航天企业电镀工艺废气污染物的控制与治理

2022-01-23于若男张亚甜

山西冶金 2021年6期

朱林，于若男，张亚甜，张雷，刘聪

（首都航天机械有限公司，北京 100076）

电镀生产的主要环节中都会产生大量的电镀工艺废气。其中，在镀件前处理环节的除油和酸洗过程使用氢氧化钠和盐酸等，会产生大量碱雾和酸性废气；镀铬、铬酸阳极化以及阳极化和磷化填充过程中使用铬酐、重铬酸钾等，会产生大量铬酸雾废气；含氰电镀过程中使用氰化钠、氰化钾、氧化锌、铜板等，会产生氰化物废气；不锈钢酸洗过程中使用氢氟酸、硝酸、硫酸，会产生含氟废气、氮氧化物废气和酸性废气。

电镀生产工艺过程中产生的各类废气，按镀槽槽液的化学成分划分，可分为铬酸雾废气、氰化物废气、氯化氢废气、氮氧化物废气、含氟废气、硫酸雾废气和碱性废气。从减少污染物排放角度考虑，各类废气污染物的控制应从控制源头废气污染物逸出量和在末端采取废气净化治理措施两个方面进行综合考虑。

1 废气污染物逸出量控制

在一些电镀工艺槽溶液中投加一些表面活性剂，利用表面活性剂的发泡性，可达到抑制酸雾等污染物逸出量的目的；也可在工艺槽溶液表面加入一层塑料空心球，以起到阻挡酸雾逸出的作用。

1.1 铬酸雾逸出量控制

镀铬的电流效率低，在镀铬过程中会产生大量氢气和氧气。由于镀液的表面张力大，氢气气泡和氧气气泡逸出时带有大量能量，在液面破裂时，液膜被剧烈地撕裂，分散成极细的铬酸雾飞溅到大气环境中；镀铬槽槽液温度在55℃左右，工件镀铬时溶液会蒸发，随即带出大量铬酸，形成铬酸雾。铬酸雾的抑制一般可采用塑料球或表面活性剂。

1.1.1 塑料球抑制铬酸雾

在镀铬槽的槽液面上铺盖一层直径约5 cm左右的聚乙烯空心塑料球，能起到抑制铬雾的作用，此法用于镀硬铬时效果较好。

1.1.2 表面活性剂抑制铬酸雾

加入少量高泡型表面活性剂，借助于阴阳极反应产生的大量氢气和氧气的搅拌作用，使槽液表面产生泡沫覆盖层，实现对铬酸雾的抑制作用。

1.2 酸性气体逸出量控制

1）钢铁件通常采用盐酸进行酸洗，不锈钢酸洗一般采用硝酸、硫酸和氢氟酸的混合酸。在不影响操作的情况下，对于酸洗产生的酸雾可以通过在槽液面上加入空心塑料球来控制，塑料球大小相间，密布一层，可起到阻挡酸雾逸出的作用。

2）镀件在室温环境下用盐酸退锌、退镉镀层时，由于退镀过程中通常会产生较多气泡，搅拌作用较强，因此可以加入少量十二烷基硫酸钠，以起到一定的抑制酸雾作用。

3）在用混酸进行铜件酸洗或进行工件退铜、退镍处理时，会产生氮氧化物气体，此时在溶液中投加少量尿素，可起到一定的化学抑制作用。

1.3 碱雾逸出量控制

在电镀的前处理环节，如电化学除油时会产生大量碱雾。电化学除油时，在阴阳极产生大量的气体，当加入少量十二烷基硫酸钠后，可以起到一定的碱雾抑制作用。

2 电镀工艺废气净化处理方法

根据电镀时使用化学物质性质的不同，电镀工艺废气的净化处理方法大致分为四种，即铬酸雾净化处理工艺、氰化物废气净化处理工艺、酸性废气净化处理工艺和碱性废气净化处理工艺。

