泡潤濕劑，會在液面不斷產(chǎn)生很厚的氣泡層。一方面，泡沫內(nèi)富含鍍液，氣泡逸出槽外會造成大量鍍液損失；另一方面，泡沫內(nèi)富含陰極析出的氫氣與陽極析出的氧氣時(shí)，若氣泡與陰極銅桿接觸又帶電出入槽時(shí)，產(chǎn)生的電火花會引起爆鳴?？諝鈹嚢钑r(shí)，必須采用優(yōu)質(zhì)低泡潤濕劑。氯化鉀鍍鋅液中通常富含高泡表面活性劑，不能采用空氣攪拌。

1. 2. 3 給打撈掉件帶來困難

固定于槽底部的空氣攪拌管會阻礙掉件的打撈，特別是不能用永磁鐵打撈的非磁性材料(如塑料件、鋅壓鑄件、銅件、鋁件等)?？捎孟率鲛k法解決：根據(jù)液溫，選用PVC或PP材質(zhì)的塑料管、彎頭、三通、四通，拼組成框架形(或用板條拼焊)，其上用滌綸塑料網(wǎng)、線綁一層透氣層，四角用滌綸線固定在槽四角。撈件時(shí)均勻提起框架。

1. 2. 4 可能降低某些鍍液的穩(wěn)定性

對于氰化物電鍍，不斷鼓入的空氣中所含的氧氣和二氧化碳會加速游離氰化鈉的破壞，加快碳酸鹽的積累：

當(dāng)NaOH量不足(即pH過低)時(shí)，會發(fā)生如下反應(yīng)：

焦磷酸鹽鍍銅時(shí)，銨鹽或氨水是不可缺少的輔助配位劑。在堿性條件下，氨本身就易逸出揮發(fā)。采用空氣攪拌會加速氨的揮發(fā)損失，使配合比減小。對于這類工藝，若非采用空氣攪拌不可，應(yīng)及時(shí)調(diào)整、處理鍍液。

硫酸鹽光亮酸性鍍錫液不能采用空氣攪拌，其原因是：一方面，鼓入空氣中的氧會使 Sn2+加速氧化為有害的四價(jià)錫鹽，且該過程不可逆轉(zhuǎn)(最終轉(zhuǎn)化為白色的β-錫酸，應(yīng)沉淀去除)；另一方面，主光劑芐叉丙酮的增溶劑為高泡表面活性劑。

2 空氣攪拌的應(yīng)用

2. 1 用于電鍍?nèi)芤簲嚢?/h3>

如前述，這是主要用途。

2. 2 在硫酸鋁陽極氧化中的應(yīng)用

鋁件硫酸陽極氧化時(shí)，生成具絕緣性的氧化層，通過微孔繼續(xù)進(jìn)行氧化，導(dǎo)電電阻大增，相同電流條件下槽電壓升高。表面電阻產(chǎn)生巨大的歐姆熱使鋁件及其表面附近液層急劇升溫，從而加速氧化膜的溶解。采用空氣攪拌能盡快使熱量分散到氧化液深處并提高冷卻熱交換器的熱交換效果，從而縮短氧化所需時(shí)間、減少氧化液中 Al3+的積累。但空氣攪拌會加劇酸霧的產(chǎn)生，故氧化槽應(yīng)設(shè)抽風(fēng)。

2. 3 在鍍鋅鈍化上的應(yīng)用

鍍鋅低鉻鈍化時(shí)，工件必須在鈍化液中不停擺動(dòng)10余 s；超低鉻鈍化所需時(shí)間更長，否則易造成鈍化膜厚度與彩鈍色澤不一致。靜止不動(dòng)時(shí)，平面工件的中間部位僅存在與平面垂直方向以擴(kuò)散為主的傳質(zhì)，邊緣附近則存在三維傳質(zhì)，故彩鈍時(shí)平面件中間部位膜薄、色淡，四周部分則膜厚、色重。手工作業(yè)時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度很大，工人難以堅(jiān)持；掛鍍自動(dòng)線在線鈍化，工件擺動(dòng)實(shí)施困難；上下提升則下部鈍化膜厚，彩鈍色深時(shí)易于掉膜。對鈍化液實(shí)施空氣攪拌，則能克服上述問題。但應(yīng)注意，攪拌越強(qiáng)烈，成膜速度越快。因此，應(yīng)掌握好鈍化液中的浸漬時(shí)間與空氣攪拌強(qiáng)度，防止彩鈍時(shí)膜局部過厚而脫落。

2. 4 在清洗上的應(yīng)用

清洗在表面處理作業(yè)中占有很大比重和重要地位，是取得良好質(zhì)量、防止工藝液交叉污染的極重要手段。內(nèi)行人都很注重清洗。超聲波清洗效果特別好，是因?yàn)槌暡ǖ目栈?yīng)產(chǎn)生了對清洗水的強(qiáng)烈攪拌。但超聲波清洗只適于小件下掛清洗，而且設(shè)備投入大，能耗也大。在一條生產(chǎn)線上有多道水洗工序，不可能實(shí)現(xiàn)每道清洗都不下掛而在線超聲波清洗。

