CN108149310A - 一种铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统，包括氧化液收集系统、氧化液处理系统、氧化液分离系统和氧化液回收及再结晶系统和再结晶冷却系统。本发明还公开了一种铝合金氧化液回收与再结晶冷却工艺，包括氧化液收集、氧化液处理、氧化液分离、氧化液回收、再结晶回收和再结晶冷却步骤。本发明的系统和工艺能够充分回收氧化液中的铝离子和硫酸，将结晶罐中的液体降温，使其再结晶，进一步提高铝离子和硫酸的回收率，提高回收氧化液质量。

Description

一种铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统及工艺

技术领域

本发明涉及铝制产品加工的技术领域，尤其涉及一种铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统及工艺。

背景技术

现有技术中铝合金阳极氧化线槽位布置如附图1所示。10#槽阳极氧化液中,具有导电表面的铝合金置于阳极,在外电场作用下,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转化膜。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且薄,厚度为0.01-0.05μm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,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。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，获得耐久的使用性能。

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，槽液中没有铝离子，对氧化膜溶解能力较强。通常阳极氧化时间为40-60分钟，温度为18-22℃，每吨型材溶铝量约为3.84Kg/T(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。

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3-8g/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15-20g/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，即当铝离子浓度超过20g/L时，倒掉一部分槽液，降低铝离子浓度，补充硫酸至180g/L,继续生产。年产10万吨阳极氧化铝型材，氧化液溶铝量为400吨左右，每年倒出的氧化废液20000吨左右，其中含3600吨硫酸，400吨铝。既浪费药剂，又承受了处理如此大量废酸及废渣的环保压力，还损失了400多吨可回收的铝金属。

二是采用硫酸回收机，如附图3所示。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，快速高效地将硫酸与铝离子分离，将铝离子排出溶液之外，将硫酸送回氧化槽中继续使用，使生产中不断产生的铝离子排出溶液之外，稳定槽液中的铝离子浓度在一定工艺范围，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，并且节能，也为稳定型材着色工艺提供良好的氧化膜基础。

但在实际运行中，问题不少。图3中，某型号硫酸回收机需消耗水约1.5M³/H，消耗电约3KW/H，即每月耗水1080吨，耗电2160度。细心的用户可对图2中出水口排出的1080吨水进行测量，发现其中含硫酸15-30g/L,铝离子5-10g/L.即每月排放了近30吨硫酸。每月如此耗水耗电，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，恢复了倒一部分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，还产生大量的工业废渣；二是请专业处理厂家拉走。这些处理厂，若单项处理海量的氧化废酸液，需消耗海量的碱液，社会为此会付出昂贵的处理成本。

如前所述，阳极氧化液中的铝离子，最佳浓度应控制在3-8g/L范围之内，此时所获的氧化膜耐蚀性、耐磨性最好，氧化能耗低。目前，阳极氧化槽中的铝离子浓度，各企业基本控制在15-20g/L之间，远远超出了最佳浓度区间。铝离子浓度高，电阻大，能耗高，氧化膜质量差，这些是业界共识。但受制于处理氧化废酸的环保压力，企业被迫选择提高铝离子控制上限，以牺牲氧化膜质量、增加氧化能耗为代价，来减少氧化废酸的排放。

氧化液中，有Al³⁺、H⁺和SO₄ ^2-，没加电场时，这三种离子在氧化液中的运动方式为两种：震动和漂移。以Al³⁺为例，其运动方式为：

(1)、以某一平衡点为中心的球形区间内震动，通过球心的最大截面为其影响区域，称为震荡截面；

(2)、从一个平衡点漂移到下一个平衡点，然后继续震动，这种迁移叫漂移运动；漂移是无序的，震动是永恒的；

加电场后，各离子除漂移和震动外，还有沿电力线方向的定向运动，浓度逐步形成梯度分布：

(3)、SO₄ ^2-加电场后向阳极运动，形成阳极附近浓度高，阴极附近浓度低的梯度分布；在阳极，形成如下电化学反应：

SO₄ ^2--2e＝2O+SO₂↑(失去电子、释放氧原子)(1)

2Al+3O＝Al₂O₃(放热反应、制氧化膜)(2)

Al₂O₃+3H⁺＝2Al³⁺+3OH^-(氧化膜溶解)(3)

(4)、Al³⁺、H⁺加电场后向阴极运动，形成阴极附近浓度高，阳极附近浓度低的梯度分布；在阴极，形成如下电化学反应：

2H⁺+2e＝H₂↑(得到电子，释放氢气)(4)

