氯化鉀無氰鍍鎘故障的處理措施

陳康*，郭崇武，代朋民

（1.廣州超邦化工有限公司，廣東 廣州 510460；2.貴州華烽電器有限公司，貴州 貴陽 550006）

氯化鉀無氰鍍鎘故障的處理措施

陳康1,*，郭崇武1，代朋民2

（1.廣州超邦化工有限公司，廣東 廣州 510460；2.貴州華烽電器有限公司，貴州 貴陽 550006）

描述了新型氯化鉀無氰鍍鎘出現(xiàn)的幾例故障和應(yīng)對措施。配位劑含量過高時(shí)，鍍液容易渾濁；氯化鎘含量過低時(shí)，低電流密度區(qū)沉積速率太慢；鍍液pH偏低時(shí)低電流密度區(qū)鍍層粗糙，偏高則高電流密度區(qū)鍍層粗糙；添加劑的分解產(chǎn)物過多會(huì)導(dǎo)致鍍層粗糙，需定期用活性炭處理鍍液。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，將部分工藝參數(shù)調(diào)整為：氯化鎘25 ~ 35 g/L，配位劑90 ~ 140 g/L，氯化鉀140 ~ 180 g/L，鍍液pH = 6.5 ~ 7.5。氯化鎘與配位劑的濃度范圍擴(kuò)大明顯提高了工藝的可操作性。

無氰鍍鎘；故障處理；氯化鎘；配位劑；有機(jī)分解產(chǎn)物

根據(jù)國家發(fā)展改革委員會(huì)《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2011年本)》的要求，按照貴州省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)《關(guān)于淘汰部分含有毒有害氰化物電鍍工藝專題會(huì)議紀(jì)要》(黔經(jīng)信專議[2013] 67號)的工作部署，貴州省貴陽和遵義地區(qū)的航空航天企業(yè)已經(jīng)淘汰了氰化鍍鎘工藝，目前正在使用EDTA無氰鍍鎘、HEDP無氰鍍鎘以及氯化鉀無氰鍍鎘。EDTA無氰鍍鎘和HEDP無氰鍍鎘是早期開發(fā)的無氰鍍鎘工藝[1-2]，使用原始光亮劑和強(qiáng)配位劑，鍍液和鍍層性能不能令人滿意[3]，且電鍍廢水用化學(xué)法處理不能達(dá)標(biāo)排放。氯化鉀無氰鍍鎘是最新開發(fā)成功的無氰鍍鎘工藝[4]，使用現(xiàn)代光亮劑和相對較弱的配位劑，具有鍍層光亮，彩色和軍綠色鈍化膜優(yōu)雅，耐蝕性高，電鍍廢水處理簡單等特點(diǎn)，但開始推廣使用的時(shí)間不長，因此需要在生產(chǎn)中認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，制定槽液維護(hù)措施以及鍍層出現(xiàn)不良狀況時(shí)的解決方案和預(yù)防措施。

1 故障處理案例

貴陽某航空企業(yè)電鍍車間從2015年開始試驗(yàn)和論證NCC-617氯化鉀無氰鍍鎘工藝[5]，2016年在1 000 L鍍槽中開缸投入生產(chǎn)應(yīng)用，開缸時(shí)鍍液配方及工藝條件為：氯化鎘35 ~ 40 g/L，配位劑120 ~ 160 g/L，氯化鉀140 ~ 180 g/L，光亮劑1.5 ~ 2.5 mL/L，輔助劑25 ~ 35 mL/L，pH 6.0 ~ 7.0，槽液溫度15 ~ 35 °C，陰極電流密度0.5 ~ 1.5 A/dm2。該工藝鍍液和鍍層性能滿足航天工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)QJ 453–1988《鍍鎘層技術(shù)條件》的要求，電鍍廢水處理后滿足GB 21900–2008《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的“表2”要求。在對該公司的技術(shù)支援工作中，總結(jié)了幾個(gè)典型的故障分析與處理案例。

