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去离子罐Q-0730-A

去离子罐Q-0730-A

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电容去离子（ Capacitive Deionization, CDI)，是一种基于双电层电容理论的水质淡化净化技术。 其基本原理是在电极上施加低电压后，溶液中阳离子、阴离子或带电粒子在电场力和浓度梯度作用下分别向两极迁移，吸附于电极表面形成双电层，从而达到脱盐或净化的目的。该技术也可称作电吸附（ Electrosorption Technique，EST）。

电容去离子发展概述

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电容去离子技术于 20 世纪 60 年代提出后，并未引起太多关注。于20世纪90年代后，碳气凝胶材料应用为电极，使得脱盐量有显著提升。之后兴起的纳米概念和相关材料，推动CDI技术质的飞跃。因为纳米尺度大大提升了电极的比表面积，从而使得该技术的应用成为较现实的话题，且该技术存在先天的低能耗优势，等。 [1]  这些引起国内外研究人员的大量关注和研究。CDI在改进技术(如MCDI,FCDI),电极材料应用和能量循环利用等方面，均取得了重要进展。

基本原理

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电容去离子通过施加静电场强制离子向带有相反电荷的电极处移动。由于碳材料, 如活性炭和碳气凝胶等制成的电极, 不仅导电性能良好, 而且具有很大的比表面积, 置于静电场中时会在其与电解质溶液界面处产生很强的双电层。 双电层的厚度只有 1～10nm , 却能吸引大量的电解质离子, 并储存一定的能量。 一旦除去电场, 吸引的离子被释放到本体溶液中, 溶液中的浓度升高。[2]  这样，完成吸附与解吸附的过程。FCDI脱盐吸附的基本原理，除了上述的双电层电容机理外，还包括赝电容机理，电渗析机理。 [1] 

脱盐技术对比优势

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和传统的水溶液去离子方法相比, 电容去离子具有几方面重要的优势。例如, 离子交换是工业上从水溶液中去除阴阳离子, 包括重金属和放射性同位素的主要手段, 但这一过程产生大量的腐蚀性二次废水, 必须经过再生装置处理。而电容去离子与离子交换不同, 系统的再生不需要使用任何酸、碱和盐溶液, 只是通过电极的放电完成, 因此不会有额外的废物产生, 也就没有污染; 同蒸发这种热过程相比, 电容去离子具有很高的能量利用率; 和电渗析和反渗透相比, 该方法还具有操作简便的优势，不需要提供高电势和额外压力驱动。

发展前景

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因为具有能耗低, 污染小, 易操作等优点, [3]  电容去离子在很多方面都有着很大应用潜力, 包括废水中微量重金属达标处理、家庭和工业用水深度软化、苦咸水处理、电厂循环水淡化处理化、海水脱盐、水溶性的放射性废物处理、核能电厂废水处理、半导体加工中高纯水的制备和农业灌溉用水的除盐等。

电镀方式

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电镀分为挂镀、滚镀、连续镀和刷镀等方式，主要与待镀件的尺寸和批量有关。挂镀适用于一般尺寸的制品，如汽车的保险杠，自行车的车把等。滚镀适用于小件，紧固件、垫圈、销子等。连续镀适用于成批生产的线材和带材。刷镀适用于局部镀或修复。电镀液有酸性的、碱性的和加有铬合剂的酸性及中性溶液，无论采用何种镀覆方式，与待镀制品和镀液接触的镀槽、吊挂具等应具有一定程度的通用性。

镀层分类

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若按镀层的成分则可分为单一金属镀层、合金镀层和复合镀层三类。

若按用途分类，可分为：

①防护性镀层；

②防护性装饰镀层；

③装饰性镀层；

④修复性镀层；

⑤功能性镀层

单金属电镀

单金属电镀至今已有170多年历史，元素周期表上已有33种金属可从水溶液中电沉积制取。常用的有电镀锌、镍、铬、铜、锡、铁、钴、镉、铅、金、银等l0余种。在阴极上同时沉积出两种或两种以上的元素所形成的镀层为合金镀层。合金镀层具有单一金属镀层不具备的组织结构和性能，如非晶态Ni—P合金，相图上没有的各蕊sn合金，以及具有特殊装饰外观，特别高的抗蚀性和优良的焊接性、磁性的合金镀层等。