由于离子半径不同，H⁺先于Al³⁺到达阴极表面，又由于电位不同，H⁺优先获得电子，Al³⁺只能停留在氧化液中不断积累。由(1)(4)式可知，两极处的导电能力是由阳极处的SO₄ ^2-和阴极处的H⁺的浓度决定的。随着电解的持续，两极附近的离子不断消耗，需要远端的SO₄ ^2-和H⁺不断补充，使氧化持续进行。这时，SO₄ ^2-和H⁺向两极移动的难易程度，决定槽液导电能力大小的核心问题，直接由铝离子浓度决定。假设在氧化液中，平行于两极的某一面积为A的截面，穿过的铝离子震动中心的数目为N,每一个铝离子的震荡截面为S,则该截面上铝离子的总拦截面积为NS,SO₄ ^2-和H⁺通过该截面时，受铝离子拦截影响较小的有效面积为A-NS。由此可知，铝离子浓度越高，N越大，有效面积A-NS越小，SO₄ ^2-和H⁺通过的难度越大，槽液电阻越大。但依据(3)式，降低铝离子浓度，反应向右边移动，氧化膜溶解加快，故铝离子浓度不能太低。生产实践证明，氧化槽铝离子最佳浓度为3-8g/L，此区间膜层最佳，槽液电阻较小，能耗低，而低能耗和高膜层质量，必须保证铝离子浓度低于8g/L。为此，必须对氧化槽的铝离子进行特殊处理，既降低铝离子，又回收含硫酸氧化液和含铝副产品，彻底解决铝离子超过20g/L时倒掉一部分氧化液的弊端。

中国专利201320875536.9提出用煲模液中和阳极氧化液回收氢氧化铝的方法，确实可以回收满足国标GB4294-2010要求的氢氧化铝。但此方法牺牲了本可回收利用的氧化液中的硫酸，实在可惜。按中国专利201410126857.8、201611043945.7、201611042044.6、201610995717.3、201611038294.2、201611002760.1提供的方法，可用化学方法从氧化液中单独结晶铝离子，生产铵矾，硫酸全部回收再用。但这些发明专利提供的回收系统配置，不够完善，回收率低、加药劳动强度高，不能满足大规模工业化生产需求。上述的专利中，回收液直接返回氧化槽中再利用。但是硫酸铝铵的溶解度随温度变化较大，在室温下仍有较高的溶解度，回收的氧化液质量不佳。

另外，如图2所示的现有技术铝合金阳极氧化线槽位布置，在10#氧化槽后配置11#、12#流动水洗槽。铝材水洗时，带入含硫酸、铝离子和铵离子的氧化液，增加了处理废酸和氨氮的压力，也造成了药剂的浪费。

铝材在氧化槽进行氧化时会使氧化液温度上升，需要使用冰机用于对氧化槽内的氧化液降温。现有技术中，采用自来水给冰机除霜，浪费大量自来水。

发明内容

本发明的目的在于提出一种铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统，具有降低环保压力、节省水利资源的特点。

本发明的目的在于提出一种铝合金氧化液回收与冷却设备结晶清除工艺，具有劳动强度低、节省水利资源的特点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统，包括氧化液收集系统、氧化液处理系统、氧化液分离系统、氧化液回收及再结晶系统和再结晶冷却系统；

氧化液收集系统包括氧化槽、一号泵、反应罐和管道，氧化槽、一号泵和反应罐通过管道依次连通，一号泵用于将氧化槽内的氧化液泵入反应罐内；

氧化液处理系统用于向反应罐中添加药剂，使反应罐内的氧化液与药剂混合液形成固液混合物；

氧化液分离系统包括回收罐、离心机和管道，二号泵、回收罐和离心机通过管道依次连通，二号泵与反应罐的固液混合物出口通过管道相连通，二号泵用于将反应罐中的固液混合物泵入回收罐，离心机用于分离固液混合物；

氧化液回收及再结晶系统包括结晶罐和管道，结晶罐的进料口通过管道与离心机连通，结晶罐的上清液出口通过管道与二号泵连通，二号泵通过管道与氧化槽连通，结晶罐的再结晶混合物出口通过管道与二号泵连通，二号泵用于将结晶罐内的上清液泵入氧化槽以及用于将结晶罐内的再结晶混合物泵入回收罐；

再结晶冷却系统包括热交换器和管道，热交换器通过管道与结晶罐相连通，热交换器用于对结晶罐中的液体降温。

经离心机进行固液分离得到的液体进入结晶罐进行再结晶处理，结晶罐的上清液送回氧化槽回收，再结晶的固液混合物进入回收罐经离心机再次分离，能够进一步提高铝离子和硫酸的回收率。采用热交换器对结晶罐中的液体降温，降低硫酸铝铵的溶解度，能够进一步提高铝离子和硫酸的回收率。

进一步的，还包括水洗药剂截留系统和冷却设备结晶清除系统；

水洗药剂截留系统包括流动水洗槽和不流动水洗槽，流动水洗槽、不流动水洗槽和氧化槽依次连通，流动水洗槽和不流动水洗槽用于向氧化槽补水；

冷却设备结晶清除系统包括热交换器和管道，热交换器通过管道与氧化槽相连通，热交换器用于对氧化槽内的氧化液降温，不流动水洗槽与热交换器通过管道相连通，不流动水洗槽中的液体经过热交换器进入氧化槽中。

用不流动水洗槽截留铝材带出氧化液，借助氧化液回收后氧化槽缺水、液位下降的反应机理，由流动水洗槽和不流动水洗槽向氧化槽反向补水，回收流动水洗槽和不流动水洗槽截留的氧化液。利用不流动水洗槽反向补水时的水流对热交换器进行结晶清除，不仅能够节约水资源，还能够使补水的水流降温。

