基于硫酸锌/硫酸铝体系的铁丝连续光亮镀锌

王瑞祥

（中国电镀协会老专家委员会）

基于硫酸锌/硫酸铝体系的铁丝连续光亮镀锌

王瑞祥

（中国电镀协会老专家委员会）

比较了2种铁丝硫酸锌镀锌体系──硼酸体系和硫酸铝体系。介绍了一种环保、低成本的工艺，其镀液组成及操作条件如下：七水合硫酸锌350 ～ 450 g/L，十八水合硫酸铝30 ～40 g/L，光亮剂4 ～ 6 mL/L，pH 3.0 ～ 3.5，波美度26 ～ 32 °Bé，允许温度为室温至40 °C。给出了电流、镀液浓度及镀层光亮度的控制要点。对于铁丝镀锌如何实现清洁生产，提出了建议。

铁丝；电镀锌；硫酸铝；清洁生产

Author’s address: Veteran Experts Committee of the China Electroplating Association, China

1 前言

铁丝连续硫酸盐镀锌在上世纪30年代已经在上海应用，当时有几家工厂在生产，有一定的规模。其技术是从英国引进的，镀层呈白色，但没有光泽，光亮剂是阿拉伯树胶。上世纪40年代，常州拉丝厂在原有阿拉伯树胶的基础上补加了硫脲，使镀层有了一点光泽。到了50年代，这类光亮剂被全国上百家拉丝厂所采用。直至80年代，南京战斗化工厂率先以DPE-1作为光亮剂用在铁丝连续硫酸盐镀锌线上。DPE-1当时被用在无氰碱性锌酸盐镀锌上，是氰化物的代用品，而南京战斗化工厂将其用在属性完全不同的连续、快速、高电流密度的硫酸锌镀锌生产线上，的确是一个大胆的尝试。从镀锌的理论分析，DPE-1添加剂加入强电解质硫酸锌溶液中，的确大幅度地提高了阴极极化，其极化作用证明DPE-1在电极上产生一定的阻化作用。由此可以推断，脂肪胺与环氧化基烷类的缩合物对镀锌系列的配方都会产生极化作用，这也使无氰镀锌系列配方在技术指标上可以媲美氰化镀锌。

2 两种配方的比较

目前，铁丝硫酸锌镀锌主要有两大体系，即硼酸体系和硫酸铝体系。硫酸铝体系应用较早，铝在硫酸锌溶液中虽然不可能与锌共沉积，但是由于锌的电沉积过程中有超电位效应，因此金属铝也有可能在锌的沉积过程中有微量的夹杂。这种夹杂在冷吸附过程中不可能形成单相固溶体，但由于铝的电极电位比锌更负，而铝的氧化物在大气中又非常稳定，所以铝会阻缓锌在大气中的腐蚀。因此，硫酸锌+硫酸铝是比较科学合理的配方。

另一个配方是硫酸锌+硼酸的配方。加硼酸的作用是稳定pH，光亮剂可用武汉风帆公司的硫锌-30。从这种镀液中镀出来的铁丝非常光亮诱人，酷似拉拔后的银丝，所以一经推出，即被广泛应用。但多年以后，它也逐渐暴露出以下缺点：

(1) 光亮剂中含有大量表面活性剂，清洗水的COD值大大超标。

(2) 电镀车间异味太重，对人体可能有一定影响。

(3) 接线时操作人员的手要经常浸入溶液，如果不带手套，会产生瘙痒，而且越抓越痒。

(4) 溶液呈棕色，有大量气泡覆盖，有时会产生爆呜。

(5) 每次清槽时，槽底有大量胶状黏物，溶液浪费很多。

(6) 槽内不导电的压辊上容易镀上锌，造成无功电耗和锌耗。

(7) 光亮剂是苯醛类物质，在电解过程中极易还原成苯环类酸，所以废水中含有无法分解的含苯的有害化合物，而且造成添加剂消耗量很快，每镀1 t线材，其消耗量为1.5 ～ 2.0 kg。按光亮剂8元/kg左右计算，那么每镀1 t铁丝的光亮剂费用是15元左右。更重要的是，含有的聚醚类表面活性剂使废水的COD值骤然增大。为了降低 COD值，上海某镀锌丝材厂花了23万元请上海环保局设置，仍然达不到排放要求，需每月再交排污费。这就是以苄叉丙酮和聚醚作光亮剂的缺点。

为此，介绍一种硫酸铝–硫酸锌的配方，其优点是光亮剂消耗量极少(仅为苄叉系光亮剂的1/3 ～ 1/5)，该光亮剂也不存在上述 7点弊病，是低成本的环保通用型光亮剂，现已在全国各地多家大型铁丝厂中应用。

3 工艺配方

硫酸锌(ZnSO4·7H2O) 350 ～ 450 g/L

硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O) 30 ～ 40 g/L

光亮剂(锌铝-1号) 4 ～ 6 mL/L

波美度 26 ～ 32 °Bé

pH 3.0 ～ 3.5

允许温度 室温至40 °C

电流因铁丝的型号而异，如表1所示。

表1 不同型号铁丝连续电镀锌的电流控制范围Table 1 Range of current for continuous zinc electroplating on different types of iron wires

