電鍍錫薄板生產(chǎn)線PSA 與MSA 工藝優(yōu)缺點(diǎn)分析及轉(zhuǎn)換方法研究

郭 強(qiáng) 劉海濤 賈廣欣 王錦旗

（河鋼集團(tuán)衡水薄板有限責(zé)任公司，河北 衡水053000）

目前全國有電鍍錫薄板生產(chǎn)線30 余條[1]，絕大部分電鍍錫生產(chǎn)線采用弗洛斯坦法，其電鍍工藝有兩種方式，即PSA 工藝和MSA 工藝，PSA 工藝電鍍液中主要化學(xué)成分為苯酚磺酸和萘酚磺酸，MSA 工藝電鍍液中主要化學(xué)成分為甲基磺酸、抗氧化劑、添加劑、助溶劑。產(chǎn)線設(shè)計(jì)時只能采取一種特定工藝，生產(chǎn)企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)自身在不同階段、不同形勢條件下的不同需求。通過對比研究分析，對兩種工藝進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換流程較為復(fù)雜，需深入研究，最大程度保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低運(yùn)行成本。

1 PSA 電鍍錫工藝優(yōu)缺點(diǎn)分析

1.1 采用PSA 電鍍錫工藝的優(yōu)點(diǎn)

1.1.1 SA 電鍍錫工藝。電鍍段的工藝藥劑有兩種，即PSA（苯酚磺酸）和ENSA（萘酚磺酸）。PSA 工藝各化學(xué)藥劑管控濃度如表1。

表1

PSA 電鍍錫工藝電鍍液成分中只有兩個主要控制項(xiàng)目，且濃度范圍在16 至25 克/升之間均可以獲得較好的產(chǎn)品質(zhì)量，具有工藝控制項(xiàng)目少，濃度管控范圍寬泛的優(yōu)點(diǎn)。

1.1.2 PSA 電鍍錫工藝最大的優(yōu)勢在于成本低，由于苯酚磺酸和萘酚磺酸容易加工獲得，而且對于電鍍錫產(chǎn)品的適應(yīng)性較強(qiáng)，可以在較寬的溫度范圍以及濃度范圍內(nèi)穩(wěn)定生產(chǎn)。表2 為PSA 電鍍錫工藝化學(xué)試劑耗量及成本。表中可以看出，采用PSA電鍍錫工藝，噸鋼化學(xué)藥品成本8.16 元。

表2

1.2 采用PSA 電鍍錫工藝的缺點(diǎn)

1.2.1 鍍錫生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的典型污染物主要是以液態(tài)形式存在的含錫、含油污染物、和以半固態(tài)形式存在的含錫泥液污染物[2]。PSA 鍍錫工藝存在鍍液COD 高的問題，COD 又名化學(xué)需氧量，是一種氧的質(zhì)量濃度，單位以mg/l 計(jì)量[3]，PSA 產(chǎn)生的廢鍍液COD 高達(dá)20000ppm，需通過化學(xué)氧化還原，且氧化還原反應(yīng)存在不徹底的風(fēng)險(xiǎn)，PSA 鍍液廢水的處理及日常PSA 鍍液的泄漏均存在COD 排放超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。在日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢下，苯酚磺酸鍍錫體系由于排放廢水COD 值高，已經(jīng)不能滿足環(huán)保形勢的要求。

1.2.2 PSA 鍍錫工藝導(dǎo)電性能較差，開機(jī)鍍液需要升溫，電鍍溫度操作范圍窄。工藝調(diào)整配料人工操作，隨意性較強(qiáng)，勞動強(qiáng)度較大，且不容易保證準(zhǔn)確的工藝參數(shù)，給產(chǎn)品質(zhì)量帶來不確定性，容易產(chǎn)生批量質(zhì)量事故。