进一步的，氧化液处理系统包括加药罐、二号泵和管道，反应罐的上部连接有循环管，循环管与二号泵连通，加药罐的进液口通过管道与循环管相连通，反应罐固液混合物出口与二号泵相连通，反应罐固液混合物出口与二号泵之间的管道与加药罐的加药管道相连通，二号泵用于带动加药罐中的药液自加药管道和循环管进入反应罐；

加药时，借助反应罐、二号泵和循环管形成大循环的负压，开启加药罐进液管道、加药罐、加药罐管道和二号泵的小循环，实现低位加药，既降低了劳动强度，又杜绝了高位作业的风险。

进一步的，流动水洗槽和不流动水洗槽有两个，按照流动水洗槽、流动水洗槽、不流动水洗槽、不流动水洗槽和氧化槽顺序依次连通。因此，多个槽位的设置能够充分截留铝材水洗时带出的氧化液。

进一步的，反应罐设置有至少一根上清液排出管，上清液排出管与结晶罐相连通。反应罐的上清液能够通过上清液排出管进入结晶罐中。在反应罐排出固液混合物前，将上清液排入结晶罐中，能够降低固液分离总量，使系统更适用于大规模工业生产需求。

进一步的，反应罐、回收罐、结晶罐和加药罐中均设置有电搅拌器，以便于对罐内物质进行搅拌。

一种采用上述铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统的工艺，包括以下步骤：

(1)氧化液收集：一号泵将氧化槽内的氧化液泵入反应罐，反应罐中的氧化液达到预设量时，关闭一号泵；

(2)氧化液处理：开启二号泵，使反应罐内的氧化液在反应罐、二号泵、循环管中循环流动，部分氧化液通自加药罐的进液口进入加药罐内，并在加药罐中添加药剂，加药罐中的药液通过加药管道由二号泵带动进入循环管内，之后进入反应罐中，药剂添加量到达预设量时，停止加药，关闭二号泵，反应罐内氧化液与药剂的混合液静置，形成固液混合物；

(3)氧化液分离：二号泵将反应罐中的固液混合物泵入回收罐，开启离心机，分离固液混合物为回收液和结晶产品，将回收液输送至结晶罐再结晶；

(4)氧化液回收：结晶罐中的上清液经二号泵回收至氧化槽；

(5)再结晶回收：二号泵将结晶罐中的再结晶混合物泵入回收罐，再次进行固液混合物分离；

(6)水洗药剂截留：流动水洗槽内的液体进入不流动水洗槽，不流动水洗槽的液体进入氧化槽，对氧化槽补水，回收不流动水洗槽截留的药剂；

(7)冷却设备结晶清除：不流动水洗槽内的液体经热交换器进入氧化槽，清洗热交换器，清除热交换器上的结晶；

(8)再结晶冷却：所述热交换器对结晶罐中的液体进行降温，当结晶罐中的液体温度低于预设值时，所述热交换器停止运作。

采用上述的回收工艺，不仅能够提高回收率，还实现了低位加药，既降低了劳动强度，又杜绝了高位作业的风险。并且，氧化槽补水步骤能回收流动水洗槽和不流动水洗槽截留的氧化液，降低废水处理的环保压力，还能回收氧化液。利用不流动水洗槽反向补水时的水流对热交换器进行结晶清除，不仅能够节约水资源，还能够使补水的水流降温。对结晶罐中的液体降温，进一步提高铝离子和硫酸的回收率。

进一步的，加药罐中的药剂为硫酸铵，当硫酸铵添加量达到氧化液中待清除铝离子量2.45倍重量时，停止加药。通过精准计算加药量能够保证氧化液中的铝离子能够被充分清除，又可以防止加药量过大影响回收液的质量。

进一步的，在步骤((3)中，反应罐中的固液混合物泵入回收罐之前，将反应罐内上部的上清液排入结晶罐中。从而可以降低固液分离的总量。

进一步的，反应罐、回收罐、结晶罐和加药罐中均设置有电搅拌器；在步骤(2)的加药过程中，开启反应罐和加药罐中的电搅拌器；在步骤(3)中，开启回收罐中的电搅拌器，在步骤(5)中，开启结晶罐中的电搅拌器。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用在反应罐初次结晶、回收罐分离和结晶罐再次结晶，能够充分回收氧化液中的铝离子和硫酸，回收率高；对结晶罐中的液体降温，能够进一步提高铝离子和硫酸的回收率，提高回收氧化液的质量；

2、氧化槽与反应罐连通，结晶罐与氧化槽连通，能够实现氧化液在线处理，铝离子和硫酸回收与铝合金表面处理互不干扰，可同时进行；

3、利用二号泵工作时的负压，加药罐自动加药，实现低位加药，既降低了劳动强度，又杜绝了高位作业的风险；

4、回收率提高、低位加药以及上清液排出管、溢流管的设置，使得本发明的系统和工艺更加萌购满足大规模工业化生产需求；

5、采用水洗药剂截留系统，用不流动水洗槽截留铝材带出氧化液，借助氧化液回收后氧化槽缺水、液位下降的反应机理，由流动水洗槽和不流动水洗槽向氧化槽反向补水，回收流动水洗槽和不流动水洗槽截留的氧化液，不仅可以降低废水处理的环保压力，还能回收氧化液；