复合镀

复合镀是将固体微粒加入镀液中与金属或合金共沉积，形成一种金属基的表面复合材料的过程，以满足特殊的应用要求。根据镀层与基体金属之间的电化学性质分类，电镀层可分为阳极性镀层和阴极性镀层两大类。凡镀层金属相对于基体金属的电位为负时，形成腐蚀微电池时镀层为阳极，故称阳极性镀层，如钢铁件上的镀锌层；而镀层金属相对于基体金属的电位为正时，形成腐蚀微电池时镀层为阴极，故称阴极性镀层，如钢铁件上的镀镍层和镀锡层等。

按用途分类可分为：

①防护性镀层：如Zn、Ni、Cd、Sn和Cd-Sn等镀层，作为耐大气及各种腐蚀环境的防腐蚀镀层；

②防护．装饰镀层：如Cu—Ni—Cr、Ni-Fe-Cr复合镀层等，既有装饰性，又有防护性；

③装饰性镀层：如Au、Ag以及Cu．孙仿金镀层、黑铬、黑镍镀层等；

④修复性镀层：如电镀Ni、Cr、Fe层进行修复一些造价颇高的易磨损件或加工超差件；

⑤功能性镀层：如Ag、Au等导电镀层；Ni-Fe、Fe-Co、Ni-Co等导磁镀层；Cr、Pt-Ru等高温抗氧化镀层；Ag、Cr等反光镀层；黑铬、黑镍等防反光镀层；硬铬、Ni．SiC等耐磨镀层；Ni．VIEE、Ni．C(石墨)减磨镀层等；Pb、Cu、Sn、Ag等焊接性镀层；防渗碳镀Cu等。

电镀电源

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电源组成

主电路主要包括主变压器、功率整流器件和一些检测、保护装置等。电镀电源中的主变压器是将交流电源电压降低为电镀工艺所需要的电压值。晶闸管整流器中使用的是工频(50Hz)变压器，高频开关电源中使用的是高频(10～50kHz)变压器。检测装置包括电压表、电流互感器等。保护装置主要是用于功率整流器件的过流保护。

