電鍍工藝中的鉻酸霧處理探討

韓單恒

（上海威正環(huán)境技術(shù)有限公司， 上海 200135）

1 工程概況

隨著社會(huì)對(duì)于環(huán)境保護(hù)的要求日益迫切，對(duì)原有工業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造進(jìn)而在滿(mǎn)足環(huán)保的前提下，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的穩(wěn)定，根據(jù)環(huán)保部有關(guān)分類(lèi)管理規(guī)定，該項(xiàng)目屬汽車(chē)零部件行業(yè)，含電鍍工藝，環(huán)評(píng)等級(jí)應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。本次工程項(xiàng)目為技師改造項(xiàng)目，建設(shè)單位為上海北特科技股份有限公司，位于上海市嘉定區(qū)華亭鎮(zhèn)高石公路2488 號(hào)上海北特科技股份有限公司現(xiàn)有廠(chǎng)區(qū)內(nèi)。項(xiàng)目通過(guò)在現(xiàn)有車(chē)間一新增兩條Dyne-chrome 硬鉻電鍍線(xiàn)及部分機(jī)加工設(shè)備，依托部分現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備，從事活塞桿成品件的生產(chǎn)，預(yù)計(jì)年產(chǎn)活塞桿成品1000 萬(wàn)支。本文以鉻酸霧處理工藝為研究基礎(chǔ)，展開(kāi)實(shí)踐分析。

2 處理工藝

2.1 工藝流程

電鍍工藝相對(duì)其他類(lèi)型工藝較為復(fù)雜，項(xiàng)目涉及到的生產(chǎn)工藝核心內(nèi)容主要包括機(jī)加工、熱處理、磁粉探傷、鍍前處理、鍍鉻等，電鍍生產(chǎn)中的鍍前處理主要包括拋丸和水洗兩種方式。此過(guò)程產(chǎn)生的污染物包括有機(jī)廢氣、粉塵、酸霧和含重金屬?gòu)U水等，其中重金屬鉻是整個(gè)流程環(huán)評(píng)中的重要因素。工藝流程中首先要明確項(xiàng)目鍍鉻工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在工藝細(xì)節(jié)上需進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究，針對(duì)電鍍工藝流程明確電鍍線(xiàn)環(huán)節(jié)的操作工藝工況條件、工作制度，借助鉻酸的物料平衡分析和水平衡分析，對(duì)鉻在工藝流程中的轉(zhuǎn)移和最終去向進(jìn)行準(zhǔn)確的量化計(jì)算分析，最終獲得鉻酸霧和進(jìn)入廢水中的鉻的可靠數(shù)量。[1]

電鍍過(guò)程包括反刻，鍍鉻，水洗等。首先反刻為工件在電鍍前表面與空氣接觸會(huì)產(chǎn)生一層薄層氧化膜，因此必須經(jīng)反刻處理去除這層氧化膜以保證鍍層結(jié)合力。[2]反刻槽液為鉻酸，濃度為450g/L，溫度控制在55～60℃，待鍍工件做陽(yáng)極，白金鈦網(wǎng)做陰極（不含鉛）。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反刻槽液中的三價(jià)鐵離子和三價(jià)鉻離子濃度逐漸升高，為保證反刻效果，需定期對(duì)反刻槽液進(jìn)行陽(yáng)離子回收處理(約3 次/d)，即將反刻槽液通過(guò)離子交換器，反刻槽液中的三價(jià)鐵離子和三價(jià)鉻離子被陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附，經(jīng)處理后的反刻液回到反刻槽循環(huán)使用；反刻槽液經(jīng)處理后通過(guò)添加新的鉻酸溶液能長(zhǎng)期使用。反刻過(guò)程會(huì)有反刻廢氣產(chǎn)生，主要為鉻酸霧和水蒸氣。鍍鉻槽液鉻酸和濃硫酸（硫酸根為催化劑）的配置比例約為100 比1，同時(shí)加入適量的抑霧劑，槽液中包含抑霧劑、鉻酐、硫酸、三價(jià)鉻，白金鈦網(wǎng)做陰極（不含鉛），待鍍的工件做陽(yáng)極，溫度控制在55～60℃，隨著電解反應(yīng)的進(jìn)行工件表面形成一層鉻鍍層。

鍍鉻過(guò)程有廢氣產(chǎn)生，主要為鉻酸霧、硫酸霧、氫氣、氧氣和水蒸氣。[3]反刻廢氣和鍍鉻廢氣經(jīng)槽邊排風(fēng)罩收集至蒸發(fā)器后由鍍鉻槽液通過(guò)泵提升至蒸發(fā)器噴淋，噴淋后的液體經(jīng)蒸發(fā)器下部的管道直接回流至鍍鉻廢氣再經(jīng)兩道洗滌塔回收凈化后通過(guò)兩根排氣筒進(jìn)行排放。為了保證鍍鉻槽液的質(zhì)量，需定期對(duì)槽液進(jìn)行化驗(yàn)，若三價(jià)鉻離子濃度超過(guò)合理范圍，需對(duì)鍍鉻槽液進(jìn)行陽(yáng)離子回收處理，即將鍍鉻槽液通過(guò)離子交換器，槽液中的三價(jià)鉻離子被陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附，經(jīng)處理后的槽液回到鍍鉻槽中循環(huán)使用，鍍鉻槽液經(jīng)處理后通過(guò)添加新的鉻酸、硫酸溶液確保各成分的濃度處于合理范圍，因此鍍鉻槽液能長(zhǎng)期使用。