6、利用不流动水洗槽反向补水时的水流对热交换器进行结晶清除，不仅能够节约水资源，还能够使补水的水流降温。

附图说明

图1是本发明一个实施例的铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统的结构示意图；

图2是现有技术中铝合金阳极氧化线槽位布置图；

图3是现有技术氧化槽配备的硫酸回收机的结构示意图。

其中：氧化槽1、一号泵2、反应罐3、溢流管31、二号泵4、回收罐5、离心机6、结晶罐7、加药罐8、加药管道81、加药罐的进液管82、流动水洗槽9、不流动水洗槽10、换热器11、一号阀01、二号阀02、三号阀03、四号阀04、五号阀05、六号阀06、七号阀07、八号阀08、九号阀09、十号阀010、十一号阀011、十二号阀012、十三号阀013、十四号阀014、十五号阀015、十六号阀016、十七号阀017、十八号阀018、十九号阀019、二十号阀020、二十一号阀021、二十二号阀022、二十三号阀023、二十四号阀024、二十五号阀025、二十六号阀026；

氧化槽100、硫酸回收机101、渗透膜102、泵103。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。

一、阳极氧化液中铝离子和硫酸回收的理论依据

铝合金氧化时，按(3)式，部分氧化膜被溶解，大约4Kg/T(400m2)的铝溶入硫酸氧化液。在此氧化液中加入硫酸铵，则发生如下反应：

Al₂(SO₄)₃+(NH₄)₂SO₄+12H₂O＝2NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O↓(5)

在160-200g/L硫酸、含铝和铵离子的条件下，硫酸铝铵NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O结晶析出，残留铝离子的多少与结晶温度和时间有关。

二、定量分析实验结果

取阳极氧化液1升，游离硫酸183.9g/L，Al³⁺20.20g/L，电导率152.5s/m，温度25℃，添加硫酸铵进行实验。结晶20分钟后，即时测量槽液的硫酸浓度、铝离子浓度和电导率，结果如表1所示：

表1槽液参数随不同浓度硫酸铵的变化规律

按(5)式，每结晶1g/L Al³⁺，需要添加2.45g/L硫酸铵，氧化液初始Al³+20.20g/L，完全结晶析出需消耗硫酸铵49.49g/L。表1及其配套实验表明：

1、氧化液中添加硫酸铵，常温下，短时间内可结晶析出硫酸铝铵；

2、随着硫酸铵添加量的增加，铝离子逐步降低，但降幅收窄；

3、随着结晶时间增加，铝离子进一步降低；

4、氧化液中硫酸铝铵在30℃时的溶解度为170g/L,20℃时的溶解度为150g/L,10℃时的溶解度为130g/L,随着结晶温度降低，铝离子浓度降低；即使铵离子过量、低温和长时间结晶，铝离子也不能完全结晶析出；

5、即使铵离子过量、低温和长时间结晶，铝离子也不能完全结晶析出；

6、随着硫酸铵添加量的增加，硫酸浓度增加；

7、随着硫酸铵添加量的增加，电导率增加。

三、铝合金阳极氧化槽铝离子与硫酸回收工艺配置

依据反应式(5)及表1的实验结果，结合氧化线连续生产的实际，硫酸与水洗药剂截留回收、副产品的收集时，由于铵钒的溶解度对温度非常敏感，氧化液的温度为20℃时，铵钒溶解度为150g/L,热交换器(冰机或板式交换器)热交换处的温度为5℃以下，铵钒溶解度低于100g/L。回收系统长时间工作时，夏天回收液的温度可能达到30℃，这时铵钒的溶解度为170g/L，随着氧化液回收进氧化槽，温度降低至20℃，这时铵钒溶解度为150g/L,部分铵钒在氧化槽结晶析出，一部分沉降在槽底，一部分附着在氧化材表面，形成挂灰，造成停产；若回收系统配置制冷设备，在低温下(低于氧化槽温度)再结晶铵钒、并在低温下将回收液送回氧化槽，则因为氧化液温度相对较高，送回的是铵钒不饱和槽液，不会析出结晶，可安全生产。考虑到铵钒溶解度的特性，铝阳极氧化液回收与冷却设备结晶清除系统按图1设计。

本回收系统按年产10万吨的氧化铝型材设计。年产10万吨铝型材，产生氧化废液20000吨，溶铝量为400吨左右。

为了实现处理20000吨氧化废液的目标，附图中配置1个40M³氧化废液反应罐，1个40M³氧化液回收罐，1个40M³氧化液结晶罐，1个10M³加药罐，一台离心机，以及配套的管道、泵和阀门。

