王瑞祥

（中國電鍍協(xié)會老專家委員會）

基于硫酸鋅/硫酸鋁體系的鐵絲連續(xù)光亮鍍鋅

王瑞祥

（中國電鍍協(xié)會老專家委員會）

比較了2種鐵絲硫酸鋅鍍鋅體系──硼酸體系和硫酸鋁體系。介紹了一種環(huán)保、低成本的工藝，其鍍液組成及操作條件如下：七水合硫酸鋅350 ～ 450 g/L，十八水合硫酸鋁30 ～40 g/L，光亮劑4 ～ 6 mL/L，pH 3.0 ～ 3.5，波美度26 ～ 32 °Bé，允許溫度為室溫至40 °C。給出了電流、鍍液濃度及鍍層光亮度的控制要點。對于鐵絲鍍鋅如何實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，提出了建議。

鐵絲；電鍍鋅；硫酸鋁；清潔生產(chǎn)

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

1 前言

鐵絲連續(xù)硫酸鹽鍍鋅在上世紀(jì)30年代已經(jīng)在上海應(yīng)用，當(dāng)時有幾家工廠在生產(chǎn)，有一定的規(guī)模。其技術(shù)是從英國引進(jìn)的，鍍層呈白色，但沒有光澤，光亮劑是阿拉伯樹膠。上世紀(jì)40年代，常州拉絲廠在原有阿拉伯樹膠的基礎(chǔ)上補加了硫脲，使鍍層有了一點光澤。到了50年代，這類光亮劑被全國上百家拉絲廠所采用。直至80年代，南京戰(zhàn)斗化工廠率先以DPE-1作為光亮劑用在鐵絲連續(xù)硫酸鹽鍍鋅線上。DPE-1當(dāng)時被用在無氰堿性鋅酸鹽鍍鋅上，是氰化物的代用品，而南京戰(zhàn)斗化工廠將其用在屬性完全不同的連續(xù)、快速、高電流密度的硫酸鋅鍍鋅生產(chǎn)線上，的確是一個大膽的嘗試。從鍍鋅的理論分析，DPE-1添加劑加入強(qiáng)電解質(zhì)硫酸鋅溶液中，的確大幅度地提高了陰極極化，其極化作用證明DPE-1在電極上產(chǎn)生一定的阻化作用。由此可以推斷，脂肪胺與環(huán)氧化基烷類的縮合物對鍍鋅系列的配方都會產(chǎn)生極化作用，這也使無氰鍍鋅系列配方在技術(shù)指標(biāo)上可以媲美氰化鍍鋅。

2 兩種配方的比較

目前，鐵絲硫酸鋅鍍鋅主要有兩大體系，即硼酸體系和硫酸鋁體系。硫酸鋁體系應(yīng)用較早，鋁在硫酸鋅溶液中雖然不可能與鋅共沉積，但是由于鋅的電沉積過程中有超電位效應(yīng)，因此金屬鋁也有可能在鋅的沉積過程中有微量的夾雜。這種夾雜在冷吸附過程中不可能形成單相固溶體，但由于鋁的電極電位比鋅更負(fù)，而鋁的氧化物在大氣中又非常穩(wěn)定，所以鋁會阻緩鋅在大氣中的腐蝕。因此，硫酸鋅+硫酸鋁是比較科學(xué)合理的配方。

另一個配方是硫酸鋅+硼酸的配方。加硼酸的作用是穩(wěn)定pH，光亮劑可用武漢風(fēng)帆公司的硫鋅-30。從這種鍍液中鍍出來的鐵絲非常光亮誘人，酷似拉拔后的銀絲，所以一經(jīng)推出，即被廣泛應(yīng)用。但多年以后，它也逐漸暴露出以下缺點：

(1) 光亮劑中含有大量表面活性劑，清洗水的COD值大大超標(biāo)。

(2) 電鍍車間異味太重，對人體可能有一定影響。

(3) 接線時操作人員的手要經(jīng)常浸入溶液，如果不帶手套，會產(chǎn)生瘙癢，而且越抓越癢。

(4) 溶液呈棕色，有大量氣泡覆蓋，有時會產(chǎn)生爆嗚。

(5) 每次清槽時，槽底有大量膠狀黏物，溶液浪費很多。

(6) 槽內(nèi)不導(dǎo)電的壓輥上容易鍍上鋅，造成無功電耗和鋅耗。

(7) 光亮劑是苯醛類物質(zhì)，在電解過程中極易還原成苯環(huán)類酸，所以廢水中含有無法分解的含苯的有害化合物，而且造成添加劑消耗量很快，每鍍1 t線材，其消耗量為1.5 ～ 2.0 kg。按光亮劑8元/kg左右計算，那么每鍍1 t鐵絲的光亮劑費用是15元左右。更重要的是，含有的聚醚類表面活性劑使廢水的COD值驟然增大。為了降低 COD值，上海某鍍鋅絲材廠花了23萬元請上海環(huán)保局設(shè)置，仍然達(dá)不到排放要求，需每月再交排污費。這就是以芐叉丙酮和聚醚作光亮劑的缺點。

為此，介紹一種硫酸鋁–硫酸鋅的配方，其優(yōu)點是光亮劑消耗量極少(僅為芐叉系光亮劑的1/3 ～ 1/5)，該光亮劑也不存在上述 7點弊病，是低成本的環(huán)保通用型光亮劑，現(xiàn)已在全國各地多家大型鐵絲廠中應(yīng)用。

