电镀工艺中的铬酸雾处理探讨

韩单恒

（上海威正环境技术有限公司， 上海 200135）

1 工程概况

随着社会对于环境保护的要求日益迫切，对原有工业进行技术改造进而在满足环保的前提下，同时又实现产能的稳定，根据环保部有关分类管理规定，该项目属汽车零部件行业，含电镀工艺，环评等级应满足相关标准要求。本次工程项目为技师改造项目，建设单位为上海北特科技股份有限公司，位于上海市嘉定区华亭镇高石公路2488 号上海北特科技股份有限公司现有厂区内。项目通过在现有车间一新增两条Dyne-chrome 硬铬电镀线及部分机加工设备，依托部分现有生产设备，从事活塞杆成品件的生产，预计年产活塞杆成品1000 万支。本文以铬酸雾处理工艺为研究基础，展开实践分析。

2 处理工艺

2.1 工艺流程

电镀工艺相对其他类型工艺较为复杂，项目涉及到的生产工艺核心内容主要包括机加工、热处理、磁粉探伤、镀前处理、镀铬等，电镀生产中的镀前处理主要包括抛丸和水洗两种方式。此过程产生的污染物包括有机废气、粉尘、酸雾和含重金属废水等，其中重金属铬是整个流程环评中的重要因素。工艺流程中首先要明确项目镀铬工艺的关键环节，在工艺细节上需进行进一步的深入研究，针对电镀工艺流程明确电镀线环节的操作工艺工况条件、工作制度，借助铬酸的物料平衡分析和水平衡分析，对铬在工艺流程中的转移和最终去向进行准确的量化计算分析，最终获得铬酸雾和进入废水中的铬的可靠数量。[1]

电镀过程包括反刻，镀铬，水洗等。首先反刻为工件在电镀前表面与空气接触会产生一层薄层氧化膜，因此必须经反刻处理去除这层氧化膜以保证镀层结合力。[2]反刻槽液为铬酸，浓度为450g/L，温度控制在55～60℃，待镀工件做阳极，白金钛网做阴极（不含铅）。随着反应的进行，反刻槽液中的三价铁离子和三价铬离子浓度逐渐升高，为保证反刻效果，需定期对反刻槽液进行阳离子回收处理(约3 次/d)，即将反刻槽液通过离子交换器，反刻槽液中的三价铁离子和三价铬离子被阳离子交换树脂吸附，经处理后的反刻液回到反刻槽循环使用；反刻槽液经处理后通过添加新的铬酸溶液能长期使用。反刻过程会有反刻废气产生，主要为铬酸雾和水蒸气。镀铬槽液铬酸和浓硫酸（硫酸根为催化剂）的配置比例约为100 比1，同时加入适量的抑雾剂，槽液中包含抑雾剂、铬酐、硫酸、三价铬，白金钛网做阴极（不含铅），待镀的工件做阳极，温度控制在55～60℃，随着电解反应的进行工件表面形成一层铬镀层。

镀铬过程有废气产生，主要为铬酸雾、硫酸雾、氢气、氧气和水蒸气。[3]反刻废气和镀铬废气经槽边排风罩收集至蒸发器后由镀铬槽液通过泵提升至蒸发器喷淋，喷淋后的液体经蒸发器下部的管道直接回流至镀铬废气再经两道洗涤塔回收净化后通过两根排气筒进行排放。为了保证镀铬槽液的质量，需定期对槽液进行化验，若三价铬离子浓度超过合理范围，需对镀铬槽液进行阳离子回收处理，即将镀铬槽液通过离子交换器，槽液中的三价铬离子被阳离子交换树脂吸附，经处理后的槽液回到镀铬槽中循环使用，镀铬槽液经处理后通过添加新的铬酸、硫酸溶液确保各成分的浓度处于合理范围，因此镀铬槽液能长期使用。

水洗以及热水洗（又称为电加热）：镀后漂洗水由三级逆流漂洗组成、不外排。第一道水洗废水会收集在洗涤塔的第一道缓冲水槽里，然后打到洗涤塔的第一段，吸收废气里的铬。新鲜纯水会先灌到洗涤塔的第二道缓冲水槽，然后打到洗涤塔第二段，进一步吸收废气里的铬。同时间，水在洗涤塔第二段的时候吸收废气的热能，回用到热水洗槽。当反刻槽或镀铬槽内的液位由于水分蒸发而下降后，第一道缓冲槽的液体就会补充至镀槽来平衡液位，镀后漂洗水和反刻槽、镀铬槽形成一套闭路循环系统。热水洗后即为成品。逆流漂洗系统循环如图1 所示。

图1 电镀后漂洗循环系统示意图

项目的铬酸雾产生浓度较高且排放标准严格，在项目组向企业提出了在原计划的电镀槽液喷淋吸收酸雾措施的基础上，工艺流程生产中需要增加两道洗涤塔以进一步回收净化铬酸雾，最终进除雾器过滤后排放，很好的确保了铬酸雾的达标排放。