考虑到氧化液不易长途管道输送的特点，本系统应设置单独的氧化废液处理区域，紧邻氧化车间，方便将处理后的氧化液直接用管道输送回氧化槽。

与氧化废液接触的罐、泵、阀和管道，必须按耐酸设计，考虑到氧化废液不分解，不堵塞管道和阀门，选用耐酸泵，从氧化槽布管及阀门，将氧化废液抽至反应罐，反应罐中采用电机搅拌。

铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统，包括氧化液收集系统、氧化液处理系统氧化液分离系统、氧化液回收及再结晶系统、水洗药剂截留系统和冷却设备结晶清除系统。

氧化液收集系统包括氧化槽1、一号泵2、反应罐3和管道，氧化槽1、一号泵2和反应罐3通过管道依次连通，一号泵2用于将氧化槽1内的氧化液泵入反应罐3内，氧化液在反应罐3中形成固液混合物。在氧化槽1与一号泵2之间设置有一号阀01。反应罐3底部设置有固液混合物出口，并在该出口处设置十号阀010。反应罐3中设置有电搅拌器，以便于对反应罐3中的氧化液进行搅拌，能够使加入的药剂与氧化液混合均匀。

氧化液处理系统包括加药罐8、二号泵4和管道。反应罐3的上部连接有循环管32，循环管32与二号泵4连通。二号泵4与氧化槽1相连通的管道的一端与氧化槽1连通，另一端通过三通管与循环管32相连通，可以简化系统的管路结构。三通管与二号泵4之间设置有七号阀07。

加药罐8的进液口通过管道与循环管32相连通，连通处位于七号阀07与二号泵4之间。，该管道上设置有十二号阀012。反应罐3固液混合物出口与二号泵4之间的管道与加药罐8的加药管道81相连通，该连通处位于六号阀06与二号泵4之间的管道。二号泵4用于带动加药罐8中的药液自加药管道81和循环管32进入反应罐3。

加药时，借助反应罐3、二号泵4和循环管32形成大循环的负压，开启加药罐进液管道82、加药罐8、加药罐管道81和二号泵4的小循环，实现低位加药，既降低了劳动强度，又杜绝了高位作业的风险。

氧化液分离系统包括回收罐5、离心机6和管道，二号泵4、回收罐5和离心机6通过管道依次连通，二号泵4与反应罐3的固液混合物出口通过管道相连通，二号泵4用于将反应罐3中的固液混合物泵入回收罐5，离心机6用于分离固液混合物。回收罐5的进口处设置有十六号阀016，出口处设置有十七号阀017。回收罐5中设置有电搅拌器，以便于回收罐5中的固液混合物顺利进入离心机6。

反应罐3上部设置有溢流管31，溢流管31与结晶罐7相连通。当反应罐3内液体过多时，可通过溢流管31进入结晶罐7，防止外泄，使系统更适用于大规模工业生产需求。

氧化液回收及再结晶系统包括结晶罐7和管道。结晶罐7的进料口通过管道与离心机6连通。结晶罐7的上清液出口通过管道与二号泵4连通，二号泵4通过管道与氧化槽1连通，结晶罐7的再结晶混合物出口通过管道与二号泵4连通，二号泵4用于将结晶罐7内的上清液泵入氧化槽1以及用于将结晶罐7内的再结晶混合物泵入回收罐5。结晶罐7设置有电搅拌器，以便于结晶罐7中的再结晶混合物顺利进入回收罐5中。

反应罐3设置有上清液排出管，上清液排出管与结晶罐7相连通。反应罐3的上清液能够通过上清液排出管进入结晶罐7中。在反应罐3排出固液混合物前，将上清液排入结晶罐7中，能够降低固液分离总量。

本实施方式中，上清液排出管有两根，分别设置在反应罐3上的不同高度，多跟上清液排出管分别与结晶罐7上的不同高度相连，两根上清液排出管均与二号泵4相连通。多根上清液排出管在不同高度设置，能够根据实际情况选择合适高度上的上清液排出管，还可以同时选用多根上清液排出管，增大上清液排出速度，使系统更适用于大规模工业生产需求。

在其他实施方式中，上清液排出管可以是一根或多于两根。

结晶罐7的上清液出口与上清液排出管相连通。两根上清液排出管靠近反应罐3处分别设置有二号阀02和三号阀03。两根上清液排出管靠近结晶罐7处分别设置有四号阀04和五号阀05。结晶罐7的再结晶混合物出口处设置有十一号阀011。

反应罐3固液混合物出口的管道、结晶罐7再结晶混合物出口的管道及二号泵4与上清液连接的管道通过四通管连通。二号泵4与四通管之间设置有六号阀06。二号泵4与氧化槽1相连通的管道上设置有九号阀09，可以简化系统的管路结构。

水洗药剂截留系统包括流动水洗槽9和不流动水洗槽10，流动水洗槽9、不流动水洗槽10和氧化槽1依次连通，流动水洗槽9和不流动水洗槽10用于向氧化槽1补水。

本实施方式中，流动水洗槽9和不流动水洗槽10均有两个，按照流动水洗槽9、流动水洗槽9、不流动水洗槽10、不流动水洗槽10和氧化槽1顺序依次连通。并且流动水洗槽9、不流动水洗槽10、不流动水洗槽10和氧化槽1的两两之间分别设置有二十号阀020、十九号阀019和十八号阀018。靠近不流动水洗槽10的流动水洗槽9设置有出水管，出水管处设置有二十一号阀021。另一流动水洗槽9设置有进水管。