控制电路主要包括晶闸管或IGBT等的触发控制电路，电源的软启动电路，过流、过压保护电路，电源缺相保护电路等。

电源特点

1、节能效果好

开关电源由于采用了高频变压器，转换效率大大提高，正常情况下较可控硅设备提高效率10%以上，负载率达70%以下时，较可控硅设备提高效率30%以上。

2、输出稳定性高

由于系统反应速度快(微秒级)，对于网电及负载变化具有*的适应性，输出精度可优于1%。开关电源的工作效率高、所以控制精度高，有利于提高产品质量。

3、输出波形易于调制

由于工作频率高，其输出波形调整相对处理成本较低，可以较方便的按照用户工艺要求改变输出波形。这样对于工作现场提高工效，改善加工产品质量有较强作用。

4、体积小、重量轻

体积与重量为可控硅电镀电源的1/5-1/10，便于规划、扩建、移动、维护和安装。

相关附录

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材料和设备术语

1 阳极袋：用棉布或化纤织物制成的套在阳极上，以防止阳极泥渣进入溶液用的袋子。

2 光亮剂：为获得光亮镀层在电解液中所使用的添加剂。

3 阻化剂：能够减缓化学反应或电化学反应速度的物质。

4表面活性剂：在添加量很低的情况下也能显著降低界面张力的物质。

5 乳化剂：能降低互不相溶的液体间的界面张力，使之形成乳浊液的物质。

6 络合剂：能与金属离子或含有金属离子的化合物结合而形成络合物的物质。

7 绝缘层：涂于电极或挂具的某一部分，使该部位表面不导电的材料层。

8 挂具（夹具）：用来悬挂零件，以便于将零件放于槽中进行电镀或其他处理的工具。

9 润湿剂：能降低制件与溶液间的界面张力，使制件表面容易被润湿的物质。

10添加剂：在溶液中含有的能改进溶液电化学性能或改善镀层质量的少量添加物。

11 缓冲剂：能够使溶液PH值在一定范围内维持基本恒定的物质。

12 移动阴极：采用机械装置使被镀制件与极杠一起作周期性往复运动的阴极。

测试和检验术语

1 不连续水膜：通常用于表面被污染所引起的不均匀润湿性，使表面上的水膜变的不连续。

2孔隙率：单位面积上针孔的个数。

3 针孔：从镀层表面直至底层覆盖层或基体金属的微小孔道，它是由于阴极表面上 的某些点 的电沉积过程受到障碍，使该处不能沉积镀层，而周围的镀层却不断加厚所造成。

4 变色：由于腐蚀而引起的金属或镀层表面色泽的变化(如发暗、失色等)。

5 结合力：镀层与基体材料结合的强度。

6 起皮：镀层成片状脱离基体材料的现象。

7 剥离：某些原因（例如不均匀的热膨胀或收缩）引起的表面镀层的破碎或脱落。

8 桔皮：类似于桔皮波纹状的表面处理层。

9 海绵状镀层：在电镀过程中形成的与基体材料结合不牢固的疏松多孔的沉积物。

10 烧焦镀层：在过高电流下形成的颜色黑暗、粗糙、松散等质量不佳的沉积物，其中常含有氧化物或其他杂质。

11 麻点：在电镀或腐蚀中，与金属表面上形成的小坑或小孔。

12 粗糙：在电镀过程中，由于种种原因造成的镀层粗糙不光滑的现象。

13 镀层钎焊性：镀层表面被熔融焊料润湿的能力。

镀锌分类

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电镀锌：就是利用电解，在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程。

与其他金属相比，锌是相对便宜而又易镀覆的一种金属，属低值防蚀电镀层。被广泛用于保护钢铁件，特别是防止大气腐蚀，并用于装饰。镀覆技术包括槽镀(或挂镀)、滚镀（适合小零件）、自动镀和连续镀（适合线材、带材）。

国内按电镀溶液分类，可分为四大类：

镀锌

由于(CN)属剧毒，所以环境保护对电镀锌中使用氰提出了严格限制，不断促进减少氰和取化物电镀锌镀液体系的发展，要求使用低氰(微氰)电镀液。采用此工艺电镀后，产品质量好，特别是彩镀，经钝化后色彩保持好。

锌酸盐镀锌

此工艺是由氰镀锌演化而来的。目前国内形成两大派系，分别为： a)武汉材保所的”DPE”系列；b) 广电所的”DE”系列 。都属于碱性添加剂的锌酸盐镀锌；PH值为12.5~13。采用此工艺，镀层晶格结构为柱状，耐腐蚀性好，适合彩色镀锌。

氯化物镀锌

此工艺在电镀行业应用比较广泛，所占比例高达40%。钝化后(兰白)可以锌代铬(与镀铬相媲美)，特别是在外加水溶性清漆后，外行人是很难辨认出是镀锌还是镀铬的。此工艺适合于白色钝化(兰白，银白)。

硫酸盐镀锌

此工艺适合于连续镀(线材、带材、简单、粗大型零、部件)。成本低廉。

溶液泄漏

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原因分析

(1)严防镀液加温过高。当镀液加温过高时，镀液会加速蒸发和分解，气雾中含有高浓度的溶质成分。这时会严重污染环境，尤其是酸、碱气雾，和铬雾对环境的影响和人体危害会更大。

(2)严格防止镀液被排风机吸走。当排风机配备不当，镀液液位过高，这时镀液容易被吸走，在槽盖未启开之前尤为严重，既引起环境污染，又会造成镀液损耗，出现这种情况时要及时采取措施予以解决，如降低镀液液位，调整吸风口宽度，在室外的排风机之前的管道下方设一个集液器，以便收集吸入的镀液或冷凝水。

(3)减轻镀液大处理时的损耗。镀液大处理过程中若不加以注意，则镀液的损耗量是相当大的，通常的损耗量达2%～3%，即1000L镀液经处理之后往往需补充20～30L纯净水，及相应的化工材料，才能恢复到原来的液位和原来的浓度，操作时若能细心一点，机械过滤与手工过滤相配合，让镀液尽可能由槽底的沉淀物中滤出来，则可大大减轻镀液的损耗，从而既节省材料的损耗，又能大大改善对环境的污染程度。

(4)防止镀槽、加温（冷却）管渗漏造成污染。电镀槽或加温管渗漏往往会造成严重污染，其渗漏原因随制造材料及不同镀种各有区别。

采取措施

1．预防方法：在靠近阳极的槽壁竖块耐温玻璃或塑料板，起到隔断阳极板与槽衬的接触，减轻腐蚀机会。补救方法：在铁质外壳槽的液位以下3～5cm处钻个声l～1.5mm的小孔，当内衬铅槽损坏时，镀铬溶液即会由此射出，通过这一信号即可知道内衬槽已损坏，可当即进行修复，从而可以避免更大事故的发生。

