清洁生产与电镀技术发展

邹森

（中国电子科技集团公司第二研究所 山西太原 030024）

电镀企业实施清洁生产是解决这些问题的主要手段。清洁生产是将环境保护持续地贯穿于生产过程、产品和服务中，以减少对人类和环境的风险性和危害性。对生产过程而言，清洁生产包括节约原材料和能源，淘汰有毒原材料并在全部排放物和废物离开生产过程以前减少它的数量和毒性。进行清生产审核，就必须有可靠的清洁生产技术作为支撑。

1 清洁生产概述

1.1 清洁生产的定义

在《中华人民共和国清洁生产促进法》中明确规定，所谓清洁生产，是指不断采取改进设计，使用清洁的能源和原料，采用先进的工艺技术与设备，改善管理、综合利用，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害，并对清洁生产的管理和措施进行了明确的规定。

1.2 清洁生产要达到的目标

清洁生产要达到的目标有两个：①过资源的综合利用、短缺资源的代用、二次能源的利用以及节能、节水、省料，以实现合理利用资源，减缓资源和能源的枯竭；②在生产过程中，减少或消除废弃物和污染物的产生和排放，促进工业生产和产品消费过程与环境的相容性，减少产品在整个生命周期对人类和环境的危害。

2 实现清洁生产的技术基本途径

2.1 逆流清洗技术

电镀逆流清洗技术是大家所熟悉的一种从改革清洗工序着手的防止电镀污染技术。这项技术不但能够有效地防止电镀污染，而且能够回收水和化工原料，实现电镀清洗水的闭路循环。

电镀行业从废水中排放的重金属占原材料的比率是很可观的，电镀过程中沉积到镀层上去的重金属只占重金属消耗量的很少部分。以镀铬为例，铬酐作为镀铬层沉积仅占总量的15～25%，而排入大气、水环境中的要占75～85%，其中40～50%的铬酐是在零件清洗过程中流失的。如果我们能够对清洗工序进行改革，把敞开式的清洗系统改变为封闭式清洗系统，不仅可以实现不排或少排清洗水，而且可以将进入这一工序的溶液返回到电镀工序中重复利用。这是一种从改革清洗工序着手进行积极预防电镀废水污染的措施之一。

电镀逆流清洗就是基于这一想法发展起来的新技术。它是节约清洗水量，实现闭路循环的一种比较理想的方法。因此，自美国学者J.B.Kushner提出逆流清洗方法以来，受到各国电镀界和环保界的普遍注意，并得到迅速发展。我国对逆流清洗技术也进行了大量的试验研究，于20世纪80年代应用了逆流清洗、逆流反渗透、逆流清洗——化学处理等技术。并由这些防治手段组成的电镀废水闭路循环系统或半闭路循环系统已成为我国电镀行业防治电镀废水的主要发展趋势。近年来，人们在电镀连续清洗技术和清洗理论计算等方面也取得了一定的进展。通过对电镀连续清洗的理论计算推导公式，为连续电镀生产线的设计提供理论依据，达到即回收贵重金属，又实现无污染排放，保护环境的目的。

2.2 低毒无毒工艺

电镀生产的原辅材料中往往含有毒性较大的氰化物和重金属，对环境的破坏非常严重，而且还随时危及到我们的生活生存。所以，在预防电镀污染的措施中，采用低毒无毒为原料的清洁工艺，是一项十分重要的工作，它从源头削减了污染，减少或改变了废物的毒性。目前，电镀企业提倡的低毒无毒工艺包括：无氰电镀、三价铬电镀等，都是电镀行业进行清洁生产的有效途径。这里重点介绍无氰镀铜。包括HEDP工艺和BF工艺。

2.2.1 HEDP碱性镀铜

HEDP碱性镀铜是取代剧毒氰化物镀铜、实现无氰电镀的一个镀铜工艺。该工艺30多年来已趋成熟，特别是近几年推广应用速度加快，废水处理问题也已解决，而且简单可行（宁波某五金公司：先将镀铜液或镀铜废水调pH值到4.4，然后加入CaCl2溶液即可沉淀清澈）。该工艺经工厂应用，无论在钢铁件挂镀与滚镀都取得了良好效果，锌合金、铝合金电镀上也有应用。它既不用氰化物，又比预镀暗镍省了许多投资及日常维护费。