再结晶冷却系统包括热交换器11和管道，热交换器11通过管道与结晶罐7相连通，热交换器11用于对结晶罐7中的液体降温。两根上清液排出管之一与热交换器11的进口连通，另一上清液排出管通过管道与热交换器11的出口连接，使得结晶罐7中的液体能在热交换器11与结晶罐7之间循环，实现对结晶罐7内液体的降温。两根上清液排出管与热交换器11的连接管道上分别设置有二十五号阀25和二十六号阀26。

冷却设备结晶清除系统包括管道，热交换器11通过管道与氧化槽1相连通，热交换器11用于对氧化槽1内的氧化液降温，不流动水洗槽10与热交换器11通过管道相连通，不流动水洗槽10中的液体经过热交换器11进入氧化槽1中。热交换器11的进口与不流动水洗槽之间的管道上设置有二十二号阀022，热交换器11的进口与氧化槽1之间的管道上设置有二十三号阀023，热交换器11的出口与氧化槽1之间的管道上设置有二十四号阀024。

依托上述系统设置，将铝加工厂海量的氧化废液输送至反应罐，按2.45倍铝离子浓度重量添加硫酸铵，结晶析出硫酸铝铵，实现硫酸氧化液完全回收，并回收大量的硫酸铝铵副产品。铝合金氧化液回收与冷却设备结晶清除工艺，包括以下步骤：

(1)氧化液收集：一号泵2将氧化槽1内的氧化液泵入反应罐3，反应罐3中的氧化液达到预设量时，关闭一号泵2；

(2)氧化液处理：开启二号泵4，使反应罐3内的氧化液在反应罐3、二号泵4、循环管32中循环流动，部分氧化液通自加药罐8的进液口进入加药罐8内，并在加药罐8中添加药剂，加药罐8中的药液通过加药管道81由二号泵4带动进入循环管32内，之后进入反应罐3中，药剂添加量到达预设量时，停止加药，关闭二号泵4，反应罐3内氧化液与药剂的混合液静置，形成固液混合物；

(3))氧化液分离：二号泵4将反应罐3中的固液混合物泵入回收罐5，开启离心机，分离固液混合物为回收液和结晶产品，将回收液输送至结晶罐7再结晶；

(4)氧化液回收：结晶罐7中的上清液经二号泵4回收至氧化槽1；

(5)再结晶回收：二号泵7将结晶罐7中的再结晶混合物泵入回收罐5，再次进行固液混合物分离；

(6)氧化槽补水：流动水洗槽9内的液体进入不流动水洗槽10，不流动水洗槽10的液体进入氧化槽1，对氧化槽1补水，回收不流动水洗槽10截留的药剂；

(7)冷却设备结晶清除：不流动水洗槽内的液体经热交换器进入氧化槽，清洗热交换器，清除热交换器上的结晶；

(8)再结晶冷却：热交换器对结晶罐中的液体进行降温，当结晶罐中的液体温度低于预设值时，热交换器停止运作。

进一步的，加药罐中的药剂为硫酸铵，当硫酸铵添加量达到氧化液中待清除铝离子量2.45倍重量时，停止加药。通过精准计算加药量能够保证氧化液中的铝离子能够被充分清除，又可以防止加药量过大影响回收液的质量。

进一步的，在步骤(3)中，反应罐3中的固液混合物泵入回收罐5之前，将反应罐3内上部的上清液排入结晶罐7中。从而可以降低固液分离的总量。

进一步的，反应罐3、回收罐5、结晶罐7和加药罐8中均设置有电搅拌器；在步骤(2)的加药过程中，开启反应罐3和加药罐8中的电搅拌器；在步骤(3)中，开启回收罐5中的电搅拌器，在步骤(5)中，开启结晶罐7中的电搅拌器。

具体的工艺流程如下：

1、氧化液收集：打开一号阀01，关闭二号阀02、三号阀03和十号阀010，开启一号泵2，将氧化槽1中的待处理氧化液泵入反应罐3至溢流口下15cm，完成收集待处理氧化液进反应罐流程；

2、氧化液处理：关闭二号阀02、三号阀03、九号阀09、十一号阀011和十四号阀014，开启反应罐3中的电搅拌器；打开六号阀06、七号阀07、八号阀08和十号阀010，开启二号泵4，循环待处理氧化液；在保持大循环待处理氧化液的条件下，打开十二号阀012，向加药罐添7加待处理氧化液；开启加药罐8添的电搅拌器，添加硫酸铵至加药罐8；打开十三号阀013，开启加药罐8的小循环，将含铵离子氧化液泵入反应罐3；当硫酸铵添加量达到待清除铝离子量2.45倍重量时，停止加药；反应罐3中的电搅拌器继续搅拌30分钟，至硫酸铵完全溶解，停止搅拌；沉淀、静置60分钟，反应罐3中的氧化液与硫酸铵混合液转变为固液混合物，完成待处理氧化液化学处理流程；