水洗以及熱水洗（又稱(chēng)為電加熱）：鍍后漂洗水由三級(jí)逆流漂洗組成、不外排。第一道水洗廢水會(huì)收集在洗滌塔的第一道緩沖水槽里，然后打到洗滌塔的第一段，吸收廢氣里的鉻。新鮮純水會(huì)先灌到洗滌塔的第二道緩沖水槽，然后打到洗滌塔第二段，進(jìn)一步吸收廢氣里的鉻。同時(shí)間，水在洗滌塔第二段的時(shí)候吸收廢氣的熱能，回用到熱水洗槽。當(dāng)反刻槽或鍍鉻槽內(nèi)的液位由于水分蒸發(fā)而下降后，第一道緩沖槽的液體就會(huì)補(bǔ)充至鍍槽來(lái)平衡液位，鍍后漂洗水和反刻槽、鍍鉻槽形成一套閉路循環(huán)系統(tǒng)。熱水洗后即為成品。逆流漂洗系統(tǒng)循環(huán)如圖1 所示。

圖1 電鍍后漂洗循環(huán)系統(tǒng)示意圖

項(xiàng)目的鉻酸霧產(chǎn)生濃度較高且排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，在項(xiàng)目組向企業(yè)提出了在原計(jì)劃的電鍍槽液噴淋吸收酸霧措施的基礎(chǔ)上，工藝流程生產(chǎn)中需要增加兩道洗滌塔以進(jìn)一步回收凈化鉻酸霧，最終進(jìn)除霧器過(guò)濾后排放，很好的確保了鉻酸霧的達(dá)標(biāo)排放。

2.2 工藝說(shuō)明

基于國(guó)家相關(guān)規(guī)定，鉻屬于一類(lèi)重金屬污染物，要求車(chē)間內(nèi)即配套預(yù)處理裝置專(zhuān)門(mén)處理廢水中的鉻至達(dá)標(biāo)，所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB21900-2008）。由于項(xiàng)目各類(lèi)廢水以酸性為主，直接排放不能達(dá)標(biāo)，因此廠(chǎng)內(nèi)還設(shè)有綜合污水處理站，新增的各類(lèi)廢水（包括處理達(dá)標(biāo)后的含鉻廢水）一并依托該污水站處理達(dá)標(biāo)（執(zhí)行《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（DB31/445-2009）標(biāo)準(zhǔn)）后納入市政污水管網(wǎng)排放。

工藝實(shí)踐中電鍍工藝需注意的有多方面，分別為：首先陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在使用一段時(shí)間后要進(jìn)行再生處理，即先用硫酸溶液沖洗樹(shù)脂使樹(shù)脂放出被吸附的陽(yáng)離子，主要包括三價(jià)鐵離子與三價(jià)鉻離子，再用純水沖洗到近中性即可；樹(shù)脂再生過(guò)程有再生廢水產(chǎn)生，主要成分為六價(jià)鉻、總鉻、三家鐵離子以及硫酸根離子等；生產(chǎn)中需每天定期清洗電鍍線(xiàn)的行車(chē)、屏蔽系統(tǒng)等會(huì)產(chǎn)生設(shè)備清洗廢水，主要成分為六價(jià)鉻離子、總鉻。電鍍工序產(chǎn)生的不合格鍍件需進(jìn)行退鍍處理，采用磨削退鍍方式，退鍍后的工件再做鍍硬鉻處理，退鍍工序會(huì)產(chǎn)生廢鉻渣；最后化驗(yàn)室定期對(duì)電鍍槽液進(jìn)行成分檢測(cè)以確保電鍍槽液中各成分濃度處于合理水平，化驗(yàn)過(guò)程的測(cè)試廢液做危廢處置，化驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程無(wú)廢氣產(chǎn)生。

3 主要構(gòu)建物及設(shè)備參數(shù)

反刻工序采用鉻酸作為反刻液，生產(chǎn)過(guò)程有鉻酸霧揮發(fā)。根據(jù)《簡(jiǎn)明通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》可求得電鍍槽有害物散發(fā)率，在鉻酸及其鹽類(lèi)溶液中，低于50℃時(shí)金屬的化學(xué)加工主要包含的工藝有鈍化、酸洗、去氧化膜、倒鉻酸鉀等物質(zhì)。電鍍過(guò)程會(huì)有電鍍廢氣產(chǎn)生，主要為鉻酸霧和硫酸霧。建設(shè)方擬采取的凈化措施如下：

