金属除锈物理方法

中国水资源总量居世界第6位。但人均水量约为世界人均水量的1／4，是水资源严重不足的国家之一，预计到2010年总缺口将达到1140亿吨。近年来随着工业生产和城市现代化水平发展。废水大量排放，水源中重金属积累加剧，重金属污染严重，因此重金属废水的治理受到国内外科研工作者的高度重视。重金属废水主要来自矿山坑内排水，选矿厂尾矿排水，废石场淋浸水，有色金属冶炼厂除尘排水，有色金属加工厂酸洗水。电镀厂镀件洗涤水，钢铁厂酸洗排水，以及电解、农药、医药、油漆、颜料等废水。近年来，随着工业发展和人类自身活动的增加。大量含有重金属污染物的废水和城市生活 污水排入到江河湖泊。对重金属废水的治理较传统的方法有化学沉淀法、电化学法、吸附法和膜分离法等。常用的沉淀剂有石灰、碳酸钠和氢氧化钠等。化学沉淀法是工艺较成熟的方法。它具有去除范围广、效率高、经济简便的特点，但需要投加大量化学药剂，并以沉淀物的形式沉淀出来。存在二次污染问题。物理吸附法主要是利用具有高的比表面积或表面具有高空隙结构的物质，如活性炭、矿物质和分子筛等，吸附去除重金属的方法。活性炭是最早、也是应用最广的吸附剂，但其价格昂贵，使用寿命短。近年来，发现矿物材料具有很强的吸附能力，如沸石滤料、蛇纹石、硅藻土等。其中，沸石是目前发现的天然矿物中比表面积最大、吸附最强的矿物。树脂中含有羟基、羧基、氨基等活性基团可与重金属离子进行螯合，形成网状结构的笼形分子。因此能有效地吸附重金属。其中壳聚糖及其衍生物是处理重金属废水的理想材料，许多学者对此研究甚多。生物吸附指利用生物体的化学结构或成分特性来吸附水中的重金属。凡具有从溶液中分离重金属能力的生物体及其衍生物统称为生物吸附剂。生物吸附剂主要是菌体、藻类及一些细胞提取物。电化学法指应用电解的基本原理。使废水中的重金属通过电解在阳、阴两极上分别发生氧化还原反应使重金属富集的方法。按照阳极类型的不同，电解法可分为电解沉淀法和回收重金属电解法。膜分离技术是利用一种特殊的半透膜。在外界压力作用下，不改变溶液中化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方法。生活污水，设计指标都是针对低浓度化学需氧量、生化需氧量、氨氮、总氮、总磷等常规因子。高浓度有机废水、重金属废水处理极为复杂监控困难，一般都需要强酸强碱，但酸碱同样影响PH值。对于生活污水处理厂，处理重金属是出力不讨好，捡芝麻丢西瓜的事，所以一般不予考虑。企业如果废水最终要排入污水处理厂，达标排放的同时，污染指标浓度应在污水处理厂设计范围之内，或者根本不允许排入城市污水管网的话必须自行深度治理，在达到污综或行业排放标准后，继续降低排放浓度。否则影响污水处理厂整体处理效果。

这种方法主要借助于碱的化学作用（皂化作用）来清除金属表面的油脂和轻微锈蚀，使被涂表面净化，这种方法常用于清除钢铁、镍、铜等黑色金属以及不溶于碱液的有色金属。

碱液的主要成分有氢氧化钠、磷酸三钠、硅酸钠、碳酸钠、硫酸钠等，其中起皂化和洗涤作用的是氢氧化钠；磷酸三钠主要起软化水的作用；酸碱度（pH）由碳酸钠进行调整；硅酸钠则起加强润湿和乳化作用。如果金属表面油垢过多，用碱液除油效果不理想时，还可采用电化学除油，其溶液配方与碱液配方相同。

（二）乳化脱脂法

这种方法是利用能促使两种互不相溶的液体（如油和水），形成稳定的乳浊液的物质（乳化剂），即在有机溶剂中加入一种或数种表面活性剂，也可添加弱碱性洗净剂组成的混合液，将这种乳浊液浸渍或喷射到被清洗的零件表面上时，浸透油脂层后使油脂微粒化，表面活性剂使油脂微粒乳化分散在水中，从而达到除掉油脂的目的。

乳化洗净液是由有机溶剂和表面活性剂组成的，这种洗净液对湿度反应不大，在室温条件下就可以进行，其特点是无毒，除油效果比碱液高（因为有些水溶性污物在水中就被溶解了），故获得广泛应用。

（三）有机溶剂脱脂法

这是一种常见的金属表面除油脱脂的方法。采用溶解能力强、不易燃、毒性小，而且便于操作，挥发缓慢的有机溶剂，如汽油、石油溶剂、松节油、二甲苯、二氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等。

采用有机溶剂除掉零件表面油脂的方法，一般都是用浸渍法，即把被清洗的零件浸入溶剂中，经过搅拌或人工冲洗除油，它可以较快地将大量油脂溶解而被除掉，但是要想完全脱脂还是比较困难的，故要想完全脱脂，最好是和其他方法配合使用。

