镀铬板生产线镀液净化技术

朱国和

（宝山钢铁股份有限公司冷轧薄板厂，上海 200431）

镀铬板生产线镀液净化技术

朱国和

（宝山钢铁股份有限公司冷轧薄板厂，上海 200431）

测试了宝钢电镀铬机组镀液中杂质颗粒的粒度分布，观察了镀液中杂质颗粒浓度的变化情况，提出了一种去除镀液中固体杂质的方法，并设计了一套净化过滤系统。经实际使用，过滤后的镀液能满足高品质镀铬板生产的要求。

镀铬板；镀液；杂质；净化

1 前言

镀铬钢板(TFS)的生产成本比镀锡板低，具有镀层附着力强、印刷性好、无毒、耐硫化性好等特点，其加工成型性及机械强度也与镀锡板大致相同。采用镀铬钢板代替镀锡板是未来包装行业的发展方向，因此近年来镀铬钢板产量在国外的应用逐年增加[1-2]。为适应镀铬板的市场需求，宝钢冷轧薄板厂电镀铬机组于2007年兴建了第一条镀铬机组，该机组是目前国内速度最快、规格最薄、工艺最先进的镀铬板专用生产线，具有20万吨/年的生产能力。该机组选用“两步法”工艺和含氟化物型镀液，冷轧薄带钢首先在高浓度CrO3一步液中镀金属铬，再在低浓度CrO3二步液中镀氧化铬，这样可获得厚度理想且均匀的铬层和氧化膜[3]，其大致工艺流程如图1所示。

图1 镀铬钢板生产中电镀段工艺流程Figure 1 Process flow of electroplating section in TFS production

镀铬机组自2007年11月进入试运行以来，所生产的镀铬板存在大量压痕、凹坑、表面色差、表面光泽度不良、烧点和表面污迹等表面缺陷，这些表面缺陷大多与镀液的清洁程度有关。为降低宝钢电镀铬机组的废次品率，笔者已对镀液中的杂质类型进行了测试，并分析了镀液中杂质的可能来源[4]。本文将在此基础上，对镀液中杂质的浓度和粒度进行跟踪分析，通过试验研究提出去除镀液中杂质的方法，并提出工程应用的工艺路线及系统装备，实现对TFS机组镀液的离线净化。

2 镀液中杂质的浓度和粒度分析

镀液中杂质的质量浓度对镀层质量的影响重大，而镀液中杂质的粒度则决定其去除方法。为此，在确定去除方法之前，对镀液中杂质的浓度和粒度进行分析。

2. 1 镀液中杂质的粒度分析

由于镀液中的大颗粒很容易采用过滤的方法去除，因此着重分析经初步沉淀后依然残留在溶液中的固体颗粒。采用BECKMAN的粒度分析仪，从现场取得的镀液经一天时间沉淀后进行测定，所得结果如图2所示。由图2可知，镀液中颗粒的粒度大多在1 ～ 40 μm之间。

图2 镀液中杂质的粒度分布Figure 2 Particle size distribution of solid impurities in electroplating solution

2. 2 镀液中杂质的质量浓度分析

采用过滤的方法，考察了 2个定修周期内镀液中杂质的质量浓度变化。从各槽中区取1 000 mL镀液，采用滤纸过滤；所得到的过滤产物经去离子水清洗干净后放入干燥箱内，在110 °C下加热干燥2 h；待滤纸烘干后，用AB135-S型电子天平分别进行精确称重，得到1 000 mL镀液内固体颗粒的质量(含滤纸)。另取5张相同规格且干燥了的滤纸，称重后取平均值。含固体颗粒的滤纸的质量与滤纸平均质量相减，即得固体颗粒的净重，测试结果如表1所示。

表1 镀槽中杂质颗粒的质量浓度变化Table 1 Variation of mass concentration of solid impurities in electroplating solution

从表1可以看出，镀液中杂质的质量浓度随着施镀过程的进行而逐渐增加，其中铬镀液中的杂质浓度明显高于氧化铬镀槽中的浓度，如此高浓度的杂质必将对镀层的质量产生重大的影响。

3 固体杂质的去除方法

从对镀液中固体杂质的分析可知，镀液中固体杂质的粒度主要集中在1 μm以上。经分析，固体杂质中既含有有机物，又含有无机物。因此，采用过滤的办法较为合适[5]。过滤器的主要部件为过滤网，由于镀液中固体杂质的粒度小，镀液又具有强烈的腐蚀性，过滤时需要采用加压过滤的方式，因此滤网需选用强度高、耐氧化腐蚀的过滤材料。不锈钢烧结过滤网是一种可供选择的滤网。本试验采用的是五层烧结过滤网，滤网材料选316L不锈钢[6]。

