CN107557709B - 一种环保型镀锌工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种酸循环的镀锌工艺，其技术方案要点是包括如下工艺步骤：（1）去脂；（2）清洗；（3）酸洗；（4）氧化；（5）除铁；（6）回收酸液；（7）助镀；（8）镀锌；（9）冷却；（10）无铬钝化以及再冷却，在酸洗前，向酸洗池内投入物质的量比为1：1的茶皂素与三价金属离子海藻酸盐的混合物，茶皂素是从山茶科植物的种子中提取的一种糖式化合物，由皂苷元、糖体、糖醛酸和有机酸四部分组成，当与三价金属离子海藻酸盐混合后，有利于在金属构件的表面成膜，抑制了酸液继续腐蚀金属构件的表面，限定酸洗温度为40~50℃，将金属构件投入酸洗池内后，有效减少了酸洗过程中酸雾到处扩散，污染车间环境的缺陷。

Description

一种环保型镀锌工艺
技术领域
本发明涉及化工领域，特别涉及一种环保型镀锌工艺。
背景技术
近年来，随着高压输电、交通、通讯事业迅速发展，对钢铁件防护要求越来越高，热镀锌需求量也不断增加。热镀锌是在高温下把锌锭熔化，然后添加一些辅助材料，把金属构件浸入镀锌槽中，在金属构件表面附着一层镀锌合金层。通常冷镀锌层的厚度为5~15μm，而热镀锌层一般在35μm以上，甚至高达200μm，热镀锌工艺覆盖能力好，镀层致密，无有机物夹杂，具有优异的耐蚀性能和使用寿命。
目前，现有专利中申请公布号为CN106868438A的中国专利公开了一种钢构镀锌工艺，其工艺步骤包括：1）来料预处理；2）水洗；3）酸洗；4）水洗；5）浸助镀溶剂；6）烘干；7）钢构镀锌；8）冷却；9）药化；10）清洗；11）打磨；12）检验；该工艺步骤简单，有效解决了待镀件钢构镀锌后表面发黑、出现花斑的问题。
但是，上述镀锌工艺中的酸洗过程，工艺条件多为敞开式的，酸雾会到处扩散，污染工厂车间环境，影响工作人员身体健康。
发明内容
本发明的目的是提供一种环保型镀锌工艺。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种环保型镀锌工艺，包括如下工艺步骤：
（1）去脂：将金属构件堆放整齐，利用行车依次将金属构件吊起并放进清洗池内，投入浓度为5~10%的碱性去脂剂，对金属构件表面的油脂类物质进行清洗，水温保持在45~50℃，处理时间为0.5~1小时；
（2）清洗：将去脂处理后的金属构件放置在冲洗池内，利用质量浓度为5~10%的NaCl溶液对金属构件的表面进行冲洗；
（3）酸洗：将冲洗后的金属构件放入酸洗池内，向酸洗池内投入酸雾抑制剂，酸雾抑制剂的投入量占酸洗槽容积的0.1~0.3%，酸雾抑制剂采用物质的量比为1：1的茶皂素与三价金属离子海藻酸盐组成，金属构件在酸洗槽内的浸泡温度为40~50℃，浸泡时间为1~1.5小时；
（4）氧化：待处理完同批次的金属构件后，向酸洗池内通入质量浓度为28~32%的H2O2水溶液，将Fe2+氧化为Fe3+；
（5）除铁：向经过步骤（4）处理后的酸洗池内加入质量浓度为25~28%的氨水，静置，使得Fe（OH）3沉淀完全，并排除沉淀Fe（OH）3；
（6）回收酸液：然后将步骤（5）处理后的剩余酸液引入蒸发罐内，加热温度为100~110℃，加热回流，收集盐酸，将收集到的盐酸循环排放至酸洗池内；
（7）助镀：将步骤（3）经酸洗后的金属构件放入助镀槽内，助镀液采用氯化锌与氯化铵溶液混合形成，在金属构件表面形成盐膜；
（8）镀锌：经步骤（7）处理后的金属构件放入镀锌池内，镀锌池内的锌液成分为镍0.018~0.03%、铝 0.005~0.008%、稀土 0.003~0.005%、锡 0.001%，其余为锌，锌液的温度保持在450~510℃之间，浸渍时间为1~5分钟；
