铝型材阳极氧化槽液回收再利用技术探讨
前言
在铝型材阳极氧化表面处理中，添加剂一直处于极其重要而特殊的地位；如碱性蚀刻添加剂、着色添加剂等，在生产中都发挥着相当大的作用。但添加剂的使用在生产过程中会产生含有大量酸、碱、锡、镍、铝、氟离子及有机物的废水，此类废水必须经过净化处理才能达到国家排放标准。而且添加剂使用废水中的铝离子难以回收再利用，在后续的废水处理中会产生大量废渣。
建筑铝型材阳极氧化厂废水主要来源于洗槽的排放，而参与生产的槽有：脱脂槽、酸蚀槽、碱蚀槽、出光槽、阳极氧化槽、着色槽、封孔槽等。槽液的组成及控制成为该工序的重要环节，如何减少废水的排放及回用成为控制生产成本的关键。
1.铝型材阳极氧化工艺
铝型材生产工艺流程，企业根据自身的生产要求选择不同的工艺路线，大致可分为以下两种类型的生产工艺流程：
A型生产工艺
B型生产工艺
2、不同工艺路线对环境污染的影响
1. 使用添加剂的生产过程对环境的影响
铝型材表面处理作为建筑铝型材生产的重要环节，发挥着越来越重要的作用。作为铝型材表面处理中使用的铝型材阳极氧化添加剂，它一直处于极其重要而特殊的地位，在国内建筑铝型材生产初期甚至被称为“魔水”。自1990年国内添加剂开始大规模使用以来，随着表面处理技术的发展，添加剂的质量也不断提高。铝型材阳极氧化表面处理中的废水处理一直是生产中的重要环节。生产过程中产生的废水主要含有：大量的酸、碱、锡、镍、铝和氟离子及有机物。这类废水必须经过非常严格的净化处理才能达到国家排放标准。
碱蚀添加剂可以防止碱洗槽中沉淀团聚体的形成，最大程度地减少影响生产过程的不利因素，但仍不能解决大量固体废弃物的产生，铝离子无法回收再利用，因此碱洗工序已成为铝型材阳极氧化生产线产生固体废弃物的主要来源。
电解着色技术主要有锡盐和镍盐两大类，但锡盐（或锡镍盐）中含有电解着色添加剂，其中含有不同成分、浓度的有害有机还原剂和螯合剂，锡镍盐槽中既含有有机还原剂又含有螯合剂，存在镍离子的双重污染，同时螯合剂对复盐中镍离子的去除也有影响。
2. 使用回收设备的生产过程对环境的影响
使用碱回收设备不仅可以减少废渣的产出，还可以直接回收槽液中的氢氧化铝，碱回收生产工艺成熟，操作比较简单。由于碱回收系统需要设备投资和场地，初期投资较大，但对环境和生产成本控制颇有益处。
单镍盐槽液组成非常简单，不含任何有机还原剂或螯合剂，但镍离子含量很高，利用RO反渗透原理进行回收处理，回收后的废水可直接排放，对环境不会造成危害，生产过程自动化程度较高。
因此，单锡盐或单镍盐生产过程中产生的废水处理比锡镍混盐更方便，即环保处理措施相对简单。
从以上内容可以看出，采用A类生产工艺产生的有害物质较多，对环境的影响较大。
3.回收装置在生产应用中取得效果
1、碱回收装置的应用
该类碱蚀液的回收不需要添加任何添加剂，仅需增设相应的结晶罐（即增加辅助罐）。当碱液中Al3+达到28g/L（即高浓度）时，将碱液泵入结晶罐（预先加入晶种），经稀释、冷却、搅拌促使碱液分解，再生的NaOH溶液溢流进入回收桶，再泵入碱蚀罐继续用于生产，形成闭路循环生产；结晶罐底部定期排出Al(OH)3浆液，经离心机洗涤脱水后得到干燥的Al(OH)3晶体，洗液泵回结晶罐。干燥的Al(OH)3晶体可出售作其他用途。
