CN105839162A - 铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统 - Google Patents

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Abstract

铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统，按氧化线槽位布置依次包括一级流动水洗子系统、氧化子系统、二级流动水洗子系统、封孔子系统和三级流动水洗子系统；所述一级流动水洗子系统、二级流动水洗子系统和三级流动水洗子系统分别设置有不少于1个流动水洗槽，所述一级流动水洗子系统、二级流动水洗子系统和三级流动水洗子系统内的流动水洗槽依次整体反向串联设置，所述三级流动水洗子系统内的末端的流动水洗槽设置有第一进水口，所述一级流动水洗子系统的始端的流动水洗槽设置有第一出水口。本发明提出一种铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统，实现阳极氧化线大幅度节水，节水80％以上，降低生产成本，提高功效。

Description

铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统
技术领域
本发明涉及铝材表面处理技术领域，尤其涉及铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统。
背景技术
铝合金平光前处理工艺已沿用了100多年碱蚀工艺。碱蚀具有铝耗高、碱耗高、碱渣多、工艺难控制、缺陷多、生产成本高、含COD、环境污染大等弊端，早已被业界所公认。标准的碱蚀槽位布置图3所示，1#除油槽、4#碱蚀槽、7#中和槽、11#氧化槽和14#封孔槽为工作槽，每个工作槽配两个水洗槽，加流动水洗待料槽，氧化前处理需要10个槽位，其中4#碱蚀槽为表面处理主要工作槽。铝材经过16个槽位处理后，可包装出厂，完成阳极氧化处理。
碱蚀的目的是去自然氧化膜，进一步除油，增加铝材亮度，或起砂、去纹，做亚光材。碱蚀时铝和碱蚀液发生如下化学反应：
Al2O3+2NaOH＝2NaAlO2+H2O(去自然氧化膜) (1)
Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑(整平、起砂) (2)
NaAlO2+2H2O＝Al(OH)3↓+NaOH(回收碱渣、再生碱液) (3)
2Al(OH)3＝Al2O3·3H2O(槽壁结垢、堵塞管道) (4)
(2)+(3)式，铝材在碱槽反应的本质为
2Al+6H2O＝2Al(OH)3↓+3H2↑ (5)
即铝跟水反应，回收碱渣的同时，可再生全部氢氧化钠。按反应式(2)-(5)，目前采用了两种碱蚀方案，一是不加络合剂的碱回收方案，二是加络合剂的起砂去纹方案。
日本采用的碱蚀工艺，一般碱蚀槽不加添加剂，利用拜耳法，实行碱回收。4#槽配备抽渣系统，当游离碱控制在60g/L、铝离子浓度达到30g/L时，偏铝酸钠分解成氢氧化铝和氢氧化钠，氢氧化铝沉渣由抽渣系统处理，清渣后的清液抽回4#槽，实现碱回收。
意大利采用的碱蚀工艺，在碱蚀槽加添加剂，如山梨醇、葡钠等，利用多羟基化合物中的仲醇基CHOH络合铝离子，反应式为：
C6H14O6+3NaAlO2＝Al3C6H11O9+3NaOH(山梨醇络合铝离子) (6)
3NaC6H11O7+NaAlO2+2H2O＝Al(C6H11O7)3+4NaOH(葡钠络合铝离子) (7)
当铝的溶解和铝离子的带出平衡时，铝离子浓度可达80-120g/L，槽液稳定，不清槽。
日本的工艺，由于采用了碱回收，碱耗低，好清洗，中和槽被前槽碱水消耗相对较少。但要抽渣、铝耗高、不去纹、不能做砂面材，铝材狭窄处易结碱垢。意大利的工艺，不用抽渣；由于铝离子较高，按粘性理论，铝材表面的反应速度大于机械纹沟底的反应速度，可去纹、能做砂面材。但含COD、粘度太高、带出的槽液多、碱耗高、不好水洗、水耗高、中和槽消耗较大。除西飞铝业等少数厂家外，我国大部分铝加工厂采用意大利工艺，但在1#槽和7#槽略有改进。1#除油槽一般添加有5-10g/L左右的氟化氢铵，7#中和槽添加有30-50g/L左右的硝酸，目的是除油和除灰更彻底。
