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前言
隨著科學技術的發展、資源和能源的日益緊張,環保意識的不斷加強以及產業重心的轉移和優化重組,鋁型材(詞條“鋁型材”由行業大百科提供)產業加工裝備向著短流程、高效率、精密化、自動化、大型化方向發展;生產工藝向則向低能耗、低污染、綠色環保方向發展;產品向著高強度、高穩定、高性能、高附加值、多功能、多用途方面發展。
在鋁合金型材(詞條“鋁合金型材”由行業大百科提供)陽極氧化(詞條“陽極氧化”由行業大百科提供)表面處理工序中,堿蝕為一重要處理工藝,以去除天然氧化膜及型材表面輕微劃痕,使型材裸露出均勻的、新鮮的、理想的表面,以利于進行陽極氧化。
生產中當堿蝕槽鋁離子>35g/l時,槽液中的偏鋁酸鈉易發生水解(詞條“水解”由行業大百科提供)而生成氫氧化鋁沉淀、脫水、結塊變硬,且與槽壁結合十分牢固,需經常停產清理。
一、堿蝕添加劑(詞條“添加劑”由行業大百科提供)
針對偏鋁酸鈉的不穩定性,堿蝕中加入有機酸鈉鹽,使鋁離子與其產生絡合作用而使NaAlO2 不發生或較少水解,使最初水解生成的Al(OH)3晶核微粒不長大,即使發生也是軟沉淀而不是硬塊。其主要成分常為多羥基酸鈉鹽,如葡萄糖酸鈉、檸檬酸鈉、酒石酸鈉等;有的配方加入大量硝酸鹽或亞硝酸鹽,以提高表面光亮度,但產生氨氮污染;有的配方加入表面活性劑和增粘劑,以方便做堿砂,但產生大量淤泥;還有的加入一定量的緩蝕劑,以降低鋁的損耗和堿的消耗。具有如下特點:
1、 堿蝕添加劑的槽液只能與高濃度的Al3+(100~150g/L)共存,堿液才與鋁材發生均勻、緩蝕反應,達到整平作用,堿砂效果更好。
2、槽液粘度大、濃度高、溫度高,生產中帶出量較大,鋁材的損耗一般在2.5~3%;生產中須不斷補充液堿,以保持游離NaOH的濃度;
3、 帶出大量鋁離子只能經廢水站處理,存在大量污泥和水質污染問題,污泥中的氫氧化鋁較難回收。
堿蝕添加劑的堿槽 晶析法工藝的堿槽
二、晶析法堿回收
晶析法是根據偏鋁酸鈉的不穩定性,利用槽液中的Al(OH)3晶核(粒度在0.1微米左右),加速偏鋁酸鈉(NaAlO2)的水解,經沉淀、脫水將氫氧化鋁回收,氫氧化鈉溶液則回流到堿蝕槽再循環使用,節能環保。
堿回收為閉路循環生產裝置,堿蝕槽中的總堿含量穩定,鋁離子控制在28g/L左右,槽液成份相對穩定,晶析槽中的Al(OH)3晶核在配槽時一次性加入,在生產中抽取到晶析槽的堿液內含有大量NaAlO2,在晶析槽內晶核的影響下,也會析出部分Al(OH)3晶核,這樣循環生產,無需再加入晶核。
1、堿蝕槽NaOH的再生、回收
1.1堿蝕時的化學反應式(a)
(a) 2AL + 2NaOH+2H2O 2NaALO2 + 3H2
1.2堿蝕晶析槽中的化學反應(b)
(b)NaALO2 + 2H2O AL(OH)3 + NaOH
2NaALO2 + 4H2O 2AL(OH)3 + 2NaOH
(a)+(b) 2AL+ 6H2O 2AL(OH)3 + 3H2
1.3堿液回收過程,總堿含量不變,游離堿升高,鋁離子下降。(表1)
由表1可知,經分解后流回堿蝕槽的堿液濃度要高于流出的堿液濃度,這樣可補充堿蝕過程NaOH的消耗,生產中只需補充鋁材帶走的堿量,有效降低了NaOH的損耗。鋁離子也控制在28g/L以下,在此條件下生產的鋁材表面質量穩定,相對一致。
2、堿槽中鋁離子回收
當堿液中的Al3+達到28g/L(也即是NaALO2濃度高)時,將堿液抽到晶析槽內(已含有粒度在0.1微米左右的Al(OH)3晶核),經稀釋、冷卻、均速攪拌,促使堿液中的NaALO2分解,Al(OH)3沉淀物下沉到槽底,澄清的NaOH溶液溢流到回收桶,再抽回堿槽中循環使用;Al(OH)3漿液定期從晶析槽底部排出,用離心機洗滌脫水得到干狀Al(OH)3 晶體,洗滌液抽回晶析槽。
圖1 晶析槽攪拌
3、 晶析槽維護
3.1 Al(OH)3濃度分析與脫離
將晶析槽底部閥門打開,流出2~3分鐘后取樣,靜止45分鐘后測量Al(OH)3濃度,當漿液Al(OH)3濃度在38%~40%,做Al(OH)3分離處理,脫水處理中需用清水清洗1~2分鐘。 脫完渣后離心機應用清水清洗一遍。每隔15天左右要把濾布濾網拆下來清洗干凈從新裝上使用。
3.2晶析槽溫度控制在40~45℃。當晶析槽溫度達到44℃,把一半蓋子打開,溫度≥45℃,把全部蓋子打開。正常情況下,內圈液位≥外圈液位,內圈槽液渾濁,外圈槽液澄清。
3.3晶析槽溢流溝要定期清理一次(視溢流溝污泥量多少而定):把軟泥通過計量槽倒入晶析槽,硬泥不要,把它處理掉。晶析槽要定期查看有沒有Al(OH)3污泥沉淀,當Al(OH)3污泥達到一定厚度時,就把它清理干凈。
3.4晶析槽攪拌速度一般控制在550 r/min,堿液流出量控制在30 l/min以內,另外,攪拌機停止不能超過4小時,如需長時間停止維修,需用壓縮空氣攪拌;若攪拌機停止運轉(停電)半小時以上,開機時需將轉速提高,攪拌速度增加,運轉2~3個小時后恢復正常的轉速。
三、生產數據對比
3.1槽液成份
3.2化工損耗對比
3.3鋁離子的損耗
3.4廢水處理
堿回收生產控制中,堿蝕液中的Al3+{Al(OH)3}可以得到有效回收,槽液中的Al3+去除率可達55%;每生產一噸銀白料約可產生25~30kg的含水10~15% 的純Al(OH)3,可有效地減少廢水處理的污泥,達到防治污染的目的。
采用堿蝕回收設備,與加入堿蝕添加劑相比,堿液可再生、循環利用,液態NaOH(30%)損耗比加堿蝕添加劑約低70kg/噸,且槽液不加添加劑;晶析槽中的NaOH能大量回收重復利用,起到節能降耗的作用,且無有害物質產生。
結束語
采用堿蝕回收設備,前期投入較大,但生產中經晶析槽處理后的回流堿液濃度高于生產要求,可補充堿蝕過程NaOH的消耗,生產中只需補充鋁材帶走的堿量,液堿(30%)添加量為15~25kg/噸;回收的堿渣中氫氧化鋁的含量高達90%以上,具有很大的經濟效益,可加工成明礬、冰晶石、無機阻燃劑等。
從環境保護及生產成本來看,采取堿回收裝置不僅具有明顯的環境效益優勢,且經濟效益方面也具有很大發展前景。
參考文獻
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[4] 徐溢,徐斌 《含高鋁高堿廢液廢渣分析及回收利用》