2.2.2 BF无氰碱铜

2013年11月18日，来自中国表面工程协会电镀分会老专家工作委员会、浙江省环境监测中心、杭州电镀协会等权威机构的多名专家齐聚杭州，对巴菲尔化学（衡州）有限公司自主研发的新型络合剂暨BF无氰碱铜电镀液成果进行评估。专家组认为，BF无氰碱铜电镀液已具备替代氰化电镀的技术条件。一份来自浙江省环境监测中心的环境监测报告显示：BF无氰碱铜电镀液不含氰化物，废水经综合处理可完全达标排放。另一份来自中科院宁波材料技术与工程研究所的检测报告显示：BF无氰碱铜电镀液电镀的产品结合力和氰化电镀一致。

2.3 无氟、无铅和代镍电镀

在电镀中，有不少镀种使用氟化物、氟硅酸盐或氟硼酸盐等有毒物质，这些物质具有很强的腐蚀性，对人体危害极大，且三废处理比较困难。电镀铅、锡及其合金等工艺常用含氟镀液体系，甚至高效、高速镀铬也用含氟的添加剂。由于铅的毒性比较大，实际上很少有单位使用镀铅工艺。而镀锡、镀铅-锡合金镀液中氟化物和氟硼酸盐还占有相当的比例。人们从环境保护和清洁生产出发，研究并开始应用无氟镀液来代替氟化物镀液。一种是氨基磺酸镀液，可获得结晶细致、平滑、光亮的镀层，且沉积速度快，适合于高速电镀；另外就是甲磺酸、酚磺酸盐镀液，成分简单，容易维护，废水处理简单，可在高电流密度下工作，适合高速电镀，但价格较贵。就连镀铬中的添加剂也已被含无氟的复合有机添加剂所取代。

2.4 低浓度工艺

电镀车间废水中的污染物主要是由于镀件从镀槽（或其它镀前、镀后处理槽）中带出的溶液物质，一般说带出物质的量与糟液的浓度成正比。这样即浪费了原材料，又增加了处理废水的负担。为此，在电镀的过程中，可通过控制电压、温度等条件，使电镀所需浓度降低，这样既减少了环境污染，又降低了生产成本，环境效益和经济效益明显。

针对着普通低铬酸镀铬工艺存在着的一些不足，如槽电压较高、能耗较大、电解液的深度和均镀能力较差、对金属和非金属杂质敏感性较大、镀液稳定性差等，近年来人们研究推出的使用稀土低浓度低温度添加剂镀铬工艺也取得了成功。

2.5 中水回用技术

中水回用系统采用“砂滤+碳滤+保安过滤器+超滤+RO反渗透”工艺对废水进行深度处理。砂滤系统为预处理装置，滤除原水中悬浮颗粒物及胶原物质，可防止原水污染超滤膜和反渗透膜；碳过滤系统去除废水中的有机胶体，确保反渗透系统的安全稳定运行；超滤系统进一步去除原水中的一切热源和绝大部分杂质；反渗透部分是主要的除盐装置，去除原水中大部分的溶解固形物、胶体硅及有机物，保证出水指标指标达到回用水要求。

2.6 废气分类收集和处理

①酸雾废气酸雾废气经过车间收集罩收集后，在引风机负压作用下，引入含碱液的洗涤塔内进行吸收中和后排放，吸收剂采用氢氧化钠。碱雾废气用稀硫酸或稀盐酸吸收液。②含铬废气含铬酸雾废气经过单独的收集罩收集引到楼顶后，首先把含铬酸雾废气经过还原剂还原后，产生的酸雾废气要经过中和洗涤塔吸收后才能达标排放，还原剂选用焦亚硫酸钠，吸收剂采用氢氧化钠。③含氰废气电镀车间含氰化物废气经过单独收集罩收集引到楼顶进行收集后，首先要把含氰废气经过氧化后破氰，破氰后的废气含有酸雾，因此破氰后端要设置一套中和洗涤塔把酸雾吸收后达标排放，氧化剂选用次氯酸钠，吸收剂采用氢氧化钠。

