不同鋅金屬類涂層技術(shù)的環(huán)保性分析
發(fā)布時(shí)間：
2023-01-11 12:43
“材料在自然環(huán)境或工況條件下，與所處的環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)或物理作用而產(chǎn)生的退化或破壞現(xiàn)象，稱為腐蝕?！薄g的定義。
人類通過冶金工程(消耗能量)將礦石(金屬氧化物等)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘?，而金屬材料加工制作成的工件在遭遇環(huán)境作用被腐蝕成金屬氧化物或氫氧化物，又回到大自然，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)規(guī)律。因此，腐蝕無法被完全拒絕，但人類可以利用腐蝕機(jī)理科學(xué)控制腐蝕速率，延長(zhǎng)金屬材料的使用壽命。例如在鋼鐵材料表面制備金屬涂層，并經(jīng)過鈍化形成耐腐蝕層，以保護(hù)鋼鐵基體遭受實(shí)施的技術(shù)工藝得到廣泛的應(yīng)用。
金屬鋅是自然界中資源分布較廣的金屬元素，也是用于制備防腐涂層的重要元素之一，這是由于：鋅與鐵相比，是一種更為活潑的金屬元素，更容易被氧化腐蝕。在大氣環(huán)境下，鋅發(fā)生氧化或電化學(xué)腐蝕在表面覆蓋了一層由氧化鋅、碳酸鋅和氫氧化鋅組成的氧化膜，這一層氧化膜比較致密，黏附性能較好，能將外界的氧氣與內(nèi)部的組織隔離開來，防止內(nèi)部的基體繼續(xù)被氧化。同時(shí)，因?yàn)殇\的電位負(fù)于鐵，鋅類涂層以犧牲陽極形式保護(hù)鋼鐵材料。因此，由于鋅金屬的這些固有的特性，人類相繼開發(fā)不同鋅金屬涂層技術(shù)，包括電鍍鋅，熱浸鋅，達(dá)克羅(鋅鉻或鋅鋁涂層)，粉末滲鋅等。
那么這些技術(shù)是否會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染嗎?
電鍍鋅
電鍍鋅又稱冷鍍鋅，是一種利用電解的原理在工件表面形成均勻、致密、機(jī)械結(jié)合的金屬鋅層表面防腐工藝。在干燥的大氣環(huán)境下耐腐蝕良好，但在工業(yè)大氣，含SO2環(huán)境耐腐蝕性極具下降，且存在“鋅脆”，“氫脆”等問題。其主要工序?yàn)椋夯瘜W(xué)除油→酸洗(除銹/活化)→電鍍鋅→鈍化→干燥。其除油過程會(huì)產(chǎn)生含油廢水，酸洗后產(chǎn)生酸霧、廢酸等都會(huì)污染環(huán)境，電鍍后會(huì)產(chǎn)生大量含鋅廢液以及氰化物等有毒物質(zhì)排放，后處理鈍化過程中重金屬鉻離子污染等，需要耗費(fèi)巨額資金購(gòu)置污水處理設(shè)施進(jìn)行處理至符合排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。然而，一些小電鍍企業(yè)工藝技術(shù)落后，生產(chǎn)效率低，原材料消耗高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈也不堪重負(fù)。尤其高投入的環(huán)保設(shè)備設(shè)施無法裝備，即使裝備了也無力運(yùn)用，致我國(guó)電鍍行業(yè)的污染狀況到了令人擔(dān)憂的地步。據(jù)估計(jì)，電鍍行業(yè)每年排放大量的污染物，包括4億噸含重金屬?gòu)U水、50000噸固體廢物和3000萬立方米酸性氣體。目前70-80%的國(guó)有電鍍廠建立了污染控制設(shè)施，然而大部分處理設(shè)施已經(jīng)過期而不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)(城市中只有50%的設(shè)施能運(yùn)轉(zhuǎn)，農(nóng)村地區(qū)更低，只有25%)，而大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)電鍍企業(yè)則幾乎沒有采取任何污染控制措施。因此，電鍍產(chǎn)業(yè)的污染問題是行業(yè)面臨的最嚴(yán)重問題，其技術(shù)革新和污水處理是行業(yè)未來發(fā)展的方向。但是在沒有突出的改進(jìn)措施之前，國(guó)內(nèi)外已嚴(yán)格限制電鍍鋅的生產(chǎn)和新項(xiàng)目建設(shè)。
熱浸鋅
熱浸鋅又稱熱鍍鋅，是一種將工件浸入到440~500℃左右的熔融鋅液中，使金屬構(gòu)件表面附著一層鋅層的表面防腐工藝。熱浸鋅的主要工序?yàn)椋夯瘜W(xué)除油→酸洗→浸助鍍?nèi)軇娓深A(yù)熱→熱鍍鋅→冷卻→鈍化→干燥。熱浸鋅依然會(huì)產(chǎn)生電鍍鋅中存在的含油廢水、廢酸、酸霧及鈍化過程中重金屬鉻離子污染。同時(shí)，預(yù)鍍件放入鍍鋅槽時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量氯化銨和氯化鋅的煙塵，鍍鋅后會(huì)產(chǎn)生大量廢鋅料和鋅蒸汽，鋅蒸汽極易導(dǎo)致鋅中毒。因此，需要熱浸鋅企業(yè)加強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，全面實(shí)施環(huán)保措施，有效控制熱浸鋅生產(chǎn)及使用過程對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的不良影響。
