基于硫酸鋅/硫酸鋁體系的鐵絲連續光亮鍍鋅

王瑞祥

（中國電鍍協會老專家委員會）

基于硫酸鋅/硫酸鋁體系的鐵絲連續光亮鍍鋅

王瑞祥

（中國電鍍協會老專家委員會）

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清潔生產，提出了建議。

鐵絲；電鍍鋅；硫酸鋁；清潔生產

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

1 前言

鐵絲連續硫酸鹽鍍鋅在上世紀30年代已經在上海應用，當時有幾家工廠在生產，有一定的規模。其技術是從英國引進的，鍍層呈白色，但沒有光澤，光亮劑是阿拉伯樹膠。上世紀40年代，常州拉絲廠在原有阿拉伯樹膠的基礎上補加了硫脲，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，南京戰斗化工廠率先以DPE-1作為光亮劑用在鐵絲連續硫酸鹽鍍鋅線上。DPE-1當時被用在無氰堿性鋅酸鹽鍍鋅上，是氰化物的代用品，而南京戰斗化工廠將其用在屬性完全不同的連續、快速、高電流密度的硫酸鋅鍍鋅生產線上，的確是一個大膽的嘗試。從鍍鋅的理論分析，DPE-1添加劑加入強電解質硫酸鋅溶液中，的確大幅度地提高了陰極極化，其極化作用證明DPE-1在電極上產生一定的阻化作用。由此可以推斷，脂肪胺與環氧化基烷類的縮合物對鍍鋅系列的配方都會產生極化作用，這也使無氰鍍鋅系列配方在技術指標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，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，而鋁的氧化物在大氣中又非常穩定，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。加硼酸的作用是穩定pH，光亮劑可用武漢風帆公司的硫鋅-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，所以一經推出，即被廣泛應用。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。

(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常浸入溶液，如果不帶手套，會產生瘙癢，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) 槽內不導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，在電解過程中極易還原成苯環類酸，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23萬元請上海環保局設置，仍然達不到排放要求，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，是低成本的環保通用型光亮劑，現已在全國各地多家大型鐵絲廠中應用。

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

(2) 鍍層發黃——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，此時應加稀硫酸至pH為3。

(3) 鍍層發灰——光亮劑不足或冬天液溫太低，應提高液溫至≥15 °C。

(4) 鍍層發花或掉鋅——酸洗槽的酸液濃度不足或經退火的鐵絲預酸洗不徹底。

4 最佳工作條件的控制

4. 1 電流

各類線規的鐵絲，每根所需的電流與鍍層光亮區域的關系如圖1所示。首先要注意導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，遠則溶液擴散好，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范圍的關系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

溶液的濃度無需進行繁瑣的化學分析，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，而色澤與pH有關，如圖3所示。一般而言，當溶液pH≤2.5時，鋅塊會自行溶解，并可以聽到絲絲的聲音；當pH≥5時，鍍層會發黃；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范圍內鍍層光亮度與鍍液溫度的關系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。該光亮劑類似于清水，清徹透明，無異味，不腐蝕皮膚。

5 環保措施

鍍鋅鐵絲廠要保證污水達標排放或封閉循環再利用，實現清潔生產，宜從以下方面著手：

(1) 鍍前的去銹最好用 18%的硫酸進行電解處理，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，最好多設幾級清洗槽。當最后一級清洗水槽中的溶液達到一定濃度后，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扇，直接在液面上斜吹，這樣可以防止槽溫升高過快并增強溶液攪動，保證長時間內得到光亮的鍍層。

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

[ 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，從事電化學研究。

作者聯系方式：(Tel) 13971149955。