磷化渣的控制与清除概要.docx
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磷化渣的控制与清除概要
现代涂料与涂装
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磷
化
膜
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图3磷化渣形成的反应机理
#引言
金属涂装前磷化处理可以提高涂膜的附着力和耐
腐蚀性,因此被广泛采用。
在磷化处理的过程中,伴随着磷化成膜反应进行的同时,会不断产生磷化渣沉淀物。
这些沉淀物如果不及时从槽液中清除,不但会使磷化液遭受污染,使用寿命缩短,而且会影响磷化膜质量和整车的涂装质量。
为了保持槽液清洁,提高磷化质量,必须尽可能减少渣的产生。
对已生成的渣,可使用专门的除渣设备不断地将其除去,以保证槽液始终处于动态平衡的良好状态。
本文将磷化渣产生的原因、危害、控制方法、传统的和新发展的几种除渣方法的特点及其操作控制要领做一简述。
!
磷化渣的产生
磷化渣的主要成分是磷酸锌和磷酸铁的混合物,
它是磷化液与金属表面发生化学反应时的必然产物之一。
其反应机理如图3所示。
由式!
4#可知,当钢铁件与磷化液接触时,首先铁被酸溶解,溶解下来的铁离子一部分参与成膜反应形成12!
(/-&.0!
・.+!
&磷化膜成分,而另一部分铁离子则被氧化成(-&.沉淀,从溶液中析出形成磷化渣。
另外,如果反应过程控制不当,就会造成过中和现象,导致过量的磷酸锌沉析出来,形成富锌磷化渣。
$磷化渣的危害
"当磷化液中的渣含量逐渐增多时,容易吸附在
车身上,这些渣容易引起涂层早期起泡和脱落,并且降低了整车涂层的附着力和抗腐蚀能力。
"磷化渣被带入电泳槽后会污染电泳槽液,造成
超滤膜的阻塞,降低超滤膜的使用寿命。
"阻塞喷咀及循环管道,造成不必要的翻槽。
"易阻塞热交换器,过多的硝酸清洗不但会缩短
热交换器的寿命,而且会有硝酸漏入磷化液中的危险。
"
磷化渣的控制
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磷化液类型的选择
磷化渣的产生量与磷化液的类型有密切关系,不
同的磷化液所产生的渣量有很大的区别。
因此,选择合适的磷化液可以降低磷化渣的产生量。
一般高锌磷化液产渣量为543"678!
;低锌磷化液产渣量小于,
678!
;加入柠檬酸、酒石酸或其他络合剂的低渣磷化
液一般为!
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。
使用镀锌板和适用于镀锌板的磷化液,产渣量非常小,槽液可保持透明碧绿。
"%!
促进剂的类型及加入方式
采用不同的促进剂,渣的产生量也不同。
亚硝酸
钠溶液:
+值在3!
左右,
磷化液的:
+值在,左右,加入时易产生渣;氯酸盐也如此,使用羟氨基化合物作为内含促进剂和双氧水及最新开发;<.有机促进剂对产渣量无明显影响。
对于亚硝酸钠等作促进剂的磷化液,渣的产生与促进剂的加入量和加入方式有很大关系。
促进剂的加入量越大渣就越多,一次性加入太多促进剂也会造成过量的渣产生,理想的方式是用滴加泵来添加。
滴加泵可有!
台,3台随车身节拍添加,3台人工可以调节。
促进剂的加料口和磷化液的加料口应相距38以
于淑霞
陈慕祖
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(上海大众汽车有限公司,!
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摘
要
简述了磷化渣产生的机理、危害、控制,给出了几种除渣系统的特点及控制要领。
关键词磷化渣控制除渣系统分类号
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磷化渣
的控制与清除
上以防!
种浓缩液互相反应,形成大量的渣。
#$%中和剂的加入方法
磷化中和剂加入方法不适当也会造成沉渣过多。
中和剂加入时的浓度应尽可能稀,加入速度尽可能慢,并要加在湍流区。
如快速加入浓的中和剂会产生大量很细的新生态渣,这种渣容易吸附在车身上而难以被水冲掉,从而影响电泳涂装的质量。
#$#温度的控制
温度越高,渣的产生量也越多,当温度高于%"&时,特别是热交换器局部过热,会产生过量的渣,堵塞热交换器。
热交换器应设计成!