（9）冷却：镀锌后，将金属构件放置在冷水槽内，利用水温低于40℃的软化水冷却定型；
（10）无铬钝化以及再冷却。
通过采用上述技术方案，镀锌工艺包括去脂、清洗、酸洗、除铁、助镀、镀锌以及冷却、钝化、再冷却的工序，在酸洗前，向酸洗池内投入物质的量比为1：1的茶皂素与三价金属离子海藻酸盐的混合物，茶皂素是从山茶科植物的种子中提取的一种糖式化合物，由皂苷元、糖体、糖醛酸和有机酸四部分组成，当与三价金属离子海藻酸盐混合后，有利于在金属构件的表面成膜，抑制了酸液继续腐蚀金属构件的表面，限定酸洗温度为40~50℃，将金属构件投入酸洗池内后，有效减少了酸洗过程中酸雾到处扩散，污染车间环境的缺陷。
本发明进一步设置为：所述碱性去脂剂为质量比为1：1的十二水磷酸钠和偏磷酸钠的混合物。
通过采用上述技术方案，十二水磷酸钠为无色或白色结晶，溶于水，水溶液呈强碱性，不溶于乙醇、二硫化碳，在食品加工中起品质改良作用，比如在肉制品中有保持肉的持水性，增进结着力等作用，减少肉中营养成分的损失，保持肉的柔嫩性；在食品中也用作乳化剂、营养增补剂、品质改良剂，是配制面食用碱水的原料；还用作食品用瓶、罐等的洗涤剂；偏磷酸钠为无色玻璃状透明结晶、白色片状或粉末，在空气中易吸湿，溶于水呈碱性反应，不溶于乙醇；将十二水磷酸钠和偏磷酸钠复配使用，提高了在金属构件表面上的渗透性，从而提高对金属构件表面的去脂能力；同时，还提高了镀锌层与金属构件表面的结合力。
本发明进一步设置为：步骤（2）中限定NaCl溶液的冲洗速度为10~20L/min。
通过采用上述技术方案，当NaCl溶液的冲洗速度低于10L/min时，对金属构件表面的冲击力较小，不利于对金属构件表面的冲洗；当NaCl溶液的冲洗速度高于20L/min时，，对金属构件表面的冲击力较大，根据作用力与反作用力原理，对NaCl溶液的反冲力也较大，不利于对车间环境的维护。
本发明进一步设置为：步骤（3）中酸雾抑制剂中固液的物质的量比为1~3：10。
通过采用上述技术方案，酸雾抑制剂中固液的物质的量比小于1：10时，该酸雾抑制剂的浓度较小，在金属构件的表面上不容易成膜；而当酸雾抑制剂中固液的物质的量比大于3：10时，在金属构件的表面上仍然不容易成膜，在酸液中容易形成团聚体发生沉降，所以限定酸雾抑制剂中固液的物质的量比为1~3：10。
本发明进一步设置为：步骤（4）中盐酸与H2O2水溶液的物质的量比为6~8：1。
通过采用上述技术方案，H2O2水溶液具有较强的氧化性，将酸洗池内的Fe2+氧化为Fe3+，1molH2O2水溶液能够氧化2mol的Fe2+，6molHCl能够处理1molFe2O3（铁锈），所以设定盐酸与H2O2水溶液的物质的量比为6：1，为将金属构件表面上的铁锈完全除去，盐酸为过量，但为节省成本，盐酸含量不易过多，盐酸与H2O2水溶液最佳的物质的量配比为6~8：1。
本发明进一步设置为：步骤（5）中调节酸洗池内混合溶液的pH为3~3.5。
通过采用上述技术方案，加入质量浓度为25~28%的氨水后，酸洗池内的Fe3+会发生沉淀，在pH为3~3.5之间时，会促进Fe3+的沉淀，有利于在盐酸中快速排出Fe3+。
本发明进一步设置为：步骤（7）的助镀液中氯化锌与氯化铵的物质的量比为1：2~3。
通过采用上述技术方案，氯化铵助镀效果明显，但分解温度较低，受热时易分解失效，故金属构件助镀液的烘干温度不超过140℃；另外，金属构件表面助镀盐膜中的氯化铵还会引起较大的烟尘；氯化锌容易受潮，但热稳定性较好，浸锌时产生烟尘较少，将氯化锌与氯化铵混合产生协同作用，有利于提高对金属构件表面的助镀效果。
本发明进一步设置为：步骤（9）中金属构件的引出速度为1~1.5米/min。
