無氟無銨鋁型材概況預(yù)處置懲罰 之低污染低水耗實戰(zhàn)

1 媒介

鋁是今朝 世界上產(chǎn)量最年夜 、運用 最廣的有色金屬。因其優(yōu)良 的物理化學(xué)性質(zhì)，在建筑、交通運輸、機械制造、電子、包裝材料、電力、日用品等范疇 獲得 普遍 運用 [1]。我國是鋁產(chǎn)物 制造和消費年夜 國，2021年我國鋁材產(chǎn)量達3037.3萬噸，同比增進 15.87%。但是 ，鋁合金在濕潤 、含工業(yè)氣體、燃料氣體、鹽分和塵埃年夜 氣等情況 中利用 時極易發(fā)生侵蝕 毀壞，縮短其利用 壽命，為提高鋁合金輪廓耐蝕機能 ，改良 其裝潢 性和功能性，鋁合金在出廠前必需 進行輪廓處置[2, 3]。鋁合金輪廓預(yù)處置是其輪廓處置的要害 工序，它直接決議了鋁型材陽極氧化膜的外不雅 和內(nèi)涵 品質(zhì)[4, 5]。

在陽極氧化進程 中，預(yù)處置普遍采取 的工藝分為酸蝕工藝和堿蝕工藝。堿蝕工藝線路 為“除油—水洗—堿蝕—水洗—中和—水洗”，現(xiàn)有的堿蝕工藝已 沿用了100多年，堿蝕工藝具有鋁耗高、堿渣多、情況 污染嚴重等流弊[6]。為了下降 鋁耗，近些年 在堿蝕工藝的根蒂根基 上成長 了酸蝕工藝，其工藝線路 為“除油—水洗—酸蝕—水洗—堿蝕—水洗—中和—水洗”[7]。酸蝕工藝是在原堿蝕工藝的除油槽和堿蝕槽之間插入酸蝕槽而成，具有鋁耗低、整平效果好、砂面細膩的特點，是今朝 國內(nèi)鋁合金輪廓預(yù)處置的主流工藝?？墒且驗?酸蝕預(yù)處置工藝中利用 氟化氫銨作為藥劑的主要成份 ，情況 污染問題加倍 凸起 ，酸蝕時逸出有毒的強侵蝕 性氟化氫氣體，污染出產(chǎn)情況 、風(fēng)險 工人健康，另外 酸蝕槽的添加耽誤 了工藝流程，下降 了鋁合金輪廓預(yù)處置效力 ，而且 致使 預(yù)處置用水總量增添 。不管 是酸蝕工藝還是堿蝕工藝，因為 所用藥劑的兼容性差，每一個 功能步調(diào) 間必需 經(jīng)由 活動 水洗，消費 年夜 量水資本 ，排放年夜 量出產(chǎn)廢水污染情況 ，增添 出產(chǎn)本錢 。

本文針對鋁合金輪廓預(yù)處置進程 存在的污染嚴重、水耗高檔 問題，研究開辟 低污染低水耗鋁合金輪廓預(yù)處置要害 手藝 。以Na2CO3和NaOH作為堿蝕劑主要成份 ，重點研究無氟無銨堿蝕輪廓預(yù)處置新工藝，切磋了堿蝕添加劑成份 及濃度、堿蝕溫度和時候 對鋁型材輪廓描寫 及鋁耗的影響。

2 材料與方式

2.1 鋁型材試樣

試樣為6063鋁合金。X射線熒光光譜（XRF）剖析 肯定 其構(gòu)成 為：Al 98.755%，Mg 0.7364%，Si 0.3134%，F(xiàn)e 0.0763%，Cu 0.0459%，其他元素含量低于0.1%。

2.2主要試劑

NaOH，Na2CO3，Na3PO4，Na2SO4，十二烷基磺酸鈉（SDS），甘油，堿蝕添加劑，酸蝕砂面劑。

2.3 鋁合金輪廓預(yù)處置工藝流程

試樣→磨邊水洗→堿蝕→兩次水洗→中和→兩次水洗→涼風(fēng) 吹干

此中，水洗步調(diào) 利用 去離子水浸泡水洗，每次水洗時候 為1min。中和步調(diào) 利用 各150 g/L的硫酸-硝酸夾雜 溶液浸泡2min。

2.4傳統(tǒng)堿蝕與酸蝕工藝

2.4.1傳統(tǒng)堿蝕工藝

傳統(tǒng)堿蝕工藝流程:

