一种铝合金氧化槽铝离子和硫酸回收与水洗药剂截留系统及工艺技术方案

本发明专利技术公开了一种铝合金氧化槽铝离子和硫酸回收与水洗槽药剂截留系统，包括氧化液收集系统、氧化液处理系统、氧化液分离系统和水洗槽药剂截留系统。本发明专利技术还公开了一种铝合金氧化槽铝离子和硫酸回收与水洗槽药剂截留工艺，包括氧化液收集、氧化液处理、氧化液分离、氧化液回收、再结晶回收步骤和水洗药剂截留。本发明专利技术的系统和工艺氧化液回收率高；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；能满足大规模工业化生产需求。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金氧化槽铝离子和硫酸回收与水洗药剂截留系统及工艺
本专利技术涉及铝制产品加工的
，尤其涉及一种铝合金氧化槽铝离子和硫酸回收与水洗药剂截留系统及工艺。
技术介绍
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SO42-的拦截面积增加，严重阻碍H+向阴极、SO42-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SO42-，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)、SO42-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：SO42--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SO42-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SO42-和H+不断补充，使氧化持续进行。这时，SO42-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,SO42-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，SO42-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、20161104394本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金氧化槽铝离子和硫酸回收与水洗药剂截留系统，其特征在于，包括氧化液收集系统、氧化液处理系统、氧化液分离系统和水洗药剂截留系统；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；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。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金氧化槽铝离子和硫酸回收与水洗药剂截留系统，其特征在于，包括氧化液收集系统、氧化液处理系统、氧化液分离系统和水洗药剂截留系统；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；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。2.根据权利要求1所述的铝合金氧化槽铝离子和硫酸回收与水洗药剂截留系统，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。3.根据权利要求1或2所述的铝合金氧化槽铝离子和硫酸回收与水洗药剂截留系统，其特征在于，还包括氧化液回收及再结晶系统，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。4.根据权利要求3所述的铝合金氧化槽铝离子和硫酸回收与水洗药剂截留系统，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。5.根据权利要求3所述的铝合金氧化槽铝离子和硫酸回收与水洗药剂截留系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊映明，
申请(专利权)人：佛山市三水雄鹰铝表面技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44