CN106757268B - 铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺 - Google Patents

Abstract

铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺，包括药剂回收系统和两个流动水洗槽；所述药剂回收系统包括碱性三合一磨砂槽和不流动水洗槽子系统；不流动水洗槽子系统通过第一阀门与碱性三合一磨砂槽反向串联设置；不流动水洗槽子系统包括第一不流动水洗槽和第二不流动水洗槽，两者反向串联设置，且第二不流动水洗槽沿水流动方向的始端还设有补水口和第三阀门；两个流动水洗槽反向串联设置，且沿水流动方向的始端设有进水口，终端的出水口连接于第二不流动水洗槽的补水口；本发明提出的铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺具有废水零排放、减少废渣、药耗低、节约用水，不结垢堵塞，实现碱液和氢氧化铝在线回收的特点。

Description

铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺

技术领域

本发明涉及铝合金阳极氧化表面前处理技术领域，尤其涉及铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺。

背景技术

传统的铝合金碱蚀工艺已沿用了100多年。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、环境污染大等弊端，早已被业界所公认。现有的标准碱蚀氧化线槽位布置图3所示，其中、4#、7#、10#、13#和16#槽为工作槽，每个工作槽配两个流动水洗槽，氧化前处理需要9个槽位，4#碱蚀槽为表面前处理主要工作槽。氧化前处理各槽功能如下：

(1)1#除油槽：

除油的目的是除去自然氧化膜、手指纹及与油脂粘在一起的污物，以保障铝材表面能均匀腐蚀，并保护碱蚀槽的清洁。除油不好，碱蚀就不均匀，氧化着色后存在花斑、表面不均等瑕疵。化学除油可采用碱性、中性或酸性除油剂。国内一般采用氧化废酸除油，有时加入少量阳离子或两性表面活性剂，提高除油效率。存在如下不足：1、对存放时间长的铝材，除油不好，自然氧化膜不能脱干净，碱蚀不均匀，铝材表面出现不同光泽，氧化着色不均匀；2、除油槽含150-200g/L硫酸,容易带入碱蚀槽，中和烧碱；为了加强除油能力，部分生产厂家在除油槽中添加5-15g/L左右的氟化氢铵，彻底消除除油隐患，但增加了处理含氟和氨氮废水的压力。

(2)2#和3#流动水洗槽：

2#和3#为流动水洗槽，自来水由3#槽流入，2#槽流出，反向串联。设置两道水洗的目的是清洗1#槽带出的酸液，保护碱蚀槽。铝材从1#槽的强酸到4#的强碱，中间水洗槽的用水量是关键，一般为3.0-5.0吨/吨材。如此大的水量，依然会有部分酸液带进碱蚀槽。

(3)4#碱蚀槽：

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↑(溶解铝、整平、起砂) (2)

NaAlO₂+2H₂O＝Al(OH)₃↓+NaOH(生成氢氧化铝、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，生成氢氧化铝的同时，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，再生碱液，回收氢氧化铝。4#槽配备抽渣系统，如4图所示；当游离碱控制在60g/L、铝离子浓度接近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，回收氢氧化铝，清渣后的清液抽回4#槽，碱液再生。

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。

(4)5#和6#流动水洗槽：

设置这两道流动水洗槽的目的是清洗碱液，保护中和槽。同样，自来水从6#槽进，5#槽出，反向串联。铝材从强碱到强酸，需大量水洗，一般水耗为3.0-5.0吨/吨材，4#槽加碱蚀剂后，粘度更大，水洗压力更大，部分碱液带进7#中和槽在所难免，消耗中和槽酸液。

(5)7#中和槽：

设置7#中和槽的目的是除去残留于铝材上灰状附着物，溶去在碱槽不溶的锰、铜、铁等合金元素或杂质，以获得较光亮的金属表面，同时中和铝材表面残留的碱液。如果挂灰没有除净，将导致着色后光泽发暗。

国内铝型材厂很长一段时间采用单一硫酸中和，杂质少的型材用单一硫酸可以达到质量要求，既可利用氧化废酸，还可避免交叉污染，成本低。对于一些用废铝多的企业，型材中铁、铜、锰严重超标，碱蚀后铝材表面上有一层厚厚的黑灰，这时仅硫酸很难除净。许多厂家采用150-200g/L的硫酸，30-50g/L的硝酸混合，能彻底除灰。添加硝酸的另一个好处是利用其钝化作用，保护铝材，使其在氧化前的水洗待料期间不产生点蚀和雪花状腐蚀。但硝酸的使用，需要大量水洗，以防带入氧化槽；含硝酸根的废水，增加了处理氨氮的压力。

(6)8#和9#水洗槽：

设置这两道水洗槽的目的是清洗中和槽液，保护氧化槽。同样，自来水从9#槽进，8#槽出，反向串联。铝材从中和槽到氧化槽，需大量水洗，降低硝酸带进氧化槽的风险，一般水耗为3.0-5.0吨/吨材。

(7)10#氧化槽：

本槽的功能是制氧化膜。随着氧化量的增加，氧化槽的铝离子不断上升，当铝离子浓度超过20g/L时，氧化膜疏松，部分厂家倒掉一些氧化液，部分厂家采用树脂交换。前者浪费大量硫酸，后者浪费大量用水。另外，本槽的氧化温度控制在18-22℃，需要制冷，低温下电阻太大，耗电量太大，标准膜下，吨材耗电量为1000度，有很大的节能降耗空间。氧化槽的氧化温度、电导率、极板距离和铝离子的方法处理亟需改进。

