铝型材表面处理中的水处理论文.pdf

论 文 分 享 铝型材表面处理中的水处理铝型材表面处理中的水处理颜勇 曲阜远东铝业有限公司 山东曲阜2 7 3 1 0 0 摘要 铝型材表面处理过程中一个显著的特点 就是铝型材的表面处理大部分工序要在液体环境下完成 在多种功能的槽液内依次完成 槽液反应 水洗 污水处理构成了铝型材表面处理过程中的水循环 正是由于这种特殊介质的水循环 造成了铝型材加工行业是一个高度水污染的行业 成为制约铝型材发展的瓶颈 本文将分别从槽液的保养 水洗及污水处理等方面探索提高铝型材表面处理效果 减少与治理水污染的途径 关键词 纯水 软化水 离子交换 胶羽 混凝 胶凝 错离子铝型材表面处理大部分工序是在液体环境进行的 之所以选择这种方式 这是由于液体环境下的表面处理存在以下优势 处理完全 效果明显 这主要是由于槽液与型材的接触充分 反应面积增加 处理效率高 速度快 这主要得益于槽体的体积大 型材挂装严谨 整齐 水环境的导电性好 电离效果好 有利于阴 阳离子的运动 提高不同电荷离子的吸附作用 对各项工艺参数控制方便 不同成分含量的溶液可以任意调配 尽管有上述优势 但同时存在着工艺复杂 槽液成分的差异性大 型材在不同槽液间周转速度快等特点 槽液间交叉污染比较普遍 特别是游离状态的金属离子 酸根 氢氧根离子 在一些特定环境下 是铝型材表面处理工艺条件所不需要的 铝型材表面处理所要求的水环境是特定要求的 有着严格的成分含量界定的 本文将从以下三个方面讲述 1 槽液的保养槽液的保养所涉及的槽体是专用特殊的化工原料配制的槽液 铝型材表面在这部分槽液中要发生一些化学反应 此类槽应界定为化学反应槽 这其中包括 脱脂槽 碱蚀槽 中和槽 氧化槽 铬化槽 着色槽 封孔槽 E D 槽等 铝型材表面在这些槽中发生的反应 有些是在常温常压条件下进行 有些需要加温 有些需要通电 通电的情况又有高压与低压 交流电与直流电之分 所以说槽液的控制是铝型材表面处理工艺控制的一个关键问题 7 0 81 1 碱蚀槽的保养碱蚀槽是所有化学反应槽中铝型材与之反应最为剧烈的 类似于液体沸腾时产生的水花 因而在正常生产时 槽液中的氢氧根离子消耗量比较大 需要不问断地添加片碱来补充 当槽液中有型材停滞时 应避免添加片碱 碱蚀槽中铝型材与片碱生成偏铝酸钠 当槽液中的偏铝酸钠含量达到一定的浓度后 即产生水解反应 生成氢氧化铝沉淀 化学反应式为 N a A l 0 2 2 H 2 0 叶A l O H 3J N a O HA l O H 沉淀于槽壁和加热 空气管道上进而脱水形成A 1 0 在高温 8 0 时 三氧化二铝发生聚合反应 A 1 2 0 3 3 H 2 0 q A I O O H j 此时生成的沉淀即为结构稳定 硬度较高的勃姆石 附着在槽壁或管道上 积聚形成岩石状物体 阻塞管道 清理时难度较大 若有效避免这种现象的发生 最有效的方法是加入一定量的碱蚀添加剂 习惯上也称之为长寿碱添加剂 它的作用就是能提高碱蚀液的稳定性和溶铝量 特别是偏铝酸钠的稳定性 减缓反应速度 延长槽液使用寿命 保证产品质量 减轻劳动强度等 是由络合剂 增光剂 整平剂 缓蚀剂 表面活性剂等复配而成 这些化合物可有效抑制A l O H 沉淀的产生 碱蚀添加剂与片碱的质量添加比例为1 5 并且两者同时添加 碱蚀添加剂存在着固态 液态两种形式 1 2 氧化槽的保养 