由于采用闭环生产，碱蚀槽内总碱含量稳定，铝离子也控制在28g/L左右，生产中只需补充铝料带走的碱即可，槽液成分稳定，碱蚀温度、时间控制良好，无需添加任何添加剂，即可达到理想的表面质量，保持表面质量相对一致。结晶槽处理后的碱液返回碱蚀槽，经过分解后，流回碱蚀槽的碱液浓度高于流出的碱液浓度，这样可以补充生产过程中NaOH的消耗，有效降低NaOH的损耗。（图1）
与添加碱蚀添加剂的工艺相比，采用碱回收设备可使碱液再生循环使用，液体NaOH（30%）的消耗量比添加碱蚀添加剂的工艺降低约80%，槽液中Al3+去除率可达55%，生产时只需补充被铝料带走的碱量，槽液成分稳定。生产时碱回收装置可不断除去铝离子，使铝离子浓度维持在一定水平，回收碱可达85%以上。每生产一吨银白料，可生成含水10～15%的Al(OH)3约25～30kg；是生产硫酸铝的主要原料，起到节能降耗的作用，且无有害物质产生。
2.电解着色
目前我国主要采用单镍盐、单锡盐或锡镍混合盐电解着色。单镍盐着色工艺主要有两大类，即苏米化学法和单盐化学法。单镍盐苏米化学法采用带换向的直流着色来控制颜色深浅，通过调节波形和时间周期来控制；而双盐着色则不同，采用交流着色来控制颜色深浅，主要通过电压和时间来控制。
实际生产中，并不是所有的硫酸镍都用于阳极氧化膜微孔的镍离子电沉积着色，而是有2/3以上的硫酸镍溶解在清水中而排出。单质镍盐注射着色工艺不使用添加剂，虽然槽液镍浓度高达170g/L，但在溢流槽中配置回收装置，利用RO反渗透原理和方法回收硫酸镍。如立式氧化生产线采用处理能力为1200L/h的多级浓缩膜分离装置处理单质镍盐着色漂洗水，整个系统的中水回用率大于98%，占废水量15%～25%的截留液可进一步回收重金属产品，镍回收率大于97%。RO膜管一般每周清洗一次，仅消耗少量柠檬酸。
按照垂直氧化生产线年产6000吨计算，增设镍回收装置后，每年可减少硫酸镍排放量15吨，透过液基本达到去离子水水平，完全满足甚至超过工业生产用水的水质要求，可直接回用。槽液成分简单，不含有机污染物，大大减轻了废水处理压力。（图2）
单镍盐注射着色工艺槽液管理比较规范、稳定，通过特殊的正负电压波形，可以连续批量生产香槟料、古铜料、纯黑料，实现一个着色槽多样化生产不同颜色的着色料。
结论
通过对建筑铝型材阳极氧化槽液部分回收再利用，阐述了回收设备在减少铝阳极氧化环境污染方面所起的作用。
本发明可以有效回收利用碱性蚀刻液中的Al3+{Al(OH)3}，槽液中Al3+去除率可达55%；且槽液中不需要添加任何添加剂，NaOH可以大量回收重复使用，生产时只需补充铝材带走的碱量，槽液处于动态平衡状态。
单镍盐注色法采用RO反渗透处理近中性含镍废水，镍回收率>97%，透过液基本可以达到去离子水水平，完全满足甚至超过工业生产用水的水质要求，可直接回用。另外镍属于贵重金属，回收利用可以带来很好的经济效益，因此利用RO反渗透原理和方法回收硫酸镍凸显出巨大的优势，达到节能减排的效果。
铝型材生产工艺应向低能耗、低污染方向发展。将表面机械处理与表面阳极氧化处理相结合，合理规范生产工艺流程，在各主要工艺槽中尽可能采用回收装置，减少生产药品的损耗和排放；逐步摒弃流程长、耗水量大、能耗高、重金属环境污染等问题的传统表面处理工艺，发展绿色、环保、高效的新型表面处理技术。