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无焊料精加工:黄金更纯 污染更少

作者:   来源:   发表时间:2014-08-15 14:50:20  

之于消费者,无焊料焊接带来的是纯度和美观的提升;之于社会与环境,这一工艺带来的影响更不可忽视

黄金可以更“绿色”。

“以旧换新”一直以来是黄金首饰消费的特点,回购的黄金因此是该行业的重要原材料之一。由于传统制作工艺在焊接过程中使用焊料,所以回购的黄金使用前必须要经过二次提纯处理——这一过程不仅会造成原材料损耗,还会产生有毒废气废水,消耗大量能源。

日前,记者山东走访时了解到,一家珠宝首饰企业,自主开发了无焊料精加工工艺以及一系列自动化设备,不仅生产出了高纯度黄金制品,更可从根本上避免了污染和排放的问题,给行业发展提供了很好的方向。山东省昌乐县素以蓝宝石闻名,梦金园也坐落于此。虽是一家专做黄金的珠宝首饰公司,但该公司却极重视科技创新,开发的无焊料精加工工艺,与焊接机、薄壁圆管成型机等自动化设备,不仅保证了其产品质量,更为其成长提供了强有力的科技支撑。

无焊料精加工是如何填补空白,进而改变黄金首饰行业的?日前,科技日报记者走入梦金园的八千平米厂房,带您一探究竟。

新概念倚仗新工艺新设备

“无焊料精加工技术就是以金焊金,通过‘黄金自熔’、‘镭射点焊’等手段,经高温加热将黄金配件焊接在一起。”公司董事长王忠善告诉记者,也正是这种对旧工艺革命性的改造从根本上控制住了首饰的纯度。

记者看到,一位工人用镊子将一枚扣件放置在节排链上,然后熟练地用焊枪喷出的蓝色火舌煅烧片刻,焊接工序就已结束,整个过程不见任何焊料添加。有着二十年从业经验的厂长姜丽英说,焊接质量没有任何问题,工艺的革命性就体现在无焊料。

在标准大气压下,黄金熔点是1064.4℃,为了便于焊接,行业内一直采用有焊料焊接工艺。焊料俗称“焊药”,由金、铜、锡、镉等元素组成,熔点仅为六百多摄氏度,只要火焰温度超过焊料熔点,就可以实现焊接。传统工艺难度较低,效率较高,但可预见的是,由于焊料内杂质的掺入,黄金纯度受到直接影响。再者,镉化合物具有毒性,可能会造成佩戴者皮肤发红或起红点等不适,这似乎恰恰应了焊药中的“药”字。

另外,有焊料焊接也影响着黄金饰品的美观程度,传统方式加工的首饰经化学处理后,虽然也能光亮摄人,但经过长期佩戴或者炉火煅烧后,我们就能清晰地看到焊点处发黑。

来到二楼套链车间,记者看到了最新一代的自动焊接机,液晶显示器上显示了速度、大小等参数,只见料盘内一颗颗米粒大小的工件排着队缓缓上行,然后一只机械手精确地捏起一只工件,另一只机械手扯来细细的金丝,待二者靠近,随着“啪”的一声脆响,一个半圆形金环就被焊接在工件上,方向一换,又一声脆响,焊接完毕,至此仅耗时几秒。“以前,这个环节需要人工一点点敲打,一点点焊接,而有了我们自主研发的第三代碰焊设备后,效率提高了至少十几倍。”姜丽英说。记者注意到,目前运行的还不是这台机器的最高速。

离机器不远处的工位上,是第二代碰焊机,焊接过程用的也是等离子弧焊原理——电极和工件之间电弧形成的瞬时高温完成焊接,同样不需要焊料的介入。

梦金园对首饰机械设备开发与改良的例子还有很多,他们在精密模具、激光应用等各方面进行了实践,自主研发改进了“自动首饰打珠机”、“自动薄壁圆管成型机”、“全自动刻花机”等加工设备40多套,现已累计获得授权专利85项,其中发明专利17项。