2．铅质加温(降温)管的渗漏原因及预防方法。铅质加温(降温)管的渗漏原因与铅质衬槽渗漏有某些相似，但它还有因承受压力引起膨胀而造成损裂的可能，铅管渗漏对环境的危害同样很厉害，一旦渗漏即有可能使槽内溶液随蒸汽或水射出槽外，若回汽回人锅炉，则危害性更大，有可能为此而毁坏锅炉而发生更大事故。

3．塑料镀槽渗漏原因及预防方法。塑料镀槽渗漏多由焊接质量欠佳引起，其中也不排除使用时人为因素。

局部电镀

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通常按其施镀面积可将电镀分为全部镀和局部镀两种。许多需局部电镀的零件就要对其非镀面进行绝缘保护，这就要用不同的局部绝缘方法来满足施工的技术要求，以保零件非镀面不会镀上镀层，尤其是有特殊要求的零件。

根据日常的工作经验，现介绍电镀中常用的几种局部电镀工艺方法。

包扎法

这种方法是用胶布或塑料的布条、胶带等材料对非镀面进行绝缘保护，其包扎的方法根据零件的形状而定。包扎法适用于简单零件，特别是形状规则的圆形零件。包扎法是简单的绝缘保护方法。

夹具法

夹具法，又叫仿形夹具法。也就是说，对于某些形状比较复杂的零件，可以仿照零件的形状设计出的绝缘夹具，从而可大大提高生产效率。如轴承内径或外径进行局部镀铬时，就可以设计一种的轴承镀铬夹具，且这种夹具还可以重复多次使用。

蜡剂保护法

用蜡制剂绝缘的特点是，与零件的粘接性能好，使用温度范围宽，绝缘层的端边不会翘起，因此，适用于对绝缘端边尺寸公差要求高、形状较复杂的零件。此外，蜡制剂也可重复使用，损耗小，但其使用方法比较复杂，周期较长。涂覆蜡制剂时，零件应预热到50～70℃ ，再涂覆熔化了的蜡制剂，先涂一薄层，覆盖整个需绝缘的表面，这时蜡不应中途凝固，然后再反复涂至所需厚度。涂覆后在尚未冷却到室温之前的温热状态下，用小刀对绝缘端边进行修整，再用棉球沾汽油反复擦拭欲镀表面，该操作要十分仔细。镀后可在热水或蜡桶内将蜡制剂熔化回收，然后用汽油等溶剂或水溶性清洗剂对零件进行清洗。

涂料绝缘法

电镀时经常使用漆类绝缘涂料进行绝缘保护。这种绝缘保护方法操作简便，可适用于复杂零件。常用的绝缘涂料有过氯乙烯防腐清漆、聚氯乙烯绝缘涂料、硝基胶等。

发展阶段

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(1)直流发电机阶段这种电源耗能大、效率低、噪声大．已经被淘汰。

(2) 硅整流阶段是直流发电机的换代产品，技术十分成熟，但效率低，体积大，控制不方便。仍有许多企业使用这种电镀电源。

(3) 可控硅整流阶段是替代硅整流电源的主流电源，具有效率高、体积小、调控方便等特点。随着核心器件——可控硅技术的成熟与发展．该电源技术日趋成熟，已获得广泛应用。

(4) 晶体管开关电源即脉冲电源阶段脉冲电镀电源是当今为*的电镀电源，它的出现是电镀电源的一次革命。这种电源具有体积小、效率高、性能优越、纹波系数稳定．而且不易受输出电流影响等特点。脉冲电镀电源是发展的方向，现已开始在企业中使用。