1. 1 配位劑濃度偏高

有一次向鍍槽中補(bǔ)加了20 kg配位劑，配位劑大約增加20 g/L，按工藝要求同時(shí)向鍍液中補(bǔ)加9 kg氫氧化鈉使配位劑從有機(jī)酸轉(zhuǎn)化成有機(jī)鹽，攪拌均勻后測定鍍液的pH約為6.8。2 h后發(fā)現(xiàn)鍍液變?yōu)槿榘咨?，鍍槽中懸浮許多細(xì)小的白色不溶物。測定鍍液成分：氯化鎘39.4 g/L，氯化鉀178.8 g/L，配位劑約160 g/L。氯化鉀無氰鍍鎘槽中容易產(chǎn)生細(xì)小的白色沉淀物，文獻(xiàn)[4]認(rèn)為這種沉淀物含有鎘離子、氨三乙酸以及氫氧根。顯然，鍍液渾濁主要是配位劑濃度偏高造成的，而氯化鎘濃度偏高也是原因之一。從鍍槽中取出100 L鍍液，加水100 L稀釋，循環(huán)過濾去除沉淀物，鍍液澄清后補(bǔ)加光亮劑0.5 mL/L，鍍槽恢復(fù)正常。

為了避免鍍槽中產(chǎn)生上述沉淀物，將配位劑的工藝上限下調(diào)至140 g/L，氯化鎘的工藝上限下調(diào)至35 g/L。

1. 2 氯化鎘含量過低

正常生產(chǎn)幾個(gè)月后，鍍液出現(xiàn)了另一種故障：鍍鎘件經(jīng)過3%的硝酸出光和六價(jià)鉻低鉻彩色鈍化后，內(nèi)孔鍍層“燒穿”。將電鍍時(shí)間延長1倍后才能消除這種現(xiàn)象。測定鍍層厚度，中高電流密度區(qū)鍍層正常，可是低電流密度區(qū)鍍層過薄。取鍍液進(jìn)行化學(xué)分析：氯化鎘21.28 g/L，氯化鉀170.4 g/L。顯然，氯化鎘含量過低。向鍍液中補(bǔ)加5 kg氯化鎘、配位劑8 kg，鍍液中的氯化鎘達(dá)到26.34 g/L。鍍液用小電流電解處理后進(jìn)行試鍍，鍍液正常。

鍍液中鎘離子濃度過低時(shí)，配位劑與氯化鎘的濃度比過高，陰極極化電位過大，導(dǎo)致鍍件低電流密度區(qū)沉積太慢，因此出現(xiàn)了上述燒穿現(xiàn)象。經(jīng)過反復(fù)的生產(chǎn)實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，將氯化鎘的工藝下限調(diào)整為25 g/L。按照文獻(xiàn)[4]中配位劑與氯化鎘質(zhì)量比約為3.8∶1的要求，配位劑的工藝下限定為90 g/L。

氯化鉀無氰鍍鎘原工藝要求氯化鎘35 ~ 40 g/L、配位劑120 ~ 160 g/L。制定該工藝參數(shù)的出發(fā)點(diǎn)是保證有較高的沉積速率，以較好地滿足大生產(chǎn)的要求。但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，按原定工藝參數(shù)操作時(shí)鍍槽中比較容易出現(xiàn)鎘的沉淀物。這些沉淀物雖然對鍍層質(zhì)量沒有明顯影響，但會(huì)造成過濾機(jī)堵塞。為了解決這個(gè)問題，逐步降低了鍍液中氯化鎘的含量。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，氯化鎘減少后鎘的沉積速率雖有所下降，但不明顯，仍能較好地滿足生產(chǎn)要求，而且沉淀物堵塞過濾機(jī)的問題基本得到解決。