3、氧化液分离：打开二号阀02、四号阀04或者打开三号阀03、五号阀05，将反应罐3中的上清液放入结晶罐7，减少固液分离总量；关闭七号阀07、十五号阀015和十七号阀017，打开十号阀010、六号阀06、十四号阀014和十六号阀016，开启二号泵4，将反应罐3中的固液混合物泵入回收罐5；开启回收罐5中的电搅拌器和离心机6；打开十七号阀017，固液分离铵钒，并将回收液输送至结晶罐7再结晶，完成氧化液分离系统操作流程；

4、氧化液回收：关闭二号阀02、三号阀03、八号阀08、十号阀010、十一号阀011和十四号阀014，打开六号阀06、七号阀07和九号阀09，打开四号阀04或五号阀05，开启二号泵4，将结晶罐7中的上清液送回氧化槽1，完成氧化液回收操作流程；

5、再结晶铵钒回收：关闭二号阀02、三号阀03、四号阀04、五号阀05、七号阀07、十号阀010、十一号阀011、十三号阀013和十五号阀015，开启结晶罐7中的电搅拌器，打开十一号阀011、六号阀06、十四号阀014和十六号阀016，将再结晶混合物泵入回收罐5，重复固液分离操作流程，完成再结晶铵钒回收操作流程。

6、水洗槽药剂截留：打开十八号阀018、十九号阀019和二十号阀020，关闭二十一号阀021，水流由流动水洗槽9、流动水洗槽9、不流动水洗槽10、不流动水洗槽10流向氧化槽1流动，反向补水。回收两个不流动水洗槽10截留的氧化液，该氧化液是由铝材自氧化槽带出的，完成水洗槽药剂截留与回收操作流程。

7、冷却设备结晶清除：关闭二十三号阀023、二十一号阀021、十八号阀018，打开十九号阀019、二十号阀020、二十二号阀022和二十四号阀024，开启热交换器11，水流由流动水洗槽9、不流动水洗槽10、经热交换器11流向氧化槽1，向氧化槽1反向补水。回收不流动水洗槽截留的氧化液，清洗热交换器11，完成冷却设备结晶清除。

8、再结晶冷却：关闭四号阀04、五号阀05、二十二号阀022、二十三号阀023和二十四号阀024，打开二十五号阀025和二十六号阀026，开启热交换器11，对结晶罐7中的液体降温，使结晶罐7中的液体在低温下再结晶。当结晶罐7中的结晶液温度低于5℃时，停止冷却；结晶罐7中的上清液相对于氧化槽1的温度是铵钒不饱和氧化液，送回氧化槽1；结晶罐7底部的结晶固液混合物送入回收罐5，再次进行固液分离，完成再结晶冷却操作流程。

铝离子结晶析出、氧化液循环使用，回避了倒掉氧化液造成的硫酸和铝资源的巨大浪费，减少了处理这些废液及废渣的环保成本。按表1，铝离子的降低，意味着槽液电阻的降低。表1中，Al³⁺20.20g/L时，电导率152.5s/m；Al³⁺9.00g/L时，电导率164.25s/m。电导率增加7.7％，即氧化液电阻降低7.7％。铝加工企业，氧化一吨铝材，大约消耗1000度电，降低7.7％的电阻，意味着少用77度电；考虑到电流通过时，槽液电阻使槽液升温，还需热交换器降温耗能，结晶铝离子、降低槽液电阻、减少降温能耗，节能指标可进一步提高。

本发明采用在反应罐初次结晶、回收罐分离和结晶罐再次结晶，能够充分回收氧化液中的铝离子和硫酸，回收率高。铝离子的回收率高达90％。氧化槽与反应罐连通，结晶罐与氧化槽连通，能够实现氧化液在线处理，铝离子和硫酸回收与铝合金表面处理互不干扰，可同时进行；利用二号泵工作时的负压，加药罐自动加药，实现低位加药，既降低了劳动强度，又杜绝了高位作业的风险；回收率提高、低位加药以及上清液排出管、溢流管的设置，使得本发明的系统和工艺更加萌购满足大规模工业化生产需求；本发明的管路系统结构简单，易于在工厂布置，节约占地面积。

本发明进一步利用不流动水洗槽，截留铝材带出的氧化液，不但能够对因铵钒回收氧化液后液位下降的氧化槽进行补水，还能够进一步回收氧化液，降低废水处理的环保压力。

本发明进一步利用反向补水时的水流清洗热交换器11，完成冷却设备结晶清除，节约水资源。

本发明进一步将结晶罐中的液体降温，使其再结晶，进一步提高铝离子和硫酸的回收率，提高回收氧化液质量。

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)

1.一种铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统，其特征在于，包括氧化液收集系统、氧化液处理系统、氧化液分离系统、氧化液回收及再结晶系统和再结晶冷却系统；