除西飞铝业等少数厂家采用日本碱蚀工艺外，我国大部分铝加工厂采用意大利工艺，两种方法各有利弊。

日本的碱蚀工艺，采用碱液再生，回收氢氧化铝的生产方式，如图4所示。抽渣系统由沉淀池、晶析池、回收池及配套的阀门、管道和泵组成。打开阀门1、2，开启泵1，抽取沉淀池清液至碱蚀槽槽底，利用泵1的正向推力，将4#碱蚀槽中分解的氢氧化铝搅动，浮起，通过溢流，浑浊的碱蚀液流回沉淀池，沉淀氢氧化铝，沉淀池清液再由泵1抽回4#碱蚀槽。如此循环，氢氧化铝在沉淀池中不断累积。打开阀门4、5、6，开启泵2，将沉淀池池底的沉淀抽至析晶池，开启搅拌，氢氧化铝逐步析出。打开阀门7、8，开启离心机，碱液流进回收池，固体作为氢氧化铝初级品回收。关闭阀门2，打开阀门1、3，开启泵1，将回收池的碱液抽回碱蚀槽，完成碱回收。

意大利的碱蚀工艺，采用铝离子络合方法，碱蚀槽中铝离子不分解析出，不产生氢氧化铝，不用抽渣，不配备抽渣系统。络合后铝离子浓度可达100g/L以上，铝的溶解和槽液带出的铝可动态平衡。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。

两种碱蚀方法，各有利弊：

1、从碱蚀后铝合金的外观来看，采用碱回收方法，槽液铝离子浓度低于30g/L，碱蚀时反应过快，铝耗太高，铝表面容易产生点蚀和过腐蚀，特别是按图2的抽渣系统运行，泵1不是抽渣，而是吹渣，沉淀从槽底吹起，悬浮于整槽碱蚀液中，铝合金碱蚀时，悬浮的固体颗粒粘附铝合金表面，形成点蚀等表面缺陷。若做砂面材，碱蚀时间在10分钟以上，由于槽液铝离子浓度太低，铝合金腐蚀量太大，去机械纹不彻底，铝表面容易形成过腐蚀。采用添加碱蚀剂方法，铝离子浓度可达100g/L以上，碱蚀液中无固体颗粒析出，铝表面无点蚀，无过腐蚀；做磨砂材时，可彻底去机械纹，砂面细腻，铝耗低。

2、从药剂消耗来看，采用碱回收方法，槽液粘度低，槽液带出消耗小；按(3)式，偏铝酸钠分解成氢氧化铝和氢氧化钠，回收氢氧化铝的同时，也回收氢氧化钠，进一步降低碱耗。采用添加碱蚀剂方法，碱蚀槽液粘度高，槽液带出消耗巨大；按(6)、(7)式，偏铝酸钠完全被络合，不分解氢氧化铝，不回收氢氧化钠。从实际大生产运行来看，添加碱蚀剂方法比碱回收方法，氢氧化钠的消耗量在3倍以上。

3、从铝消耗来看，采用碱回收方法，槽液铝离子浓度低，按(1)(2)式，偏铝酸钠浓度低，铝耗高。采用添加碱蚀剂方法，按(6)、(7)式，偏铝酸钠完全被络合，不分解氢氧化铝，铝离子浓度高，按(1)(2)式，铝耗低。从实际大生产运行来看，添加碱蚀剂方法比碱回收方法，铝的消耗量在40％以下。

4、从槽液管理来看，采用碱回收方法，按图2的抽渣系统运行。按(4)式，氢氧化铝转化成氧化铝的水合物铝垢，附着在碱蚀液经过的槽壁、管道、阀门和泵等处，损坏泵和阀门，堵塞管道。为了避免堵塞管道，设计泵1不是抽渣，而是吹渣，沉淀物从槽底吹起，利用泵1的正向推力，将4#碱蚀槽中分解的氢氧化铝搅动，浮起，通过溢流，浑浊的碱蚀液流回沉淀池，沉淀氢氧化铝，沉淀池上表面清液通过泵1再抽回碱蚀槽。如此循环，氢氧化铝在沉淀池中不断累积。泵1不采用抽渣而用吹渣，根本原因是担心4#碱蚀槽槽底的吹渣管结垢，堵塞管道的缘故。如此吹渣，固体颗粒悬浮于整槽碱蚀液中，铝合金碱蚀时，悬浮的固体颗粒粘附铝合金表面，形成点蚀等表面缺陷。尽管部分解决管道堵塞问题，却埋下了影响铝合金表面质量的隐患。恐怖的是，如图2所示，抽渣系统由沉淀池、晶析池、回收池及配套的阀门、管道和泵组成，这些池、管、阀和泵，处处都有结垢堵塞的风险，维护这套系统的正常运行，十分困难。采用添加碱蚀剂方法，偏铝酸钠被完全络合，铝离子浓度可达100g/L以上，碱蚀液中无固体颗粒析出，不需要抽渣，铝的溶解和槽液中带出的铝自动平衡，槽液非常容易管理，生产简单易行。

5、从环保角度来看，采用碱回收方法，槽液粘度低，药剂带出消耗小，废水处理中心处理的废碱液少，产生的废碱渣少；按(3)式，偏铝酸钠分解成氢氧化铝和氢氧化钠，在线回收氢氧化铝的同时，也回收氢氧化钠，进一步降低碱耗。采用添加碱蚀剂方法，碱蚀槽液粘度高，药剂带出消耗巨大；按(6)、(7)式，偏铝酸钠完全被络合，不分解氢氧化铝，不回收氢氧化钠。铝的溶解完全靠槽液带出实现自动平衡。从实际大生产运行来看，添加碱蚀剂方法比碱回收方法，槽液带出消耗在4倍以上。如此大量的碱蚀液带入5#、6#流动水洗槽，流入废水处理中心，既需要大量的酸中和，还消耗大量的聚丙烯酰胺，产生大量的含铝废渣。统计表明，日产1000吨的铝加工企业，每天消耗0.5吨聚丙烯酰胺，产生100吨以上废渣。这些含铝废渣，来源于煲模液、碱蚀液和氧化液，其中，碱蚀液的贡献占80％以上。