反刻廢氣和鍍鉻廢氣經(jīng)排風(fēng)系統(tǒng)收集至蒸發(fā)器經(jīng)鍍鉻槽液，具體操作是由泵提升至蒸發(fā)器噴淋，鍍鉻槽液與廢氣進(jìn)行熱交換，鉻溶液降溫；另一方面，廢氣中的鉻隨鉻溶液返回鍍鉻槽，廢氣再經(jīng)兩道洗滌塔回收凈化后通過(guò)一根高排氣筒排放。

由于鉻酸霧排放標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格且產(chǎn)生濃度較高，僅通過(guò)蒸發(fā)器噴淋不能滿(mǎn)足排放要求，因此設(shè)置兩道洗滌塔進(jìn)一步回收凈化鉻酸霧。洗滌塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖2 所示。

圖2 洗滌塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)

洗滌塔下部設(shè)置有過(guò)濾網(wǎng)格，上部設(shè)有除霧器分離層，使用時(shí)第一道洗滌塔內(nèi)部充滿(mǎn)第一道水洗廢水，第二道洗滌塔內(nèi)部充滿(mǎn)新鮮純水。當(dāng)一定氣速的鉻酸霧經(jīng)過(guò)洗滌塔下部的過(guò)濾網(wǎng)格時(shí)，由于鉻酸密度較大且易于凝聚，不同粒徑的鉻酸霧懸浮在氣流中，互相碰撞而凝聚成較大的顆粒，附著在網(wǎng)格上，溶解于水中。第一道洗滌塔中的廢水吸收廢氣里的鉻和熱能，第二道洗滌塔中的新鮮純水進(jìn)一步吸收廢氣中的鉻和熱能，兩道洗滌塔與對(duì)應(yīng)的緩沖水槽、電鍍槽和鍍后水洗槽為一套閉路水循環(huán)系統(tǒng)。因此，經(jīng)洗滌塔回收凈化的鉻最終回流至電鍍槽中，不外排。

經(jīng)兩道網(wǎng)格過(guò)濾后的酸霧最終經(jīng)洗滌塔中除霧器進(jìn)一步分離后排放，除霧器分離層采用先進(jìn)的德國(guó)技術(shù)，利用水霧凝聚使氣液分離的原料，氣體通過(guò)分離器中的絲墊，可除去夾帶的鉻霧，有效去除霧滴。

4 處理效果及效益

本項(xiàng)目的生產(chǎn)工藝技術(shù)較為先進(jìn)，所用加工設(shè)備基本為國(guó)外先進(jìn)設(shè)備，具有能耗低、加工質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，適合于生產(chǎn)大批量、高要求的產(chǎn)品。電鍍生產(chǎn)線(xiàn)為無(wú)氰鍍鉻工藝，電鍍?cè)现胁缓U等禁用物質(zhì)。電鍍過(guò)程中產(chǎn)生的少量硫酸霧和鉻酸霧經(jīng)集氣收集后經(jīng)鍍鉻槽液逆流式噴淋，再經(jīng)兩道洗滌塔回收凈化；電鍍線(xiàn)水洗工藝采用多級(jí)逆流漂洗，提高水的重復(fù)利用率；電鍍槽和鍍后水洗槽、洗滌塔等形成一套閉路循環(huán)系統(tǒng)，鍍后水洗廢水不外排，從而減小對(duì)環(huán)境的污染和作業(yè)人員的健康危害。項(xiàng)目拋丸工序產(chǎn)生的粉塵收集后經(jīng)布袋除塵器處理后通過(guò)高排氣筒排放，電鍍線(xiàn)運(yùn)行產(chǎn)生的硫酸霧、鉻酸霧廢氣經(jīng)集氣系統(tǒng)收集至蒸發(fā)器后經(jīng)鍍鉻槽液逆流式噴淋，再經(jīng)兩道洗滌塔回收凈化，尾氣通過(guò)高排氣筒排放。本項(xiàng)目在生產(chǎn)工藝設(shè)備配置方面基本做到采用較先進(jìn)的生產(chǎn)工藝設(shè)備，符合清潔生產(chǎn)對(duì)生產(chǎn)工藝及設(shè)備的要求。

5 結(jié)論

在環(huán)保升級(jí)的背景下，對(duì)于現(xiàn)有工業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)環(huán)保升級(jí)改造已勢(shì)在必行。電鍍工藝生產(chǎn)作為我國(guó)材料表面工藝處理以及電化學(xué)涂層的重要手段，在廣泛的領(lǐng)域內(nèi)都有著重要的指導(dǎo)性意義，但同時(shí)也因?yàn)槠渖a(chǎn)過(guò)程中的污染性、耗能性而受到社會(huì)廣泛重視。本文以電鍍工藝生產(chǎn)中的鉻酸霧為對(duì)象進(jìn)行分析，通過(guò)提出問(wèn)題，明確過(guò)程以及應(yīng)對(duì)處理方法，最終解決問(wèn)題，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)，具有較強(qiáng)的實(shí)踐意義。