通过采用上述技术方案，在镀锌工序后，限定金属构件的引出速度为1~1.5米/min，表明金属构件在镀锌后是缓慢移出镀锌池内，减少对金属构件表面镀锌层致密性的影响。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、在酸洗过程中，向酸液中加入茶皂素与金属离子海藻酸盐的混合物，有利于减少盐酸的挥发，同时在金属构件的表面上形成保护膜，减少酸液对金属构件表面的侵蚀；
2、在经过碱性去脂剂去脂处理后，利用NaCl溶液对金属构件的表面进行冲洗，有利于提高金属构件表面的致密性；
3、碱性去脂剂采用十二水磷酸钠和偏磷酸钠混合，提高了在金属构件表面上的渗透性，从而提高对金属构件表面的去脂能力；同时，还提高了镀锌层与金属构件表面的结合力；
4、在Fe3+沉淀过程中，调节pH为3~3.5，有利于在酸液中快速排出Fe3+。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
一种环保型镀锌工艺，包括如下工艺步骤：
（1）去脂：将金属构件堆放整齐，利用行车依次将金属构件吊起并放进清洗池内，投入质量浓度为5%的十二水磷酸钠和偏磷酸钠的水溶液，其中十二水磷酸钠与偏磷酸钠的物质的量比为1：1，水温保持在50℃，处理时间为1小时；
（2）清洗：将去脂处理后的金属构件放置在冲洗池内，利用质量浓度为5%的NaCl溶液对金属构件的表面进行冲洗；
（3）酸洗：将冲洗后的金属构件放入酸洗池内，向酸洗池内投入物质的量浓度为10%的茶皂素水溶液与三价金属离子海藻酸盐的混合液，其中茶皂素与三价金属离子海藻酸盐的物质的量比为1：1，茶皂素水溶液的投入量占酸洗槽容积的0.2%，金属构件在酸洗槽内的浸泡温度为45℃，浸泡时间为1小时；
（4）氧化：待处理完同批次的金属构件后，向酸洗池内通入质量浓度为30%的H2O2水溶液，盐酸与H2O2水溶液的物质的量比为6：1，将Fe2+氧化为Fe3+；
（5）除铁：向经过步骤（4）处理后的酸洗池内加入质量浓度为26%的氨水，调节混合溶液的pH为3，使得Fe（OH）3沉淀完全，并排除沉淀Fe（OH）3；
（6）回收酸液：然后将步骤（5）处理后的剩余酸液引入蒸发罐内，加热温度为110℃，加热回流，收集盐酸，将收集到的盐酸循环排放至酸洗池内；
（7）助镀：将步骤（3）经酸洗后的金属构件放入助镀槽内，助镀液采用物质的量比为1：2的氯化锌与氯化铵的混合溶液，在金属构件表面形成盐膜；
（8）镀锌：经步骤（7）处理后的金属构件放入镀锌池内，镀锌池内的锌液成分为镍0.018%、铝 0.005%、稀土 0.003%、锡 0.001%，其余为锌，锌液的温度保持在450，浸渍时间为3分钟；
（9）冷却：镀锌后，将金属构件放置在冷水槽内，金属构件的移出速度为1米/min，利用水温低于40℃的软化水冷却定型；
（10）无铬钝化以及再冷却。
实施例二：
一种环保型镀锌工艺，包括如下工艺步骤：
（1）去脂：将金属构件堆放整齐，利用行车依次将金属构件吊起并放进清洗池内，投入质量浓度为5%的十二水磷酸钠和偏磷酸钠的水溶液，其中十二水磷酸钠与偏磷酸钠的物质的量比为1：1，水温保持在50℃，处理时间为1小时；
（2）清洗：将去脂处理后的金属构件放置在冲洗池内，利用质量浓度为5%的NaCl溶液对金属构件的表面进行冲洗；
（3）酸洗：将冲洗后的金属构件放入酸洗池内，向酸洗池内投入物质的量浓度为10%的茶皂素水溶液与三价金属离子海藻酸盐的混合液，其中茶皂素与三价金属离子海藻酸盐的物质的量比为1：1，茶皂素水溶液的投入量占酸洗槽容积的0.2%，金属构件在酸洗槽内的浸泡温度为45℃，浸泡时间为1小时；
（4）氧化：待处理完同批次的金属构件后，向酸洗池内通入质量浓度为30%的H2O2水溶液，盐酸与H2O2水溶液的物质的量比为7：1，将Fe2+氧化为Fe3+；