经近百年应用，碱蚀工艺的弊端早已暴露无遗。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9个槽位，3个工作槽，6个水洗槽，过于繁杂；

3、功效低。铝材氧化前要经过9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9#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#为工作槽，总药剂消耗量为60-80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、水洗槽多，用水量大。6个水洗槽，总水消耗量为10.0-15.0吨/吨材。除用水成本外，这些废水的处理和排放，都需额外付出环保成本；

6、1#槽含氟，妨碍了废水回用；

7、1#和7#槽含氨氮，使废水处理的难度雪上加霜。含氟废水不能回用，含氨氮废水又不能排放，厂家陷入氨氮处理的困局。

8、4#碱蚀槽，少部分铝加工厂选用碱回收方法，大部分厂家选用添加碱蚀剂方法。前者损失铝合金外观质量，抽渣系统结垢，难以控制；后者碱耗高，废水处理成本高，废渣太多，环保压力大；

9、碱蚀液中的铝离子，经过5#、6#流动水洗槽，进入废水中心，形成工业废渣，既浪费铝资源，又增加环保压力。

铝加工企业所产生的工业废渣，主要来自煲模液、碱蚀液和氧化液，其中碱蚀液贡献80％以上。碱蚀槽添加络合剂，铝离子不分解析出，铝的溶解和带出可实现动态平衡，除满足铝材外观质量要求外，槽液管理非常简单，但忽略一个致命的缺陷，即高铝离子浓度、高粘度的碱蚀液带入5#、6#流动水洗槽，进入废水中心，形成工业废渣，既浪费铝资源，带来巨大的环保处理压力。

发明内容

本发明的目的在于提出铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺，具有废水零排放、减少工业废渣、药耗低、节约用水，不结垢堵塞，同时实现碱液和氢氧化铝在线回收等特点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺，包括药剂回收系统和两个流动水洗槽；所述药剂回收系统包括碱性三合一磨砂槽和不流动水洗槽子系统；所述不流动水洗槽子系统通过第一阀门与所述碱性三合一磨砂槽反向串联设置；所述不流动水洗槽子系统包括第一不流动水洗槽和第二不流动水洗槽，所述第一不流动水洗槽和所述第二不流动水洗槽通过第二阀门反向串联设置，且所述第二不流动水洗槽沿水流动方向的始端还设有补水口和第三阀门；

两个所述流动水洗槽反向串联设置，且沿水流动方向的始端设有进水口，终端的出水口连接于所述第二不流动水洗槽的补水口。

进一步说明，所述碱性三合一磨砂槽的槽底设计为120°的楔形凹面，所述楔形凹面最低位设置有贯穿所述碱性三合一磨砂槽的抽渣管。

进一步说明，所述碱性三合一磨砂槽内的槽液为碱性槽液，所述碱性槽液中的游离碱浓度NaOH与铝离子浓度Al³⁺之比为3.5-4.0。

进一步说明，所述碱性三合一磨砂槽内的槽液还含有氯化钠，所述氯化钠的浓度为20-40g/L。

进一步说明，所述碱性三合一磨砂槽还设置有碱液再生及氢氧化铝的回收系统，所述碱液再生及氢氧化铝的回收系统包括沉淀池、离心机、收集池、一号泵，二号泵和管道；

所述碱性三合一磨砂槽通过管道从其抽渣管的抽渣输出端依次连接所述一号泵和所述沉淀池的抽渣输入端，并由所述沉淀池的抽渣输出端回至其抽渣输入端，并通过第一控制装置调控，形成抽渣循环子系统；

所述碱性三合一磨砂槽通过管道从其疏渣输出端连接所述一号泵回至其疏渣输入端，并通过第二控制装置调控，形成堵塞自救子系统；

所述沉淀池通过管道从其离心输出端依次连接所述离心机、收集池和二号泵回至其离心输入端，并通过第三控制装置调控，形成氢氧化铝和碱液的回收子系统。

进一步说明，所述第一控制装置包括七号阀门、八号阀门、九号阀门和十号阀门，其分别设置于所述管道上；所述七号阀门位于所述碱性三合一磨砂槽的抽渣输出端和所述一号泵之间；所述八号阀门位于所述一号泵的输出端；所述九号阀门位于所述沉淀池的抽渣输入端；所述十号阀门位于所述沉淀池的抽渣输出端和所述碱性三合一磨砂槽的抽渣输入端之间。

进一步说明，所述第二控制装置包括氢氧化铝回收控制装置和碱液回收控制装置，分别设置于所述管道上；所述氢氧化铝回收控制装置包括十一号阀门、十二号阀门、十三号阀门和十四号阀门；所述十一号阀门、十二号阀门和十三号阀门分别设置于所述沉淀池的离心输出端和所述离心机之间的不同管道上；所述十四号阀门设置于所述离心机连接自来水源的管道上；

