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一.前言
六價鉻電鍍嚴重汙染環境、危害人類的身體健康，受到國際上廣泛的密切關注，歐洲聯盟、日本和北美各國的環境保護部門都制訂了一系列的政策和法規，限期取代嚴重汙染環境的六價鉻電鍍，也不準許六價鉻電鍍產品進入他們的市場。六價鉻電鍍也是我國電鍍的主要汙染源，嚴重汙染著空氣、水源和土地，嚴重危害著人民的身體健康。遵照中央關於可持續發展戰略的需要和保護環境，協調發展、人文關懷的精神，研究取代嚴重汙染環境的六價鉻電鍍的技術和應用，將可以從源頭上治理電鍍對我國環境的汙染。
為此，本文介紹了當前國內外取代六價鉻電鍍的研究現狀和有關技術及政策，各國的實踐表明取代六價鉻電鍍，將明顯改善環境治理狀況，而且可以提高電鍍產品的質量，同時節約大量的汙染處理費用，具有極其顯著的經濟效益和環境效益。
二.六價鉻電鍍
六價鉻鍍鉻是電鍍行業中應用最廣泛的鍍種之一，量大面廣，鋼鐵、鋁、塑料、銅合金和鋅基合金壓鑄件上都要鍍裝飾鉻，功能電鍍(硬鉻)的電鍍工件包括液壓汽缸和柱塞、曲軸、印刷板/滾筒、內燃機活塞、塑料模具、和玻璃纖維工件的製造、切削工具等，也用於修復磨損的工件，例如滾筒、模具、汽缸和曲軸的修復。
六價鉻鍍層具有良好的硬度、耐磨性、耐腐蝕性能和裝飾性，不僅用於裝飾性鍍層，而且大量用於功能性鍍層以及工件的修復等，也可利用微裂紋鉻層作為潤滑鍍層應用(硬鉻)傳統的鍍鉻技術一直採用六價鉻(鉻酸)作為主要的電鍍原料，六價鉻鍍層白亮、硬度高，耐磨損和防腐蝕性能好，而且工藝簡單，維護方便。但是六價鍍鉻是最嚴重的、最難處理的電鍍工業的汙染源之一。鉻是生物正常的代謝過程的必須的元素之一，缺鉻將造成糖、脂肪等新陳代謝混亂，但鉻含量過高，則對生物和人的身體造成嚴重危害。美國環境保護局(EPA)將六價鉻確定為17種高度危險的毒性物質之一。鉻在水中以三價和六價形式存在，其中六價鉻的毒性很大，大約是三價鉻的100倍，如果水中六價鉻的含量超過0.1毫克/升的濃度，就會對人體產生毒性作用。六價鉻對皮膚有嚴重的刺激性，能造成皮膚潰瘍，長期攝入會引起扁平上皮癌、肉瘤和腺癌等疾病。六價鉻的廢水、廢物不能象氰化物一樣在自然界自然降解，它在生物和人體內積聚，能夠造成長期性的危害，是一種毒性極強的強烈致癌物質，也是嚴重的腐蝕介質和重汙染環境的物質。我國各地區擁有大量的六價鉻電鍍槽液，總量估計在千萬噸以上，嚴重汙染我國的水、土壤和大氣環境，每年用於治理電鍍廢水的費用中60%以上是用於處理含六價鉻的廢水、廢氣和廢物，六價鉻電鍍造成的環境汙染損失，廢水處理費用和人員職業病害少說也在數百億人民幣以上。[1，2，3]
六價鉻鍍鉻槽的成分是鉻酸和硫酸，比率範圍是75：1到250：1(重量比)。槽液的酸度極大，pH0。槽液可以用氟化物催化。鉻酸中鉻是+6價氧化狀態，被還原成+3價，最後為零價。六價鉻低的電流效率造成了如下問題：低電流密度區的覆蓋能力差，高電流密度區過量沉積(例如工件的邊緣)。對於工件表面的均勻覆蓋能力稱為分散能力。許多情況下，是過量電鍍，然後加工到最後尺寸。有些情況下，需要輔助陽極使工件獲得均勻的鍍層。六價鉻電鍍溶液的主要化學原料是三氧化鉻(鉻酸)。三氧化鉻含有接近52%的六價鉻。槽液一般含有130～230g/L六價鉻。六價氧化態的鉻是鉻最毒的形式，美國環境署將它列為17種最毒化學品之一。