级加热形式,第’级先将("&的热水降低到"&,然后再加热磷化液。
#$"设备的选择
为防止磷化渣过量产生,首先可根据涂装线的生产能力、场地大小、投资费用等条件来选择适当的磷化除渣设备。
另外为保证除渣系统的效率,磷化槽的合理设计也很关键,循环搅拌必须均匀,避免有死角,使槽底无法形成磷化渣的堆积。
如将槽底设计成多个锥形体,可便于渣的沉降,并采用自动程序,分别定时从各个锥体中将含渣溶液送到除渣设备中,可使设备除渣效率大大提高。
#$&结渣剂的添加
磷化渣太细时容易吸附在车身上而冲洗不掉,因此在生产前必须先加入结渣剂,结渣剂的作用是使细小的渣颗粒形成絮状的大渣粒,很容易从车身上被冲洗下来。
结渣剂的加入量很少,一般只要加入"#’*+"#!
*的量即可。
#$’施工方式的选择
在喷淋式磷化过程中,只有少量铁离子能进入磷化膜,大部分被溶解的铁离子氧化后形成磷酸铁沉渣。
在浸式磷化中,磷化膜中的磷酸锌铁高达(,,溶解的铁离子大部分进入磷化膜,残渣显著下降。
同时磷酸锌铁的抗碱蚀性能好,较适用于阴极电泳涂装,因此大型生产线大多选择浸式磷化。
"磷化渣的监测
为了解槽液中的含渣量,需要定时进行监测。
若采用质量法,费工费时,且程序繁杂。
建议采用一种特别的’"""-.有刻度的锥形量筒。
取’"""-.槽液于锥形量筒,分别在/-01和2"-01各读’次含渣量,!
次之差表示渣的沉降速率,2"-01时的读数代表含渣量,通常要求小于’"-.34,此时槽液中的渣的质量分数为2#"5’"67以下。
控制得较好的生产线可以做到小于/-.34。
&磷化渣的清除
目前磷化除渣的方式大致有以下几种:
&$(定期翻槽沉淀除渣法
当磷化槽内的渣积累到一定浓度后,将磷化槽液打入备用槽,静置’!
8,待磷化渣沉降后,将上层澄清溶液打回磷化槽。
该方法操作简单,设备少,这是早期及一些小型磷化槽普遍使用的方法,翻槽周期的长短可根据产量和槽中渣含量而定,这种方法需停产进行,时间长,浪费大,而且除渣不彻底。
渣液中的固体含量很低,一般仅在’",+!
",。
而且大量的含渣溶液也不易处理,易造成二次污染。
目前除个别小单位外,大型生产线基本上不采用此方法。
&$!
斜板沉淀板框压滤除渣系统
%"年代所建的大型前处理线大多采用斜板沉淀板框压滤除渣系统,该设备的组成部分有:
斜板沉淀塔、浓缩塔、板框压滤机、往复泵等。
磷化液经泵打入斜板沉淀塔,上层澄清溶液溢流回磷化槽,下层磷化渣滑入底部,并定时排入浓缩塔,如能定时通入压缩空气振动斜板,可以促进渣的排放。
经浓缩后的富渣溶液再打入板框压滤机,压滤出的清液返回磷化槽。
当压滤机的压力达到一定值时,说明已充满渣饼,此时,人工打开板框,一块块清除渣饼。
一般板框压滤机的渣容量约为’""9:
连续工作’$8可获渣饼约’""9:
处理量约为2"-238,所得到的磷化渣含水量为7/,;质量分数<左右。
该设备的特点是处理量较大,效率较高,渣饼含水量低,设备运行比较可靠,应用比较广泛。
不足之处是设备占用空间大,拆卸和更换过滤布比较麻烦。
而且板框压滤机采用人工操作,难以实现自动化,磷化渣的分离效率不太高。
约有总渣量的!
",仍返回槽中。
斜板沉淀塔的渣出口易阻塞,常常要用压缩空气吹。
&$%转鼓真空吸滤式除渣系统
它的主要组成部分有绕带式转鼓真空过滤机、沉渣泵、清液泵及控制箱等。
其中的主要部件转鼓的长度与直径比为’=!
到!
=’,滤布蒙在转鼓外表面。
转速为!
+2>3-01,每旋转一圈,过滤布表面的任一部分都依次经历过滤、洗涤、吸干、吹松、刮渣等阶段。
它的工作原理是通过调节真空泵使滤布表面的真空度达到7"+/2#29?
@,同时转鼓带动滤布旋转,在滤布外表面形成真空负压,使磷化渣吸附在滤布外表面,磷化清液被送入滤液罐,当滤液罐液位处于一定高度,滤液罐内的浮球开关开启,清洁的磷化液推开单向阀经储液槽返回主槽。
转鼓外表面所形成的渣饼厚度一般为7"+$"--,滤饼含水量为/",;质量分数<左右。
该设备的特点是操作简单,效率高,占地面积小。
不足之处是有效过滤面积较小,其有效面积只占整个面积的2",+7",。
真空操作时过滤推动力不大,且
!
