連續(xù)鍍錫

離子交換和膜分離都是重要的化工分離過程。基于高分子聚合物材料的荷電特性，離子交換樹脂和離子交換膜能夠進(jìn)行離子物系的分離、分級(jí)，在清潔生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)方面發(fā)揮了重要作用，涉及金屬加工、冶金、醫(yī)藥、電力、汽車、原子能、精細(xì)化工、綠色化工等多個(gè)大型及重點(diǎn)行業(yè)。近年來國內(nèi)高品質(zhì)薄鍍層的鍍錫板生產(chǎn)技術(shù)有了長足進(jìn)步，產(chǎn)能增長迅猛。

大型連續(xù)電鍍錫生產(chǎn)線鍍液成分的在線控制更加嚴(yán)格，對(duì)鍍液回用和廢液處理的要求更加苛刻。若在線離子交換技術(shù)能夠有效并規(guī)模化應(yīng)用于高速電鍍錫線的鍍液維護(hù)，將有利于保證鍍液關(guān)鍵組分的含量在更小范圍內(nèi)波動(dòng)，從而更好地控制鍍層厚度和均勻性，提升鍍錫板的表面質(zhì)量，同時(shí)減少傳統(tǒng)批處理方式產(chǎn)生的大量含重金屬離子廢液。隨材料科學(xué)的發(fā)展，工業(yè)膜產(chǎn)品更新?lián)Q代加速，為離子交換技術(shù)工業(yè)化、組件化應(yīng)用于大型生產(chǎn)線提供了更好的應(yīng)用基礎(chǔ)和值得借鑒的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

電鍍錫板屬于冷軋深加工的高端產(chǎn)品，是高附加值的新型耐蝕材料，也是調(diào)整我國冶金產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的重要內(nèi)容之一。由于無毒、耐蝕性好，電鍍錫板已廣泛應(yīng)用于食品包裝、飲料包裝、醫(yī)藥、化工包裝等行業(yè)，前景十分良好。近年來國內(nèi)鍍錫板的表觀消費(fèi)量一直穩(wěn)定在200萬t 以上，出口量逐年增加，主要面向東南亞、中東地區(qū)市場，并出口到意大利、澳大利亞、美國、荷蘭等國，部分取代了原日本、歐洲等鋼鐵業(yè)發(fā)達(dá)國家的市場份額。

從技術(shù)發(fā)展趨勢來看，鍍錫板產(chǎn)品和錫鍍層都在往薄板薄鍍層方向發(fā)展，技術(shù)水平要求更高的不溶性陽極電鍍錫機(jī)組順應(yīng)了這種趨勢。該類生產(chǎn)線生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜、難度大，是冶金行業(yè)電鍍錫薄板制造領(lǐng)域的高水平生產(chǎn)線。其主要工藝段包括脫脂、電解酸洗、電鍍錫、軟熔、鈍化、涂油等6 個(gè)單元，其中脫脂、酸洗、電鍍、鈍化單元都以化學(xué)或電化學(xué)過程為主，需要復(fù)雜的線上設(shè)備和線下循環(huán)或補(bǔ)充共同完成單元功能。

離子交換技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)和研究趨勢主要在最關(guān)鍵的電鍍錫單元。鋼帶進(jìn)入鍍錫槽后，在外加電場作用下，電解液中的錫離子不斷沉積到帶鋼表面，完成鍍錫，再進(jìn)入下個(gè)工藝段。鍍液中消耗的錫離子則通過外部線下溶錫系統(tǒng)補(bǔ)充，以使電解液中的錫離子含量穩(wěn)定在適宜范圍內(nèi)。鍍液會(huì)受Fe 元素污染，鍍液需要定期替換更新或排放 。

連續(xù)鍍錫是鍍錫工藝的一種，錫鍍層穩(wěn)定性好，耐腐蝕、抗變色能力強(qiáng)，鍍層無毒、柔軟，有很好的可焊性和延展性，因此在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。連續(xù)鍍錫的鍍層基本無孔，能抵抗大多數(shù)形式的腐蝕，密封的情況下，微薄的錫層能有良好的保護(hù)作用并且與有機(jī)物生成的產(chǎn)物沒有毒，因此連續(xù)鍍錫常用于鋼帶材的生產(chǎn)和制罐行業(yè) 。

各種變壓器都有各自不同的接線片，由于變壓器品種規(guī)格繁多，接線片的規(guī)格也甚繁雜。接線片是用0.3毫米紫銅帶制成，并在使用之前進(jìn)行鍍錫。為此目的在鍍錫前，要將寬窄不同，長短不等的各種接線片，再經(jīng)過酸洗之后進(jìn)入鍍錫槽。鍍錫后，經(jīng)水洗、干燥，最后再用人工恢復(fù)原狀。

