CN103911651B - 铝合金阳极氧化槽铝离子和硫酸回收工艺的生产装置 - Google Patents

Abstract

本发明针对化工领域，涉及一种铝合金阳极氧化槽铝离子和硫酸回收工艺的生产装置，所述生产装置包括氧化液循环冷却系统、铝离子结晶产品回收系统、硫酸氧化液回收系统、气搅拌系统和交换器除霜系统。本发明提供了一种铝合金阳极氧化槽铝离子和硫酸回收工艺的生产装置，能够将阳极氧化废液中的铝离子结晶处理后全部回收，并实现了结晶母液的循环使用，变废为宝，化被动为主动。本发明的铝合金阳极氧化槽铝离子和硫酸回收工艺的生产装置，其能提高热交换效率，降低能耗，降低了铝加工企业的生产成本，能够起到显著的经济效益。

Description

铝合金阳极氧化槽铝离子和硫酸回收工艺的生产装置

技术领域

本发明针对化工领域，涉及铝合金阳极氧化槽铝离子和硫酸回收工艺的生产装置。

背景技术

铝是目前世界上产量最大、应用最广的有色金属，铝及其制品已广泛应用于建筑、航空航天、交通运输、机械设备、电子设备、包装材料、电力及日用品等行业。铝是国民经济建设、战略性新兴产业和国防科技工业发展不可缺少的重要基础原材料，近十年全球铝产业呈现持续发展趋势，铝制品需求量逐年增长。2011年全球原铝产量约4500万吨，比上年增长8％，其中我国铝工业发展贡献最大，产量达2345万吨，同比增长20％，稳居全球首位。我国广东省是铝合金加工大省，2011年铝合金产量约500万吨。其中，建筑铝合金是广东省的优势产品，产量约占全国的50％，市场占有率超过45％，产业规模在国内位列第一。佛山市是广东省铝加工产业聚集区，经过近40年发展，佛山铝加工产业已经成为国内企业最多、产能最大、从业人数最多、专业技术人才最密集的生产加工和贸易中心，并将逐步成长为全球最重要的铝加工基地。目前，铝加工产业已是佛山市的支柱产业，该产业每年综合产值超过1000亿元，而建筑铝合金是佛山铝加工产业的主要产品，约占总产量的70％，在国内乃至全球铝加工行业都具有明显优势。

铝合金生产加工的关键过程是铝表面处理，通过表面处理能够提高铝合金的抗腐蚀性、延长其使用寿命和增强其装饰性。目前，铝合金表面处理的主要工艺是阳极氧化，每年经阳极氧化处理的铝合金约占建筑铝合金总产量的45％。在氧化槽的阳极氧化液中，具有导电表面的铝合金置于阳极，在外电流的作用下，表面形成氧化膜的过程称为阳极氧化，所产生的膜为阳极氧化膜或电化学氧化膜，电化学氧化膜与天然氧化膜不同。氧化膜为堆积细胞结构，每个细胞为一个六角柱体，其顶端为一个圆弧形且具六角星形的细孔截断面。氧化膜有两层结构，靠近基体金属的是一层致密薄层，厚度为0.01-0.05um的纯AL₂O₃膜，硬度高，此层即为阻挡层；外层为多孔氧化膜层，由带结晶水的AL₂O₃组成，硬度较低。电化学氧化按电解液的主要成分可分为：硫酸阳极氧化、草酸阳极氧化和铬酸阳极氧化；按氧化膜的功能可分为：耐磨膜层、耐腐蚀膜层、胶接膜层、绝缘膜层、瓷质膜层及装饰氧化膜层。铝合金经阳极氧化处理后，在铝材表面形成以多孔性为特征的氧化膜，必须经过封孔处理，以保证铝合金阳极氧化产品的耐腐蚀性、耐候性和耐磨性等物理化学性能，以获得耐久的使用性能。

上述铝阳极氧化液是指铝合金阳极氧化所用的槽液。开槽时，阳极氧化液H₂SO₄浓度在160-200g/L之间，槽液中若没有铝离子，则氧化膜溶解能力强。阳极氧化30分钟时，一般每吨型材溶铝量约为3.84Kg(400m²/T)。随着槽液中溶铝的积累，Al³⁺对H⁺和SO₄ ^2-的拦截面积增加，严重阻碍H⁺向阴极，SO₄ ^2-向阳极移动，槽液导电性能下降。当铝离子浓度达到20g/L以上时，槽液电阻太大，若采用恒电压工艺，电流密度明显降低，造成膜层厚度不足、透明度下降，甚至出现白色斑痕或条纹、或其他形状的痕迹等不均匀现象；若采用恒电流工艺，又会引起电压升高，电能消耗增大，严重时还可能出现膜层烧伤和封闭后变黑等现象。因此，阳极氧化液中的铝离子，直接影响槽液的导电性能，决定氧化能耗和膜层质量，最佳控制浓度应在3-10g/L范围之间，此时所获的氧化膜耐蚀性、耐磨性最好。但考虑到药剂成本和环保压力，实际生产中铝离子浓度一般控制在10-20g/L区间。