試樣→磨邊水洗→除油→一次水洗→堿蝕→兩次水洗→中和→兩次水洗→涼風(fēng) 吹干

此中，除油劑為200 g/L的H2SO4溶液，堿蝕溶液主要成份 為：20 g/L堿蝕添加劑，80 g/L NaOH，中和溶液：150 g/L的硫酸-硝酸夾雜 溶液。

2.4.2 傳統(tǒng)酸蝕工藝

傳統(tǒng)酸蝕工藝流程:

試樣→磨邊水洗→除油→一次水洗→酸洗→兩次水洗→堿蝕→兩次水洗→中和→兩次水洗→涼風(fēng) 吹干

此中，除油劑為200 g/L的H2SO4溶液，酸蝕溶液（pH：2.8-3.5）主要成份 為：30 g/L酸蝕砂面劑，70 g/L NH4HF2。

2.5 鋁耗計較

此中m為預(yù)處置竣事 后的鋁型材質(zhì)量，m0為鋁型材的原始質(zhì)量。

3 效果 與計議

3.1 堿蝕劑主體配方成份 及濃度簡直定

為了去除鋁型材輪廓的機械紋，并到達 起砂的效果，傳統(tǒng)酸蝕工藝酸蝕槽中利用 年夜 量的氟化氫銨，氟化氫銨的利用 造成嚴重的情況 污染。是以 研究開辟 鋁合金輪廓預(yù)處置新工藝時，將堿蝕劑作為輪廓預(yù)處置的藥劑主體。傳統(tǒng)堿蝕工藝中堿蝕劑依照 主體成份 的分歧 分為兩種：一種是以Na2CO3為主體的配方，一種是以NaOH為主體的配方。與以NaOH為主體的堿蝕劑比擬 ，Na2CO3為主體的堿蝕劑堿蝕反映溫文，鋁耗較低，經(jīng)由過程 節(jié)制 堿蝕溫度與時候 ，可以輕易 的避免過侵蝕 現(xiàn)象的泛起 。是以 實驗 當選 擇以Na2CO3為主體的堿蝕劑配方，在此根蒂根基 上考查 添加劑的種類與濃度對 鋁型材預(yù)處置效果的影響。

3.1.1 Na2CO3濃度的影響

圖1顯示的是Na2CO3濃度改變對鋁型材預(yù)處置后鋁耗的影響?？梢钥闯龈?Na2CO3濃度的升高，鋁耗逐步 升高。可是在20～100 g/L的濃度局限 內(nèi)，鋁耗保持 在較低的程度 ，當Na2CO3濃度為100 g/L時，鋁耗僅為0.35%。研究效果 同時表白，利用 只含有Na2CO3的堿蝕溶液對鋁型材進行堿蝕處置，鋁型材輪廓描寫 幾近 沒有任何改變。堿蝕的素質(zhì) 是堿性溶液對鋁合金輪廓發(fā)生 強有力的侵蝕 感化 以除去鋁合金輪廓的鈍化層、銹跡或其他雜物以獲得一個潔凈 的輪廓[8]。太低 的鋁耗申明 ，純真 的Na2CO3堿性溶液對 鋁型材輪廓的侵蝕 能力不敷 強，是以 沒法 到達 顯明改良 鋁型材輪廓描寫 的目標 。

3.1.2 NaOH濃度的影響

為了提高堿蝕溶液的侵蝕 機能 ，以Na2CO3為主體的堿蝕劑配方當選 擇到場 必然 濃度的NaOH。NaOH的到場 還可以免 Na2CO3接收 空氣中的二氧化碳生成消融 度較低的碳酸氫鈉沉淀[8]。嘗試中對堿蝕劑主體配方中NaOH的濃度進行了考查 （圖2）。嘗試效果 顯示，跟著 NaOH濃度的升高，鋁耗升高趨向 顯明。這是因為 堿蝕進程 中發(fā)生以下化學(xué)反映[9]：

Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O （1）

Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ （2）

圖3默示的是NaOH濃度升高，鋁型材輪廓描寫 的改良 情況?？梢钥闯觯擭aOH濃度高于6g/L時，鋁型材輪廓描寫 改良 顯明?？墒抢?僅含有Na2CO3和NaOH的堿蝕劑對鋁型材進行輪廓預(yù)處置的進程 中，掛灰現(xiàn)象比力嚴重，致使 型材輪廓光度不敷 ，而且 預(yù)處置竣事 后，鋁型材輪廓存在比力嚴重的機械紋。需要進一步考查 添加劑的到場 對鋁型材輪廓描寫 的改良 情況。

NaOH對鋁耗及鋁型材輪廓描寫 的影響

3.2 Na3PO4的影響

Na3PO4是堿蝕添加劑中起整平去機械紋感化 的主要成份 。其反映道理 為[10]：

Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ （整平、起砂） (3)

