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(jī)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(dá)3037.3萬噸，同比增進(jìn) 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(jī)能 ，改良 其裝潢 性和功能性，鋁合金在出廠前必需 進(jìn)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(jìn)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(yán)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(xì)膩的特點，是今朝 國內(nèi)鋁合金輪廓預(yù)處置的主流工藝。可是因為 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(jìn)程 存在的污染嚴(yán)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(jī)械紋，并到達(dá) 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(yán)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(dāng)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?？墒窃?0～100 g/L的濃度局限 內(nèi)，鋁耗保持 在較低的程度 ，當(dāng)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(jìn)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(dá) 顯明改良 鋁型材輪廓描寫 的目標(biāo) 。

3.1.2 NaOH濃度的影響

為了提高堿蝕溶液的侵蝕 機(jī)能 ，以Na2CO3為主體的堿蝕劑配方當(dāng)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(jìn)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(jìn)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?dāng)NaOH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(jìn)行輪廓預(yù)處置的進(jìn)程 中，掛灰現(xiàn)象比力嚴(yán)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(yán)重的機(jī)械紋。需要進(jìn)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(jī)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(jī)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(jìn)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(dāng)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(dāng)堿蝕溫度為70℃時，鋁耗高達(dá)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(biāo)，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(jìn)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(dāng)SDS濃度為0.6 g/L時，鋁耗到達(dá) 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(dāng)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(kuò)年夜 了鋁型材輪廓與堿蝕劑的接觸面積。但SDS 濃度的進(jìn)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(jìn)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?？梢钥闯觯疚难芯块_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(biāo)，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(jìn)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(dāng)。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(yán)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。