1. 3 pH偏低

對氯化鎘和配位劑的工藝參數(shù)調(diào)整后，鍍液性能隨之發(fā)生了一些變化。有一次鍍件中高電流密度區(qū)鍍鎘層正常，但內(nèi)孔鍍層粗糙，出現(xiàn)了不良品。分別向鍍液中補(bǔ)加輔助劑、配位劑以及氯化鉀，粗糙現(xiàn)象有所減輕，但仍未消除。用剛校對過的pH計(jì)測試鍍液，pH = 6.12，符合工藝要求。進(jìn)行250 mL赫爾槽試驗(yàn)，試片低電流密度區(qū)鍍鎘層粗糙。將鍍液pH調(diào)節(jié)至6.95，試片低電流密度區(qū)鍍層恢復(fù)正常。遂將車間鍍槽pH上調(diào)至7左右進(jìn)行試鍍，故障被排除。于是決定將pH下限上調(diào)到6.5。

1. 4 pH過高

由于pH試紙失效，一段時(shí)間內(nèi)氯化鉀無氰鍍鎘槽的pH出現(xiàn)了過高的現(xiàn)象，鍍件中低電流密度區(qū)鍍鎘層正常，但棱角處鍍層略微粗糙。向鍍液中補(bǔ)加光亮劑、輔助劑以及配位劑均未能消除故障，用小電流電解處理也未見改善。測試鍍液pH為8.64，赫爾槽試片高電流密度區(qū)粗糙。加鹽酸調(diào)節(jié)鍍液pH至7.42，赫爾槽試片高電流密度區(qū)粗糙現(xiàn)象消失。車間將鍍液pH調(diào)至約7.3，鍍液恢復(fù)正常。這次故障出現(xiàn)后，客戶開始同時(shí)使用pH計(jì)和pH試紙監(jiān)控鍍槽的pH，取得了較好的效果。

氯化鉀無氰鍍鎘原工藝要求鍍液pH = 6.0 ~ 7.0。在調(diào)整了氯化鎘和配位劑含量的前提下，根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)行工藝將pH調(diào)整為6.5 ~ 7.5。按此操作，提高了鍍件的品質(zhì)。

1. 5 添加劑的分解產(chǎn)物過多

有一段時(shí)間鍍鎘層出現(xiàn)了粗糙的現(xiàn)象，高電流密度區(qū)比較明顯，低電流密度區(qū)略微粗糙。鍍液中氯化鎘和氯化鉀濃度正常，pH符合工藝要求，向鍍液中補(bǔ)加光亮劑和配位劑均無明顯改善?？紤]到鍍液已使用半年還未進(jìn)行過活性炭處理，于是向鍍液中加活性炭粉2 g/L，攪拌4 h后過濾鍍液，清洗濾芯。然后補(bǔ)加光亮劑0.5 g/L，試鍍，鍍層粗糙現(xiàn)象消失。

鍍槽中光亮劑和輔助劑的分解產(chǎn)物過多會(huì)導(dǎo)致鍍層粗糙，故應(yīng)定期用活性炭處理鍍液，消除有機(jī)雜質(zhì)對鍍液的不良影響。

2 結(jié)語

與其他新工藝一樣，氯化鉀無氰鍍鎘工藝也需要生產(chǎn)的檢驗(yàn)，在生產(chǎn)中不斷調(diào)整工藝參數(shù)，改善鍍液性能，使其符合大生產(chǎn)的要求。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整了NCC-617氯化鉀無氰鍍鎘工藝的部分參數(shù)：氯化鎘25 ~ 35 g/L，配位劑90 ~ 140 g/L，氯化鉀140 ~ 180 g/L，pH 6.5 ~ 7.5。氯化鎘與配位劑的濃度范圍擴(kuò)大后，明顯提高了工藝的可操作性。

[1] 萬冰華, 楊軍, 王福新, 等. 無氰鍍鎘工藝開發(fā)研究與應(yīng)用[J]. 電鍍與精飾, 2014, 36 (3): 22-25, 46.

[2] 張?jiān)收\, 胡如南, 向榮. 電鍍手冊(上冊)[M]. 2版. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1997: 279.