经近百年应用，碱蚀工艺的弊端早已暴露无遗。因此，酸蚀工艺在碱蚀工艺的基础上发展起来，使用了近20年时间。
特别是强调清洁文明生产的今天，这套工艺有以下几方面需要大幅度改进：
1、工艺设计理念不合理。1#和7#为强酸性槽液，4#为强碱性槽液，铝材需从强酸到强碱、再从强碱到强酸进行处理，尽管中间各设置两道水洗槽，也难免串槽，工作槽的药剂互相消耗；
2、工艺复杂，槽位多。氧化槽前面一共10个槽位，3个工作槽，7个水洗槽，过于繁杂；
3、功效低。铝材氧化前要经过10个槽，其中3个工作槽还要占用反应时间，一般一挂材从1#除油槽到10#水洗待料槽需要25-30分钟。耗时长，严重制约了氧化线的产能；
4、工作槽多，化学药剂消耗量大。1#、4#、7#、11#、14#工作槽，总药剂消耗量为100-120公斤/吨材，为处理含这些化学药剂的废水，铝材厂要花更大的成本；
5、水洗槽互相独立，用水量大。11个水洗槽，两两独立，分成5组，5个进水口，5个排水口，总水消耗量为20.0吨/吨材以上，除用水成本外，这些水的处理和排放，都需额外付出成本；
6、1#槽含氟，妨碍了废水回用；
7、1#和7#槽含氨氮，4#槽含COD，使废水处理的难度雪上加霜。含氟废水不能回用，含COD和氨氮废水又不能排放，厂家陷入处理氟、COD和氨氮的困局。
我国是水资源极度匮乏的国家，每年缺水约为400亿立方米。但工业生产水资源利用效率太低，单位GDP耗水是发达国家的五倍以上；制约铝加工企业发展的瓶颈是水消耗太高，尤其是因此产生的含镍、氟、酚、氨氮和COD等有毒物资的水污染。
氧化线这样的槽位配置，节水和药剂槽交叉消耗是一对矛盾。用水量太少，功能槽的槽液可能串槽，药剂互相消耗。按图3所示传统的水洗方式，节水可能造成串槽，增加药剂消耗，影响产品质量，甚至造成停产。高水耗是由整条氧化线系统设置决定的。如此配置，过度节水，势必造成各功能槽互相串槽。
本发明正是针对传统碱蚀工艺复杂、工作槽和水洗槽太多、工效低，药剂用量多、废水排放量大、处理氟及氨氮的成本太高以及效率太低、废品率高的弊端，专门设计的一套全新的铝合金平光处理工艺。
需要说明的是，COD(Chemical Oxygen Demand)即为化学需氧量，其是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量，本发明中是指废水中，能被强氧化剂氧化的物质(一般为有机物)的氧当量。
发明内容
本发明的目的在于提出铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统，实现阳极氧化线大幅度节水，节水80％以上，降低生产成本，提高功效。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统，按氧化线槽位布置依次包括一级流动水洗子系统、氧化子系统、二级流动水洗子系统、封孔子系统和三级流动水洗子系统；
所述一级流动水洗子系统、二级流动水洗子系统和三级流动水洗子系统分别设置有不少于1个流动水洗槽，所述一级流动水洗子系统、二级流动水洗子系统和三级流动水洗子系统内的流动水洗槽依次整体反向串联设置，所述三级流动水洗子系统内的末端的流动水洗槽设置有第一进水口，所述一级流动水洗子系统的始端的流动水洗槽设置有第一出水口。
更进一步的说明，每个所述流动水洗槽的补水口和出水口分别设置于两端，清洗水从其一端流入，并从另一端流出至水流动方向的下游的流动水洗槽。
更进一步的说明，所述一级流动水洗子系统设置有2个流动水洗槽，顺序布置依次为1#流动水洗槽和2#流动水洗槽，所述1#流动水洗槽的出水口为所述第一出水口，所述2#流动水洗槽的出水口连接于所述1#流动水洗槽的补水口。
更进一步的说明，所述第一出水口和所说第一进水口分别设置有阀门。
更进一步的说明，所述二级流动水洗子系统设置有2个流动水洗槽，顺序布置依次为4#流动水洗槽和5#流动水洗槽，所述4#流动水洗槽的出水口连接于所述2#流动水洗槽的补水口，所述5#流动水洗槽的出水口连接于所述4#流动水洗槽的补水口。