（5）除铁：向经过步骤（4）处理后的酸洗池内加入质量浓度为28%的氨水，调节混合溶液的pH为3.5，使得Fe（OH）3沉淀完全，并排除沉淀Fe（OH）3；
（6）回收酸液：然后将步骤（5）处理后的剩余酸液引入蒸发罐内，加热温度为110℃，加热回流，收集盐酸，将收集到的盐酸循环排放至酸洗池内；
（7）助镀：将步骤（3）经酸洗后的金属构件放入助镀槽内，助镀液采用物质的量比为1：3的氯化锌与氯化铵的混合溶液，在金属构件表面形成盐膜；
（8）镀锌：经步骤（7）处理后的金属构件放入镀锌池内，镀锌池内的锌液成分为镍0.018%、铝 0.005%、稀土 0.003%、锡 0.001%，其余为锌，锌液的温度保持在450，浸渍时间为3分钟；
（9）冷却：镀锌后，将金属构件放置在冷水槽内，金属构件的移出速度为1米/min，利用水温低于40℃的软化水冷却定型；
（10）无铬钝化以及再冷却。
实施例三：
一种环保型镀锌工艺，包括如下工艺步骤：
（1）去脂：将金属构件堆放整齐，利用行车依次将金属构件吊起并放进清洗池内，投入质量浓度为10%的十二水磷酸钠和偏磷酸钠的水溶液，其中十二水磷酸钠与偏磷酸钠的物质的量比为1：1，水温保持在50℃，处理时间为1小时；
（2）清洗：将去脂处理后的金属构件放置在冲洗池内，利用质量浓度为10%的NaCl溶液对金属构件的表面进行冲洗；
（3）酸洗：将冲洗后的金属构件放入酸洗池内，向酸洗池内投入物质的量浓度为10%的茶皂素水溶液与三价金属离子海藻酸盐的混合液，其中茶皂素与三价金属离子海藻酸盐的物质的量比为1：1，茶皂素水溶液的投入量占酸洗槽容积的0.2%，金属构件在酸洗槽内的浸泡温度为45℃，浸泡时间为1小时；
（4）氧化：待处理完同批次的金属构件后，向酸洗池内通入质量浓度为30%的H2O2水溶液，盐酸与H2O2水溶液的物质的量比为8：1，将Fe2+氧化为Fe3+；
（5）除铁：向经过步骤（4）处理后的酸洗池内加入质量浓度为28%的氨水，调节混合溶液的pH为3.5，使得Fe（OH）3沉淀完全，并排除沉淀Fe（OH）3；
（6）回收酸液：然后将步骤（5）处理后的剩余酸液引入蒸发罐内，加热温度为110℃，加热回流，收集盐酸，将收集到的盐酸循环排放至酸洗池内；
（7）助镀：将步骤（3）经酸洗后的金属构件放入助镀槽内，助镀液采用物质的量比为1：3的氯化锌与氯化铵的混合溶液，在金属构件表面形成盐膜；
（8）镀锌：经步骤（7）处理后的金属构件放入镀锌池内，镀锌池内的锌液成分为镍0.018%、铝 0.005%、稀土 0.003%、锡 0.001%，其余为锌，锌液的温度保持在450，浸渍时间为3分钟；
（9）冷却：镀锌后，将金属构件放置在冷水槽内，金属构件的移出速度为1米/min，利用水温低于40℃的软化水冷却定型；
（10）无铬钝化以及再冷却。
对比例一：与实施例一相比，在步骤（3）中单独添加物质的量浓度为10%的茶皂素水溶液，添加量占酸洗槽容积的0.2%。
对比例二：与实施例一相比，在步骤（3）中单独添加物质的量浓度为10%的三价金属离子海藻酸盐溶液，添加量占酸洗槽容积的0.2%。
对比例三：与实施例一相比，在步骤（3）中均未添加茶皂素水溶液与三价金属离子海藻酸盐，添加量占酸洗槽容积的0.2%。
检测手段：
（1）肉眼观察酸洗池上方的酸雾情况。
（2）缓蚀情况：将金属构件放入酸洗池内，在0.5h、1.5h、2.5h后分别测定酸洗池内氯化亚铁的浓度。
酸洗池上方的酸雾观察情况如下表所示：
样品 酸雾情况
实施例一 未出现白烟
实施例二 未出现白烟
实施例三 未出现白烟
对比例一 少量白烟
对比例二 少量白烟
对比例三 大量白烟
