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【簡介】
王秋紅1,胡光輝1,潘湛昌1,古曉雁2,肖楚民1,徐 波1
(1.廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院,廣東廣州 510006; 2.佛山市昭信金屬制品有限公司,廣東佛山 528131)
[摘 要] 三價(jià)鉻電鍍液中金屬雜質(zhì)離子累積到一定的程度,便會(huì)影響鍍層質(zhì)量。通過HullCell試驗(yàn),探討了TCR-3000三價(jià)鉻電鍍液對金屬雜質(zhì)離子的容忍度及其對鍍層外觀的影響。采用選擇性陽離子處理樹脂對鍍液中的金屬雜質(zhì)離子進(jìn)行了處理。結(jié)果表明:鍍液對雜質(zhì)Cu2+,Ni2+, Zn2+的容忍度分別為10, 50, 60 mg/L;以選擇性陽離子交換樹脂處理污染的鍍液,可使金屬雜質(zhì)離子濃度顯著降低,鍍液恢復(fù)正常使用。
[關(guān)鍵詞] 三價(jià)鉻電鍍液;金屬雜質(zhì)離子;容忍度;交換樹脂;處理技術(shù)
[中圖分類號(hào)]TQ153. 1
[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B
[文章編號(hào)]1001-1560(2011)03-0060-02
0 前 言
三價(jià)鉻電鍍液對金屬雜質(zhì)離子的容忍度是影響其產(chǎn)業(yè)化的重要因素之一。當(dāng)鍍液中的金屬雜質(zhì)離子超過其容忍極限時(shí),鍍液必須要加以處理,否則就會(huì)影響正常工作。為了方便、經(jīng)濟(jì)地除去鍍液中的金屬雜質(zhì)離子,而又不影響其正常使用,本工作以TCR-3000三價(jià)鉻電鍍液金屬雜質(zhì)離子污染為例,選用陽離子交換樹脂處理鍍液中的Cu2+,Ni2+, Zn2+等,同時(shí)考察了其處理效果。
1 三價(jià)鉻電鍍液失效狀況
1. 1 電極處理
以黃銅片為陰極,尺寸為100 mm×65 mm×0. 3mm,其前處理如下:除蠟→70~80℃熱水洗2 min→水洗→活化→水洗→鍍光亮鎳→水洗→堿洗→超聲波水洗10 min→干燥。
除蠟: 2 g/L十二烷基磺酸鈉, 8 g/L硅酸鈉, 60g/L磷酸鈉; 70~80℃, 10min。
活化: 5%稀鹽酸, 3 min。
以DSA涂層鈦為陽極。
鍍光亮鎳: 250 g/L NiSO4·6H2O, 30 g/L NiCl6·6H2O, 35 g/L H3BO3, 29 mg/L二乙基丙炔胺甲酸鹽(PDA),水浴恒溫60℃,攪拌速度恒定,電流密度4~8A/dm2,時(shí)間10 min。堿洗: 6 g/L檸檬酸鈉, 10 g/L碳酸鈉, 15 min。
1. 2 電鍍工藝
TCR-3000三價(jià)鉻電鍍工藝見表1。
其中,配位劑為2種C3~C5有機(jī)羧酸,導(dǎo)電鹽為K2SO4等硫酸鹽,光亮劑為25%硫化物、25%磺酸鈉及部分醛類物質(zhì),濕潤劑為15%十二烷基磺酸鈉, 15%硫酸氫鈉, 5%其他陰離子表面活性劑。
1. 3 鍍液對金屬離子的容忍度
向三價(jià)鉻鍍液中添加不同金屬雜質(zhì)離子以模擬實(shí)際生產(chǎn)中鍍液失效的狀況,用Z-2000原子吸收分光光度計(jì)檢測鍍液中金屬雜質(zhì)離子的含量,以PHS-3C精密pH計(jì)調(diào)節(jié)和控制鍍液的pH值。
1. 3. 1 Cu2+
鍍前黃銅清洗不徹底、被腐蝕,或者化學(xué)藥品不純,都很容易將雜質(zhì)Cu2+帶進(jìn)槽液。圖1為不同濃度Cu2+對三價(jià)鉻鍍層外觀的影響。從圖1可以看出:Cu2+由0升至10. 0 mg/L時(shí),黃銅片高區(qū)先開始發(fā)暗、發(fā)黑,低區(qū)的半光亮帶逐漸向高區(qū)延伸,且隨濃度增加而擴(kuò)大;當(dāng)Cu2+達(dá)到10. 0 mg/L時(shí),高區(qū)電流密度大于30 A/dm2的部分開始出現(xiàn)燒焦現(xiàn)象,半光亮帶出現(xiàn)在工作電流密度范圍內(nèi)。如果Cu2+大于10. 0 mg/L,低區(qū)漏鍍嚴(yán)重,受鍍面積減小,同時(shí)半光亮區(qū)和暗區(qū)漸漸靠近且布滿整個(gè)鍍片,鍍液再也無法正常工作。由此可知,三價(jià)鉻鍍液對Cu2+雜質(zhì)的容忍度為10. 0 mg/L。