所述碱液回收控制装置包括十五号阀门和十六号阀门；所述十五号阀门设置于所述收集池的输出端和所述二号泵之间，所述十六号阀门设置于所述二号泵和沉淀池的离心输入端。

进一步说明，所述第三控制装置包括十七号阀门和十八号阀门，分别设置于所述管道上；所述十七号阀门设置于所述碱性三合一磨砂槽的疏渣输入端和所述一号泵之间，所述十八号阀门设置于所述碱性三合一磨砂槽的疏渣输出端和所述一号泵之间；所述疏渣输入端设置于所述碱性三合一磨砂槽的上表面，所述疏渣输出端设置于所述碱性三合一磨砂槽的槽底。

本发明的有益效果：(1)本发明吸取了传统碱蚀前处理使用含氟及氨氮化学药品的教训，摈弃沿用多年的氟化氢铵和硝酸，重新设计铝合金阳极氧化前处理方案，杜绝含氟、含铵的成分，确保整条氧化线前处理无氟无铵，实现铝加工厂充分回收、循环用水，废水零排放，降低废水处理成本；

(2)吸取了传统工艺功能槽太多、工艺太复杂、药耗太高的教训，将除油、碱蚀、中和三槽的功能集于一槽，三槽合一，采用一个药槽处理铝材，省去了原有碱蚀工艺的二个功能槽，药剂消耗量由碱蚀工艺的60-80公斤/吨材，减少为20-30公斤/吨材，少用药剂60％以上，降低药耗，省水，不串槽，提高功效；

(3)吸取了传统碱蚀工艺水洗槽太多、水耗太高的教训，将原碱蚀工艺的6个水洗槽减少为4个，其中两个为不流动水洗，耗水量由10.0-15.0吨/吨材减少为3-4吨/吨材，节水60％以上；并将由碱性三合一磨砂槽与不流动水洗槽子系统组成的药剂回收系统，通过反向串联，反向流动，不流动水洗槽子系统清洗铝材、逐级截留回收药剂，药剂回收率80％以上，降低碱性三合一磨砂槽的葯耗；

(4)选用碱回收方案，改进碱性槽液，大幅提高游离碱浓度，碱液中可分解氢氧化铝并在线回收，但不能形成铝垢，彻底杜绝铝垢堵塞管道、阀门和泵的弊端；

(5)重新设计抽渣系统，改碱蚀槽吹渣为抽渣，保持碱蚀槽槽液清晰，避免铝合金表面产生点蚀等缺陷；

(6)取消晶析池及其搅拌系统，确保氢氧化铝晶粒长大，晶粒大于45微米的质量分数大于85％，满足国标GB4294-2010的要求；

综上所述，在确保少用水、少用药、少出渣的前提下，实现了氢氧化铝在线回收，变废为宝，减少铝资源的巨大浪费。

附图说明

图1是本发明一个实施例的铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺的槽位布置图；

图2是本发明一个实施例的碱液再生及氢氧化铝的回收系统图；

图3是现有的标准碱蚀氧化线槽位布置图；

图4是现有的碱蚀槽利用拜耳法再生碱液、回收氢氧化铝的示意图；

其中：碱性三合一磨砂槽1，第一不流动水洗槽2，第二不流动水洗槽3，流动水洗槽4，沉淀池5，离心机6，收集池7，一号泵8，二号泵9，管道10，第一阀门01，第二阀门02，第三阀门03，补水口04，进水口05，出水口06，七号阀门07，八号阀门08，九号阀门09，十号阀门010，十一号阀门011，十二号阀门012，十三号阀门013，十四号阀门014，十五号阀门015，十六号阀门016，十七号阀门017，十八号阀门018。

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。

铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺，包括药剂回收系统和两个流动水洗槽4；所述药剂回收系统包括碱性三合一磨砂槽1和不流动水洗槽子系统；所述不流动水洗槽子系统通过第一阀门01与所述碱性三合一磨砂槽1反向串联设置；

所述不流动水洗槽子系统包括第一不流动水洗槽2和第二不流动水洗槽3，所述第一不流动水洗槽2和所述第二不流动水洗槽3通过第二阀门02反向串联设置，且所述第二不流动水洗槽3沿水流动方向的始端还设有补水口04和第三阀门03；

两个所述流动水洗槽4反向串联设置，且沿水流动方向的始端设有进水口05，终端的出水口06连接于所述第二不流动水洗槽的补水口04。

本发明提出铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺，所述药剂回收系统的工作原理为：当碱性三合一磨砂槽1截留回收药剂或补充液位时，打开所述第三阀门，使所述不流动水洗槽中的自来水由所述补水口进入所述第二不流动水洗槽；打开所述第二阀门，则所述第二不流动水洗槽中的截留液进入所述第一不流动水洗槽；打开所述第一阀门，所述第一不流动水洗槽中的截留液进入所述碱性三合一磨砂槽1，从而实现了梯级截留回收药剂和补充所述三合一磨砂槽1液位的效果。

本发明不仅将所述碱性三合一磨砂槽取代传统工艺的碱除油、碱蚀和中和三道工序，实现了三槽合一，其具有脱脂、去自然氧化膜、去纹、起砂、调整铝合金底色、去灰，同时分解生成氢氧化铝的功能；而且还通过所述不流动水洗槽子系统，与碱性三合一磨砂槽1形成了药剂回收系统，通过相互反向串联设置，从而达到了截留药剂、清洗铝材、补充所述碱性三合一磨砂槽1液位的效果；并且将两个所述流动水洗槽反向串联设置，所述流动水洗槽的进水口可连接氧化槽，则进水为氧化槽后的清洗用水，故所述流动水洗槽的进水为酸性，正好中和铝合金表面的碱液，有效将传统碱蚀前处理清洗水需要有3个进水口和3个出水口变成只需一个1进水口和1出水口。