2.1 铬酸雾净化处理方法

铬酸雾采用湿法吸收是有效的，但由于净化设备庞大，因此很少采用。在电镀行业中，一般采用如挡板式、填料式、网格式等物理吸收法来处理铬酸雾。目前电镀行业普遍采用的是网格式铬酸雾净化处理装置，过滤层由10～15层有菱形网孔的硬聚氯乙烯塑料板纵横交错平铺而成。

铬酸雾净化回收原理：因铬酸具有比重大、挥发性小以及易于凝聚的特点，铬酸雾被带入镀槽吸风罩后形成一种多分散性的气溶胶，雾滴比较粗大，且液滴大小不相等，部分雾滴与吸风罩、风管碰撞后变大，并凝聚在吸风罩和风管上；当含铬酸液滴的空气进入净化器下箱体而未达到过滤网格层时，由于净化装置下箱体截面积比抽风管道界面大，空气流速降低，已经因碰撞而变大的液滴在重力作用下不能继续前进而从空气中分离出来；铬酸废气进网格层时被分散，经过许多狭窄弯曲的通道，增加了相互碰撞变大的机会，在重力作用下，细小铬酸雾滴附着在网格表面，并不断凝聚变大，最后从网格上降落下来；分离出来的铬酸沿净化装置下部的排液管流入集液箱，再排入含铬废水管道，最后送至含铬废水处理站进行处理。净化后的气体进入上箱体，达标后排放。净化装置示意如图1所示。

图1 铬酸雾净化装置示意图

为延长过滤层的堵塞周期，通常在过滤层上端接入自来水喷淋装置，每次设备开机和停机前，对过滤层进行5分钟左右的喷淋冲洗，冲洗废水通过装置下部的排液管流入集液箱，再排入含铬废水管道，后送至含铬废水处理站进行处理。

2.2 氰化物废气净化处理方法

氰化镀槽溶液中的CN-在水中很容易发生水解，即CN-+H2O→HCN+OH-；同时，空气中二氧化碳溶入氰化镀液后，会产生氰氢酸，2NaCN+H2O+CO2（空气）→Na2CO3+2HCN。

氰氢酸溶于水，当温度＞26℃时挥发进入大气中，根据这一特性，氰化镀种产生的氰化物废气可以采用水喷淋吸收法进行处理，喷淋产生的含氰废水排入含氰废水管道，后送至含氰废水处理站进行处理，净化后的空气达标排放。净化装置示意见图2。

图2 氢化物净化装置示意图

2.3 酸性、碱性废气净化处理方法

2.3.1 酸性废气的净化处理

酸性废气的净化处理常用液体吸收法和干式吸附法。北京工业大学研发的一种新型酸性废气吸附材料适用于氯化氢、硫酸雾、氮氧化物以及氢氟酸等废气的净化处理。其中SDG-Ⅰ吸附剂适用于氮氧化物的吸附处理；SDG-Ⅱ吸附剂适用于氯化氢、硫酸雾和氢氟酸处理。酸性废气的净化装置示意如图3所示。

图3 酸性废气净化装置示意图

SDG-Ⅱ吸附剂吸附废气的反应机理如下：

SDG-Ⅰ吸附剂吸附废气的反应机理如下：酸性废气通过过滤层进入净化装置中的干式吸附剂吸附床，酸雾被吸附剂吸附并发生化学反应，净化后的气体经风机达标后排放。SDG吸附剂主要性能指标如表1所示。

表1 SDG吸附剂主要性能指标

2.3.2 碱性废气的净化处理

碱性废气的净化处理常用液体吸收法，也可将酸碱废气进行混合，一并处理。

3 应用实例

某军工企业电镀车间有镀铬、氰化镀锌、氰化镀铜、阳极氧化、不锈钢酸洗等工序，生产过程中产生铬酸雾、氰化物、氟化氢、硫酸雾、氯化氢、氮氧化物等废气污染物。分别安装了铬酸雾净化装置、氰化物净化装置和酸性废气净化装置对污染物进行控制。经现场采样检测，废气中的铬酸雾、氰化物、氟化氢、硫酸雾、氯化氢、氮氧化物等污染物的排放浓度全部达标，具体排放情况如表2所示。