过滤装置如图 3所示，过滤试验主要考察所选用滤网的过滤速度和过滤效果，试验的方法是自现场镀液槽中分别取1 000 mL镀液，在该试验装置上进行试验，考察过滤量随时间的变化，以及压力与过滤速率的关系。试验结果如图4所示。

图3 带真空系统的镀液过滤试验装置Figure 3 Test equipment with vacuum system for filtration of electroplating solution

图4 镀液过滤试验结果Figure 4 Test result of filtration of electroplating solution

从图4可以看出，常压下过滤速率随时间的延长而逐渐减慢。采用一定的真空度可提高过滤速率，200 mm水柱的真空度可使过滤速率提高近一倍。

4 镀液过滤装置及其实际效果

根据过滤试验的结果，设计制作了如图5所示的镀液过滤系统。

图5 镀液过滤系统的工艺流程Figure 5 Process flow of the system for filtration of electroplating solution

该系统使用自动反清洗管式微孔过滤机，是一个完全自动的连续系统，主要包括微滤主机(1台)，循环泵(2台)，压滤装置(1台)，反洗气栅，反洗水栅，循环泵现场操作盒，PLC控制柜，管道阀门等。

镀铬机组离线镀液净化系统于 2009年底建造完毕，随即投入使用，及后研究人员跟踪过滤装置的实际运行效果，其中镀液中固体颗粒质量浓度的变化如图 6所示。从测试的结果来看，固体杂质的质量浓度小于20 mg/L，这与过滤器投入使用前的200 mg/L以上的质量浓度相比下降了 90%以上。而镀液中杂质的粒度如图7所示。从分析的结果看，镀液中杂质的粒度大多在1 μm以下，其中90%以上的固体颗粒的粒度小于0.747 μm。由此说明，电镀铬机组采用过滤器后，镀液得到了极大的净化，达到了预期的过滤效果，镀铬的表面质量也得到了极大的提高，与镀液不洁程度有关的镀铬板废次品率由过滤系统投用前的 8%下降到0.4%。

图6 采用过滤装置后镀液中固体杂质质量浓度的变化Figure 6 Variation of mass concentration of solid impurities in electroplating solution after the installation of filtration device

图7 过滤后镀液中杂质的粒度分布Figure 7 Particle size distribution of solid impurities in electroplating solution after filtration

5 结论

在研究镀液中固体物质的组成、含量及特征的基础上，提出了采用增加离线镀液净化系统对镀液进行净化的方法，通过试验研究确定了镀液离线净化工艺。该镀液净化系统在实际应用中，大大降低了镀层表面质量缺陷发生率，提高了镀铬板表面质量，增强了镀铬产品的市场竞争能力。

[1] 张宏. 镀铬簿钢板(TFS)新产品的开发和应用[J]. 南方金属, 2002 (4): 13-16.

[2] 朱晓刚, 赵新明. 镀铬层的性能及影响因素[J]. 电刷镀技术, 2001 (2): 18-19, 17.

[3] 刘天成, 卢燕平. 国产无锡镀铬薄钢板镀层的XPS研究[J]. 表面技术, 2003, 32 (5): 20-22.

[4] 朱国和. 镀铬机组镀液污染原因分析[J]. 电镀与环保, 2010, 30 (1): 15-16.

[5] 丁启圣, 王维一. 新型实用过滤技术[M]. 2版. 北京: 化学工业出版社, 2005.

[6] 左景伊, 左禹. 腐蚀数据与选材手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 1995.

Purification technique for electroplating solution in tin-free steel production line //

ZHU Guo-he

The particle size distribution of solid impurities in electroplating solution of Baosteel’s tin-free steel (TFS) production line was tested. The concentration variation of impurity particles was observed. A method for removing solid impurities from electroplating solution was developed and a filtration system for purification was designed. The practical running results showed that the filtered electroplating solution meets the requirements of production of high-quality TFS sheets.

tin-free steel; electroplating solution; impurity, purification

TQ153.11

A

1004 – 227X (2010) 12 – 0016 – 03

Author’s address:Steel Sheet Cold Rolling Plant of Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai 200431, China

2010–07–22

2010–08–02

朱国和（1984–），男，河南南阳人，本科，助理工程师，主要从事电镀锡和电镀铬机组电镀工艺研究。

作者联系方式：(E-mail) zhuguohe@gmail.com。

[ 编辑：温靖邦 ]