3 工藝配方

硫酸鋅(ZnSO4·7H2O) 350 ～ 450 g/L

硫酸鋁(Al2(SO4)3·18H2O) 30 ～ 40 g/L

光亮劑(鋅鋁-1號) 4 ～ 6 mL/L

波美度 26 ～ 32 °Bé

pH 3.0 ～ 3.5

允許溫度 室溫至40 °C

電流因鐵絲的型號而異，如表1所示。

表1 不同型號鐵絲連續(xù)電鍍鋅的電流控制范圍Table 1 Range of current for continuous zinc electroplating on different types of iron wires

按上述配方鍍出來的鐵絲應(yīng)該是表面白色，光亮均勻，而且每捆色澤也一致，耐蝕性好，長期存放也不變色。下面列舉幾種鍍層缺陷及其可能原因：

(1) 鍍層發(fā)黑——通常是電流密度過大所致。若只有幾根發(fā)黑，則是電流過大和溫度太低；若每根鐵絲都發(fā)黑，則可能是溶液有問題，必須找出原因。

(2) 鍍層發(fā)黃——一般是槽液溫度過高所致，解決辦法是補加硫酸鋁；另一個原因是pH高于5，此時應(yīng)加稀硫酸至pH為3。

(3) 鍍層發(fā)灰——光亮劑不足或冬天液溫太低，應(yīng)提高液溫至≥15 °C。

(4) 鍍層發(fā)花或掉鋅——酸洗槽的酸液濃度不足或經(jīng)退火的鐵絲預(yù)酸洗不徹底。

4 最佳工作條件的控制

4. 1 電流

各類線規(guī)的鐵絲，每根所需的電流與鍍層光亮區(qū)域的關(guān)系如圖1所示。首先要注意導(dǎo)電輥與鐵絲之間的接觸電阻，要求兩者接觸均勻，不跳火花。另外要注意鐵絲與鋅塊之間的距離，近則電耗少，遠(yuǎn)則溶液擴(kuò)散好，各有利弊，一般控制在80 cm左右為宜。墊鋅塊的不溶性導(dǎo)電橋一般都用鉛，但最好用鈦，而且在引出部位用塑料帶包扎，以防止邊緣處的鐵絲因電流過大而燒焦。

圖1 液溫為(25 ±5 ) °C時，不同型號鐵絲的施鍍電流與鍍層光亮區(qū)范圍的關(guān)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 溶液濃度

溶液的濃度無需進(jìn)行繁瑣的化學(xué)分析，只需用波美表(比重表)測一下，即可知道硫酸鋅的含量。當(dāng)鍍液中加有40 g/L硫酸鋁時，其波美度稍有增大。從圖2可見，若測得波美度為20 °Bé，則立即可知溶液中的硫酸鋅為300 g/L左右。

圖2 硫酸鋅含量與波美度的關(guān)系Figure 2 Relationship between the content of zinc sulfate and specific gravity based on Baumé scale

4. 3 影響光亮度的因素

鍍層的光亮度與溫度有關(guān)，而色澤與pH有關(guān)，如圖3所示。一般而言，當(dāng)溶液pH≤2.5時，鋅塊會自行溶解，并可以聽到絲絲的聲音；當(dāng)pH≥5時，鍍層會發(fā)黃；pH更高時，鍍層呈黃色，失光。pH一般控制在3.0 ～ 3.5為宜。

圖3 不同pH范圍內(nèi)鍍層光亮度與鍍液溫度的關(guān)系Figure 3 Relationship between deposit brightness and bath temperature at different pH ranges

用鋅鋁-1號光亮劑鍍得的鐵絲，表面光亮度很好，酷似鍍亮鎳的光澤，金屬感很強(qiáng)。該光亮劑類似于清水，清徹透明，無異味，不腐蝕皮膚。

5 環(huán)保措施

鍍鋅鐵絲廠要保證污水達(dá)標(biāo)排放或封閉循環(huán)再利用，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，宜從以下方面著手：

(1) 鍍前的去銹最好用 18%的硫酸進(jìn)行電解處理，即使把硫酸帶到鍍槽中也無妨，在硫酸槽中放入少量的硫脲或烏洛托品可防止鐵絲過腐蝕。鍍好的鐵絲采用逆流法清洗，最好多設(shè)幾級清洗槽。當(dāng)最后一級清洗水槽中的溶液達(dá)到一定濃度后，回到鍍槽中再利用。

(2) 每個鍍槽要連貫，槽與槽之間不留空隙，導(dǎo)電輥置于上面，使其帶出的溶液滴回到鍍槽中。

(3) 最好在每個鍍槽上安裝一臺小的家用電風(fēng)扇，直接在液面上斜吹，這樣可以防止槽溫升高過快并增強(qiáng)溶液攪動，保證長時間內(nèi)得到光亮的鍍層。

(4) 槽子清理時可能有少量沉淀，將其積攢起來，用硫酸溶解，過濾后可回槽應(yīng)用，從而實現(xiàn)循環(huán)利用。

[ 編輯：溫靖邦 ]

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，浙江寧波人，高級工程師，從事電化學(xué)研究。

作者聯(lián)系方式：(Tel) 13971149955。