鉴于铝离子浓度变化与氧化膜质量和氧化能耗有如此重要的关系，铝加工企业一般采用两种方法控制铝离子。

一是倒槽的方法。当铝离子浓度超过20g/L时，倒一半槽液，补充硫酸至180g/L，继续生产。以年产10万吨阳极氧化铝型材为例，氧化液溶铝量为400吨，需倒掉3600吨硫酸，每年倒出的氧化废液约20000吨，既浪费药剂，又承受处理如此大量废酸的环保压力，还损失400多吨可回收的铝资源。

二是采用硫酸回收机。硫酸回收机是铝离子的稳定装置，采用酸泵将氧化槽的硫酸与硫酸铝的混合液泵入分离罐内。由于分离罐内装有阳离子交换的特殊材料，能够快速高效地将硫酸与铝离子分离，将铝离子排出氧化液，将硫酸送回氧化槽中继续使用，从而使生产中不断产生的铝离子被排出，进入槽液中的铝离子浓度稳定在一定工艺范围内，并能净化槽液中有机物等杂物，长期运行无需更换槽液。从理论上讲，该装置可使铝材氧化膜厚度及品质稳定，也为稳定型材着色工艺提供良好的基础。但在实际运行中，问题不少。例如，某型号硫酸回收机需消耗水约1.5M³/H，消耗电约3KW/H，相当于每月耗水1080吨，耗电2160度。对这1080吨水进行测量，发现其中含硫酸20-40g/L，铝离子4-5g/L，即每月排放了32.4吨硫酸。如此耗水耗电，获得的效果比倒槽没多少改进。鉴如硫酸回收机上述糟糕的使用效果，大部分铝加工企业，已逐步停用该装置，恢复了倒一半氧化槽液的传统方法。

现代铝加工企业，有阳极氧化废液急需处理，而现行的处理方法过于简单。一是直接排放进废水处理中心，既增加了处理成本，又浪费了铝资源；二是请专业处理厂家拉走。这些处理厂，若单项处理大量的氧化废酸液，需消耗海量的碱液，社会为此付出昂贵的处理成本。

有鉴于此，有必要针对现有技术的不足进行改进，以适应铝加工企业的绿色生产与长远发展。

发明内容

本发明提供一种铝合金阳极氧化槽铝离子和硫酸回收工艺的生产装置，是在充分认识铝加工企业生产困惑的基础上，经多年研发，系统设计，整体配置，大胆变革，针对现有铝加工企业废液量大，环保压力大，药剂浪费严重的阳极氧化槽液，进行了前所未有的系统研究后，诞生的一回收工艺的生产装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种适用于铝合金阳极氧化槽铝离子和硫酸回收工艺的生产装置，包括氧化液循环冷却系统、铝离子结晶产品回收系统、硫酸氧化液回收系统、气搅拌系统和交换器除霜系统。

参照附图1，该工艺装置各系统的配置如下：

所述氧化液循环冷却系统包括氧化槽1、制冷机2、直通式钛交换器3和一号泵11，所述制冷机配合直通式钛交换器起到制冷作用，所述氧化槽的出料管101上设有一号阀201，所述一号泵将出料管中的氧化液通过管道Ⅰ301导入直通式钛交换器，所述管道Ⅰ上设有二号阀202，所述直通式钛交换器通过管道Ⅱ302将制冷后的氧化液导回氧化槽，所述管道Ⅱ上还设置有四号阀204；

所述铝离子结晶产品回收系统包括反应罐4、带式压滤机5和包装机6，所述反应罐的进料口通过管道Ⅲ303与一号泵连通，所述管道Ⅲ上设有三号阀203，所述反应罐的出料口通过管道Ⅳ304与带式压滤机连通，所述管道Ⅳ上设有五号阀205，所述带式压滤机连接有包装机；

所述硫酸氧化液回收系统包括氧化液收集池8和二号泵12，所述氧化液收集池的进料口通过管道Ⅴ305与带式压滤机5相连通，氧化液收集池的出料口通过管道Ⅵ306与二号泵连通，所述管道Ⅵ上设有六号阀206，所述二号泵将氧化液收集池中的氧化液通过管道Ⅶ307导回至氧化槽，所述管道Ⅶ上设置有七号阀207。

所述气搅拌系统包括空压机7，所述空压机通过气搅拌管102与反应罐连通，所述气搅拌管上设有八号阀208；

所述交换器除霜系统包括向直通式钛交换器内导液的进水管103和自直通式钛交换器3出液的管道Ⅷ308，所述管道Ⅷ连通直通式钛交换器与氧化液收集池8，管道Ⅷ上还设置有十号阀210。

上述铝离子结晶产品回收系统中的一号泵出水口用三通连接，可根据需要分别将氧化液泵入直通式钛交换器和反应罐；上述铝离子结晶产品回收系统中使用的压滤机为带式压滤机。

本发明的有益技术效果：

(1)本发明首次提供了一种铝合金阳极氧化槽铝离子和硫酸回收工艺的生产装置，能够将阳极氧化废液中的铝离子结晶处理后全部回收，并实现了结晶母液的循环使用，变废为宝，化被动为主动。

