[发明专利]铝合金无氟无铵四合一砂面前处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及铝材表面处理技术领域，尤其涉及铝合金无氟无铵四合一砂面前处理工艺。

背景技术

铝合金砂面前处理工艺主要分为碱蚀、酸蚀和机械喷砂三大类。

传统的铝型材碱蚀工艺已沿用了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、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2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。标准的酸蚀槽位布置图3所示，显然，酸蚀是在原碱蚀工艺的除油槽和碱蚀槽之间插入酸蚀槽而成。4#酸蚀槽添加有50-80g/L的氟化氢铵，利用氟离子起砂、去机械纹，反应机理为：

3F^-+Al³⁺＝AlF₃(溶铝、起砂、去纹)(8)