汽车涂装节能减排技术应用与展望
作者:撰文／奇瑞汽车股份有限公司乘用车二厂涂装二车间 程为华 李国波 傅昌勇 胡 明
    随着国际社会对VOC排放的限制及我国清洁生产标准的出台，节能减排和生态环保俨然成为当今乃至今后汽车工业研发和制造的重要课题。涂装是汽车四大工艺中能耗高、三废多的生产环节之一，耗能比例约60％左右。如何降低汽车涂装过程中污染源问题一直是国际上汽车行业共同探讨的话题，如德国欧宝公司采用高涂装效率的自动静电涂装线、宝马公司的车身粉末罩光线、通用汽车公司的皮卡车粉末中涂涂装线等。早在2006年，奇瑞公司率先提出了“更安全，更节能，更环保”的发展理念，作为中国最大的自主品牌汽车制造商之一，奇瑞公司始终走在同行业的前列，为我国打造资源节约型、环境友好型社会做出了一定的贡献。
涂装车间废弃物的产生及常规处置方法
 
    1.废水的产生及常规处理
 
    涂装车间废水大量来自于涂装前处理脱脂、磷化、钝化等工序清洗后产生的废水，阴极电泳产生的含电泳漆的废水，中涂、漆、清漆等喷漆室定期排放的废水，除此之外，还有老化后的脱脂废液及磷化废液等。由于此类废水中含有大量的金属盐、重金属及各种化学有害物质，如果将这些废水直接排放到江河中，废水中的有机物会消耗大量的溶解氧，从而破坏水体中氧的平衡，导致水质产生恶臭，严重破坏生态平衡。为此，一般涂装车间针对此类废水首先集中在地坑，然后根据污水种类的不同进行分类处理，处理原则：(1)高浓度酸碱废水，应优先考虑能否回收再利用；(2)低浓度的酸碱废水，直接采用中和处理后排放；(3)含铬废水，可使用电解法或化学还原法处理后排放；(4)含有漆渣的喷漆室废水，需要添加一定比例的悬浮剂或絮凝剂对漆渣进行沉淀或飘浮处理后才能排放。
 
    2.废气的产生及常规处理
 
    涂装车间废气大多来自于前处理、喷漆室、流平室、烘干炉等排放气体，这些废气如果直接排放到大气中，它们在阳光的照射下会产生大量有害的臭氧，严重污染大气环境，特别是稀释涂料所用的各种溶剂，其主要危害物质为微量的苯、甲苯及二甲苯，这种含苯类废气对人的眼睛及上呼吸道存在一定的刺激性作用，当浓度含量过高时会对人体中枢神经系统起到麻醉作用，直接危害人类健康。
 
    为此，一般小型涂装车间对烘干炉排放的高浓度、小风量的有机溶剂废气使用燃烧法、催化燃烧法、吸附法进行处理后排放。对于喷漆室排出的低浓度、大风量废气使用活性碳吸附或高温焚烧等方法进行净化后排放。而对于汽车喷漆室所产生的大量废气暂无很好的处理方法，目前环保部门对于排放浓度和对应各种废气排放烟囱的高度及其排放速率做了明确规定：新建项目的污染源排气烟囱高度一般不应低于15m，排气烟囱高度还应高出200m半径范围内的最高建筑5m 以上，不能达到要求的排气烟囱应该按其高度对应的排放速率标准50%执行，奇瑞公司涂装二车间排气烟囱高达45m。
 
    3.废渣的产生及常规处理
 
    涂装车间产生的废渣主要来自磷化反应后的磷化渣及喷涂过程中因过喷漆雾产生的漆渣。含渣磷化液一般采用板式压渣机进行处理，产生的清液直接返回到磷化槽重复利用。由于废渣相对废水与废气，其危害程度不太突出，并且随涂装技术的不断改进，废渣的量亦在减少，所以涂装作业中的废渣治理往往容易被企业忽视。但是随着工业的不断发展，涂料的用量不断加大，涂装中的废渣治理应引起重视，否则废渣中所含有毒有害成分同样会使环境造成严重的污染。
如何降低汽车涂装“三废”造成的污染
 