进一步说明，所述碱性三合一磨砂槽1的槽底设计为120°的楔形凹面，所述楔形凹面最低位设置有贯穿所述碱性三合一磨砂槽1的抽渣管。将所述碱性三合一磨砂槽1设置为120°的楔形凹面，并将所述楔形凹面与抽渣管相互配合，从而使槽底内的沉淀物更好地汇聚沉积于一起，再由所述抽渣管进出充分地将沉淀物抽走，避免积累过多而导致堵塞。

进一步说明，所述碱性三合一磨砂槽1内的槽液为碱性槽液，所述碱性槽液中的游离碱浓度NaOH与铝离子浓度Al³⁺之比为3.5-4.0。游离碱浓度NaOH(g/L)与铝离子浓度Al³⁺(g/L)之比在3.5-4.0为阻垢区间，可满足碱性槽液的阻垢要求，使所述碱性槽液的工作参数在阻垢区间内运行，确保碱性三合一工艺的槽位长期大规模生产时不结垢，不会因铝垢堵塞管道、阀门和泵而停产，延长使用寿命，既可完全阻垢，又能适当降低铝耗。

进一步说明，所述碱性三合一磨砂槽1内的槽液还含有氯化钠，所述氯化钠的浓度为20-40g/L。通过在所述槽液内添加氯化钠作为起砂去纹的主要成分，并将氯化钠浓度控制在20-40g/L，可满足生产磨砂材的要求，从而实现了所述碱性三合一磨砂槽1还具有起砂去纹的功能。

进一步说明，所述碱性三合一磨砂槽1还设置有碱液再生及氢氧化铝的回收系统，所述碱液再生及氢氧化铝的回收系统包括沉淀池5、离心机6、收集池7、一号泵8，二号泵9和管道10；

所述碱性三合一磨砂槽1通过管道10从其抽渣管的抽渣输出端依次连接所述一号泵8和所述沉淀池5的抽渣输入端，并由所述沉淀池5的抽渣输出端回至其抽渣输入端，并通过第一控制装置调控，形成抽渣循环子系统；

所述碱性三合一磨砂槽1通过管道10从其疏渣输出端连接所述一号泵8回至其疏渣输入端，并通过第二控制装置调控，形成堵塞自救子系统；

所述沉淀池5通过管道10从其离心输出端依次连接所述离心机6、收集池7和二号泵9回至其离心输入端，并通过第三控制装置调控，形成氢氧化铝和碱液的回收子系统。

所述碱液再生及氢氧化铝的回收系统主要形成了抽渣循环子系统、堵塞自救子系统以及氢氧化铝和碱液回收子系统；所述抽渣循环子系统由碱性三合一磨砂槽1、沉淀池5、一号泵8、第一控制装置和管道10组成；所述堵塞自救子系统由碱性三合一磨砂槽1、一号泵8、第三控制装置和管道10组成；所述氢氧化铝和碱液回收子系统由沉淀池5、离心机6、收集池7、二号泵9、第二控制装置的和管道10组成，从而有效对所述碱性三合一磨砂槽1进行抽渣、对氢氧化铝和碱液进行在线回收，减少铝资源的巨大浪费和大幅提高游离碱浓度，彻底杜绝铝垢堵塞管道、阀门和泵的问题。

进一步说明，所述第一控制装置包括七号阀门07、八号阀门08、九号阀门09和十号阀门010，其分别设置于所述管道10上；所述七号阀门07位于所述碱性三合一磨砂槽1的抽渣输出端和所述一号泵8之间；所述八号阀门08位于所述一号泵8的输出端；所述九号阀门09位于所述沉淀池5的抽渣输入端；所述十号阀门010位于所述沉淀池的抽渣输出端和所述碱性三合一磨砂槽1的抽渣输入端之间。

通过依次打开所述七号阀门07、八号阀门08、九号阀门09和十号阀门010，同时开启一号泵8，从而将所述碱性三合一磨砂槽槽底的沉淀物通过所述管道10抽至沉淀池，在所述沉淀池5中，铝渣沉淀于池底，而沉淀池上表面的清液则经过所述十号阀门010回流至所述碱性三合一磨砂槽1中，从而完成抽渣循环。

进一步说明，所述第二控制装置包括氢氧化铝回收控制装置和碱液回收控制装置，分别设置于所述管道10上；所述氢氧化铝回收控制装置包括十一号阀门011、十二号阀门012、十三号阀门013和十四号阀门014；所述十一号阀门011、十二号阀门012和十三号阀门013分别设置于所述沉淀池5的离心输出端和所述离心机6之间的不同管道10上；所述十四号阀门014设置于所述离心机连接自来水源的管道10上；

所述碱液回收控制装置包括十五号阀门015和十六号阀门016；所述十五号阀门015设置于所述收集池7的输出端和所述二号泵9之间，所述十六号阀门016设置于所述二号泵9和沉淀池5的离心输入端。

随着所述抽渣循环子系统的不断运转，则所述沉淀池5中铝渣不断积累增多，氢氧化铝的颗粒不断变大；当所述沉淀池5收集到足够氢氧化铝时，则打开所述十一号阀门011、十二号阀门012和十三号阀门013，使铝渣进入离心机6，同时开启离心机6分离氢氧化铝和碱液；再打开十四号阀门014，通过自来水源漂洗氢氧化铝中的碱液，当离心机的出水口的清洗水为中性时，则停止漂洗，回收氢氧化铝；最后打开所述十五号阀门015和十六号阀门016，同时开启二号泵9，将所述收集池7收集的碱液回收至所述沉淀池5，回收碱液；从而完成所述氢氧化铝和碱液回收子系统对氢氧化铝和碱液的在线回收。