合金电镀

3.1 高耐蚀锌合金电镀工艺

锌合金是指以锌为主要成分并含有少量其它金属的合金。已用于生产的二元锌合金有：Zn-Ni，Zn-Co，Zn-Fe，Sn-Zn。Zn-Ti，Zn-Cr，Zn-P，Zn-Mn等还在开发研制试应用中，锌合金具有良好的防护性能，故常称之为高耐蚀合金镀层，其中研究的比较多，且应用比较广泛的主要是锌和铁族金属形成的合金，即锌-镍、锌-钴和锌-铁。铁族金属的原子结构和性质相近，它们与锌形成合金的共沉积特性也很相似。从电极电位来看，铁族金属的电位比锌正的多，但在共沉积时，锌比铁族金属容易沉积而优先沉积，这种沉积称为异常共沉积。其原因是当锌与铁族金属在阴极表面共沉积时，随着阴极表面H2的析出，使表面pH升高，在阴极表面生成了氢氧化锌胶体薄膜，致使铁族金属离子在阴极表面受到抑制而难以沉积，于是锌在阴极表面优先析出。

3.1.1 电镀锌-铁合金工艺及钝化处理

已获得工业应用的锌-铁合金有两种：一种是含铁量高的合金，该镀层不易钝化，易磷化处理，对油漆有良好的结合力，多用于钢板和钢带的表面处理，作为电泳漆的底层;另一种是含微量铁的锌-铁合金，镀层易钝化，耐蚀性能优良，特别经过黑色钝化，其耐蚀性有很大提高。锌-铁合金工艺也可分为酸性和碱性两种类型，合金镀层含铁量一般在0.2%~0.7%之间，镀液中三价铁离子不能含量过高，否则会降低阴极电流效率，结晶粗大。以下仅介绍低铁含量电镀工艺。

首饰电镀

电镀是首饰生产过程中应用非常广泛的表面优化处理技术，是利用电化学的方法，在首饰的表面沉淀形成金属和合金镀层的工艺方法。所谓电镀，是把镀液中的金属离子，在外电场的作用下，经过电极反应还原成为金属原子，并在阴极上进行金属沉淀，从而在首饰表面形成了一个镀层，从而有效地改变了首饰的纹理、色彩、质感，以防止蚀变，对首饰起到美化和延长使用寿命的作用。

根据电镀使用的目的来分类，电镀可以分为防护性电镀和装饰性电镀两种。

防护性电镀主要是为了防止金属腐蚀，通常使用镀锌、镀铑、镀锡等。在银饰品上很常用。我们知道，银很容易氧化变黑，对首饰的表现很不利，通常会电镀来保护。宝珑网的925银首饰，都有镀铑。铑是昂贵的贵金属，性质稳定，色泽洁白，跟铂金一样，可以有效地防止925银氧化变黑，又很漂亮。

装饰性电镀主要是以装饰为目的，当然也会有一定的防护性。为了美化，多半装饰性电镀是由多层电镀层组合出来的电镀。通常是在首饰上先镀一层底层，然后再镀上表面层，有时，还有一个中间层。在贵金属电镀和仿真首饰中这类电镀应用广泛。这类电镀的首饰，镀层往往是很高档的贵金属，比如黄金、18k金、彩色金属等，而其基本材质往往是小五金，或者非贵金类的物质。

塑料镀件

塑料电镀的镀件易漂浮，与挂具接触的地方易被烧焦因为塑料的比重小，所以在溶液中易浮起。

灯罩外形就象一个小盘一样，内表面凹进去，边上有两个小孔，开始只用一根铜丝卡着两个小孔进行电镀。

由于电镀中气体的放出，灯罩易与铜丝脱离，加之铜丝也轻，不足以使灯罩浸入溶液里。后来在铜丝上附上重物，解决了漂浮问题。铜丝与灯罩的接触点被烧焦，并露出塑料，是因导电不良引起的。

解决方法：为了解决塑料电镀工件漂浮与导电问题，我们设计了专门的夹具。夹具有一定的重量，上灯罩后不再浮起，再用两个较宽的导电片卡在灯罩的孔上，使各处电流均匀，接触点就不会烧焦了。

法规

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HJ/T314-2006电镀行业清洁生产标准是由国家环保总局提出和组织制订的，2006年11月26日批准发布，于2007年2月1日起正式实施。

标准的出台，将为我国电镀行业*转变因不重视资源、能源的节约使用，不重视污染物的减排，奉行末端治理所形成的粗放生产经营模式提供技术支持和导向，必将加速推动和促进我国电镀行业的清洁生产改造和产业升级，加速转变电镀企业严重污染环境的局面，并为电镀企业的清洁生产审核、清洁生产潜力与机会的判断、客观地评估电镀企业清洁生产的绩效提供依据，将成为我国电镀行业走上可持续发展道路的标志