1.2.3 PSA 鍍液鍍?nèi)菀捉Y(jié)晶，導(dǎo)致管路、槽體結(jié)垢，影響循環(huán)效果，且清理比較麻煩，不容易清洗干凈，導(dǎo)致鋼構(gòu)接地腐蝕。

1.2.4 由于PSA 工藝廢液COD 高，為保證達(dá)標(biāo)排放，需要經(jīng)過更為復(fù)雜的廢水處理工藝，PSA 鍍錫工藝廢液處理成本高，約為6.96 元/噸鋼，以年產(chǎn)十萬噸生產(chǎn)線計(jì)算，廢液處理費(fèi)用達(dá)69.6 萬元。

2 MSA 電鍍錫工藝優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 MSA 電鍍錫工藝的優(yōu)點(diǎn)

2.1.1 MSA 鍍錫體系其鍍液COD 是PSA 鍍液的1/10-1/20，同時又兼?zhèn)涔に嚥僮鞔翱趶V，藥品無毒副作用，產(chǎn)品鍍層致密孔隙率低、光澤度好，能夠完全滿足下游中高端用戶的各種需求。

2.1.2 相較于PSA，MSA 錫泥的產(chǎn)生量最小。鍍液廢水可調(diào)整PH 值沉降處理，廢水處理簡單，廢水COD 約為6000ppm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于PSA 工藝。均勻而細(xì)膩的錫沉積,經(jīng)過軟熔后形成更光亮的表面。寬泛的工藝操作窗口，低/高電流密度，低/高溫，皆可運(yùn)行。

2.1.3 MSA 鍍錫工藝滿足ROHS、REACH 法規(guī)要求，是一種環(huán)保性鍍液，其中含有的MSA 按照OECD 對有機(jī)生物降解性能的評價標(biāo)準(zhǔn)屬于易生物降解有機(jī)物，在24 天內(nèi)可以完全降解，符合環(huán)保的需要。

2.1.4 MSA 鍍錫工藝則導(dǎo)電性能較好，降低槽電壓可以有效節(jié)約電能，整流器槽電壓MSA 比PSA 降低1-2V，電耗降低6%-10%。同時MSA 鍍錫工藝相比PSA 鍍錫工藝可減少錫泥的產(chǎn)生。鍍槽不結(jié)垢, 現(xiàn)場整潔。

2.1.5 塑料桶標(biāo)識刻度添加，可及時方便精確控制工藝參數(shù)。產(chǎn)品質(zhì)量方面，MSA 工藝鍍錫量均勻性、亮邊控制、晶粒度、抗劃傷性、均優(yōu)于PSA,常溫可開機(jī)，電鍍溫度操作范圍寬，50℃為最佳操作溫度?？晒?jié)省蒸汽能源，減少電鍍冷卻器換熱面積。

2.1.6 MSA 工藝廢液處理成本約2.25 元/噸鋼，相比PSA工藝噸鋼節(jié)省4.71 元/噸鋼，以年產(chǎn)十萬噸鍍錫線計(jì)算，年可節(jié)約污水處理成本47.1 萬元。

2.2 MSA 電鍍錫工藝的缺點(diǎn)

2.2.1 采用MSA 電鍍錫工藝，電鍍段的工藝藥劑有四種，即甲基磺酸、抗氧化劑、添加劑、助溶劑。MSA 工藝各化學(xué)藥劑管控濃度如表3。

表3

MSA 電鍍錫工藝有四個控制項(xiàng)目，相比于PSA 存在管控精確度要求較高、管控項(xiàng)目多的缺點(diǎn)，而且對于產(chǎn)品的適應(yīng)性較差，需要針對不同用途不同鍍錫量馬口鐵產(chǎn)品分別調(diào)整工藝，產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的風(fēng)險(xiǎn)較大。

2.2.2 產(chǎn)品質(zhì)量方面采用MSA 工藝，馬口鐵產(chǎn)品鐵溶出值略低，耐酸霧腐蝕性較差。

2.2.3 成本方面不考慮電耗降低、廢液達(dá)標(biāo)處理等因素，單純從化學(xué)藥品消耗的層面分析，MSA 電鍍錫工藝生產(chǎn)成本較高。

表4 為MSA 工藝噸鋼消耗化學(xué)藥品數(shù)量及單價，從表中可以看出，MSA 工藝噸鋼化學(xué)藥品成本高達(dá)19.73 元，是PSA 工藝成本的2.4 倍。