进一步说明，所述第三控制装置包括十七号阀门017和十八号阀门018，分别设置于所述管道10上；所述十七号阀门017设置于所述碱性三合一磨砂槽1的疏渣输入端和所述一号泵8之间，所述十八号阀门018设置于所述碱性三合一磨砂槽1的疏渣输出端和所述一号泵8之间；

所述疏渣输入端设置于所述碱性三合一磨砂槽1的上表面，所述疏渣输出端设置于所述碱性三合一磨砂槽1的槽底。

由于当所述碱性三合一磨砂槽1的槽底的沉淀物过多时，则会影响所述抽渣循环子系统的有效运转，因此通过所述堵塞自救子系统进行调控，即打开所述十七号阀门017和十八号阀门018，开启一号泵8，使槽液通过所述十七号阀门017从所述碱性三合一磨砂槽1上表面的疏渣输入端抽入，并且通过所述十八号阀门018从所述碱性三合一磨砂槽1槽底的疏渣输出端压出，从而挤出堵塞于所述管道10中的沉淀物，并且将所述堵塞自救子系统定期进行反向循环运行，可确保抽所述抽渣循环子系统的正常运行。

关于碱性三合一磨砂槽1的工作机理如下：

(1)碱性槽液：当将铝材进入所述碱性三合一磨砂槽1后，根据原电池原理，以纯铝相为阳极，合金相为阴极，阳离子向合金相、阴离子向纯铝相移动，按反应式(1)和(2)进行化学反应：

(2)去膜脱脂：根据反应式(1)可知，铝材进该槽后，先去自然氧化膜，在高浓度氢氧化钠作用下，可除去油污和指纹，省去除油槽。

(3)起砂去纹：所述碱性三合一磨砂槽1还具有起砂去纹的功能，即通过在所述槽液内添加氯化钠作为起砂去纹的主要成分。根据反应式(2)可知，纯铝相作为阳极被溶解，与被阳极吸引而来的氯离子相遇；从而点蚀起砂，且砂粒均匀，铝耗低，去机械纹彻底；并且氯化物易溶于水，好清洗，不影响待回收氢氧化铝的品质。依据下述实验列表，选取槽液中氯化钠浓度，取游离碱112.5g/L，Al³⁺30g/L，R＝游离碱浓度/铝离子浓度(NaOH/Al³⁺)＝3.75，60℃，碱蚀12分钟，结果如表1所示：

表1不同浓度氯化钠在槽液中的起砂能力

NaCl0g/L	10	20	30	40	50
						铝材少砂	铝材少砂	铝材好砂	铝材好砂	铝材好砂	铝材好砂

由表1可知，将氯化钠浓度控制在20-40g/L，可满足生产磨砂材的要求。

(4)分解氢氧化铝、释放氢氧化钠：碱性三合一磨砂槽1不添加络合剂，按反应式(3)，当铝离子升高至碱蚀液能容忍的上限时，偏铝酸钠分解成氢氧化铝和氢氧化钠。

(5)彻底阻垢、杜绝反应式(4)的化学反应发生：按(4)式，碱垢为Al₂O₃.3H₂O，附着在槽壁、管道、阀门、泵等一切槽液接触到的地方，非常坚固，很难人工清除。但氧化铝是两性化合物，既溶于强酸，也溶于强碱，铝矾土中的氧化铝，正是用强碱溶解的，因此在所述碱性槽液中适当提高游离碱的浓度，使之既可以分解氢氧化铝，又可以阻止碱垢的产生。依据下述实验列表，可科学地选取碱性槽液中游离碱浓度NaOH(g/L)与铝离子浓度Al³⁺(g/L)之比，即R值(NaOH/Al³⁺)的阻垢范围，来回避槽液结垢。取不同R值，60℃，碱蚀12分钟，反复碱蚀铝材，结果如表2所示：

表2不同R值下碱性槽液的阻垢能力

R＝1.5	1.5	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0	4.5
								重垢	重垢	重垢	轻垢	略垢	无垢	无垢	无垢

由表2可知，将R值控制在3.5-4.0，为阻垢区间，可满足碱性槽液的阻垢要求。

关于不流动水洗槽子系统的工作机理如下：

(1)清洗铝材：所述第一不流动水洗槽2的清洗时间为1.5分钟；所述第二不流动水洗槽3的清洗时间为1分钟；彻底清洗铝材带出的药剂；

(2)截留药剂：两个不流动水洗槽逐级截留。所述碱性三合一磨砂槽1被带出的药剂，其浓度成梯级分布；第一不流动水洗槽2的药剂浓度高，第二不流动水洗槽3的药剂浓度低；

(3)回收药剂、补充液位：碱性三合一磨砂槽1中，水分的蒸发和药剂的带出损失，液位不断下降，需要补充液位；打开第三阀门，自来水从第二不流动水洗槽3进入，流经第一不流动水洗槽2，最后进入碱性三合一磨砂槽1，既补充了液位，又实现了药剂的逐级回收。

生产方式如下：

(1)机械喷砂材

喷砂铝材直接进入碱性三合一磨砂槽1，R＝3.75，反应5-10分钟，50-60℃，滴流1分钟，再经第一不流动水洗槽2和第二不流动水洗槽3，进入两个所述流动水洗槽4清洗；完成氧化前处理。

(2)化学磨砂材

铝材直接进入碱性三合一磨砂槽1，反应10-15分钟，50-60℃，滴流1分钟，再经第一不流动水洗槽2和第二不流动水洗槽3，进入两个所述流动水洗槽4清洗；完成氧化前处理。