氧化槽内硫酸电解液因电解的关系 槽液中的 论 文 分 享 L w 2 0 0 7 铝型材技术 国际 论坛文集中国 广州金属铝离子会逐渐增加 液中的铝离子超过一定的标准 用同样的电流 电解时间 形成的氧化皮膜厚度不一 造成阳极处理过程品管操作上的大困扰 故一般希望硫酸液中的铝离子含量能保持在1 0 9 L 的浓度以内 硫酸去铝离子回收装置是应用在铝阳极处理的硫酸电解槽使用 利用特殊的离子交换树脂来处理酸液 系统循环使用 一方面通过离子置换去除槽液中溶解的铝离子 一方面回收系统中的硫酸 降低槽液的更换频率 减少排放 降低废水处理的难度与对环境的污染 i1 3 铬化槽的保养铬化槽采用的铬酸盐预处理 存在着两种基本形式 它们是半透明的 浅绿色的铬酸盐磷酸盐涂层或黄色的铬酸盐涂层 这两种形式统称为铬化转化膜 这种铬化转化膜厚度仅有几微米 且结构较为疏松 并且有一定的杂色系干扰 故阳极着色及电泳涂装不宜以此作为基体 此类转化膜也仅适用于粉末静电喷涂 由于铬化剂本身是酸性物质 反应过程中会造成溶铝量的增加 降低型材铬化速度 需要对槽液进行去铝离子回收 其工作原理与氧化槽硫酸去铝离子回收装置类似 1 4E D 槽的保养E D 槽是铝型材表面处理中的关键工序 E D 树脂很容易受到污染 并且工艺性要求高 成本高 对于它的保养可分离子交换 R O 回收 U F 回收 离子交换是对阴 阳离子的交换 保持酸碱度的平衡 当P H 值过低或酸价过高时 可实施阴离子交换 当P H 值过高或呈碱性时 可实施阳离子交换 R O 回收是为了从稀释的E D 液中提取较高浓度的E D 降低生产成本 并防止质离子与E D 反应凝胶 保护环境 适用于回收较高浓度的E D 液 U F回收装置适合回收量大且固形份含量低的E D 液 被用来回收E D 槽后水洗中的涂料 也可在E D 槽液面过高时提取多余纯水 降低其液面 为提高E D 槽的循环量 在槽体设计上 另有副槽 位于主槽两侧 当液面升高时 溢流到副槽后 再由循环泵浦压入主槽内 提高了循环量 改善了循环效果 另外为避免槽液间的交叉污染 在整个电泳涂装过程中 槽液用水全部为纯水 尽量消除杂质离子对E D 槽的影响 1 5 保持槽液成分的均匀保持槽液成分的均匀分布 通常有两种方式可以选择 空气搅拌 由鼓风机于槽底压入高压空气 由气泡上浮带动槽液的流动 循环泵浦的旋转形成的槽液在槽体内 外之间的回流 选择何种方式 由槽液的性质及循环量的大小而定 碱蚀槽 中和槽 铬化槽多采用空气搅拌 氧化槽 着色槽采用空气搅拌 循环泵浦并用 一般是循环泵浦不间断使用 空气搅拌辅助 E D 槽一般采用循环泵浦 且一直处于动转状态 2 水洗槽的更换上架后的铝型材在进行完前一道处理进入下一步以前 必须进行水洗 冲洗型材表面所携带反应槽液 避免槽液腐蚀型材 以及槽液间的交叉污染 在整个铝型材表面处理的操作过程中 水洗的步骤要多于处理的步骤 2 1 水洗方式的分类 按进水方式的不同 可分为静水洗 循环水洗 喷淋水洗 按槽液是否需要加热 可分为常温水洗 热水洗 习惯上称之为汤洗 按水质的不同 可分为井水洗 自来水洗 软水洗 纯水洗 按水洗次数的不同 可分为一步水洗 两步水洗 多步水洗 按水洗在工序中的先后顺序 又可分为前水洗与后水洗 一般情况采用的是后水洗 但在封孑L 电泳前 为避免将杂质离子带入反应槽 增加了软水或纯水的前水洗 对于任何一个水洗槽 