按上述配方镀出来的铁丝应该是表面白色，光亮均匀，而且每捆色泽也一致，耐蚀性好，长期存放也不变色。下面列举几种镀层缺陷及其可能原因：

(1) 镀层发黑——通常是电流密度过大所致。若只有几根发黑，则是电流过大和温度太低；若每根铁丝都发黑，则可能是溶液有问题，必须找出原因。

(2) 镀层发黄——一般是槽液温度过高所致，解决办法是补加硫酸铝；另一个原因是pH高于5，此时应加稀硫酸至pH为3。

(3) 镀层发灰——光亮剂不足或冬天液温太低，应提高液温至≥15 °C。

(4) 镀层发花或掉锌——酸洗槽的酸液浓度不足或经退火的铁丝预酸洗不彻底。

4 最佳工作条件的控制

4. 1 电流

各类线规的铁丝，每根所需的电流与镀层光亮区域的关系如图1所示。首先要注意导电辊与铁丝之间的接触电阻，要求两者接触均匀，不跳火花。另外要注意铁丝与锌块之间的距离，近则电耗少，远则溶液扩散好，各有利弊，一般控制在80 cm左右为宜。垫锌块的不溶性导电桥一般都用铅，但最好用钛，而且在引出部位用塑料带包扎，以防止边缘处的铁丝因电流过大而烧焦。

图1 液温为(25 ±5 ) °C时，不同型号铁丝的施镀电流与镀层光亮区范围的关系Figure 1 Relationship between electroplating current and bright deposit range for different types of iron wires at a bath temperature of (25 ± 5) °C

4. 2 溶液浓度

溶液的浓度无需进行繁琐的化学分析，只需用波美表(比重表)测一下，即可知道硫酸锌的含量。当镀液中加有40 g/L硫酸铝时，其波美度稍有增大。从图2可见，若测得波美度为20 °Bé，则立即可知溶液中的硫酸锌为300 g/L左右。

图2 硫酸锌含量与波美度的关系Figure 2 Relationship between the content of zinc sulfate and specific gravity based on Baumé scale

4. 3 影响光亮度的因素

镀层的光亮度与温度有关，而色泽与pH有关，如图3所示。一般而言，当溶液pH≤2.5时，锌块会自行溶解，并可以听到丝丝的声音；当pH≥5时，镀层会发黄；pH更高时，镀层呈黄色，失光。pH一般控制在3.0 ～ 3.5为宜。

图3 不同pH范围内镀层光亮度与镀液温度的关系Figure 3 Relationship between deposit brightness and bath temperature at different pH ranges

用锌铝-1号光亮剂镀得的铁丝，表面光亮度很好，酷似镀亮镍的光泽，金属感很强。该光亮剂类似于清水，清彻透明，无异味，不腐蚀皮肤。

5 环保措施

镀锌铁丝厂要保证污水达标排放或封闭循环再利用，实现清洁生产，宜从以下方面着手：

(1) 镀前的去锈最好用 18%的硫酸进行电解处理，即使把硫酸带到镀槽中也无妨，在硫酸槽中放入少量的硫脲或乌洛托品可防止铁丝过腐蚀。镀好的铁丝采用逆流法清洗，最好多设几级清洗槽。当最后一级清洗水槽中的溶液达到一定浓度后，回到镀槽中再利用。

(2) 每个镀槽要连贯，槽与槽之间不留空隙，导电辊置于上面，使其带出的溶液滴回到镀槽中。

(3) 最好在每个镀槽上安装一台小的家用电风扇，直接在液面上斜吹，这样可以防止槽温升高过快并增强溶液搅动，保证长时间内得到光亮的镀层。

(4) 槽子清理时可能有少量沉淀，将其积攒起来，用硫酸溶解，过滤后可回槽应用，从而实现循环利用。

[ 编辑：温靖邦 ]

Continuous bright zinc electroplating in zinc/aluminum sulfate bath for iron wire //

WANG Rui-xiang

Two systems for zinc electroplating on iron wire, namely boric acid and aluminum sulfate systems, were compared. An environmentally-friendly and low-cost process was introduced. The bath composition and operation conditions are as follows: ZnSO4·7H2O 350-450 g/L, Al2(SO4)3·18H2O 30-40 g/L, brightening agent 4-6 ml/L, pH 3.0-3.5, specific gravity 26-32 °Bé, and allowable temperature from room temperature to 40 °C. The key points for controlling current, bath concentration and deposit brightness were given. Some suggestions were presented for cleaner production of zinc electroplating on iron wire.

iron wire; zinc electroplating; aluminum sulfate; cleaner production

TQ153.15

A

1004 – 227X (2010) 09 – 0009 – 03

2009–12–25

王瑞祥（1934–），男，浙江宁波人，高级工程师，从事电化学研究。

作者联系方式：(Tel) 13971149955。