更进一步的说明，所述三级流动水洗子系统设置有2个流动水洗槽，顺序布置依次为7#流动水洗槽和8#流动水洗槽，所述7#流动水洗槽的出水口连接于所述5#流动水洗槽的补水口，所述8#流动水洗槽的出水口连接于所述8#流动水洗槽的补水口，所述8#流动水洗槽的补水口为所述第一进水口。
更进一步的说明，所述氧化子系统为3#氧化槽。
更进一步的说明，所述封孔子系统为6#中温封孔槽。
更进一步的说明，所述6#中温封孔槽对所述3#氧化槽兼容；所述6#中温封孔槽与所述3#氧化槽兼容药剂配方为：所述3#氧化槽：硫酸160-200g/L；所述6#中温封孔槽：醋酸镍4-6g/L、异丁醇0.4-0.6g/L、三乙醇胺0.4-0.6g/L。
更进一步的说明，所述6#中温封孔槽与所述3#氧化槽的工作指标为：
所述3#氧化槽：电流密度1.2安培/平方分米，处理时间45-60分钟，膜厚12-15微米；
所述6#中温封孔槽：处理时间10-20分钟，温度50-60℃。
本发明的有益效果：
本工艺对氧化线的水洗系统进行整体设计，将碱蚀氧化线2个工作槽、6个水洗槽，清洗水3个进水口、3个排水口，改为1个第一进水口，1个第一出水口，6个流动水洗槽，流动水洗槽全部反向串联，将原有清洗水3进3出改为1进1出，节水80％以上。
附图说明
图1是本发明的一个实施例槽位布置图；
图2是现有铝型材标准的氧化线槽位布置图；
图3是现有铝型材标准的碱蚀槽位布置图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明由1#、2#流动水洗槽，3#氧化槽、4#、5#流动水洗槽、6#中温封孔槽、7#、8#流动水洗槽构成。其中，反向串联节水系统由1#、2#、4#、5#、7#、8#流动水洗槽组成，按自来水从8#槽进入，反向串联流动，经7#、5#、4#、2#、1#槽，最后经1#槽流出，实现氧化线水洗槽反向大串联，将传统碱蚀氧化线清洗水3进3出，改为本设计的1进1出，节水80％以上；3#氧化槽和6#中温封孔槽，组成药剂兼容系统，设计为6#中温封孔槽对3#氧化槽兼容，即6#槽的中温封孔液带入3#氧化槽后，不影响氧化液的工作能力和铝合金氧化膜的性能。
生产时，中温封孔液带入7#、8#槽，7#流动水洗槽中含中温封孔液，可带人3#氧化槽。6#槽含醋酸镍、异丁醇和三乙醇胺，镍离子可作为导电盐，直接添加进3#氧化槽，降低槽液电阻，提高成膜速度；醋酸和异丁醇为氧化槽的缓蚀剂，可降低溶膜速度，提高成膜率；三乙醇胺可螯合氧化液中的铝离子，降低槽液电阻，提高成膜率。6#中温封孔槽各组分对3#氧化槽完全兼容，带入3#氧化槽后，不影响氧化液的工作能力和铝合金氧化膜的性能，从而实现整条氧化线反向串联连接，大幅降低清洗用水。
不同铝材的生产方式如下：
(一)平光材
铝材经过平光处理后进入2#、3#流动水洗槽清洗；清洗后进入在3#氧化槽氧化45-60分钟，经4#、5#流动水洗槽清洗；在6#槽封孔10-20分钟，经7#、8#水洗槽水洗，完成氧化处理。
(二)拉丝材
拉丝铝材经过平光处理后进入1#、2#流动水洗槽清洗；清洗后进入在3#氧化槽氧化45-60分钟，经4#、5#流动水洗槽清洗；在6#槽封孔10-20分钟，经7#、8#水洗槽水洗，完成氧化处理。
更进一步的说明，上述各槽工作机理如下：
1#、2#流动水洗槽
1、逐级清洗铝表面的残留药剂：1#、2#、4#、5#、7#、8#流动水洗槽组成反向串联节水系统，自来水从8#槽进入，反向串联流动，经7#、5#、4#、2#，最后经1#槽流出，氧化线水洗槽反向大串联。4#槽截留的氧化液，随清洗水流，逐步流入2#、1#槽。铝材进入1#、2#槽后，逐步清洗铝表面的残留药剂；
2、逐级除灰：4#槽截留的氧化液，随清洗水流，逐步流入2#、1#槽。铝材进入1#、2#后，逐步清除铝合金表面残灰；另外酸性条件下，可预防点蚀和白斑，确保铝材在酸性、无灰的条件下进入3#氧化槽，节约氧化液。
3#氧化槽
本槽为普通氧化槽。铝氧化后，进入4#槽水洗，氧化液被截留，为2#、1#槽提供除灰的酸液。
4#、5#流动水洗槽
本槽为氧化后水洗槽，与4#、5#槽反向串联，截留氧化液，维持氧化前流动水洗槽的酸度值，实现动态除灰和待料。
6#中温封孔槽