所述氧化液收集系统包括氧化槽、一号泵、反应罐和管道，所述氧化槽、一号泵和反应罐通过管道依次连通，所述一号泵用于将氧化槽内的氧化液泵入反应罐内；

所述氧化液处理系统用于向反应罐中添加药剂，使反应罐内的氧化液与药剂混合液形成固液混合物；

所述氧化液分离系统包括回收罐、离心机和管道，所述二号泵、回收罐和离心机通过管道依次连通，所述二号泵与反应罐的固液混合物出口通过管道相连通，所述二号泵用于将反应罐中的固液混合物泵入回收罐，所述离心机用于分离固液混合物；

所述氧化液回收及再结晶系统包括结晶罐和管道，所述结晶罐的进料口通过管道与离心机连通，所述结晶罐的上清液出口通过管道与二号泵连通，所述二号泵通过管道与氧化槽连通，所述结晶罐的再结晶混合物出口通过管道与二号泵连通，所述二号泵用于将结晶罐内的上清液泵入氧化槽以及用于将结晶罐内的再结晶混合物泵入回收罐；

所述再结晶冷却系统包括热交换器和管道，所述热交换器通过管道与结晶罐相连通，所述热交换器用于对结晶罐中的液体降温。

2.根据权利要求1所述的铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统，其特征在于，还包括水洗药剂截留系统和冷却设备结晶清除系统；

所述水洗药剂截留系统包括流动水洗槽和不流动水洗槽，所述流动水洗槽、不流动水洗槽和氧化槽依次连通，所述流动水洗槽和不流动水洗槽用于向氧化槽补水；

所述冷却设备结晶清除系统包括管道，所述热交换器通过管道与氧化槽相连通，所述热交换器用于对氧化槽内的氧化液降温，所述不流动水洗槽与热交换器通过管道相连通，所述不流动水洗槽中的液体经过热交换器进入氧化槽中。

3.根据权利要求2所述的铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统，其特征在于，所述氧化液处理系统包括加药罐、二号泵和管道，所述反应罐的上部连接有循环管，所述循环管与二号泵连通，所述加药罐的进液口通过管道与循环管相连通，所述反应罐固液混合物出口与二号泵相连通，所述反应罐固液混合物出口与二号泵之间的管道与加药罐的加药管道相连通，所述二号泵用于带动加药罐中的药液自加药管道和循环管进入反应罐。

4.根据权利要求2所述的铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统，其特征在于，所述流动水洗槽和不流动水洗槽均有两个，按照流动水洗槽、流动水洗槽、不流动水洗槽、不流动水洗槽和氧化槽顺序依次连通。

5.根据权利要求1所述的铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统，其特征在于，所述反应罐设置有至少一根上清液排出管，所述上清液排出管与结晶罐相连通。

6.根据权利要求3所述的铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统，其特征在于，所述反应罐、回收罐、结晶罐和加药罐中均设置有电搅拌器。

7.一种采用权利要求3所述铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)氧化液收集：所述一号泵将氧化槽内的氧化液泵入反应罐，所述反应罐中的氧化液达到预设量时，关闭一号泵；

(2)氧化液处理：开启所述二号泵，使所述反应罐内的氧化液在反应罐、二号泵、循环管中循环流动，部分氧化液通自加药罐的进液口进入加药罐内，并在加药罐中添加药剂，所述加药罐中的药液通过加药管道由二号泵带动进入循环管内，之后进入反应罐中，药剂添加量到达预设量时，停止加药，关闭二号泵，所述反应罐内氧化液与药剂的混合液静置，形成固液混合物；

(3)氧化液分离：所述二号泵将反应罐中的固液混合物泵入回收罐，开启离心机，分离固液混合物为回收液和结晶产品，将回收液输送至结晶罐再结晶；

(4)氧化液回收：所述结晶罐中的上清液经二号泵回收至氧化槽；

(5)再结晶回收：所述二号泵将结晶罐中的再结晶混合物泵入回收罐，再次进行固液混合物分离；

(6)水洗药剂截留：所述流动水洗槽内的液体进入不流动水洗槽，不流动水洗槽的液体进入氧化槽，对氧化槽补水，回收不流动水洗槽截留的药剂；

(7)冷却设备结晶清除：所述不流动水洗槽内的液体经热交换器进入氧化槽，清洗热交换器，清除热交换器上的结晶；

(8)再结晶冷却：所述热交换器对结晶罐中的液体进行降温，当结晶罐中的液体温度低于预设值时，所述热交换器停止运作。

8.根据权利要求7所述铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统的工艺，其特征在于，所述加药罐中的药剂为硫酸铵，当硫酸铵添加量达到氧化液中待清除铝离子量2.45倍重量时，停止加药。

9.根据权利要求7所述铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统的工艺，其特征在于，在所述步骤(3)中，反应罐中的固液混合物泵入回收罐之前，将反应罐内上部的上清液排入结晶罐中。

10.根据权利要求7所述铝合金氧化液回收与再结晶冷却系统的工艺，其特征在于，所述反应罐、回收罐、结晶罐和加药罐中均设置有电搅拌器；在步骤(2)的加药过程中，开启反应罐和加药罐中的电搅拌器；在步骤(3)中，开启回收罐中的电搅拌器，在步骤(5)中，开启结晶罐中的电搅拌器。