這樣，不但電鍍工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，而且還跟不上產(chǎn)品裝配的需要。又因銅皮較薄，邊角鋒利容易割傷手指。同時(shí)在酸洗、電鍍過程中，由于銅片的抖動(dòng)，會(huì)使酸、堿液飛濺出來，因此，很不安全。還有一個(gè)缺點(diǎn)，就是接線片端基部的夾緊力較大，鍍層很不均勻，甚至漏鍍，而且片間還不可避免的殘留有酸、堿余液，會(huì)使端首先腐蝕，從而污染變壓器油。所以接線片的這種加工工藝是一個(gè)少、慢、差、廢的方法，一直沿用多年。

銅帶經(jīng)連續(xù)鍍錫后，鍍層均勻，結(jié)合力好，錫層細(xì)膩潔白，經(jīng)240小時(shí)鹽霧試驗(yàn)，抗腐蝕性能良好。銅帶連續(xù)鍍錫工藝已經(jīng)采用三年多，質(zhì)量穩(wěn)定 。

鍍錫液中的Sn² 在電鍍過程中不斷沉積到鋼帶表面，并隨鋼帶運(yùn)行而被帶出電鍍單元。必須向鍍液中不斷補(bǔ)充Sn² ，才能使Sn² 含量維持在合適的工藝范圍內(nèi)。用于補(bǔ)充Sn² 的設(shè)備為溶錫裝置。在新型高速連續(xù)電鍍錫線上，采用不溶性的陽極生產(chǎn)工藝時(shí)，Sn² 的補(bǔ)充通過鍍液在鍍槽和溶錫系統(tǒng)之間的循環(huán)來實(shí)現(xiàn)。近年來主要采用溶氧法的工藝，溶氧裝置在一定壓力、溫度等工藝條件下，通過控制錫粒的氧化速率，達(dá)到盡量穩(wěn)定、連續(xù)地提供Sn² 的效果，從而維持鍍液中的Sn² 含量?？刂七^程需要建立氧氣流量、通氧時(shí)間與Sn² 含量之間的平衡模型。實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，此方法的缺點(diǎn)是氧化效率不高，均勻性不好，造成部分錫粒過氧化而生成Sn⁴ ，使得錫泥量較多，錫損失大。因此在行業(yè)內(nèi)的技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域，如何提升反應(yīng)的

均勻性和減少錫的損失是倍受矚目和亟待解決的問題。

有關(guān)連續(xù)高速電鍍錫線的鍍液體系，其最新的研究方向已經(jīng)指向與膜技術(shù)和電滲析領(lǐng)域。電化學(xué)過程在控制氧化反應(yīng)的精確程度上有很大優(yōu)勢。隨鍍錫板產(chǎn)品向薄鍍層方向發(fā)展，傳統(tǒng)的板帶鍍錫量由主流規(guī)格的5.6 g/m²、2.8 g/m² 朝著更薄的要求走，某些下游產(chǎn)品已經(jīng)要求原材料鍍錫板的鍍錫量為1.0 g/m² 以下，甚至是0.2 ~ 0.4 g/m² 的超薄鍍層鍍錫板，因而對(duì)鍍錫線的要求更加苛刻，包括更優(yōu)的表面質(zhì)量、更高的電流效率、更好的工藝和機(jī)械穩(wěn)定性以及更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保。離子交換膜和電滲析技術(shù)應(yīng)用于鍍錫線的早期理論研究始于上世紀(jì)七八十年代，以日本和美國的研究為主。

新一代的電解溶錫研究以工業(yè)化為目的，考慮到鍍錫生產(chǎn)的高速和連續(xù)性，對(duì)離子交換膜的特性要求較高，主要考察因素應(yīng)當(dāng)包括導(dǎo)電能力(允許電流密度)、膜的強(qiáng)度、抗污染性能、低槽壓、裝備的組件化設(shè)計(jì) 。

離子交換技術(shù)在鍍錫上的應(yīng)用研究起步較早，因受制于材料特性和能源電力成本，而尚未達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用的程度。但其在相近行業(yè)的生產(chǎn)線上，如金屬加工行業(yè)的廢酸回收、重金屬離子的分離，有精制要求的分離過程等領(lǐng)域，大型高水平不銹鋼及鈦材酸洗的酸液在線回收等方面，都有了成熟的研究或成功的工業(yè)化應(yīng)用。隨著鍍錫線生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展，近年來高速和薄鍍層的鍍錫生產(chǎn)技術(shù)有了飛躍發(fā)展，生產(chǎn)線數(shù)量和生產(chǎn)能力也迅猛增長。國際工業(yè)膜大公司的產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快，國內(nèi)外對(duì)連續(xù)高速鍍錫線的離子交換技術(shù)研究又進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期，從工藝研究到裝置設(shè)計(jì)、工業(yè)化方面推進(jìn)。離子交換材料和分離技術(shù)因具有在線處理、精準(zhǔn)控制及環(huán)保高效等特性，有望成為未來幾年內(nèi)推動(dòng)高速鍍錫線鍍液凈化和溶錫工藝進(jìn)步的關(guān)鍵突破點(diǎn)之一 。2100433B

