低碳環保型切削液今后發展方向
本文從金屬切削液的開發、使用、維護及后處理方面入手,以筆者團隊所做的相關工作為例,說明了通過開發高性能、易降解的環保型切削液,建立切削液管理、維護體系,并對切削液廢液進行資源化處理,可以使切削液在機械加工中更好地發揮作用,降低刀具磨損、提升加工質量、改善工作環境;同時,還可以提升切削液的生物降解率,延長切削液使用壽命,降低廢液排放,以及減輕切削液對人體及環境的影響,進而助力制造業的綠色低碳化轉型,推進“雙碳”目標的實現。
1 序言
2 開發高性能、易降解的環保型金屬切削液
金屬切削液作為制造業的“血液”,是影響其綠色低碳轉型的關鍵因素之一。金屬切削液是指金屬切削加工過程中所使用的助劑,主要起潤滑、冷卻、清洗及防銹的作用。目前,市場上的金屬切削液大多由基礎油、防銹劑、乳化劑、分散劑、防霉劑及其他助劑等化學成分構成。主要存在以下問題:基礎油及添加劑主要來自于石油產品,耗費大量的石油資源;添加劑存在一定的化學危害,某些添加劑存在一定的生物毒性;使用或管理不當易導致切削液腐敗變質,影響加工效果,惡化工作環境;切削液廢液穩定性高、不易降解,環保處理負擔沉重。
基于此,金屬切削液的開發者及使用者應努力協同解決以上問題,以促進“雙碳”目標的實現及制造業的平穩發展。
目前,切削液開發者大多選用礦物油作為基礎油,在耗費大量石油資源的同時,其生物降解性差,廢液難于處理,造成沉重的環境負擔。此外,切削液添加劑種類繁多,其中不乏一些對人體及環境有害的品類,如常用的極壓添加劑短鏈氯化石蠟,不易降解,易在生物體內富集,可致癌、致畸、致死。常用的無機鹽防銹劑亞硝酸鈉與切削液中的有機堿結合可生成具有致癌性的亞硝胺。常用的甲醛釋放型殺菌劑在環境中釋放出的甲醛具有致癌、致畸性等。因此,用可生物降解的植物油或植物油基合成酯替代礦物油作為基礎油,并使用新型無毒無害的添加劑替代傳統有毒有害的添加劑,開發出高性能、易降解的環保型切削液已成為行業的發展趨勢。
3 建立金屬切削液管理、維護體系
即便是性能良好的切削液,若使用不當、維護不佳也會出現諸多問題,如銹蝕、潤滑能力下降、泡沫增多及壽命縮短等。因此,在機械加工中,使用者不僅要選擇高性能的環保型切削液,還要結合現場工藝,掌握切削液正確的使用、管理、維護方法,這樣才能充分發揮切削液的作用,以減少加工過程中刀具的磨損,提升加工質量,并降低切削液的消耗與排放。但對于大多數企業而言,由于金屬切削液技術涉及多門學科,管理難度大,存在問題多,缺乏熟悉切削液相關知識的專職人員,對切削液的選擇、使用及維護不夠重視或力不從心。所以,結合使用者實際情況,建立一套系統而完整的切削液管理、維護體系對于提升制造業的加工水平及降耗減排尤為重要。
金屬切削液的管理、維護體系應包括:切削液的選擇、切削液的更換及切削液的維護三個方面。其中,切削液的選擇應對使用工廠的類型、機床類型、加工工藝、工件材質、刀具材質、稀釋水水質、機床供液系統、油品倉庫存儲條件、廢液處理難易程度、切削液的安全環保性能及產品性價比等充分考慮,綜合評估,選擇最適宜的產品。
選擇適宜的切削液后,在開始使用之前應對機床內原有的切削液進行更換,切削液的更換包括:清理液槽及循環系統、對液槽及循環系統進行消毒、配制合適濃度的新液等步驟。更換完畢后,若要使切削液發揮好的使用效果,仍需對其進行維護。在日常維護中,一般應對切削液的外觀、濃度、pH值、電導率、水質硬度、泡沫、防銹性能及微生物菌落數等指標進行監測,若指標發生異常時,應及時對切削液進行相應調整;同時,還需保證循環管路的暢通,保持切削液的日常循環,并及時去除切削液中的雜油及其他雜質。筆者團隊曾結合現場實際情況為
4 對金屬切削液廢液進行資源化處理
建立并實施金屬切削液管理、維護體系可有效提升其使用壽命,但隨著切削液使用時間的延長,有效成分不斷損耗,微生物不斷增殖,最終仍會導致腐敗、變質,喪失使用性能,形成切削液廢液。切削液廢液具有成分復雜、性質差別巨大、穩定性高、不易降解的特點,其COD可達105~106 mg/L,如何對廢舊切削液進行有效處理已經成為環保領域的一大難題[5]。目前,國內企業的切削液廢液主要由具有處理資質的專業公司處理,處理成本高,處理困難,環境壓力大。切削液廢液中主要含有基礎油、各種添加劑、金屬離子、微生物及其代謝產物、無機鹽及水等。其中,水作為切削液工作液的稀釋介質,在廢液中的含量最大,按照質量分數計劃一般大于80%。使用者通過較為簡單的工藝,將廢液中的水經過分離、凈化達標后,繼續作為切削液稀釋水使用,實現廢液中含量最大組分的資源化利用,是切削液廢液減排的一種行之有效的方法。
5 結束語
金屬切削液的整個生命周期應包括開發、使用及后處理。開發高性能、易降解的環保型切削液,可降低切削加工中的刀具磨損,并使切削液易于生物降解;建立實施完善的切削液管理、維護體系,可幫助使用者選擇適宜的切削液,同時提升其使用效果、延長其使用壽命;對切削液廢液進行資源化處理,可減少排放,緩解環境壓力。這些都是從金屬切削液角度助力制造業低碳化轉型的有效途徑,在該過程中切削液開發者及使用者應相互協作,共同推進“雙碳”目標的實現。
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