2.2 工艺说明

基于国家相关规定，铬属于一类重金属污染物，要求车间内即配套预处理装置专门处理废水中的铬至达标，所依据的标准为《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）。由于项目各类废水以酸性为主，直接排放不能达标，因此厂内还设有综合污水处理站，新增的各类废水（包括处理达标后的含铬废水）一并依托该污水站处理达标（执行《污水排入城镇下水道水质标准》（DB31/445-2009）标准）后纳入市政污水管网排放。

工艺实践中电镀工艺需注意的有多方面，分别为：首先阳离子交换树脂在使用一段时间后要进行再生处理，即先用硫酸溶液冲洗树脂使树脂放出被吸附的阳离子，主要包括三价铁离子与三价铬离子，再用纯水冲洗到近中性即可；树脂再生过程有再生废水产生，主要成分为六价铬、总铬、三家铁离子以及硫酸根离子等；生产中需每天定期清洗电镀线的行车、屏蔽系统等会产生设备清洗废水，主要成分为六价铬离子、总铬。电镀工序产生的不合格镀件需进行退镀处理，采用磨削退镀方式，退镀后的工件再做镀硬铬处理，退镀工序会产生废铬渣；最后化验室定期对电镀槽液进行成分检测以确保电镀槽液中各成分浓度处于合理水平，化验过程的测试废液做危废处置，化验检测过程无废气产生。

3 主要构建物及设备参数

反刻工序采用铬酸作为反刻液，生产过程有铬酸雾挥发。根据《简明通风设计手册》可求得电镀槽有害物散发率，在铬酸及其盐类溶液中，低于50℃时金属的化学加工主要包含的工艺有钝化、酸洗、去氧化膜、倒铬酸钾等物质。电镀过程会有电镀废气产生，主要为铬酸雾和硫酸雾。建设方拟采取的净化措施如下：

反刻废气和镀铬废气经排风系统收集至蒸发器经镀铬槽液，具体操作是由泵提升至蒸发器喷淋，镀铬槽液与废气进行热交换，铬溶液降温；另一方面，废气中的铬随铬溶液返回镀铬槽，废气再经两道洗涤塔回收净化后通过一根高排气筒排放。

由于铬酸雾排放标准要求严格且产生浓度较高，仅通过蒸发器喷淋不能满足排放要求，因此设置两道洗涤塔进一步回收净化铬酸雾。洗涤塔内部结构如下图2 所示。

图2 洗涤塔内部结构

洗涤塔下部设置有过滤网格，上部设有除雾器分离层，使用时第一道洗涤塔内部充满第一道水洗废水，第二道洗涤塔内部充满新鲜纯水。当一定气速的铬酸雾经过洗涤塔下部的过滤网格时，由于铬酸密度较大且易于凝聚，不同粒径的铬酸雾悬浮在气流中，互相碰撞而凝聚成较大的颗粒，附着在网格上，溶解于水中。第一道洗涤塔中的废水吸收废气里的铬和热能，第二道洗涤塔中的新鲜纯水进一步吸收废气中的铬和热能，两道洗涤塔与对应的缓冲水槽、电镀槽和镀后水洗槽为一套闭路水循环系统。因此，经洗涤塔回收净化的铬最终回流至电镀槽中，不外排。

经两道网格过滤后的酸雾最终经洗涤塔中除雾器进一步分离后排放，除雾器分离层采用先进的德国技术，利用水雾凝聚使气液分离的原料，气体通过分离器中的丝垫，可除去夹带的铬雾，有效去除雾滴。

4 处理效果及效益

本项目的生产工艺技术较为先进，所用加工设备基本为国外先进设备，具有能耗低、加工质量好等优点，适合于生产大批量、高要求的产品。电镀生产线为无氰镀铬工艺，电镀原料中不含铅等禁用物质。电镀过程中产生的少量硫酸雾和铬酸雾经集气收集后经镀铬槽液逆流式喷淋，再经两道洗涤塔回收净化；电镀线水洗工艺采用多级逆流漂洗，提高水的重复利用率；电镀槽和镀后水洗槽、洗涤塔等形成一套闭路循环系统，镀后水洗废水不外排，从而减小对环境的污染和作业人员的健康危害。项目抛丸工序产生的粉尘收集后经布袋除尘器处理后通过高排气筒排放，电镀线运行产生的硫酸雾、铬酸雾废气经集气系统收集至蒸发器后经镀铬槽液逆流式喷淋，再经两道洗涤塔回收净化，尾气通过高排气筒排放。本项目在生产工艺设备配置方面基本做到采用较先进的生产工艺设备，符合清洁生产对生产工艺及设备的要求。

5 结论

在环保升级的背景下，对于现有工业实现产业环保升级改造已势在必行。电镀工艺生产作为我国材料表面工艺处理以及电化学涂层的重要手段，在广泛的领域内都有着重要的指导性意义，但同时也因为其生产过程中的污染性、耗能性而受到社会广泛重视。本文以电镀工艺生产中的铬酸雾为对象进行分析，通过提出问题，明确过程以及应对处理方法，最终解决问题，为后续研究奠定了基础，具有较强的实践意义。