鍍錫浸鍍錫

浸鍍是把工件浸入含有欲鍍出金屬鹽的溶液中，按化學(xué)置換原理在工件表面沉積出金屬鍍層。這與一般的化學(xué)鍍?cè)聿煌?，因其鍍液中不含還原劑。與接觸鍍也不一樣，接觸鍍是把工件浸入欲鍍出金屬鹽溶液中時(shí)必須與一活潑金屬緊密連接，該活潑金屬為陽極進(jìn)入溶液放出電子，溶液中電位較高的金屬離子得到電子后沉積在工件表面。浸鍍錫只在鐵、銅、鋁及其各自的合金上進(jìn)行。

鍍錫化學(xué)鍍錫

銅或鎳自催化沉積用的還原劑均不能用來還原錫。最簡單的解釋是因?yàn)殄a表面上析氫過電位高，而上述還原劑均為析氫反應(yīng)，所以不可能將錫離子還原為錫單質(zhì)。要化學(xué)鍍錫就必須選擇另一類不析氫的強(qiáng)還原劑，如Ti3 ,V2 ,Cr2 等，只有用T3 /Ti4 系的報(bào)導(dǎo)。

應(yīng)用

錫鍍層廣泛用于食品加工設(shè)備和容器，以及裝運(yùn)設(shè)備、泵部件、軸承、閥門、汽車活塞、鍍錫銅線和 CP 線、電子元器件和印制線路板等。錫鍍層在食品加工業(yè)的應(yīng)用是由于無毒性、良好延展性（韌性）和抗蝕性。錫鍍層優(yōu)良的延展性可使鍍錫金屬板能加工成各種形狀而不破壞錫鍍層，錫鍍層用于保護(hù)鋼板必須是無孔隙的，否則，在潮濕空氣中基底鋼板將嚴(yán)重腐蝕 。

工藝故障處理

錫是一種銀白色的金屬，無毒，具有良好的焊接和延展性等，廣泛應(yīng)用電子、食品、汽車等工業(yè)。電鍍錫溶液主要有堿性和酸性兩大類，酸性體系中又分硫酸鹽、甲基磺酸體系及氟硼酸體系鍍錫等。酸性鍍錫工藝的特點(diǎn)是溶液穩(wěn)定、鍍層光亮度高、鍍液電流效率高，操作簡便，但鍍液的分散能力差、二價(jià)錫易水解等。堿性鍍錫液穩(wěn)定且均鍍能力好，缺點(diǎn)是工作溫度高，電流效率低，不光亮等。甲基磺酸體系以其沉積速率高，廢水容易處理等優(yōu)點(diǎn)而被應(yīng)用到連續(xù)電鍍生產(chǎn)中。氟硼酸鹽鍍錫液成本比硫酸鹽鍍液高，還存在著氟化物的污染等缺點(diǎn)，幾乎不被使用。實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是硫酸鹽、甲基磺酸體系的酸性光亮鍍錫工藝。

硫酸鹽光亮鍍錫液成分簡單，主要有硫酸亞錫、硫酸、光亮添加劑、穩(wěn)定劑等成分。硫酸亞錫含量高時(shí)可用較大的電流密度，使沉積速度加快，含量過高會(huì)使鍍錫層粗糙。含量低時(shí)，允許的陰極電流密度降低，鍍層容易燒焦，對(duì)形狀簡單的零件可用硫酸亞錫含量低一些的鍍液。

硫酸可以增加鍍錫液的導(dǎo)電性能，促進(jìn)錫陽極的溶解，并能抑制鍍液中二價(jià)錫的水解，硫酸含量過高會(huì)使陽極溶解加快，使鍍液中錫含量增加，使鍍錫層粗糙。硫酸含量過低，會(huì)使鍍液分散能力下降，陰極電流密度降低，影響鍍錫層的光亮性，使二價(jià)錫容易水解，導(dǎo)致鍍液的渾濁。

光亮添加劑可以使鍍錫層光亮，光亮添加劑一般是醛、酚之類的有機(jī)物和增溶的表面活性劑等組成。光亮添加劑含量太多會(huì)降低陰極電流效率，同時(shí)過多的光亮添加劑在鍍液中的氧化又會(huì)加速鍍錫液的渾濁。

鍍錫液中加入穩(wěn)定劑是為了防止酸性鍍錫液中的二價(jià)錫水解，因?yàn)樗夂蟮亩r(jià)錫呈乳狀渾濁(有時(shí)這種渾濁包括二價(jià)錫水解也包括光亮劑的氧化分解產(chǎn)物)，當(dāng)然在電鍍過程中，穩(wěn)定劑會(huì)隨鍍液的帶出而需要及時(shí)補(bǔ)充，才能保持酸性光亮鍍錫溶液的穩(wěn)定性。市場上的穩(wěn)定劑主要是絡(luò)合劑、抗氧劑和還原劑的混合物，如異煙酸、硫酸亞鐵、酚類物質(zhì)等。