六價鉻是著名的人類致癌物質列為危險的空氣汙染物質(HAP)。由於陰極電流效率低和高的溶液粘度，當電鍍生產時，氫和氧的氣泡產生，形成含有六價鉻的水霧。1995年1月25日，美國環境署發布最終標準「硬鉻和裝飾鉻電鍍和鉻酸氧化槽的國家排放標準」(40CFRParts9和63)。EPA最近提出的鉻酸排放標準，鉻為0.05mg/m3到0.03到0.010mg/m3,取決於工藝，槽的尺寸，和使用的除霧技術。如果使用三價鉻工藝進行裝飾鉻電鍍，沒有排放標準，僅僅要求保持記錄和提供報告。美國職業安全和健康局(OSHA)計劃於2004年10月提出新的六價鉻化合物的規定。當前允許的最高濃度為100微克/m3。含鉻酸的空氣通過潮溼的洗刷控制排放。這些系統採用其他工藝的廢水進行處理。含六價鉻的廢水首先酸化到pH2.5。然後用二氧化硫或亞硫酸鈉還原成三價鉻。最後，溶液中和以氫氧化鉻的形式沉澱下來。廢水中規定總鉻的濃度是0.1到1.0ppm。美國環境署在潔淨水動議中規定鉻酸是最重要的汙染物質。在安全飲用水動議中，最大汙染水平(MCL)鉻酸含量為百萬分之零點一(或0.05milligram/liter).MCL是公共供水系統飲用水允許含有的最大汙染含量。
美國資源保護和回收動議(RCRA)中，由於它的劇毒性質，規定濃度超過5mg/l，廢物就是一種危險成分和危險廢物(D007)。失效的鉻酸電鍍槽要作為危險廢物進行處理。沉澱的氫氧化鉻淤泥規定為F006危險廢物。每磅鉻酸進行廢物處理後，將產生9.5磅的淤渣(35%固體)。
另外，六價鉻電鍍一般採用鉛陽極。長時間使用鉛陽極會形成鉻酸鉛，鉻酸鉛從陽極上剝落，沉澱在槽子當中，形成鉻酸鉛淤渣，採用過濾機或過濾泵清除，作為危險的廢物處理。
六價鉻電鍍溶液一般採用鋇化合物形成硫酸鋇來控制硫酸鹽的濃度。這也必須作為危險廢物進行處理。
三.取代六價鉻電鍍的非鉻方法
由於對於環境和工人健康的關切程度的提高，許多公司正在尋求取代硬鉻和裝飾鉻的非鉻電鍍方法。
下表提供了一些非鉻取代硬鉻和裝飾鉻電鍍方法。許多代鉻技術是建立在鎳的基礎上的。鎳鹽也是33/50項目列出的自願減少的17種危險的化學物質之一。在所有的應用領域，由於它的綜合的性能，沒有一種鍍層能夠在所有的應用領域取代六價鉻鍍層。應根據每一種應用的最重要的性質選擇取代的鍍層。溶液的商品名字和製造商包括在下面的表中。但是，所提到的公司、工藝或產品名字，並沒有得到美國環境保護署的認可。
如上表所示，國際上現有的代鉻鍍層並不能完全代替六價鉻電鍍，而且代鉻鍍層大多數是以鎳為基礎，鎳鹽同樣是一種汙染物質，而且對於雙組分或多組分電鍍在工藝實施上，廢水處理上都存在著一定的問題，價格成本上也高於六價鉻電鍍，並不是取代六價鉻電鍍的最好的方法。
責任編輯：侯俊梅