[发明专利]铝合金阳极氧化槽铝离子和硫酸回收工艺

说明书

技术领域

本发明针对化工领域，涉及一种铝制产品加工废液的处理工艺，具体涉及铝合金阳极氧化废液的处理工艺。

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。