都可以从这三种分类方式中同时选择其中的一种 作为水洗槽来讲 水质的不同才是最重要的 下文中将按照水洗液水质的不同 对生产中所涉及到的生产用水分别论述 井水 自来水可直接引入生产区域 软化水 纯水需要专门的设备制备 2 1 1 井水 在铝型材表面处理过程中 一般称地下水为井水 由厂家用水泵从自备水井抽取 不作任何处理 直接用于生产 开采地下水 应申请地下水开采证 并定期交纳水资源使用费 使用井水一般是减少生产成本 应用在一些对水质要求不是太严格的工序 如 脱脂 碱蚀 中和 氧化 铬化处理后的水洗 在电着后的转间公槽一般用的也是7 0 9 论 文 分 享 铝型材表面处理中的水处理井水o2 1 2自来水自来水在铝型材表面处理中的应用主要有以下方面 配制一些对水质要求不是十分严格的槽液 如 脱脂槽 碱蚀槽 中和槽 铬化槽 作为制备软化水 纯水的原料 此时应注意绝不可用井水替代作为制备软化水 纯水的原料 自来水一般不直接用来作为水洗用水 一2 1 3 软化水软化水 除去了自来水中的钙镁离子 保留水中的钠钾离子 以防止钙镁离子与硫酸根或氟离子形成沉淀 影响药液效果及型材质量 造成不必要的损失 在铝型材表面处理中的应用主要有两个方面 配置一些对水质要求较为严格的槽液 如 氧化槽 着色槽 封孔槽 着色后 封孔前的水洗槽用水 以避免部分金属离子对下道工序及型材表面质量的影响 工作原理是利用工业盐水溶液中的钠钾离子将自来水中的钙镁离子置换出来 工作压力范围为1 1 5 K g m 2 2 1 4 纯水纯水是完全除去了自来水中的阴 阳离子 以保证型材质量及维护E D 槽不受污染 纯水在铝型材表面处理中的应用主要有两个方面 配置一些对水质要求十分严格的槽液 如 电泳槽 作为电泳涂装前后水洗 封孔后水洗用水 制备纯水所用的原料为高纯度片碱 9 8 盐酸 3 5 配制后的碱液温度要低于6 0 以免过热烫坏树脂 水最好用自来水以延长树脂使用寿命及增大纯水的生产量 2 2 水洗槽液的更换水洗槽根据生产流转量的大小 引起酸碱度等一些工艺参数发生变化 要随时进行更换 改善水洗效果 2 2 1 酸碱度的测量酸碱度 或称之为P H 值 是衡量水洗槽水质的重要化学指标 酸碱度的测量可采用以下方式 数显P H 计 测量范围在P H I 0 一P H l 4 精度为 0 2 P H 试纸 通过试纸浸入溶液颜色的变化 与标准色版的对比 即可得出P H 值 缺点是个人感观不同 造成误差较大 可适当选用测量范围较小 精度高的精密试纸 以缩小误差 7 1 02 2 2 水洗槽的更换标准经过总结多年的生产经验 我们制定了适合各水洗槽的P H 值标准 1 脱脂槽后水洗P H 值 2 2 碱蚀槽后水洗P H 值 P H 1 2 窑 P H 2 P H 4 4 氧化槽后水洗P H 值 P H 2 P H 2 5 发色槽后水洗P H 值 P H 4 P H 6 6 z 槽水洗P H 值6 7 7 封孔前软水洗P H 6 8 封孔后纯水洗P H 6 二 9 汤洗槽水洗P H 值5 7 电导度 1 0 0 I 山s c m E D 槽前纯水洗P H 值6 7 电导度 5 0 上s c m 曲E D 槽后纯水洗P H 值7 8 电导度 2 0 0 斗s c m 固形份 1 以上标准是比较通行参考值 通过实际观察 我们发现当P H 4 或P H 1 0 时 