电镀锡薄板生产线PSA 与MSA 工艺优缺点分析及转换方法研究

郭 强 刘海涛 贾广欣 王锦旗

（河钢集团衡水薄板有限责任公司，河北 衡水053000）

目前全国有电镀锡薄板生产线30 余条[1]，绝大部分电镀锡生产线采用弗洛斯坦法，其电镀工艺有两种方式，即PSA 工艺和MSA 工艺，PSA 工艺电镀液中主要化学成分为苯酚磺酸和萘酚磺酸，MSA 工艺电镀液中主要化学成分为甲基磺酸、抗氧化剂、添加剂、助溶剂。产线设计时只能采取一种特定工艺，生产企业为了实现自身在不同阶段、不同形势条件下的不同需求。通过对比研究分析，对两种工艺进行转换，转换流程较为复杂，需深入研究，最大程度保证产品质量和降低运行成本。

1 PSA 电镀锡工艺优缺点分析

1.1 采用PSA 电镀锡工艺的优点

1.1.1 SA 电镀锡工艺。电镀段的工艺药剂有两种，即PSA（苯酚磺酸）和ENSA（萘酚磺酸）。PSA 工艺各化学药剂管控浓度如表1。

表1

PSA 电镀锡工艺电镀液成分中只有两个主要控制项目，且浓度范围在16 至25 克/升之间均可以获得较好的产品质量，具有工艺控制项目少，浓度管控范围宽泛的优点。

1.1.2 PSA 电镀锡工艺最大的优势在于成本低，由于苯酚磺酸和萘酚磺酸容易加工获得，而且对于电镀锡产品的适应性较强，可以在较宽的温度范围以及浓度范围内稳定生产。表2 为PSA 电镀锡工艺化学试剂耗量及成本。表中可以看出，采用PSA电镀锡工艺，吨钢化学药品成本8.16 元。

表2

1.2 采用PSA 电镀锡工艺的缺点

1.2.1 镀锡生产过程中产生的典型污染物主要是以液态形式存在的含锡、含油污染物、和以半固态形式存在的含锡泥液污染物[2]。PSA 镀锡工艺存在镀液COD 高的问题，COD 又名化学需氧量，是一种氧的质量浓度，单位以mg/l 计量[3]，PSA 产生的废镀液COD 高达20000ppm，需通过化学氧化还原，且氧化还原反应存在不彻底的风险，PSA 镀液废水的处理及日常PSA 镀液的泄漏均存在COD 排放超标的风险。在日益严峻的环保形势下，苯酚磺酸镀锡体系由于排放废水COD 值高，已经不能满足环保形势的要求。

1.2.2 PSA 镀锡工艺导电性能较差，开机镀液需要升温，电镀温度操作范围窄。工艺调整配料人工操作，随意性较强，劳动强度较大，且不容易保证准确的工艺参数，给产品质量带来不确定性，容易产生批量质量事故。

1.2.3 PSA 镀液镀容易结晶，导致管路、槽体结垢，影响循环效果，且清理比较麻烦，不容易清洗干净，导致钢构接地腐蚀。

1.2.4 由于PSA 工艺废液COD 高，为保证达标排放，需要经过更为复杂的废水处理工艺，PSA 镀锡工艺废液处理成本高，约为6.96 元/吨钢，以年产十万吨生产线计算，废液处理费用达69.6 万元。

2 MSA 电镀锡工艺优缺点分析

2.1 MSA 电镀锡工艺的优点

2.1.1 MSA 镀锡体系其镀液COD 是PSA 镀液的1/10-1/20，同时又兼备工艺操作窗口广，药品无毒副作用，产品镀层致密孔隙率低、光泽度好，能够完全满足下游中高端用户的各种需求。

2.1.2 相较于PSA，MSA 锡泥的产生量最小。镀液废水可调整PH 值沉降处理，废水处理简单，废水COD 约为6000ppm，远远小于PSA 工艺。均匀而细腻的锡沉积,经过软熔后形成更光亮的表面。宽泛的工艺操作窗口，低/高电流密度，低/高温，皆可运行。

2.1.3 MSA 镀锡工艺满足ROHS、REACH 法规要求，是一种环保性镀液，其中含有的MSA 按照OECD 对有机生物降解性能的评价标准属于易生物降解有机物，在24 天内可以完全降解，符合环保的需要。

2.1.4 MSA 镀锡工艺则导电性能较好，降低槽电压可以有效节约电能，整流器槽电压MSA 比PSA 降低1-2V，电耗降低6%-10%。同时MSA 镀锡工艺相比PSA 镀锡工艺可减少锡泥的产生。镀槽不结垢, 现场整洁。

2.1.5 塑料桶标识刻度添加，可及时方便精确控制工艺参数。产品质量方面，MSA 工艺镀锡量均匀性、亮边控制、晶粒度、抗划伤性、均优于PSA,常温可开机，电镀温度操作范围宽，50℃为最佳操作温度。可节省蒸汽能源，减少电镀冷却器换热面积。