    1.氧化锆转化膜或硅烷前处理新工艺
 
    采用环保型新一代非磷酸盐表面处理工艺(氧化锆转化膜处理或硅烷处理工艺)替代磷化处理工艺，可较彻底地解决漆前处理的环保问题(消除了ni、mn、p、NO2等有害物质)，且能提高资源利用率，消除磷化沉渣的危害，而且整个前处理工艺简单，节能环保，大大降低产品漆前处理成本。
 
    2. 取消钝化工艺
 
    目前欧美体系大多采用钝化工艺(有铬钝化或无铬钝化)，日韩系大多没有钝化工艺，取消钝化工艺不仅减少设备投资，还可减少钝化材料和设备运行费用，同时也减少了钝化废水处理成本。
 
    3.取消PVC烘干工艺
 
    该工艺将电泳打磨工位设置在PVC密封线之前，电泳打磨后再实施PVC密封，PVC密封之后不设烘干工序，可直接喷中涂，然后连同中涂一起烘干，节省了PVC烘干设备的投资和运行费用。
 
    4.ECS技术
 
    ECS技术是将电泳后冲洗中的纯水洗槽液经过反渗透膜进行过滤，使浓缩液(固体份3%左右)返回到循环UF液槽，清洁液替代新鲜纯水洗液，从而实现了降低纯水使用量和电泳后冲洗的污水排放量，减少污水处理的费用，同时也提高了电泳涂料的利用率，降低了涂装材料成本。特别是对于采用传统工艺的涂装线，可不必增加UF装置的改造量，只需进行循环纯水洗系统的改造，增加ECS装置后，可实现真正全封闭电泳后清洗工艺。
 
    5.分层阴极电泳取消中涂
 
    分层阴极电泳漆的主体树脂是环氧树脂和耐候性树脂，该工艺主要是通过控制电泳漆树脂特性值，使环氧树脂和耐候性树脂在烘烤过程中分离成两层。上层电泳膜：具有高耐候性，其性能完全可替代中涂层；下层电泳膜：同样具有高防腐性能，同时还起到传统电泳涂层所具有的超强附着力作用，采用该工艺不仅生产周期短，最主要是材料利用率高，大幅减少设备投资及产品制造成本。
 
    6.水性涂料的应用
 
    目前使用的溶剂型涂料主要以芳香族化合物组成的溶剂作为载体(溶剂含量可达60%以上)，溶剂属于易挥发，易燃易爆物，对环境会造成污染，长期吸入有害人体健康。而水溶型涂料以纯水为载体，而水无污染，无毒害，安全健康、不易着火。除此之外，用于油漆管道的清洗以及颜更换清洗所使用的溶剂也将更换为水溶性的清洗溶剂。近年来，欧洲汽车厂新建涂装线均采用水性涂漆工艺，日本也在积极开发和推广水性涂料、高固体分及超高固体分罩光漆。总而言之，水溶性涂料既环保安全，又可最大限度地减少对人体健康的损害。
 
    7.节能型粉末涂料固化技术
 
    节能环保是涂装生产的发展趋势，因此以粉末涂料替代传统的溶剂型涂料是降低VOC 排量、减少污染、保护生态环境的有效途径。然而，由于粉末涂料的固化温度较高，漆膜外观相对较差，致使粉末涂料在汽车涂装工程技术中应用较少。
 
    8.光固化涂料
 
    随着各国立法对VOC排放及国家环保法规要求，很多企业已逐步使用环保新材料UV涂料光固化技术，在美国、德国、意大利等发达国家UV涂料的生产量占涂料生产总量的10%，并以每年15%的速度递增，据预测：到2015年，世界范围内UV固化涂料的产量将达到整个涂料行业总产量的50%以上，并且UV涂料这种环保新材料在未来20年内会保持一定的发展优势。
汽车涂装工程中的节能减排新工艺、新设备
皮卡汽车 
    1.含油脱脂液再生技术
 
    由于脱脂工序的主要目的就是将车身上的油污、杂质及冷却液清洗干净，因此这些油污、杂质及冷却液不可避免进入脱脂液并使脱脂液逐渐失效，为了保持脱脂液的清洗效果，需要通过先进的设备及技术对脱脂液进行净化处理后再次利用，处理流程如下：
 
