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美国辛辛那提大学威姆教授

(Dr.Wim J.Van Ooij)

五源科技表面工程研究所于2003年开始立项研发“节能环保涂装工程技术”,其中金属表面硅烷处理技术的研发衍生出了涂装新材料、工艺、装备、管理的系统工程产品。经多年努力,金属表面硅烷处理剂已经形成了系列产品(PSi-3钢铁专用,PSi-2有色金属专用.PSi-98阴极电泳专用产品),可以取代目前市场上的磷化与六价铬钝化工艺技术,实现了无磷无铬常温处理,达到无污染排放要求,相应的投资减少了30%.并获得了相关的发明及实用新型专利。

为了加强国际化的合作,2006年本公司作为美中合作交流促进会的重点企业,与美国依科技术公司进行了全面合作,引进代理了金属表面硅烷处理技术的系列产品ECO-OOl - 004/ECO—iOl - 102,通过推广应用,已经在汽车零部件、家电、金属制品等行业喷漆、粉末涂装、电泳涂装得到了广泛的应用。

美国依科技术公司首席技术官威姆教授(Dr.Wim Van Ooij)是美国辛辛那提大学在世界上首先提出用硅烷处理技术解决瞵化、铬钝化的科学家之一,研发该项目已有20多年历史,著有350多篇论文,拥有专利50多项。硅烷处理技术于2003年在美国形成了产业化,深受用户欢迎。公司技术首席执行宫朱丹青博士继承硅烷处理技术基6出叉研发了多项功能眭硅烷处理剂。


技术背景

1硅烷处理技术国内外概况

1.1、国外概况

二十世纪九十年代,美国辛辛那提大学材料工程学教授威姆.范诺伊博士(Dr. William Vanooij)及其研究团队率先将环保的硅烷技术引入金属表面处理领域,由此开创了传统金属表面处理行业的技术革新。通过20多年的深入研究,形成了成熟技术并拥有多项发明专利

目前,世界涂装前处理所采用的硅烷系列产品,均来源于William Vanooij教授研发成果,占有市场主导地位。William Vanooij教授及其科研团队于2003年成立了美国ECOSIL公司(ECOSIL Technologies LLC),亲自担任CTO。目前ECOSIL公司的硅烷技术在金属表面处理领域的应用处于世界领先水平,多项创新专利技术应用于美国及欧洲的尖端科技项目。

1.2、国内使用情况

近几年来,随着国内对环保、清洁生产和持续发展意识的增强和提高。在涂装前处理方面也掀起一场“绿色革命”。研发出一批“绿色表面处理工艺”和“绿色防腐技术”。而硅烷前处理工艺是其中最具发展潜力的、省资源型的环保涂装前处理工艺。

五源科技是国内最早研制出硅烷前处理产品并将硅烷前处理工艺成功应用于各涂装行业的企业,五源科技表面工程研究所2003年开始研发涂装前硅烷处理技术,获得国内首个发明专利。公司与美国ECOSIL公司合作推出硅烷前处理生产化应用技术,实现表面处理无磷、无铬、无铅、常温、免水洗的全新环保产品。实际应用于家电、汽车零部件、铝型材等行业的粉末/油漆/阴极电泳生产中有100多条生产线,并荣获中国机械工业科技进步三等奖,具有成熟的硅烷前处理技术和丰富的线上经验,能够高效、快速的解决硅烷前处理应用中遇到的问题和困难。


技术经济分析

2.1硅烷和锌系磷化的对比

与锌系磷化相比,硅烷技术具有环保、节能、综合成本低三大优点:首先,硅烷技术前处理很好地解决了传统磷化过程中产生的磷化渣问题。例如,对冷轧板进行前处理,锌系磷化的出渣量约为1g/m2,而硅烷前处理基本不产生渣,仅在处理时产生极少量的沉淀;同时,硅烷处理不会排放有害的重金属和磷,相反,锌系磷化则必然排放磷、镍、锌等有害物质和大量磷化渣。大量含磷废水的排放也会导致耗一定量的化学制剂。使用硅烷处理不仅化学品的消耗成本有所降低,而且硅烷在如下方面有着巨大的优势:一是废水处理的成本低;而磷化过程中会产生大量的废水和磷化渣,后期处理成本较高。二是设备投资较少,工序简单,工艺控制相对简单;而磷化工艺复杂,工序较多,要控制多项参数。

2.2成本对比

随着磷产品和锌、镍产品、能源价格的不断上涨,硅烷处理技术在综合成本上的优势愈加明显。硅烷处理技术的高效节能主要体现在以下几个方面:

2.2.1、热能:磷化(以磷化温度40-50℃计算)

目前国内喷淋磷化线热能消耗约为50-70元/千平方米

硅烷处理技术(常温生产冬季不需加温)

热能方面:磷化比硅烷处理成本多出60元/千平方米

以月均处理20万平方米计算,磷化成本增加144000元费用

2.2.2、动力:(以目前每年运行4000小时计算)

采用硅烷处理技术工艺,可以关闭表调槽泵和钝化槽。磷化加热循环泵,每个泵以4.0KW的功率计算

每年电费(以电价1元计算)2×4000×4.0=32000元

全年计算,磷化成本多出32000元

2.2.3、废水处理

磷化中磷酸根约15000ppm,锌、镍、锰合计约3000ppm,水洗因子以100计算,后道水洗达到溢流动态平衡时,废水中含磷酸根约1500ppm,锌、镍、锰合计约300ppm,每吨废水处理成本约8元。

硅烷处理技术中不含磷,硅含量约40ppm,锆含量约200ppm,水洗因子以100计算,后道水洗达到溢流动态平衡时,废水中含硅约4ppm,锆约20ppm,每吨废水处理成本不到1元。

以月均处理100000 平方米,每平方米约产生4L 废水计算,全年约处理9600 吨废水,磷化工艺多出33600元。

综上统计:

以全年生产2400000平方米计算,使用硅烷处理技术产品比磷化工艺节约成本209600元。

随着磷产品和锌、镍产品、能源价格的不断上涨,以及硅烷处理技术大规模化应用带来的原材料的下降,该技术产品在综合成本上的优势将更加不可动摇。

2.3、社会效益分析

随着全球制造业基地逐步向中国转移,我国的工业生产年消耗化学品规模越来越大,中国2008年工业废水量为241.7亿吨,涂装废水占10%即24亿吨,每吨废水按2.0元/吨收费,处理费用48亿元。据统计,仅家电和汽车行业每年消耗的磷化液等化学药剂达数百万吨,含磷脱脂剂、磷化液的大量使用造成了磷元素污染。因为磷是所有的生物生长所需的重要物质;磷能够引起水中藻类疯长。它还会导致湖中细菌大量繁殖。磷也是鱼类甚至湖泊的杀手。大量增殖的细菌消耗了水中的氧气,使依赖氧气生存的鱼类死亡,随后细菌也会因缺氧而死亡,最终是湖泊老化、死亡。磷还可对热带地区的海滨水域造成与上述情况相似的水体富营养化的威胁。每年众多江河湖泊流域蓝藻爆发环境污染事件凸显出国民经济的发展和环境的日益恶化的尖锐矛盾。(而且有些磷化液和工艺还含有铬、镍重金属和锌系磷化使用的亚硝酸钠做促进剂直接对人体有致癌的危害)

 同时在生产处理过程中节约资源。以尽量少的化学物质消耗量和常温不加热处理。使人们清醒的认识到采用无磷、无氮、无铬、无镍、无渣、常温处理及无须使用亚硝酸盐促进剂处理工艺的重要性。因此寻找一种能够替代传统的磷化处理的新材料具有深远积极意义。