2.1.6 MSA 工艺废液处理成本约2.25 元/吨钢，相比PSA工艺吨钢节省4.71 元/吨钢，以年产十万吨镀锡线计算，年可节约污水处理成本47.1 万元。

2.2 MSA 电镀锡工艺的缺点

2.2.1 采用MSA 电镀锡工艺，电镀段的工艺药剂有四种，即甲基磺酸、抗氧化剂、添加剂、助溶剂。MSA 工艺各化学药剂管控浓度如表3。

表3

MSA 电镀锡工艺有四个控制项目，相比于PSA 存在管控精确度要求较高、管控项目多的缺点，而且对于产品的适应性较差，需要针对不同用途不同镀锡量马口铁产品分别调整工艺，产生质量缺陷的风险较大。

2.2.2 产品质量方面采用MSA 工艺，马口铁产品铁溶出值略低，耐酸雾腐蚀性较差。

2.2.3 成本方面不考虑电耗降低、废液达标处理等因素，单纯从化学药品消耗的层面分析，MSA 电镀锡工艺生产成本较高。

表4 为MSA 工艺吨钢消耗化学药品数量及单价，从表中可以看出，MSA 工艺吨钢化学药品成本高达19.73 元，是PSA 工艺成本的2.4 倍。

表4

3 以河北省某电镀锡薄板生产线PSA 切换MSA 电镀锡工艺过程为例，分析两种电镀锡工艺切换的过程及方法

3.1 MSA 与PSA 设备相同，不同之处在于加药方式，MSA不需配液槽，直接将各种化学药剂按所需数量添加即可。

3.2 河北省某电镀锡薄板生产线装机设备参数

3.2.1 该镀锡生产线采用可溶阳极，共16 个阳极桥，设置4个电镀导电辊，电镀工作槽5 个，最后一个电镀工作槽配置不溶阳极，电镀储存罐1 个，电镀轮换罐2 个，助熔工作槽1 个，助熔储存槽1 个，回收工作槽1 个，助熔储存槽1 个。电镀冷却器4台，电镀加热器2 套，助熔加热器1 套，电镀过滤器1 台。

3.2.2 电镀储存罐、轮换罐容积均为30m3，电镀工作槽及助熔、回收工作槽有效容积均为2.6m3，回收储存槽、助熔储存槽容积均为7m3，电镀循环泵流量130m3/h，电镀过滤泵流量50m3，回收、助熔循环泵流量均为25m3/h。各槽材质为钢板衬胶，循环管路、过滤管路材质均为UPVC。

3.3 切换MSA 方案

3.3.1 清洗原有工艺系统。加水至槽体、并循环，待所有可溶性物质溶解后倒出。加水至槽体，小心地加入氢氧化钠；加热并充分循环后倒出。加纯水至槽体，充分循环后全部倒出。加纯水至槽体并加入硫酸，充分循环以确保充分浸洗槽体和辅助设备。测试该酸性溶液中的锡浓度，如果锡小于0.5g/L，则系统清洗较好。如果大于0.5g/L，冲洗掉酸性溶液，重复前述步骤，再次测试锡浓度是否小于0.5g/L。加纯水至槽体，充分循环后倒出。清洗部位包括电镀循环系统、助熔循环系统、回收循环系统、电镀过滤系统、电镀液轮换系统。

3.3.2 所切换之后的PSA/MSA 工艺槽液配制。按照电镀液所需浓度及液量直接配置，提前布置各化学药剂加药管道。

3.3.3 预计转换时间：清洗系统3-4 天，配置、调整溶液1-2天。

3.3.4 需注意事项：根据切换日期提前做好镀锡线PSA 化学药品的采购及消耗计划，防止切换完毕后剩余PSA 化学药品。提前做好PSA 电镀液的废液储存及处理，提前布置MSA 各药剂配液管道，切换过程中需污水处理站配合处理清洗液。

4 结论

PSA 和MSA 工艺作为电镀锡薄板生产的主要工艺方式，通过上述对两种生产工艺的对比分析以及切换过程的介绍，两者有各自的优势和缺点。PSA 最明显的优点是生产成本低、操作难度小，最大的缺点是废液处理困难且成本高，MSA 工艺最明显的优势是废液处理容易、成本较低，但是化学药品成本高，且对于工艺参数的要求比较严格。生产企业可以根据自身特点，以及对于环保及生产成本的不同需求，选择不同的电镀锡工艺，并可在两者之间进行切换，从而满足企业发展需要。