王忠善爱琢磨,所有这些设备和工艺都是在他的好奇和钻研驱使下诞生的,现在他已有了一个四十多人的专业团队,成立了首饰加工机械技术研发中心,对于首饰机械设备的开发会不断持续下去。

避免二次提纯环境污染

之于消费者,无焊料焊接带来的是纯度和美观的提升;之于社会与环境,这一工艺带来的影响更不可忽视。

“拿旧首饰换新首饰”。根据中国黄金协会的调查,认为1—3年为黄金首饰款式喜好周期的的消费者占76%,这意味着有大量黄金首饰需要重新提纯加工。而因为有焊料,甚至是某些不良小厂掺假的存在,回收首饰必须要经过提纯,也正是提纯这一过程,导致了污染和能耗的增加。

姜丽英告诉记者,黄金的二次提纯过程分为熔金、赶硝、还原三步。熔金过程指的是,用浓盐酸、浓硝酸配成的王水在高温环境下将黄金熔化,由于王水具有强腐蚀性,挥发出的气体对人的皮肤、呼吸系统都有腐蚀作用,而且升温过程中,还会产生一氧化氮、二氧化氮等氮氧化物,这些物质会对水体、土壤和大气造成污染。赶硝需要用甲醛处理,我们都知道甲醛的杀伤力,可引起鼻咽癌、鼻腔癌和鼻窦癌,甚至还可引发白血病。在还原黄金的过程中,则会产生二氧化硫等有毒气体。

还有,二次提纯还造成大量热能的消耗,大量废水的生成,以及无法回收的3‰的黄金损耗。尽管,企业会在废水废气排放前就将其处理殆尽,但这都转化成了高昂的运营成本。

王忠善给出这样一组数据,以2012年全国消费黄金首饰502750公斤,其中“以旧换新”的旧饰品按50%来计算,提纯成本为210.57元/公斤,那么提纯的总耗费就是5293.2万元,而损耗的黄金有754.13公斤,产生的废水约为12568吨。

如果,行业都采用无焊料焊接工艺,回收的产品可以直接熔解加工,那么就意味着以上的耗费几乎为0。

也正是因为无焊料工艺改变了传统工艺的做法,大量减少了污染物排放,该项目被科技部列入“国家火炬计划”,无焊料技术被山东省科技厅认定为“国际领先水平”,并获得“中国专利优秀奖”。此技术还获得过山东省科学技术进步三等奖、中国轻工业联合会、中宝协技术进步二等奖和科技创新优秀奖等奖项。

高精度仪器为新工艺把关

检测实验室是厂区内科技含量最密集的区域,几名技术人员正在这里调试刚刚添置的德国进口火花直读光谱仪。

光谱仪用电弧(或火花)的高温使样品中各元素从固态直接气化并被激发而发射出各元素的特征波长,用光栅分光后,成为按波长排列的“光谱”,这些特征光谱线经过光电处理和模数转换后,由计算机打印出样品中各元素的百分含量。

这种仪器是分析有色金属成分的快速定量分析仪器,是控制产品质量的有效手段之一。“每一块银行板料、客户料、提纯料和回熔料,都要经过火花直读仪器的检测。”王忠善介绍,符合纯度标准的才会上线加工,而抽检则会伴随生产过程始终。

为杜绝任何不合格产品进入下一道工序,他们投入1500多万元建立了国内领先水平的黄金检测中心,从国外购置了电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP6300、ICP7000)、火花直读光谱仪、X荧光光谱仪等设备,“国家金银制品质量监督检验中心(南京)工作人员长期在梦金园公司指导监督检测,充分保证首饰的纯度控制,避免纯度不合格产品流通到市场。”记者了解到,梦金园的检测中心去年已通过国家认可委CNAS认可。

十八届三中全会强调,加快自然资源及其产品价格改革,全面反映市场供求、资源稀缺程度、生态环境损害成本和修复效益。“无焊料焊接技术”的应用和推广,不仅是该企业对消费者黄金饰品纯度需求的积极响应,更是在行业中实现可持续发展的一次有力尝试。