[3] 安能, 李愛萍. 新型酸性無氰鍍鎘工藝的維護(hù)[C] // 胡文進(jìn), 王朝銘. 軍工產(chǎn)業(yè)表面工程軍民融合綠色發(fā)展創(chuàng)新實(shí)用技術(shù)2016’(貴州?貴陽)高峰論壇論文集, 貴陽: 貴州省裝備制造業(yè)協(xié)會(huì)表面工程分會(huì), 2016: 22-24.

[4] 郭崇武. 新型酸性無氰鍍鎘工藝的開發(fā)研究[J]. 電鍍與涂飾, 2016, 35 (5): 250-255.

[5] 代朋民, 唐亓. 新型無氰鍍鎘工藝的應(yīng)用研究[J]. 電鍍與精飾, 2017, 39 (2): 35-38.

[ 編輯：溫靖邦 ]

《電鍍與涂飾》持續(xù)被Inspec數(shù)據(jù)庫收錄

英國工程技術(shù)學(xué)會(huì)IET（The Institution of Engineering and Technology）的網(wǎng)站（www.theiet.org）公布了截至2016年12月Inspec（Information Service in Physics, Electro-Technology, Computer and Control）數(shù)據(jù)庫的索引期刊目錄，《電鍍與涂飾》（Electroplating & Finishing, ISSN 1004–227X）位列其中。

Inspec的紙本是“科學(xué)文摘”（Science Abstract，簡稱SA，始于1898年），由IET（前身IEE，1871年成立）出版，是理工學(xué)科最重要、使用最為頻繁的數(shù)據(jù)庫之一，也是全球在理工科領(lǐng)域最權(quán)威的二次文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫之一。Inspec中的每一種期刊都是通過客觀評價(jià)，且按照高標(biāo)準(zhǔn)的要求而選擇出來的，有效地杜絕了混亂和繁雜的信息，可確保提供準(zhǔn)確、有意義和及時(shí)的數(shù)據(jù)。Inspec的專業(yè)面覆蓋物理、電子與電氣工程、計(jì)算機(jī)與控制工程、信息技術(shù)、生產(chǎn)和制造工程等領(lǐng)域，并覆蓋材料科學(xué)、海洋學(xué)、核工程、天文地理、生物醫(yī)學(xué)工程、生物物理學(xué)等領(lǐng)域的內(nèi)容，為物理學(xué)學(xué)家、工程師、信息專家、研究人與科學(xué)家提供了不可或缺的信息服務(wù)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前Inspec總共收錄4 215種期刊，其中中國大陸期刊260種（約占6.2%），《電鍍與涂飾》是國內(nèi)表面處理及涂料涂裝領(lǐng)域唯一被收錄的專業(yè)性期刊。

Countermeasures for troubles occurred in cyanide-free potassium chloride cadmium plating

CHEN Kang*,

GUO Chong-wu, DAI Peng-min

Some troubles occurred in novel cyanide-free potassium chloride cadmium plating bath and their countermeasures were described. The plating bath becomes turbid when the concentration of complexing agent is too high. The deposition rate is decreased greatly in low current density area when the concentration of cadmium chloride is too low. Rough coating will be formed in low current density area at low pHs, and in high density area at high pHs. The excessive accumulation of the decomposition products of additives makes the cadmium coating being rough, and the plating bath needs to be regularly treated with activated carbon. Some process parameters were adjusted based on the production experience: cadmium chloride 25-35 g/L, complexing agent 90-140 g/L, potassium chloride 140-180 g/L, and pH 6.5-7.5. The extension of the concentration ranges of cadmium chloride and complexing agent greatly improves the operability of the process.

cyanide-free cadmium plating; troubleshooting; cadmium chloride; complexing agent; organic decomposition product

TQ153.17

B

1004 – 227X (2017) 05 – 0257 – 03

10.19289/j.1004-227x.2017.05.007

2016–12–23

2017–03–08

陳康（1985–），男，湖南長沙人，大專學(xué)歷，生物技術(shù)應(yīng)用專業(yè)，從事電鍍工藝維護(hù)工作。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) kang.chen@ultra-union.com。

First-author’s address:Guangzhou Ultra Union Chemicals Ltd., Guangzhou 510460, China