铝合金表面前处理碱性三合一工艺是各槽和碱液再生及氢氧化铝的回收系统密切配合的结果；碱性三合一磨砂槽1、不流动水洗槽子系统，以及碱液再生及氢氧化铝的回收系统是体现本发明技术特征的关键。

实施例1(砂面材)

铝材直接进入碱性三合一磨砂槽1，R(NaOH/Al³⁺)3.75,NaCl30g/L，反应10-15分钟，50-60℃，滴流1分钟；经第一不流动水洗槽2清洗1.5分钟，滴流1分钟，第二不流动水洗槽3清洗1分钟，滴流1分钟；进入两个流动水洗槽，分别清洗1分钟，1滴流分钟，完成氧化前处理。

实施例2(喷砂材)

铝材直接进入碱性三合一磨砂槽1，R(NaOH/Al³⁺)3.75,NaCl30g/L，反应5-10分钟，50-60℃，滴流1分钟；经第一不流动水洗槽2清洗1.5分钟，滴流1分钟，第二不流动水洗槽3清洗1分钟，滴流1分钟；进入两个流动水洗槽，分别清洗1分钟，1滴流分钟，完成氧化前处理。

由实施例1-2表明，本发明的碱蚀液可生产化学磨砂材和机械喷砂材。

实施例3(NaCl的起砂能力)

依据表1，铝材直接进入碱性三合一磨砂槽1，R(NaOH/Al³⁺)3.75,NaCl 0g/L，反应5-10分钟，50-60℃，滴流1分钟；经第一不流动水洗槽2清洗1.5分钟，滴流1分钟，第二不流动水洗槽3清洗1分钟，滴流1分钟；进入两个流动水洗槽，分别清洗1分钟，1滴流分钟，完成氧化前处理。

实施例4(NaCl的起砂能力)

依据表1，铝材直接进入碱性三合一磨砂槽1，R(NaOH/Al³⁺)3.75,NaCl10g/L，反应5-10分钟，50-60℃，滴流1分钟；经第一不流动水洗槽2清洗1.5分钟，滴流1分钟，第二不流动水洗槽3清洗1分钟，滴流1分钟；进入两个流动水洗槽，分别清洗1分钟，1滴流分钟，完成氧化前处理。

实施例5(NaCl的起砂能力)

依据表1，铝材直接进入碱性三合一磨砂槽1，R(NaOH/Al³⁺)3.75,NaCl20g/L，反应5-10分钟，50-60℃，滴流1分钟；经第一不流动水洗槽2清洗1.5分钟，滴流1分钟，第二不流动水洗槽3清洗1分钟，滴流1分钟；进入两个流动水洗槽，分别清洗1分钟，1滴流分钟，完成氧化前处理。

实施例6(NaCl的起砂能力)

依据表1，铝材直接进入碱性三合一磨砂槽1，R(NaOH/Al³⁺)3.75,NaCl40g/L，反应5-10分钟，50-60℃，滴流1分钟；经第一不流动水洗槽2清洗1.5分钟，滴流1分钟，第二不流动水洗槽3清洗1分钟，滴流1分钟；进入两个流动水洗槽，分别清洗1分钟，1滴流分钟，完成氧化前处理。

实施例7(NaCl的起砂能力)

依据表1，铝材直接进入碱性三合一磨砂槽1，R(NaOH/Al³⁺)3.75,NaCl50g/L，反应5-10分钟，50-60℃，滴流1分钟；经第一不流动水洗槽2清洗1.5分钟，滴流1分钟，第二不流动水洗槽3清洗1分钟，滴流1分钟；进入两个流动水洗槽，分别清洗1分钟，1滴流分钟，完成氧化前处理。

由实施例3-7表明，依据表1，本发明氯化钠低于15g/L时，起砂效果有限，大于20g/L时可获得均匀细腻的化学砂。

实施例8(药剂回收系统测试)

按图1所示，打开第三阀门03，自来水进入第二不流动水洗槽3；打开第二阀门02,第二不流动水洗槽3的截留液进入第一不流动水洗槽2；打开第一阀门01,第一不流动水洗槽2的截留液进入碱性三合一磨砂槽1，完成药剂截留、回收和碱性三合一磨砂槽1补充液位。

由实施例8表明，按图1所示，本发明所述药剂回收系统可梯级截留碱性三合一磨砂槽1的药剂，可依次从第二不流动水洗槽3向第一不流动水洗槽2至碱性三合一磨砂槽1补水，梯级回收药剂。

实施例9(抽渣循环子系统测试)

按图2所示，关闭阀门017、018，打开阀门07、08、09、010，开启一号泵8，将碱性三合一磨砂槽槽底的沉淀物抽至沉淀池，沉淀池上表面清液经阀门010循环回本槽，完成抽渣循环。

由实施例9表明，按图2所示，本发明抽渣循环子系统可实现碱性三合一磨砂槽1抽渣，沉淀池收集沉渣和清液回流至碱性三合一磨砂槽1。

实施例10(氢氧化铝和碱液的回收子系统测试)

按图2所示，打开阀门011、012、013，沉渣进入离心机。开启离心机，分离氢氧化铝和碱液。打开阀门014，漂洗氢氧化铝中的碱液，当离心机出水口的清洗水为中性时，停止漂洗，回收氢氧化铝。打开阀门015、016，开启二号泵9，将收集池收集的碱液送回沉淀池，完成碱液回收。

由实施例10表明，按图2所示，本发明氢氧化铝和碱液的回收子系统可有效分离氢氧化铝和碱液，漂洗、回收氢氧化铝；并可将碱液送回沉淀池，完成碱液回收。

实施例11(堵塞自救子系统测试)