1. 3. 2 Ni2+
三價(jià)鉻電鍍通常在電鍍光亮鎳層上進(jìn)行,鍍鎳件若清洗不徹底,或鍍鎳層被鍍液腐蝕等都可能將Ni2+引入三價(jià)鉻電鍍液中。圖2為不同Ni2+濃度對三價(jià)鉻鍍層的影響。從圖2可以看出: Ni2+濃度增大至25mg/L時(shí),試片整體光亮,僅低區(qū)條帶狀向左移動(dòng);Ni2+濃度至50 mg/L時(shí),試片中部開始出現(xiàn)流痕,呈現(xiàn)半光亮鍍層,且流痕的面積隨著Ni2+濃度增加而不斷擴(kuò)大;Ni2+濃度達(dá)到100 mg/L時(shí),在電流密度3. 59~10. 39A/dm2內(nèi)均出現(xiàn)半光亮鍍層。可見,三價(jià)鉻鍍液對Ni2+雜質(zhì)的容忍度為50 mg/L。
1. 3. 3 Zn2+
在電鍍過程中,鍍件本身的腐蝕會(huì)使鍍液中含有雜質(zhì)Zn2+。圖3為Zn2+濃度對三價(jià)鉻鍍層的影響。從圖3可見,隨著鍍液中Zn2+濃度的不斷增加,光亮鍍層面積不斷減少:當(dāng)Zn2+濃度達(dá)到60 mg/L時(shí),光亮鍍層距陰極近端只有5.3 cm,即電流密度小于7 A/dm2時(shí)均無鍍層;Zn2+濃度對鍍層的顏色基本無大的影響,只是漏鍍區(qū)由黃色逐漸變成棕色。如果Zn2+濃度達(dá)到100mg/L,則整個(gè)試片基本無鍍層。正常操作的電流密度為2~8A/dm2,所以本鍍液對Zn2+雜質(zhì)的容忍度為60mg/L。
2 污染鍍液的處理工藝及其效果
2. 1 離子交換技術(shù)
在三價(jià)鉻電鍍液中添加Cu2+,Ni2+, Zn2+至其容忍度后,分別用離子交換法處理250 mL鍍液,工藝如下:30 g氨基羧酸樹脂蒸餾水洗滌→60℃水浴1 h→冷水洗→3 mol/LH2SO4浸泡24 h→蒸餾水洗至pH值4~5→裝柱→加入鍍液(與樹脂等體積)→靜置15 min→調(diào)節(jié)開閥(流速10滴/min)→氨基羧酸樹脂倒出→水洗至pH值4~5→3mol/LH2SO4浸泡24 h(2次)→水洗浸泡24 h→超聲波水洗1 h→水洗至pH值4~5→5%NaOH浸泡24 h→水洗至pH值10。
2. 2 處理效果
受污鍍液經(jīng)以上處理后的結(jié)果見表2。從表2可以發(fā)現(xiàn):三價(jià)鉻鍍液經(jīng)陽離子交換樹脂處理后,金屬雜質(zhì)離子含量顯著降低;陽離子交換樹脂對金屬雜質(zhì)離子交換能力的大小: Cu2+>Ni2+> Zn2+。處理后的三價(jià)鉻鍍液HullCell電鍍效果基本恢復(fù)正常(見圖4),說明陽離子交換樹脂處理后鍍液效果較好。
圖5顯示,Zn2+濃度與鍍層面積有規(guī)律性的對應(yīng)關(guān)系。HullCell鍍層距陰極近端約為7. 5~8. 0 cm。由此推測,相應(yīng)的Zn2+濃度在15mg/L,與表2結(jié)果相符。
3·結(jié) 論
(1)TCR-3000三價(jià)鉻鍍液對Cu2+,Ni2+,Zn2+雜質(zhì)的容忍度分別是10, 50, 60 mg/L。其中,對Cu2+最敏感,生產(chǎn)中要特別注意對其分析和控制。
(2)污染鍍液經(jīng)過陽離子交換樹脂處理后, Cu2+,Ni2+,Zn2+雜質(zhì)的含量顯著降低,可恢復(fù)正常使用。若設(shè)計(jì)合理,可使離子交換和電鍍同步進(jìn)行。
(3)Zn2+濃度與光亮鍍層面積有規(guī)律的對應(yīng)關(guān)系,可為HullCell試片定性分析Zn2+雜質(zhì)及估算其含量提供參考。
(4)離子交換法處理TCR-3000三價(jià)鉻鍍液中的金屬雜質(zhì)離子是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。