對清洗水施加空氣攪拌，則是一種較簡單的攪拌方法?？諝鈹嚢杓涌炝损じ皆诠ぜ砻娴墓に囈合蚯逑此械膫髻|(zhì)速度(以對流為主)，對有盲孔的工件特別有利。空氣攪拌加快了清洗速度、提高了清洗效果，也可節(jié)約清洗用水。對于鍍鋅低鉻、超低鉻彩鈍和藍(lán)白鈍前的清洗，工件(特別是氯化物鍍鋅)表面附著的添加劑很難洗凈。而清洗不良會導(dǎo)致鈍化后毛病百出。筆者在生產(chǎn)現(xiàn)場指導(dǎo)、監(jiān)督工人操作時(shí)，遇到電器機(jī)柜之類的平面工件，一定要求工人上下提升清洗3次以上。雖然鈍化質(zhì)量優(yōu)良，但勞動(dòng)強(qiáng)度極大。若對清洗水采用較強(qiáng)烈的空氣攪拌，則不必如此要求，能大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 空氣攪拌設(shè)施

3. 1 空氣攪拌管

隨便找一根管，在上面鉆一排孔，丟在槽底作空氣攪拌管的做法是錯(cuò)誤的。

3. 1. 1 管材質(zhì)

根據(jù)液溫，采用PVC或PP管，既價(jià)格便宜，又易于加工、組裝，而不必用鈦管。

3. 1. 2 管徑

依據(jù)工藝槽大小，管徑20 ～ 25 mm即可。管徑過大，占槽空間多。大的管徑上也只能鉆小孔，否則進(jìn)氣的遠(yuǎn)端無氣泡鼓出。

3. 1. 3 鉆孔

圖1為鉆孔示意圖。向下相交90°鉆兩排小孔，錯(cuò)位均布?？讖綉?yīng)小，1.0 ～ 1.5 mm即可，不能過大。管的內(nèi)徑大時(shí)，出氣孔徑可稍大。原則是小孔的總面積應(yīng)小于管內(nèi)徑截面積，否則離進(jìn)氣端遠(yuǎn)處的氣壓太低，而無法在長度方向形成均勻攪拌?？组g距50 ～ 80 mm為宜。若孔距過大，攪拌也不均勻?？籽鄄荒芟蛏戏?，一是不易堵塞，二是空氣從斜下方噴出，經(jīng)槽底反射向上，攪拌面才寬。

圖1 攪拌管鉆孔示意圖Figure 1 Schematic diagram for drilling holes in stirring tube

塑料管上鉆小孔時(shí)，固定在鉆床上鉆孔才安全。鉆花應(yīng)鋒利，轉(zhuǎn)速應(yīng)慢，否則發(fā)熱量大，塑料熔化后又堵孔，形成不了外冒的鉆屑。

3. 1. 4 布置與安裝

圖2為攪拌管在槽內(nèi)的布置、安裝示意圖。

圖2 鍍槽內(nèi)空氣攪拌管的布置與安裝Figure 2 Arrangement and installation of air agitation pipes in plating tank

組裝前，應(yīng)將攪拌直管內(nèi)的鉆屑先徹底清理干凈并確認(rèn)小孔無堵塞，否則組裝好后出現(xiàn)鉆屑堵孔，又要拆開返工。

以彎頭、進(jìn)氣立管用三通將兩根鉆孔清潔后的攪拌管組合成矩形框架。依槽寬，兩攪拌管間距40 mm左右，以保證對整個(gè)溶液實(shí)現(xiàn)均勻攪拌。

如圖2所示，在塑料槽(或襯里)上焊2條寬約40 mm的厚塑料板。其目的是使攪拌管距槽底有約40 mm高度，而不是固定在槽底上。一方面，空氣側(cè)向下從槽底反射至上而具有較寬的攪拌面積；另一方面，若液冷后易在槽底產(chǎn)生一層硼酸、硫酸銅等結(jié)晶物時(shí)不易堵孔。放入組裝好的矩形框架，在塑料墊塊上焊 4個(gè)與攪拌管外徑適配的塑料卡座。固定后配置進(jìn)氣立管，彎頭、塑料球閥、進(jìn)氣塑料管嘴組件與立管連接好，再用塑料卡座固定。進(jìn)氣塑料管嘴應(yīng)與進(jìn)氣軟管配置。不宜將攪拌管焊在塑料墊塊上，否則無法取出維修；也不能直接將攪拌管架放在塑料墊塊上，而要用卡座固定，以免在使用時(shí)發(fā)生移位。

3. 2 空氣源

(1) 槽液體積在1 200 L以下且不要求強(qiáng)烈空氣攪拌時(shí)，選用養(yǎng)魚用大型充氣泵亦可，且價(jià)格便宜。

(2) 槽液體積較大、要求空氣流量大時(shí)，常采用無油空氣泵。

(3) 一條生產(chǎn)線上有多槽需空氣攪拌時(shí)，應(yīng)選足夠容量的空氣壓縮機(jī)集中供氣，各槽通過獨(dú)立的閥門調(diào)整供氣量。空壓機(jī)出氣處應(yīng)串接 3只以上性能良好的銅珠燒結(jié)型油水分離器，保證所提供的空氣不含油。

(4) 無油空壓器的安放高度應(yīng)高于液位，以免工人在停用時(shí)忘記關(guān)死進(jìn)氣閥門而導(dǎo)致鍍液因虹吸進(jìn)入空氣泵內(nèi)，造成泵內(nèi)鋁制件腐蝕損壞。

（連載完）