通过上表可知，实施例中投入茶皂素与三价金属离子海藻酸盐的混合溶液后，茶皂素与三价金属离子海藻酸盐产生协同作用，具有较好的抑制盐酸酸雾的效果，而对比例中单独添加茶皂素或者三价金属离子海藻酸盐能起到少量的抑制盐雾的作用。
缓蚀情况的检测结果如下表所示：
样品 0.5h后氯化亚铁浓度（g/L） 1.5h后氯化亚铁浓度（g/L） 2.5h后氯化亚铁浓度（g/L）
实施例一 0.5 0.9 1.2
对比例一 3.6 10.9 18.6
对比例二 3.8 9.1 16.9
对比例三 5.2 12.7 23.6
通过上表可知，实施例一的腐蚀速度最慢为（1.2-0.5）/2×100%=35%；对比例一的缓蚀速度为（18.6-3.6）/2×100%=750%；对比例二的缓蚀速度为（16.9-3.8）/2×100%=655%；对比例三的缓蚀速度为（23.6-5.2）/2×100%=920%，综上所述，添加茶皂素与三价金属离子海藻酸盐混合溶液具有优异的缓蚀效果。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种环保型镀锌工艺，其特征在于包括如下工艺步骤：
（1）去脂：将金属构件堆放整齐，利用行车依次将金属构件吊起并放进清洗池内，投入浓度为5~10%的碱性去脂剂，对金属构件表面的油脂类物质进行清洗，水温保持在45~50℃，处理时间为0.5~1小时，所述碱性去脂剂为质量比为1：1的十二水磷酸钠和偏磷酸钠的混合物；
（2）清洗：将去脂处理后的金属构件放置在冲洗池内，利用质量浓度为5~10%的NaCl溶液对金属构件的表面进行冲洗；
（3）酸洗：将冲洗后的金属构件放入酸洗池内，向酸洗池内投入酸雾抑制剂，酸雾抑制剂的投入量占酸洗槽容积的0.1~0.3%，酸雾抑制剂采用物质的量比为1：1的茶皂素与三价金属离子海藻酸盐组成，所述酸雾抑制剂中固液的物质的量比为1~3：10，金属构件在酸洗槽内的浸泡温度为40~50℃，浸泡时间为1~1.5小时；
（4）氧化：待处理完同批次的金属构件后，向酸洗池内通入质量浓度为28~32%的H2O2水溶液，将Fe2+氧化为Fe3+；
（5）除铁：向经过步骤（4）处理后的酸洗池内加入质量浓度为25~28%的氨水，静置，使得Fe（OH）3沉淀完全，并排除沉淀Fe（OH）3；
（6）回收酸液：然后将步骤（5）处理后的剩余酸液引入蒸发罐内，加热温度为100~110℃，加热回流，收集盐酸，将收集到的盐酸循环排放至酸洗池内；
（7）助镀：将步骤（3）经酸洗后的金属构件放入助镀槽内，助镀液采用氯化锌与氯化铵溶液混合形成，在金属构件表面形成盐膜；
（8）镀锌：经步骤（7）处理后的金属构件放入镀锌池内，镀锌池内的锌液成分为镍0.018~0.03%、铝 0.005~0.008%、稀土 0.003~0.005%、锡 0.001%，其余为锌，锌液的温度保持在450~510℃之间，浸渍时间为1~5分钟；
（9）冷却：镀锌后，将金属构件放置在冷水槽内，利用水温低于40℃的软化水冷却定型；
（10）无铬钝化以及再冷却。
2.根据权利要求1所述的一种环保型镀锌工艺，其特征在于：步骤（2）中限定NaCl溶液的冲洗速度为10~20L/min。
3.根据权利要求1所述的一种环保型镀锌工艺，其特征在于：步骤（4）中盐酸与H2O2水溶液的物质的量比为6~8：1。
4.根据权利要求1所述的一种环保型镀锌工艺，其特征在于：步骤（5）中调节酸洗池内混合溶液的pH为3~3.5。
5.根据权利要求1所述的一种环保型镀锌工艺，其特征在于：步骤（7）的助镀液中氯化锌与氯化铵的物质的量比为1：2~3。
6.根据权利要求1所述的一种环保型镀锌工艺，其特征在于：步骤（9）中金属构件的引出速度为1~1.5米/min。
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