(2)本发明首次将阳极氧化废液在线处理，整体设计处理方案，铝型材生产与铝离子结晶和硫酸回收互不干扰，可同时进行。

(3)本发明首次提出用直通式钛交换器取代板式交换器，彻底杜绝因为硫酸铝铵结晶、堵塞交换器造成停产的隐患。

(4)本发明首次在直通式钛交换器上设置自来水的进出水口及控制阀，可及时溶解交换器内钛管表面硫酸铝铵结晶，保持热交换效率。

以年产氧化铝材10万吨的铝加工厂为例，一年产生氧化废液20000多吨，含硫酸3600多吨，铝400多吨。按现行的处理方法，既需要付出巨额的废水处理费用，还会损失等价值的硫酸200多万元、铝金属600多万元。本发明提供了一种全新的处理工艺，若将20000吨阳极氧化废液中的铝离子结晶处理，可回收全部硫酸3600多吨，节约200多万元；将铝离子转化成工业级的硫酸铝铵约6700吨，实现经济价值1000多万元。

附图说明

图1为本发明工艺配置的结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细描述。优选实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。

实施例1

本发明按年产10万吨的氧化铝型材设计，产生氧化废液约20000吨，溶铝量约400吨。为了实现处理20000吨氧化废液的目标，配置40M³氧化废液反应罐、40M³氧化液收集池和一部带式压滤机，以及相配套的管道、泵和阀门。

结合附图1，本发明工艺装置的具体操作程序如下：

A.关闭三号阀203，开启一号阀201、二号阀202和四号阀204，并启动一号泵11和制冷机2，氧化槽1即开始降温，氧化线开始生产；

B.开启三号阀203，关闭二号阀202，氧化槽中的氧化液即被导入反应罐4，然后关闭三号阀，开启二号阀和八号阀208，在气搅拌条件下按反应罐内铝离子浓度的2.5倍量添加硫酸铵，搅拌30分钟后关闭八号阀，保持反应罐内反应液静置2小时；

C.开启五号阀205，并启动带式压滤机5，反应罐4中的物料流入带式压滤机后经压滤得到硫酸铝铵副产品，将硫酸铝铵副产品干燥后送至包装机6进行包装，并将压滤所得的氧化液导入氧化液收集池8回收；

D.开启六号阀206和七号阀207，并启动二号泵12，将氧化液收集池8中回收的氧化液送回至氧化槽1，即完成氧化液中硫酸的回收和硫酸铝铵副产品的生产；

E.关闭制冷机2和一号泵11，关闭二号阀202和四号阀204。开启九号阀209和十号阀210，用自来水清洗溶解直通式钛交换器3内冷却钛管表面的硫酸铝铵结晶，并将清洗液输送至氧化液收集池8，用于补充氧化槽1内的液位。

上述一号泵出水口采用三通连接，可根据需要分别将氧化槽中的氧化液泵入直通式钛交换器和反应罐；上述压滤机为LTD带式压滤机，其抗腐蚀性强、能耗药耗低、处理量大、滤饼含水率低，是资源回收和环境治理的理想设备。

上述制冷机采用直通冰机，配合直通式钛交换器起到给氧化液制冷的作用，制冷剂在钛管内循环时，钛管外直接接触氧化液，既提高了热交换效率，降低能耗，又彻底杜绝了硫酸铝铵析出堵塞交换器的隐患。

考虑到氧化液不易长途管道输送的特点，本回收工艺应设置单独的氧化废液处理区域，以紧邻氧化车间为宜，方便于将处理后的氧化液直接输送回氧化槽。另外，与氧化废液接触的反应罐、泵、阀和管道，均应按耐酸的工艺要求设计。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.铝合金阳极氧化槽铝离子和硫酸回收工艺的生产装置，其特征在于，所述生产装置包括氧化液循环冷却系统、铝离子结晶产品回收系统、硫酸氧化液回收系统、气搅拌系统和交换器除霜系统；

所述氧化液循环冷却系统包括氧化槽(1)、制冷机(2)、直通式钛交换器(3)和一号泵(11)，所述制冷机配合直通式钛交换器起到制冷作用，所述一号泵将氧化槽中的槽液导入直通式钛交换器，经过直通式钛交换器制冷的氧化液重新被导回至氧化槽；

所述铝离子结晶产品回收系统包括反应罐(4)、带式压滤机(5)和包装机(6)，所述反应罐的进料口通过管道与一号泵连通，所述反应罐的出料口通过管道与带式压滤机连通，所述带式压滤机连接包装机；

所述硫酸氧化液回收系统包括氧化液收集池(8)和二号泵(12)，所述氧化液收集池的进料口通过管道与带式压滤机(5)相连通，氧化液收集池的出料口通过管道与二号泵连通，所述二号泵用于将氧化液收集池中的氧化液导回至氧化槽；

所述气搅拌系统包括空压机(7)，所述空压机通过搅拌管与反应罐连通；所述交换器除霜系统包括向直通式钛交换器内导液的进水管，自直通式钛交换器流出的液体被输送至氧化液收集池(8)回收。