设置本槽的目的是封住氧化膜的微孔，确保其耐腐蚀性能。本槽选取醋酸镍为封孔主盐，异丁醇为封孔促进剂，三乙醇胺为槽液稳定剂；在50-60℃下，生成氢氧化镍，封住氧化膜微孔。
7#、8#流动水洗槽
本槽为封孔后水洗槽，与7#、8#槽反向串联，截留封孔液，维持封孔前流动水洗槽的pH值。
更进一步的说明，所述11#中温封孔槽对所述8#氧化槽兼容；所述11#中温封孔槽与所述8#氧化槽兼容药剂配方和工作指标为：
所述8#氧化槽：硫酸160-200g/L，电流密度1.2安培/平方分米，处理时间45-60分钟，膜厚12-15微米；
所述11#中温封孔槽：醋酸镍4-6g/L、异丁醇0.4-0.6g/L、三乙醇胺0.4-0.6g/L，处理时间10-20分钟，温度50-60℃。
需要说明的，三价铁离子溶液可以为硝酸铁、溴化铁等，优选为较安全和较稳定的三氯化铁。上述8#氧化槽和11#中温封孔槽的药剂配方可选用现有具有相同作用效果的药剂，并不影响本发明铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统。
与普通酸碱蚀和喷砂相比，本发明具有如下重大技术突破：
1、首次以现代环保、节能、减排、降耗、清洁文明生产的角度，大幅度变革，重新设计铝合金氧化生产线；
2、首次将氧化后的水洗槽完全反向串联，利用截留的氧化液在线除灰；
3、首次设置由1#、2#、4#、5#、7#、8#槽反向串联，反向流动，将药剂逐级回收至1#槽，降低葯耗；
4、首次设置由1#、2#、4#、5#、7#、8#流动水洗槽组成的反向串联节水系统，自来水从8#槽进入，反向串联流动，经7#、5#、4#、2#、1#槽，实现氧化线水洗槽反向大串联，将传统氧化线清洗水3进3出，改为本设计的1进1出，节水80％以上；
5、首次采用由3#氧化槽和6#中温封孔槽组成的药剂兼容系统，精心设计6#中温封孔槽对3#氧化槽兼容，6#槽的中温封孔液带入3#氧化槽后，不影响氧化液的工作能力和铝合金氧化膜的性能，从而实现整条氧化线反向串联连接，大幅降低清洗用水。
铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统得以运行，是各槽和配套系统密切配合的结果，其中本发明提及的3#氧化槽和6#中温封孔槽药剂的恰当组分及操作指标是系统运行较优化的选择，使上述技术更具有显著的突破。
本发明取150L槽体积设计模拟氧化线，各功能槽按100L开槽，槽液控制参数如下各实施例所示。
实施例1
各槽的药剂配方和工作指标为：
铝材经平光前处理后进入氧化线：
1#流动水洗槽：水洗1分钟，滴流30秒；
2#流动水洗槽：水洗1分钟，滴流30秒；
3#氧化槽：硫酸180g/L，18-22℃，电流密度1.2安培/平方分米，氧化时间45-60分钟，膜厚12-15微米；
4#流动水洗槽：水洗1分钟，滴流30秒；
5#流动水洗槽：水洗1分钟，滴流30秒；
6#中温封孔槽：醋酸镍5g/L，异丁醇0.5g/L，三乙醇胺0.5g/L，50-60℃，封孔时间10-20分钟；
7#流动水洗槽：水洗1分钟，滴流30秒；
8#流动水洗槽：水洗1分钟，滴流30秒；
风干、包装、入库，完成表面处理。
实施例2-药剂兼容系统测试
6#中温封孔槽对3#氧化槽兼容。自来水从8#槽进入，反向串联流动，经7#、5#、4#、2#槽，最后经1#槽流出，6#中温封孔槽在3#氧化槽清洗水流的上游，生产时，中温封孔液带入7#、8#槽,经5#、4#、2#槽，最后经1#槽流出，7#流动水洗槽中含中温封孔液，6#槽的中温封孔液带入3#氧化槽。
a、3#氧化槽：主动添加5g/L醋酸镍进8#氧化槽，保持硫酸180g/L、18-22℃、电流密度1.2安培/平方分米、氧化时间45-60分钟不变，测试氧化膜厚度及外观结构的变化；
b、3#氧化槽：主动添加5g/L醋酸镍、0.5g/L异丁醇进8#氧化槽，保持硫酸180g/L、18-22℃、电流密度1.2安培/平方分米、氧化时间45-60分钟不变，测试氧化膜厚度及外观结构的变化；
c、3#氧化槽：主动添加5g/L醋酸镍、0.5g/L异丁醇、0.5g/L三乙醇胺进8#氧化槽，保持硫酸180g/L、18-22℃、电流密度1.2安培/平方分米、氧化时间45-60分钟不变，测试氧化膜厚度及外观结构的变化。
