電鍍清潔生產(chǎn)——低濃度電鍍技術(shù)

低濃度酸性光亮鍍銅

酸性光亮鍍銅自開(kāi)發(fā)以來(lái)，已經(jīng)得到非常廣泛的應(yīng)用。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始研制的光亮添加劑，發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有不少系列產(chǎn)品，在金屬制品的裝飾性電鍍、塑料電鍍、電鑄加工、印制線路板孔金屬化電鍍等領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用，是目前僅次于鍍鋅的最大的電鍍鍍種。但是，作為酸性鍍銅的基礎(chǔ)鍍液，一直使用20世紀(jì)30年代就已經(jīng)有的高濃度鍍液，這就是：

使用這種鍍液，加入某些商業(yè)酸性光亮鍍銅光亮劑都可以獲得光亮效果。但是這種鍍液由于硫酸銅濃度太高，不僅排水中銅離子濃度高，而且在陽(yáng)極上結(jié)晶嚴(yán)重，影響導(dǎo)電和陽(yáng)極的正常工作。因此，開(kāi)發(fā)低濃度酸性鍍銅工藝，是有實(shí)用價(jià)值的。韓國(guó)在20世紀(jì)70年代就已經(jīng)有工業(yè)化生產(chǎn)的報(bào)導(dǎo)。日本電鍍技術(shù)專(zhuān)家小西三郎在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的基礎(chǔ)上，在一些工廠又做了中試，獲得了滿意的結(jié)果。

小西三郎以霍爾槽試驗(yàn)為主，對(duì)不同濃度的酸性鍍銅工藝的最大電流密度、均鍍能力、覆蓋能力以及槽電壓、光亮度、整平性等做了試驗(yàn)，以確定一個(gè)合適的低濃度酸性鍍銅工藝配方。最后確定的具有實(shí)用價(jià)值的低濃度酸性鍍銅工藝為

日本一家塑料電鍍的工廠根據(jù)這一工藝，對(duì)自己2000L、5600L和8000L的三個(gè)酸性鍍銅槽進(jìn)行低濃度改造，取得了成功。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在采．用高濃度鍍液時(shí)，每周要添加硫酸銅35kg、硫酸15kg；在采用低濃度酸性鍍銅工藝后，每周添加硫酸銅l5kg、硫酸13kg，硫酸銅的添加量下降了57％。由于低濃度鍍液的槽電壓有所下降，由原來(lái)的4．5V下降到2．7V，使用電量也有所下降。

可以采用停止補(bǔ)加硫酸銅而逐步增加硫酸的辦法來(lái)改造現(xiàn)在的高濃度鍍液，不過(guò)光亮劑供應(yīng)商要開(kāi)發(fā)適合低濃度酸銅的光亮劑，以滿足廣大用戶的需要，這也是一種商機(jī)。

采用低濃度酸性鍍銅還使排放水中銅離子的濃度也大大下降，這對(duì)環(huán)保也是有意義的。

低濃度光亮鍍鎳

低濃度鍍鎳開(kāi)發(fā)的依據(jù)是以較大幅度下降硫酸鎳的含量，而適當(dāng)提高氯化鎳的含量，以讓鎳金屬的總量維持在較低的水平，比正常情況下低約40％左右(見(jiàn)表1)。

表1低濃度鍍鎳與常規(guī)鍍鎳金屬濃度

假定鍍鎳的極限電流密度與鎳離子的濃度和硫酸鎳、氯化鎳的擴(kuò)散系．?dāng)?shù)成比例，當(dāng)溫度是20℃時(shí)，硫酸鎳和氯化鎳的擴(kuò)散系數(shù)和溫度系數(shù)見(jiàn)表2。

表2硫酸鎳和氯化鎳的擴(kuò)散系數(shù)

可以據(jù)此求出50℃時(shí)兩種鎳鹽的擴(kuò)散系數(shù)：

    硫酸鎳0.38×10^-5(1+0.035×30)-0.80×10^—5cm2／s

    氯化鎳0.89×10^-5(1+0.029×30)-1.67×10^-5cm²／s

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)鍍鎳液，硫酸鎳的濃度是0．85mol／L，占整個(gè)鎳總量的82％，而氯化鎳的濃度是0.19mol／L，占總鎳量的l8％。可以由此列出．一個(gè)恒等式：

0.85×0.80×10^-5+0.19×1.67×10^-5=1.O0×10^-5

    當(dāng)將左邊的氯化鎳的濃度設(shè)為零時(shí)，如果要保持鍍液擴(kuò)散系數(shù)不變，則可設(shè)硫酸鎳的濃度為2：

    x×0．80×10^-5=1.00×10^-5

    x=1.25mol／L=351g／L

同理，可以令硫酸鎳的濃度設(shè)為零，求得完全用氯化鎳時(shí)的濃度為143g／L。由于完全不用氯化鎳陽(yáng)極會(huì)發(fā)生鈍化，而全部采用氯化鎳只能得到灰色鍍層，所以鍍鎳要采用同時(shí)含有硫酸鎳和氯化鎳的鍍液。經(jīng)試驗(yàn)確定的低濃度鍍鎳配方如下：

這個(gè)配方可以用于光亮鍍鎳和半光亮鍍鎳，只要選用合適的光亮添加劑就可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。采用這種低濃度鍍液，低電流區(qū)的光亮范圍還有所擴(kuò)大。從幾種不同鍍液中獲得的鍍層的力學(xué)性能見(jiàn)表3。

表3不同濃度鍍鎳層的力學(xué)性能

低濃度鍍鉻技術(shù)

鍍鉻現(xiàn)在已經(jīng)是嚴(yán)格加以限制使用的電鍍技術(shù)，主要是6價(jià)鉻的污染過(guò)于嚴(yán)重。作為過(guò)渡，現(xiàn)在已經(jīng)在推行3價(jià)鉻鍍鉻技術(shù)，同時(shí)積極開(kāi)發(fā)代鉻技術(shù)。但是完全取消鍍鉻，從目前來(lái)看是不可能的，在這種情況下，采用低濃度鍍鉻技術(shù)，對(duì)環(huán)境保護(hù)和節(jié)約資源都是有意義的。

標(biāo)準(zhǔn)的鍍鉻液大家都清楚是含有250g／L的鉻酐，與硫酸的比值是100：1。而低濃度鍍鉻的目標(biāo)先是將鉻酸定在100g／L，這個(gè)濃度很快得到工業(yè)界的認(rèn)可，與硫酸的比值仍然維持在100：1。隨后將鉻酸的濃度降低至50g／L，結(jié)果也取得了令人滿意的結(jié)果。據(jù)小西介紹，很多參觀這家低濃度鍍鉻工廠的產(chǎn)品的人，幾乎不相信那些產(chǎn)品是從50g／L鉻酸的鍍液中鍍出來(lái)的。這種低鉻鍍鉻的硫酸含量要適當(dāng)下調(diào)一下，讓鉻酸與硫酸的比值略大于100。

采用低濃度鍍鉻技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是排水成本大大降低，當(dāng)然鍍液的成本也大大下降。同時(shí)低鉻鍍鉻的槽電壓會(huì)有所上升，這是可以理解的。