    循环泵抽取槽液→旋液分离器→磁性过滤器→袋式过滤器→脱脂换热器→回到槽内循环
 
    2．电泳涂装反渗透系统(EDRO)技术应用
 
    EDRO反渗透装置加装在电泳漆超滤(UF)装置后，将UF装置透过液进行深度处理后，可利用对电泳后的工件进行末级喷淋，并将喷淋后的喷淋水全部逆向返回到电泳槽中，实现高效节能的闭路清洗工序。该技术在清洗工序中基本无废水排放，提高了电泳漆的回收率，减轻了废水处理的负荷，实现了真正意义上的闭路循环，正是由于它应用于电泳涂装后冲洗系统，使得电泳漆的利用率超过99%以上，是现代高科技技术在环保与节能上的最佳体现。
 
    3.溶剂型3C1B涂装工艺的技术应用
 
    随着涂装材料的改进，涂装工艺也得到长足的发展和进步。目前中涂、漆和清漆一起烘干的工艺不仅省去了中涂烘干设备的投资和运行费用，而且完全省略了中涂后打磨工序。该工艺主要采用中涂与漆湿碰湿喷涂工艺，经日本马自达汽车公司和日本立邦公司协作在马自达汽车公司实际应用，效果良好。
 
    4.高压自动静电喷涂技术和Bell-Bell技术的应用
 
    金属漆的喷涂一般采用高速旋转静电涂装机(ESTA)喷涂第一道金属漆，用自动空气喷喷涂第二道金属漆。采用自动空气喷的目的是提高金属铝粉的闪光效果，同时满足金属漆的差要求。但是空气喷的喷涂效率仅有30%左右，油漆利用率低，而且喷涂过程中漆雾大，过喷漆雾易造成漆膜缺陷，导致油漆返工率的增加。目前最新发展趋势是采用Metallic-Bell替代气喷，ABB、杜尔和萨麦斯公司均有此类喷杯的专利技术。
 
    Metallic-Bell的喷杯转速和成型空气量比普通喷杯要大，同时新型旋杯的直径也比普通旋杯要大，而且喷杯边缘为锐边结构，旋杯的边角角度更小。这些特点可使金属漆雾化后的漆粒更干、粒径更小，从而可达到与空气喷相近的闪光效果。
 
    采用ESTA/ESTA替代ESTA/Spraymate，油漆利用率可由40%~50%提高至70%~80%，每台车的金属漆用量可减少0.7kg左右，返工率可降低2%~4%。目前，国内已有多条涂装线采用该技术。
 
    5. 新型∏型烘干炉
 
    为了严格控制涂装车间挥发有机物(VOC)的排放量，杜尔公司设计了一种以天然气作为热源的烘干室燃烧炉与VOC废气净化燃烧装置合二为一的TAR焚烧炉装置，该装置可把从烘干室排放的含VOC的废气在760℃高温燃烧炉中完全净化，不仅使VOC和CO(一氧化碳)的含量降低，而且可达到废气能量的综合利用。760℃的烟道排气经废气热交换器降温到450℃(温度可通过端头的旁通阀调整)，然后供给烘干炉的多个热交换器加热烘干室的循环空气，接着再经换热器加热供烘干炉的新鲜空气，最后通过排气烟囱排放到大气中。
 
    6.采用RoDip-4滚浸式前处理电泳运输系统
 
    最新的RoDip-4系统提供两种驱动方式，RoDip-4M型和RoDip-4E型。RoDip-4M 型的滑橇载具采用RoDip-3型的环链驱动方式，其主要作用是在生产链速大于40台/小时的前处理、电泳生产线使用。RoDip-4E型为载具独立电机驱动方式，其柔性化程度更高，适用于3~40台/h的前处理、电泳运输系统中。
 
    7.新型静电漆雾捕集装置的技术应用
 
    目前汽车车身的大型喷漆室一般都是一次性供/排风，不循环再利用或少量(20%左右)循环利用，因而在夏季(冷却)、冬季(加热升温)耗能很大。为节能减排，由杜尔公司开发的新型漆雾捕集装置技术在奇瑞公司大连分公司新建涂装线采用，主要是通过实行喷涂水性涂料工艺+干式漆雾捕集装置+喷漆室排风循环再利用等配套技术，采用该方案后，节能和降本效果显著，大约降低单车动能成本10%左右。