3 实现清洁生产的清洁原料和能源途径

电镀企业实施清洁生产的首要途径是使用清洁的原料和能源。即在生产中能被充分利用，又很少产生废物和污染的原材料和能源，清洁原料和能源主要措施包括：①采用天然气、电能等清洁能源。②采用无污染、低污染的原料，替代有毒、有害的原材料。a.采用低温除油、无磷除油剂、水基清洗剂及剥离型清洗剂；减少卤代烃清洗剂用量、超声波清洗技术。b.采用去离子水，用于溶液配制和清洗镀件。c.采用酸性盐进行弱腐蚀。d.锌合金代替镉；镍合金代替硬铬。e.采用红外加热、电热膜等清洁能源加热技术。

4 节水措施

4.1 设置回收槽

在清洗槽前设置一级或多级回收槽，配合逆流漂洗、喷淋清洗等组合清洗工艺，既可保证清洗质量，减少清洗水用量，又能回收镀件带出的重金属，减少污染物排放。此方法对于金属价格较贵的加热型镀种（如镀镍、镀铬等）尤为适用，如镀后采用3个回收槽+间歇式三级逆流漂洗的清洗方式，用去离子水进行回收清洗和逆流漂洗，并配合定期翻槽等措施，可实现镀后清洗废水的微排放。为平衡回收槽中的镀液浓度，可采用加热浓缩回收液、增加回收槽数量或适当提升镀液温度等措施。为解决回收后镀液中杂质积累的问题，可在镀槽旁边设置辅助槽，通过在线电解的方式净化镀液。

4.2 加强废水回用

a.采用逆流清洗-反渗透，逆流清洗-离子交换，逆流清洗-离子交换-蒸发浓缩等技术实现生产过程中再利用，如淋洗水回用、工艺母液回用和冲洗废水循环。b.废水经末端治理后进行回收利用。综合电镀废水经简单的物理化学法处理后，采用膜分离技术等对废水进行中水回用。

4.3 清洗水串级使用

在使用上述清洗方法的基础上，可进一步采用一水多用的节水措施，如将酸洗或弱腐蚀后的清洗水泵送至脱脂或除油后的清洗工序，将镀铬后的清洗水串级回用至前处理粗化后的清洗，或将部分末级逆流清洗水串级回用至逆流清洗前的喷淋清洗等。

5 电镀清洁生产管理

5.1 合理组织物料循环

企业内的物料循环分为下列几种情况：①将流失的物料回收后作为原料返回流程；②将生产过程中生成的废料经适当处理后作为原料或原料的替代物返回生产流程；③将生产中生成的废料经适当处理后作为原料返用于其他生产过程中。如企业生产过程中的循环用水、含铁尘泥、钢渣、煤气等的综合利用，既节约了能源和资源，又大幅度减少了物料流失和废液、废气、废渣的排放。

5.2 产品体系改革

清洁产品的原则是节约原料和能源，少用昂贵或稀缺的原料；产品在使用过程中及使用后，不含危害人体健康和生态环境的因素；产品易于回收、复用和再生，易处置、易降解；赋予产品合理的寿命，考虑产品正常报废的因素；简化包装，鼓励采用可再生的材料制成包装材料或便于多次使用的包装材料。清洁产品在生产过程、使用过程中甚至使用之后，都对环境无害。

6 结束语

总之，电镀行业是电子、信息、汽车、机械、家具等制造业不可或缺的配套产业，对我国经济社会的发展起了很大的促进作用。但是，电镀行业又是污染较重的行业，由于环境制约因素越来越突出，该行业面临着环境的巨大挑战。建设环境友好型、资源节约型社会是我国的国策，国家节能减排目标和环保要求的双重压力，对污染较重的电镀行业是严重的挑战。推行清洁生产，减少和消除电镀生产给环境带来的污染和危害，是电镀企业生存和发展的必由之路。

[1]李家柱.清洁生产和绿色电镀[A].中国表面工程协会转化膜专业委员会.第十一届全国转化膜及表面精饰学术年会论文集[C].中国表面工程协会转化膜专业委员会，2016：3.

[2]贾金涛.电镀工艺清洁生产技术探析[J].化工管理，2017（22）：66～67.

[3]孙德全，周晓军.浅析电镀行业的清洁生产措施[J].工业设计，2011（07）：142+144.

[4]裴会玲.清洁生产在电镀行业中的应用[J].决策探索（下半月），2015（05）：64～65.

[5]肖 敏.电镀行业清洁生产技术探讨与实践[J].科技传播，2012，4（16）.