"""#"$现代涂料与涂装
滤饼洗涤不够充分,磷化液损失大。
对于处理液内固体物含量较大时比较适用。
滤布堵塞后必须更换。
较适用于小型生产线。
"#$倾析卧螺离心除渣系统
高速倾析卧螺离心机是一种坚固转筒式螺旋离心机,离心力使固体颗粒加速,最大可获得大于重力$"""倍的离心力,从而达到固液分离的目的。
它具有可变的转筒速度和差转速度,调节转筒速度可以决定固液分离的速度。
而螺旋差转速度对处理量、固体在转筒内的停留时间和固体排入转筒的速度都有影响。
这%个因素对可分离固体的数量、干燥程度和液体的澄清度有着决定性的影响。
高速倾析卧螺离心机的工作过程大致如下:
磷化液通过固定的中央输料管,经分配室通过螺旋输送机的出料口进入转筒,在离心力作用下,磷化渣开始沉积到转筒壁上,螺旋输送器以与转筒圆转速相异的速度旋转,将固体向锥端方向推送,干燥的固体从转筒锥端上的开孔排出。
澄清的液体流向转筒圆柱端,经可调堰板溢出,流入集液槽,由泵打回磷化槽。
调节差转速度可以改变固体在转筒内的停留时间,从而可以决定磷化渣的含水量。
该方法的分离效率高,磷化渣含水量低,操作简单方便。
在小型生产线上可以直接使用,大型生产线如果配以磷化渣的浓缩系统如斜板沉淀塔,可以选用较小型号的倾析离心机,以节省投资。
该设备的不足之处主要是投资大。
这种离心机可以分离黏性很大的液体,用以磷化去渣有大材小用之嫌。
此外,噪声很大是其主要缺点,因此应用并不广泛,仅个别生产线在使用。
"#%全量过滤式自动除渣机
全量过滤式自动除渣机的外型尺寸约为%’(!
’(!
’,是一种连续自动进行的过滤系统。
该系统使用时不需要对槽液进行渣浓缩,生产的同时直接将磷化液输送到过滤器内,含渣的磷化液在压力作用下透过滤纸变得澄清透明后排回磷化槽,磷化渣留在滤纸上,当滤纸上的渣饼达到一定厚度后,磷化液输送回路自动切断,由$#"(&"*+的压缩空气吹出,挤出渣中的水分,然后除渣机自动开启,滤纸自动卷动,将渣饼刮到小车内。
所得磷化渣的含水量为",左右。
该系统采用西门子程序控制,可全面实行自动定时控制,除渣效率高,劳动强度低,处理能力强,占地面积小是其特点。
但投资费用高,管理和维修难度较高。
对压缩空气和自来水压力要求都较严,自来水压力要大于!
#-.(&"*+才能稳定工作。
如果采用锥形槽底轮流间歇排放的浓缩渣方法,其除渣效果将会更好。
该设备在北美应用较多,国内只有少数单位在使用,效果不错。
"#"逆向过滤式自动压渣系统
该装置是由日本帕卡设计工程公司最近推出的一套全新的过滤系统。
系统示意图如图&所示。
设备的主要部件有逆向(*/过滤器、渣浓缩槽、压渣机等。
流程说明:
富渣磷化液通过泵从*/过滤器底部打入,*/过滤器内含有0"根过滤网袋,过滤袋的安装与传统的安装方式相反,装在金属网的外面,澄清的磷化液透过过滤网袋返回磷化槽,磷化渣则附着在过滤网袋的外表面,经!
1的运转后,渣附着使过滤器压力上升,滤液量开始减少,此时逆洗程序自动开始。
滤液出口阀关闭,过滤泵停止,逆洗压缩空气阀门自动打开,经&"2后表面附着的磷化渣被压缩空气吹落排入浓缩槽内,%3$’45后程序自动返回过滤行程。
浓缩槽内的浆液被泵打入压渣机进行加压过滤,然后再通气脱水,澄清的磷化液在压力作用下透过滤纸返回磷化槽,磷化渣被压成固体渣饼排出。
所得磷化渣含水量约$",。
该装置通过电脑自动控制,控制程序可根据需要调整。
磷化液含渣量为&(&"6.3!
(&"6.时也能有效除渣,是一种全量过滤式磷化除渣机。
由于其单向流动的特点,因此操作十分简单,且槽液处理量大,为0"’%71。
不足之处是渣饼含水量偏高,*/过滤网袋拆卸较麻烦。
较适用于大型自动涂装线。
*/过滤网袋的使用寿命为!
3%+。
&磷化渣的处理
目前在国内,磷化渣主要被作为生产废物直接弃掉,造成二次污染。
近年来随着人们环保意识的增强,国内外关于废物处理和再生利用的各项法
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- 磷化 控制 清除 概要