達(dá)克羅技術(shù)
達(dá)克羅，國(guó)內(nèi)又稱鋅鉻涂層，是在工件表面形成由片狀鋅粉、鋁粉及金屬鉻鹽組成的銀灰色防腐涂層技術(shù)。達(dá)克羅的主要工序?yàn)椋好撝鷴佂琛扛病袒鋮s。達(dá)克羅技術(shù)作為當(dāng)今國(guó)際上表面處理富有代表性的高新技術(shù)，具有極佳防腐性能，比傳統(tǒng)鍍鋅處理的耐蝕性提高7~10倍，雖然其前處理采用機(jī)械拋丸，避免了廢酸、廢液、酸霧等污染，但其涂覆劑中由于存在金屬鉻，六價(jià)鉻為吞入性毒物/吸入性極毒物，皮膚接觸可能導(dǎo)致敏感;更可能造成遺傳性基因缺陷，吸入可能致癌，對(duì)環(huán)境有持久危險(xiǎn)性。但這些是六價(jià)鉻的特性，鉻金屬、三價(jià)或四價(jià)鉻并不具有這些毒性。因此行業(yè)開發(fā)處理無鉻或三價(jià)鉻的涂層，例如Geomet技術(shù)，但是耐腐蝕性能與達(dá)克羅相比較差。此外，三價(jià)鉻在隨著時(shí)間的推移慢慢被氧化出現(xiàn)六價(jià)鉻，尤其在堿性環(huán)境下，涂層表面疏松的微量三價(jià)鉻在潮濕的空氣環(huán)境中被氧化成六價(jià)鉻，最終危害人體健康。
傳統(tǒng)粉末滲鋅
粉末滲鋅又稱熱擴(kuò)散滲鋅，是在加熱狀態(tài)下將Zn及其他合金元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入鋼鐵表面形成Zn-Fe合金保護(hù)層的一種化學(xué)熱處理工藝。其主要工藝流程為：機(jī)械拋丸→滲鋅→酸洗→電解→鈍化。粉末滲鋅涂層與集體結(jié)合強(qiáng)度高，具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能、耐腐蝕性與抗磨損與抗沖擊特性，極大地提高金屬構(gòu)件的使用性能。但其滲鋅過程由于采用硅砂或氧化鋁作為填料，因此生產(chǎn)過程具有較大的粉塵污染，同時(shí)為了進(jìn)一步提高涂層耐腐蝕性能，后處理過程中需要進(jìn)行酸洗，并采用NaOH進(jìn)行電解，因此會(huì)產(chǎn)生酸霧、廢酸、廢堿等污染。
合金原子滲技術(shù)
綜上四種鋅類涂層技術(shù)均會(huì)環(huán)境造成不同程度的污染，因此開發(fā)或革新技術(shù)滿足環(huán)境要求是必然趨勢(shì)。天元智造秉承“綠色科技，共創(chuàng)美好生活”的使命，開發(fā)了合金原子滲(Atomic Diffusion Alloying，簡(jiǎn)稱“ADA”)技術(shù)，是基于原子熱擴(kuò)散原理，在傳統(tǒng)粉末滲鋅的基礎(chǔ)上，利用大數(shù)據(jù)模型控制和特殊催化劑作用下，將鋅、鋁等合金元素滲入工件表面，在工件表面形成以冶金結(jié)合方式存在的Zn-Fe相或Zn-Fe-Al相合金層的先進(jìn)環(huán)保表面處理工藝。該工藝作為粉末滲鋅的創(chuàng)新技術(shù)，以不產(chǎn)生任何污染產(chǎn)物為出發(fā)點(diǎn)，從原理上對(duì)其材料、工藝及后處理全過程進(jìn)行全面設(shè)計(jì)。例如精確計(jì)算和使用鋅粉消耗量，采用綠色環(huán)保溶液進(jìn)行滲鋅后復(fù)合鈍化工藝，其工藝過程無酸洗、鉻酸鈍化以及油漆等工序，過程中無“三廢”排放。同時(shí)不降低防腐性能，在工業(yè)大氣，酸雨以及高潮濕高電解質(zhì)等苛刻環(huán)境下仍具有優(yōu)異的防腐性能。在很多工況下可以代替電鍍性，熱浸鋅，傳統(tǒng)粉末滲鋅等。
人們采用不同表面工程技術(shù)減緩金屬材料的腐蝕速率，延長(zhǎng)金屬材料的服役壽命，從而減少因腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失和安全事故。然而，采用表面處理工藝雖然為金屬材料賦予了耐腐蝕的特性，卻由于工藝技術(shù)的局限會(huì)產(chǎn)生大量的污染自然環(huán)境的產(chǎn)物，例如重金屬，有毒氣體和液體等，破壞了整個(gè)生態(tài)平衡，危險(xiǎn)人類健康生活。因此，對(duì)表面工程技術(shù)的革新和綠色環(huán)保防腐技術(shù)開發(fā)，是各工業(yè)國(guó)特別重視的課題，雖已經(jīng)取得了一定的成果，但是應(yīng)該看到，綠色防腐技術(shù)的開發(fā)和變革的道路依舊曲折，研究任務(wù)艱巨。只有對(duì)綠色環(huán)保技術(shù)研發(fā)加大投入力度，組織科技力量以及各行業(yè)對(duì)傳統(tǒng)的防腐技術(shù)全面認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)，從觀念上、理論上和技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新，才能實(shí)現(xiàn)當(dāng)今全人類共同建設(shè)綠色家園和美麗世界的夢(mèng)想。
文章來源：陜西天元智能再制造股份有限公司
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