主动添加5g/L醋酸镍、0.5g/L异丁醇、0.5g/L三乙醇胺进3#氧化槽，保持原氧化参数不变，测试结果表明，氧化膜厚度及外观结构无变化，6#中温封孔槽对3#氧化槽完全兼容。可得，6#中温封孔槽含醋酸镍4-6g/L，异丁醇0.4-0.6g/L，三乙醇胺0.4-0.6g/L，这三种组分对3#氧化槽完全兼容。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统，其特征在于：按氧化线槽位布置依次包括一级流动水洗子系统、氧化子系统、二级流动水洗子系统、封孔子系统和三级流动水洗子系统；
所述一级流动水洗子系统、二级流动水洗子系统和三级流动水洗子系统分别设置有不少于1个流动水洗槽，所述一级流动水洗子系统、二级流动水洗子系统和三级流动水洗子系统内的流动水洗槽依次整体反向串联设置，所述三级流动水洗子系统内的末端的流动水洗槽设置有第一进水口，所述一级流动水洗子系统的始端的流动水洗槽设置有第一出水口。
2.根据权利要求1所述的铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统，其特征在于：每个所述流动水洗槽的补水口和出水口分别设置于两端，清洗水从其一端流入，并从另一端流出至水流动方向的下游的流动水洗槽。
3.根据权利要求2所述的铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统，其特征在于：所述一级流动水洗子系统设置有2个流动水洗槽，顺序布置依次为1#流动水洗槽和2#流动水洗槽，所述1#流动水洗槽的出水口为所述第一出水口，所述2#流动水洗槽的出水口连接于所述1#流动水洗槽的补水口。
4.根据权利要求1或3所述的铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统，其特征在于：所述第一出水口和所说第一进水口分别设置有阀门。
5.根据权利要求3所述的铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统，其特征在于：所述二级流动水洗子系统设置有2个流动水洗槽，顺序布置依次为4#流动水洗槽和5#流动水洗槽，所述4#流动水洗槽的出水口连接于所述2#流动水洗槽的补水口，所述5#流动水洗槽的出水口连接于所述4#流动水洗槽的补水口。
6.根据权利要求5所述的铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统，其特征在于：所述三级流动水洗子系统设置有2个流动水洗槽，顺序布置依次为7#流动水洗槽和8#流动水洗槽，所述7#流动水洗槽的出水口连接于所述5#流动水洗槽的补水口，所述8#流动水洗槽的出水口连接于所述8#流动水洗槽的补水口，所述8#流动水洗槽的补水口为所述第一进水口。
7.根据权利要求6所述的铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统，其特征在于：所述氧化子系统为3#氧化槽。
8.根据权利要求6或7所述的铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统，其特征在于：所述封孔子系统为6#中温封孔槽。
9.根据权利要求8所述的铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统，其特征在于：所述6#中温封孔槽对所述3#氧化槽兼容；所述6#中温封孔槽与所述3#氧化槽兼容药剂配方为：所述3#氧化槽：硫酸160-200g/L；所述6#中温封孔槽：醋酸镍4-6g/L、异丁醇0.4-0.6g/L、三乙醇胺0.4-0.6g/L。
10.根据权利要求9所述的铝合金氧化线封孔槽与氧化槽药剂兼容节水系统，其特征在于：所述6#中温封孔槽与所述3#氧化槽的工作指标为：
所述3#氧化槽：电流密度1.2安培/平方分米，处理时间45-60分钟，膜厚12-15微米；
所述6#中温封孔槽：处理时间10-20分钟，温度50-60℃。
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