Al3++PO43-AlPO4（起砂、籠蓋 、去紋） (4)

嘗試效果 表白，到場 Na3PO4有顯明改良 整平、起砂、去輪廓機械紋的效果（圖4）。Na3PO4濃度為20 g/L（F5）時，預(yù)處置竣事 后型材輪廓便可 以構(gòu)成 顯明整平起砂的效果。隨Na3PO4濃度升高，鋁耗有微弱下降 。這是因為 起砂構(gòu)成 的AlPO4附著在型材輪廓，禁止了NaOH與鋁基底的進一步反映。

Na2SO4濃度轉(zhuǎn)變 對鋁型材預(yù)處置效果影響

3.3 Na2SO4的影響

Na2SO4濃度改變對鋁耗的影響

研究表白，堿蝕劑中添加Na2SO4可以起到按捺 出灰的效果，其道理 為[10]：

SO42--2e=SO2+2O（釋放活性氧） (5)

2Al+3O=Al2O3（氧化鋁輪廓、出灰） (6)

嘗試中考查 了Na2SO4濃度改變對鋁型材預(yù)處置效果的影響。圖5默示的是隨Na2SO4濃度升高，鋁耗的轉(zhuǎn)變 情況?？梢钥闯鲣X耗隨Na2SO4濃度升高顯現(xiàn)逐步 上升到一個峰值又逐步 下降的趨向 。同時不雅 察鋁型材輪廓描寫 的改良 情況（圖6）發(fā)現(xiàn)，當Na2SO4濃度為25 g/L(N-2) 時預(yù)處置效果最好。是以 接下來的嘗試中堿蝕劑中Na2SO4的濃度肯定 為25 g/L。

Na2SO4濃度改變對鋁型材預(yù)處置效果的影響

3.4 堿蝕溫度對預(yù)處置效果的影響

堿蝕時候 對鋁耗的影響

以Na2CO3為主體的堿蝕劑配地契 元 時候 內(nèi)對鋁型材的侵蝕 量少，是以 堿蝕溫度要高于以NaOH為主體的堿蝕配方的堿蝕溫度，通常是 50℃～65℃。嘗試中考查 了堿蝕溫度在50℃～70℃局限 轉(zhuǎn)變 ，鋁型材預(yù)處置效果的轉(zhuǎn)變 情況（圖7）?？梢钥闯鰷囟壬?， 鋁耗逐步 升高。當堿蝕溫度為70℃時，鋁耗高達3.13%。從預(yù)處置竣事 后鋁型材輪廓描寫 改良 情況判定 ，溫度越高，輪廓處置效果越好。均衡 鋁耗與型材輪廓描寫 改良 效果兩個審核 指標，將堿蝕溫度肯定 為55℃。

3.5 堿蝕時候 對預(yù)處置效果的影響

嘗試中考查 了堿蝕時候 對鋁耗及型材輪廓描寫 的影響（圖8）。效果 顯示隨反映時候 的耽誤 ，鋁耗逐步 升高。堿蝕時候 ≤5min時，型材輪廓不發(fā)生 起砂效果，堿蝕時候 ≥10min后起頭起砂?？墒?5min，20min，25min的樣品預(yù)處置后型材輪廓具有雀斑 （圖9），為過侵蝕 發(fā)生 的侵蝕 斑。是以 將堿蝕時候 肯定 為10min (J-2)。

3.6 十二烷基磺酸鈉（SDS）的影響

堿蝕添加劑中一般會到場 低濃度的輪廓活性劑，其感化 包羅兩個方面：一方面堿蝕進程 中，因為 溫度較高，會構(gòu)成 年夜 量的堿霧，到場 的輪廓活性劑份子 在堿蝕槽溶液輪廓排布，封鎖液面，可以有用 的削減 堿霧的揮發(fā)；另外一 方面輪廓活性劑的到場 可以起到除去油污和指紋的效果[11]。

從圖10 可以看出SDS濃度升高，鋁耗顯現(xiàn)逐步 上升又下降的趨向 。當SDS濃度為0.6 g/L時，鋁耗到達 最高。但SDS的到場 對改良 鋁型材輪廓描寫 并沒有顯明的感化 。當SDS濃度較低的時辰。鋁耗隨SDS濃度升高，這是因為 SDS吸附在鋁型材輪廓，闡揚浸潤性，擴年夜 了鋁型材輪廓與堿蝕劑的接觸面積。但SDS 濃度的進一步升高，使得槽液粘度增年夜 ，過量 的SDS吸附在鋁型材輪廓，阻礙了堿蝕劑與鋁型材輪廓的接觸，從而使得鋁耗下降 。另外一 方面，堿蝕進程 中會發(fā)生 氫氣，致使 含有SDS的堿蝕槽中發(fā)生 年夜 量的泡沫，影響工藝操作。是以 SDS的濃度不宜太高 ，在以下的嘗試中肯定 SDS的濃度為0.6 g/L。