按图2所示，关闭阀门07、08，打开阀门017、018，开启一号泵8，槽液从碱性三合一磨砂槽1上表面抽入，从碱性三合一磨砂槽1槽底抽渣管压出，挤出堵塞抽渣管的沉淀物，完成管道疏通自救。

由实施例11表明，按图2所示，本发明堵塞自救子系统可有效完成管道疏通自救。

实施例12(碱蚀液阻垢能力测试)

依据表2，取同R＝2.0，60℃，碱蚀12分钟，重复碱蚀100次。

实施例13(碱蚀液阻垢能力测试)

依据表2，取同R＝2.5，60℃，碱蚀12分钟，重复碱蚀100次。

实施例14(碱蚀液阻垢能力测试)

依据表2，取同R＝3.0，60℃，碱蚀12分钟，重复碱蚀100次。

实施例15(碱蚀液阻垢能力测试)

依据表2，取同R＝3.5，60℃，碱蚀12分钟，重复碱蚀100次。

实施例16(碱蚀液阻垢能力测试)

依据表2，取同R＝4.0，60℃，碱蚀12分钟，重复碱蚀100次。

实施例17(碱蚀液阻垢能力测试)

依据表2，取同R＝4.5，60℃，碱蚀12分钟，重复碱蚀100次。

实施例18(碱蚀液阻垢能力测试)

依据表2，取同R＝5.0，60℃，碱蚀12分钟，重复碱蚀100次。

由实施例12-18表明，依据表2，本发明R值低于3.0时，容易结垢，大于3.5时，可完全阻垢，可长期运行。

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 (7)

1.铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺，其特征在于：包括药剂回收系统和两个流动水洗槽；

所述药剂回收系统包括碱性三合一磨砂槽和不流动水洗槽子系统；所述不流动水洗槽子系统通过第一阀门与所述碱性三合一磨砂槽反向串联设置；

所述不流动水洗槽子系统包括第一不流动水洗槽和第二不流动水洗槽，所述第一不流动水洗槽和所述第二不流动水洗槽通过第二阀门反向串联设置，且所述第二不流动水洗槽沿水流动方向的始端还设有补水口和第三阀门；

两个所述流动水洗槽反向串联设置，且沿水流动方向的始端设有进水口，终端的出水口连接于所述第二不流动水洗槽的补水口；

所述碱性三合一磨砂槽内的槽液为碱性槽液，所述碱性槽液中的游离碱浓度NaOH g/L与铝离子浓度Al³⁺g/L之比为3.5-4.0。

2.根据权利要求1所述的铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺，其特征在于：所述碱性三合一磨砂槽的槽底设计为120°的楔形凹面，所述楔形凹面最低位设置有贯穿所述碱性三合一磨砂槽的抽渣管。

3.根据权利要求1所述的铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺，其特征在于：所述碱性三合一磨砂槽内的槽液还含有氯化钠，所述氯化钠的浓度为20-40g/L。

4.根据权利要求2所述的铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺，其特征在于：所述碱性三合一磨砂槽还设置有碱液再生及氢氧化铝的回收系统，所述碱液再生及氢氧化铝的回收系统包括沉淀池、离心机、收集池、一号泵，二号泵和管道；

所述碱性三合一磨砂槽通过管道从其抽渣管的抽渣输出端依次连接所述一号泵和所述沉淀池的抽渣输入端，并由所述沉淀池的抽渣输出端回至碱性三合一磨砂槽抽渣输入端，并通过第一控制装置调控，形成抽渣循环子系统；

所述碱性三合一磨砂槽通过管道从其疏渣输出端连接所述一号泵回至其疏渣输入端，并通过第二控制装置调控，形成堵塞自救子系统；

所述沉淀池通过管道从其离心输出端依次连接所述离心机、收集池和二号泵回至其离心输入端，并通过第三控制装置调控，形成氢氧化铝和碱液的回收子系统。

5.根据权利要求4所述的铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺，其特征在于：所述第一控制装置包括七号阀门、八号阀门、九号阀门和十号阀门，其分别设置于所述管道上；

所述七号阀门位于所述碱性三合一磨砂槽的抽渣输出端和所述一号泵之间；所述八号阀门位于所述一号泵的输出端；所述九号阀门位于所述沉淀池的抽渣输入端；所述十号阀门位于所述沉淀池的抽渣输出端和所述碱性三合一磨砂槽的抽渣输入端之间。

6.根据权利要求4所述的铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺，其特征在于：所述第二控制装置包括氢氧化铝回收控制装置和碱液回收控制装置，分别设置于所述管道上；

所述氢氧化铝回收控制装置包括十一号阀门、十二号阀门、十三号阀门和十四号阀门；所述十一号阀门、十二号阀门和十三号阀门分别设置于所述沉淀池的离心输出端和所述离心机之间的不同管道上；所述十四号阀门设置于所述离心机连接自来水源的管道上；

所述碱液回收控制装置包括十五号阀门和十六号阀门；所述十五号阀门设置于所述收集池的输出端和所述二号泵之间，所述十六号阀门设置于所述二号泵和沉淀池的离心输入端。

7.根据权利要求4所述的铝前处理碱性三合一及碱液再生和氢氧化铝在线回收工艺，其特征在于：所述第三控制装置包括十七号阀门和十八号阀门，分别设置于所述管道上；

所述十七号阀门设置于所述碱性三合一磨砂槽的疏渣输入端和所述一号泵之间，所述十八号阀门设置于所述碱性三合一磨砂槽的疏渣输出端和所述一号泵之间；

所述疏渣输入端设置于所述碱性三合一磨砂槽的上表面，所述疏渣输出端设置于所述碱性三合一磨砂槽的槽底。