除此，还有蒸汽法和超声波法，这两种方法的清洗质量和速度都较为理想的。蒸汽法采用的清洗液主要是三氯乙烯，把被清洗零件放入三氯乙烯加热溶液中或蒸汽中，三氯乙烯与被清洗零件接触状态有液相、气相、液-气相、多重液相以及喷射等多种形式，使被清洗零件得以去脂。

氧化方法有热氧化法、碱性氧化法、酸性氧化法(黑色金属)以及化学氧化法、阳极氧化法(有色金属)等。

现分述如下：

1、化学氧化法化学氧化方法主要适用于有色金属(如铝、铜、镁以及它们的合金)的氧化处理。处理方法是将零件放于配制好的溶液中，在一定的温度下经一定时间的氧化反应后，则形成了一层保护膜，再经清洗及烘干等操作即可。

2、碱性氧化法处理时把零件浸渍在调配好的溶液中加热到135℃～155℃，处理时间的长短取决于零件中的碳含量的高低。金属零件经氧化处理后，再用60℃～80℃的含量为15g/L～20g/L肥皂水漂洗一下，时间为2min～5min，然后分别用冷水和热水冲洗干净并吹干或烘干5min～10min(温度为80℃～90℃)。

3、酸性氧化法即将零件置于酸性溶液中进行处理。与碱性氧化法比较，酸性氧化法较为经济，处理后金属表面所生成的保护膜，耐腐蚀性和机械强度均超过碱性氧化处理后所生成薄膜的性能，故应用广泛。

4、热氧化法将金属制品加热到600℃～650℃，然后用热蒸汽和还原剂处理。还有一种方法是将金属制品浸渍在约300℃的熔融的碱金属盐中进行处理

5、阳极氧化法阳极氧化法是有色金属氧化的另一种方法。它是将金属零件作阳极，利用电解法使其表面形成氧化膜的过程。这种氧化膜既可起金属与涂膜之间的钝化膜的作用，又可以增加涂层与金属间的结合力，减少水分的渗透，从而延长涂层的使用寿命，被广泛地应用于涂漆的底层。

按照我国的产业分类，通常将铁、锰、铬及其合金称为黑色金属，

除此以外的其他金属均列

为有色金属。

实际上纯净的铁与铬都是银白色的，

而锰是银灰色的，

之所以把它们叫作黑色

金属，是因为钢铁表面常覆盖一层黑色的四氧化三铁，而锰和铬又主要应用于冶炼合金钢，

所以被叫作黑色金属。

这种分法是沿用前苏联教科书的结果，

无论从逻辑上还是从事物的本

质上都欠科学。“有色”应与无色”相对，“黑色”难道不是“有色”

?

况且，铁、锰、铬

本身也并不是黑色。

在欧美教科书中，

金属被分为铁金属和非铁金属两大类，

这样比较科学、

严谨。但是，在我国对黑色金属、有色金属的称谓沿用已久，有时仍然沿用此称谓。

当前，全世界的金属材料总产量约

8

亿吨，其中钢铁约占

95%

，是金属材料的主体

非铁金属材料约占

5%

，处于补充地位，但它的作用却是钢铁材料无法代替的。

许多非铁金属可以纯金属状态应用于工业和科学技术中。如

Au

、

Ag

、

cu

、

Al

用作电

导体，

Ti

用作耐蚀构件，

W

、

Mo

、

Ta

用作高温发热体，

Al

、

sn

箔材用于食品包装，

Hg

用

于仪表，

Pb

用于蓄电池等

但更多的是采用多种有色金属搭配使用，或使用非铁金属合金。

非铁金属合金具有许多重要的特性，

无论作为结构材料或是功能材料，

在工业部门及

高新技术领域都有着十分重要的地位。

例如

Al

、

Mg

、

Ti

及其合金，

由于密度小，

比强度高，

成为航空航天工业不可或缺的材料，并使汽车轻量化成为可能铜有着优良的导电性能，而cu-Ni-Mn合金却是优良的电阻材料喷气式发动机的高温部件离不开Ni、co及其合金锆合金不仅用作核反应堆的重要结构件，同时又是暴露于海水中的热交换器、天线阵、声纳透声罩等耐蚀结构材料。

在高新技术领域中，非铁金属合金或化合物展示出更大的发展前景，如可用于燃煤磁流体发电机通道的金属阴极材料w-cu合金二次能源开发所需要的储氧材料La-Ni、Mg-Ni、Ti-Mn系合金具有优异硬磁性能的Nd-Fe-B合金具有特殊形状记忆效应的Ti-Ni合金光记录材料Gd-Co合金高速电子计算机、微波通讯、激光技术等领域的优良材料砷化镓新型超导材料钇钡铜氧化合物未来新型高温结构材料镍铝化合物、钛铝化合物等。概而言之，非铁金属材料在国民经济和现代科学技术中的作用是不能用产量的大小来衡量的，具有不可取代的重要作用。

废有色金属是指生产与消费过程中已完成使用寿命的器件中所含有的有色金属部件及材料。例如，旧电线、旧蓄电池、旧电器、旧飞机、报废汽车、废弃船舶等，都含有一定数量的有色金属。