3.7甘油的影響

為了改良 型材的光度，在堿蝕劑中會添加醇類或醇胺類物資 [8]。嘗試考查 了甘油濃度改變對鋁型材預(yù)處置效果的影響。從圖11 可以看出，隨甘油濃度的升高，鋁耗逐步 上升后又逐步 下降。圖12 顯示了甘油濃度改變對 型材輪廓描寫 的改良 情況。隨甘油濃度升高，型材輪廓的光度提高，但太高 的甘油濃度晦氣 于型材的整平起砂，對照圖中M-3與M-6件，M-6件的光度要顯明高于M-3件，但M-6件的輪廓整平起砂效果較差。從鋁耗和型材輪廓拋光效果斟酌 肯定 甘油的濃度為5 g/L。

甘油濃度改變對鋁型材輪廓描寫 的影響、

3.8 低污染低水耗鋁合金輪廓處置工藝與傳統(tǒng)堿蝕和酸蝕工藝的比力

表1是對三種鋁合金輪廓處置工藝的比力，包羅一個預(yù)處置工藝流程所需時候 、槽數(shù)量 、預(yù)處置后輪廓描寫 的差別 和鋁耗四個方面?？梢钥闯?，本文研究開辟 的低污染低水耗鋁合金輪廓處置工藝時候 年夜 年夜 縮短，比傳統(tǒng)堿蝕和酸蝕工藝縮短了31%和23%。對照2.3與2.4可以發(fā)現(xiàn)，新工藝中削減 了除油步調(diào) ，因為 工藝流程的縮短，預(yù)處置用水量也年夜 年夜 削減 。同時鋁耗由傳統(tǒng)堿蝕工藝的7.96%下降 到2.0%擺布，與傳統(tǒng)酸蝕工藝附近。預(yù)處置竣事 后的輪廓描寫 是預(yù)處置最主要 的考查 指標，從表1中可以看出，依照 本文所研發(fā)的工藝流程對鋁合金進行預(yù)處置獲得 的鋁合金輪廓整平，起砂效果好，與傳統(tǒng)酸蝕工藝獲得 的砂面效果相當。是以 本文研究開辟 的低污染低水耗的鋁合金輪廓預(yù)處置工藝與傳統(tǒng)酸蝕和堿蝕工藝比擬 優(yōu)勢顯明。

新的鋁型材輪廓前處置工藝與傳統(tǒng)堿蝕酸蝕工藝的比力

4 結(jié)論

本文經(jīng)由過程 研究及開辟 低污染低水耗鋁合金輪廓預(yù)處置要害 手藝 ，構(gòu)成 無氟無銨輪廓預(yù)處置新工藝。該工藝從工藝泉源 消弭 氟和氨氮污染，具有鋁耗低、水耗低、流程短、效力 高的優(yōu)勢，兼具情況 友愛 、資本 勤儉 等長處 。

針對傳統(tǒng)鋁型材輪廓預(yù)處置工藝中存在的污染嚴重、水耗高檔 問題，研究開辟 了低污染低水耗鋁型材輪廓預(yù)處置工藝?？疾?了以Na2CO3為主體的堿蝕劑配方構(gòu)成 及濃度對鋁耗和型材輪廓描寫 的影響。研究效果 表白，利用 以下配方：Na2CO3：60 g/L， NaOH： 8 g/L，Na2SO4： 25 g/L， Na3PO4： 20 g/L， SDS： 0.6 g/L， 甘油： 5 g/L， 工藝操作條件：55℃，10min，經(jīng)由 “堿蝕-中和”兩個步調(diào) ，預(yù)處置后的鋁合金輪廓整平，起砂效果較好，鋁耗為 2.0%，與傳統(tǒng)酸蝕工藝效果附近。全部 工藝時候 縮短了30%以上。本研究表白，在包管 預(yù)處置效果和不增添 鋁耗的條件 下，新工藝不但 從工藝泉源 消弭 氟和氨氮污染，實現(xiàn)了除油-起砂等多個工藝步調(diào) 的一體化工藝，還具有鋁耗低、水耗低、流程短、效力 高檔 優(yōu)勢，兼具情況 友愛 、資本 勤儉 的特點。