清洗水并不影响型材本身的质量 在实际操作过程中 可参照此标准对上述标准作适当的放宽 2 2 3 水洗槽控制的其它方面水洗槽的更换 在连续不问断生产的情况下 存在一定的难度 但有以下几种方式可以选择 减化水洗 这种方式适用于两步以上的水洗 交替更换水洗槽槽液 这时应增加溢流量 共同相同水槽 这要求水洗槽对型材本身无任何影响的情况下 如脱脂后水洗 中和后水洗同碱蚀后水洗交替互换水洗 这主要是酸碱中和反应 对型材 槽液本身无明显影响 其它方面可选择的方式 循环水式水洗槽在设计时应设置溢流口 保持适当的溢流量 进水口应设计为直插到槽底 这样可使受污染的水洗液浮在上部 并不断随水流溢流出槽外 高温汤洗 水温通常在8 0 C 以上 采用这种方式有两种效果 a 温度高 离子运动速度加快 可使型材所携离子迅速离开型材 达到水洗的效果 b 封孔的效果 实验证明 当槽液温度达到8 0 以上时 型材表面可形成结构稳定的勃姆石 反应式为 A 1 2 0 3 3H 2 0 一2 A I O O H l 因沉淀物体积的膨胀将膜孔封闭 汤洗式水洗的应用只 论 文 分 享 L w2 0 0 7 铝型材技术 国际 论坛文集中国 广州是电泳前水洗所选用的方式 这也是提高E D 涂料与型材表面的附着力 型材的吊装方式对水洗槽的影响 现在通常使有的铝型材吊挂方式有两种 8 横挂式 b 吊挂式 采用横挂式 型材出入水洗槽时的倾斜角度受天车高度及空间大小的限制 倾斜角度很难达到3 0 0 受时间的限制 型材转入下一工序时 无法有效完成滴干 加剧了槽液问的交叉污染 槽液成分的变化速度加快 吊挂式采用了垂直吊装方式 倾斜角度可以认为是1 8 0 出入各槽时 滴干充分 水洗效果好 但吊挂式对一些基础设施要求高 前期投资大 多是大型铝材企业采用的挂装方式 3 排放污水的处理3 1 污水处理的原理 铝型材加工企业所排放的污水重金属含量较高 容易对环境造成影响 含重金属之电镀废水处理 通常以采用碱或酸调整废水之P H 值 使产生不溶性金属氢氧化物后再以沉降分离方式除去之 此法最为普遍与实用 利用此种处理方式 可去除之金属包括铬 铜 镍 锌 镉 铅及铁等金属离子 氢氧化物生成之主要反应式如下 C r 2 S 0 4 3 6 N a O H 2 C r O H 3I 3 N a S 0 4C u S 0 4 C a O H 叶c u O n 2 l C a S 0 4Z n S 0 4 c a O H 2 z n O H 2 l C a S 0 4其它金属氢氧化物可以此类推 z n O H 2 C r O H 3 及A l O H 易因P H值太高 导致氢氧化物再溶解而形成错离子 应予特别重视 由于多种金属离子共存关系 最适于沉淀之P H 范围略有变化 一般最适应之P H 范围在8 1 0 之间 3 2 混凝与胶凝铝型材表面处理产生的工业污水总体上显酸性 P H 调节通常是以碱性中和剂为主 常用作碱性中和剂的有片碱 N a O H 或生石灰 C a O H 选作酸性中和剂的有硫酸或盐酸等 此时产生的金属氢氧化物沉淀是细微颗粒 为加速沉淀 需要聚合成大分子团 这要借助凝集助剂的作用 凝集助剂之添加 可以使氢氧化物沉淀胶羽较为粗大 以加快沉降速度 通常采用有机高分子凝集助剂 有阴离子 阳离子及非离子型 混凝系添加混凝剂于原水中 利用快混使混凝剂迅速且均匀分布 增加其与胶体粒子间之碰