表4

3 以河北省某電鍍錫薄板生產(chǎn)線PSA 切換MSA 電鍍錫工藝過程為例，分析兩種電鍍錫工藝切換的過程及方法

3.1 MSA 與PSA 設(shè)備相同，不同之處在于加藥方式，MSA不需配液槽，直接將各種化學(xué)藥劑按所需數(shù)量添加即可。

3.2 河北省某電鍍錫薄板生產(chǎn)線裝機(jī)設(shè)備參數(shù)

3.2.1 該鍍錫生產(chǎn)線采用可溶陽極，共16 個陽極橋，設(shè)置4個電鍍導(dǎo)電輥，電鍍工作槽5 個，最后一個電鍍工作槽配置不溶陽極，電鍍儲存罐1 個，電鍍輪換罐2 個，助熔工作槽1 個，助熔儲存槽1 個，回收工作槽1 個，助熔儲存槽1 個。電鍍冷卻器4臺，電鍍加熱器2 套，助熔加熱器1 套，電鍍過濾器1 臺。

3.2.2 電鍍儲存罐、輪換罐容積均為30m3，電鍍工作槽及助熔、回收工作槽有效容積均為2.6m3，回收儲存槽、助熔儲存槽容積均為7m3，電鍍循環(huán)泵流量130m3/h，電鍍過濾泵流量50m3，回收、助熔循環(huán)泵流量均為25m3/h。各槽材質(zhì)為鋼板襯膠，循環(huán)管路、過濾管路材質(zhì)均為UPVC。

3.3 切換MSA 方案

3.3.1 清洗原有工藝系統(tǒng)。加水至槽體、并循環(huán)，待所有可溶性物質(zhì)溶解后倒出。加水至槽體，小心地加入氫氧化鈉；加熱并充分循環(huán)后倒出。加純水至槽體，充分循環(huán)后全部倒出。加純水至槽體并加入硫酸，充分循環(huán)以確保充分浸洗槽體和輔助設(shè)備。測試該酸性溶液中的錫濃度，如果錫小于0.5g/L，則系統(tǒng)清洗較好。如果大于0.5g/L，沖洗掉酸性溶液，重復(fù)前述步驟，再次測試錫濃度是否小于0.5g/L。加純水至槽體，充分循環(huán)后倒出。清洗部位包括電鍍循環(huán)系統(tǒng)、助熔循環(huán)系統(tǒng)、回收循環(huán)系統(tǒng)、電鍍過濾系統(tǒng)、電鍍液輪換系統(tǒng)。

3.3.2 所切換之后的PSA/MSA 工藝槽液配制。按照電鍍液所需濃度及液量直接配置，提前布置各化學(xué)藥劑加藥管道。

3.3.3 預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)換時間：清洗系統(tǒng)3-4 天，配置、調(diào)整溶液1-2天。

3.3.4 需注意事項(xiàng)：根據(jù)切換日期提前做好鍍錫線PSA 化學(xué)藥品的采購及消耗計(jì)劃，防止切換完畢后剩余PSA 化學(xué)藥品。提前做好PSA 電鍍液的廢液儲存及處理，提前布置MSA 各藥劑配液管道，切換過程中需污水處理站配合處理清洗液。

4 結(jié)論

PSA 和MSA 工藝作為電鍍錫薄板生產(chǎn)的主要工藝方式，通過上述對兩種生產(chǎn)工藝的對比分析以及切換過程的介紹，兩者有各自的優(yōu)勢和缺點(diǎn)。PSA 最明顯的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)成本低、操作難度小，最大的缺點(diǎn)是廢液處理困難且成本高，MSA 工藝最明顯的優(yōu)勢是廢液處理容易、成本較低，但是化學(xué)藥品成本高，且對于工藝參數(shù)的要求比較嚴(yán)格。生產(chǎn)企業(yè)可以根據(jù)自身特點(diǎn)，以及對于環(huán)保及生產(chǎn)成本的不同需求，選擇不同的電鍍錫工藝，并可在兩者之間進(jìn)行切換，從而滿足企業(yè)發(fā)展需要。