無(wú)氟無(wú)銨鋁型材概況預(yù)處置懲罰 之低污染低水耗實(shí)戰(zhàn)

1 媒介

鋁是今朝 世界上產(chǎn)量最年夜 、運(yùn)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(yùn)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(yùn)用 [1]。我國(guó)是鋁產(chǎn)物 制造和消費(fèi)年夜 國(guó)，2021年我國(guó)鋁材產(chǎn)量達(dá)3037.3萬(wàn)噸，同比增進(jìn) 15.87%。但是 ，鋁合金在濕潤(rùn) 、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(shí)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(yáng)極氧化膜的外不雅 和內(nèi)涵 品質(zhì)[4, 5]。

在陽(yáng)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(zhǎng) 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(diǎn)，是今朝 國(guó)內(nèi)鋁合金輪廓預(yù)處置的主流工藝。可是因?yàn)?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(wèn)題加倍 凸起 ，酸蝕時(shí)逸出有毒的強(qiáng)侵蝕 性氟化氫氣體，污染出產(chǎn)情況 、風(fēng)險(xiǎn) 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?yàn)?所用藥劑的兼容性差，每一個(gè) 功能步調(diào) 間必需 經(jīng)由 活動(dòng) 水洗，消費(fèi) 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(duì)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(wèn)題，研究開(kāi)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(diǎn)研究無(wú)氟無(wú)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(shí)候 對(duì)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(shí)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(jì)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(jì)議

3.1 堿蝕劑主體配方成份 及濃度簡(jiǎn)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(kāi)辟 鋁合金輪廓預(yù)處置新工藝時(shí)，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(guò)程 節(jié)制 堿蝕溫度與時(shí)候 ，可以輕易 的避免過(guò)侵蝕 現(xiàn)象的泛起 。是以 實(shí)驗(yàn) 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(duì) 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(duì)鋁型材預(yù)處置后鋁耗的影響。可以看出跟著 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(shí)，鋁耗僅為0.35%。研究效果 同時(shí)表白，利用 只含有Na2CO3的堿蝕溶液對(duì)鋁型材進(jìn)行堿蝕處置，鋁型材輪廓描寫 幾近 沒(méi)有任何改變。堿蝕的素質(zhì) 是堿性溶液對(duì)鋁合金輪廓發(fā)生 強(qiáng)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(gè)潔凈 的輪廓[8]。太低 的鋁耗申明 ，純真 的Na2CO3堿性溶液對(duì) 鋁型材輪廓的侵蝕 能力不敷 強(qiáng)，是以 沒(méi)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(chǎng) 必然 濃度的NaOH。NaOH的到場(chǎng) 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(duì)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?yàn)?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。可以看出，當(dāng)NaOH濃度高于6g/L時(shí)，鋁型材輪廓描寫 改良 顯明?？墒抢?僅含有Na2CO3和NaOH的堿蝕劑對(duì)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(chǎng) 對(duì)鋁型材輪廓描寫 的改良 情況。

NaOH對(duì)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(chǎng) 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(shí)，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?yàn)?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(duì)鋁型材預(yù)處置效果影響

3.3 Na2SO4的影響

Na2SO4濃度改變對(duì)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(duì)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。可以看出鋁耗隨Na2SO4濃度升高顯現(xiàn)逐步 上升到一個(gè)峰值又逐步 下降的趨向 。同時(shí)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(shí)預(yù)處置效果最好。是以 接下來(lái)的嘗試中堿蝕劑中Na2SO4的濃度肯定 為25 g/L。

Na2SO4濃度改變對(duì)鋁型材預(yù)處置效果的影響

3.4 堿蝕溫度對(duì)預(yù)處置效果的影響

堿蝕時(shí)候 對(duì)鋁耗的影響

以Na2CO3為主體的堿蝕劑配地契 元 時(shí)候 內(nèi)對(duì)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(shí)，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(gè)審核 指標(biāo)，將堿蝕溫度肯定 為55℃。

3.5 堿蝕時(shí)候 對(duì)預(yù)處置效果的影響

嘗試中考查 了堿蝕時(shí)候 對(duì)鋁耗及型材輪廓描寫 的影響（圖8）。效果 顯示隨反映時(shí)候 的耽誤 ，鋁耗逐步 升高。堿蝕時(shí)候 ≤5min時(shí)，型材輪廓不發(fā)生 起砂效果，堿蝕時(shí)候 ≥10min后起頭起砂。可是15min，20min，25min的樣品預(yù)處置后型材輪廓具有雀斑 （圖9），為過(guò)侵蝕 發(fā)生 的侵蝕 斑。是以 將堿蝕時(shí)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(huì)到場(chǎng) 低濃度的輪廓活性劑，其感化 包羅兩個(gè)方面：一方面堿蝕進(jìn)程 中，因?yàn)?溫度較高，會(huì)構(gòu)成 年夜 量的堿霧，到場(chǎng) 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(chǎng) 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(shí)，鋁耗到達(dá) 最高。但SDS的到場(chǎng) 對(duì)改良 鋁型材輪廓描寫 并沒(méi)有顯明的感化 。當(dāng)SDS濃度較低的時(shí)辰。鋁耗隨SDS濃度升高，這是因?yàn)?SDS吸附在鋁型材輪廓，闡揚(yáng)浸潤(rùn)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(guò)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(huì)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(huì)添加醇類或醇胺類物資 [8]。嘗試考查 了甘油濃度改變對(duì)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(duì) 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(duì)照?qǐng)D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(duì)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(duì)三種鋁合金輪廓處置工藝的比力，包羅一個(gè)預(yù)處置工藝流程所需時(shí)候 、槽數(shù)量 、預(yù)處置后輪廓描寫 的差別 和鋁耗四個(gè)方面?？梢钥闯?，本文研究開(kāi)辟 的低污染低水耗鋁合金輪廓處置工藝時(shí)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(duì)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?yàn)?工藝流程的縮短，預(yù)處置用水量也年夜 年夜 削減 。同時(shí)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(duì)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(kāi)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(shì)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(guò)程 研究及開(kāi)辟 低污染低水耗鋁合金輪廓預(yù)處置要害 手藝 ，構(gòu)成 無(wú)氟無(wú)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(shì)，兼具情況 友愛(ài) 、資本 勤儉 等長(zhǎng)處 。

針對(duì)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(wèn)題，研究開(kāi)辟 了低污染低水耗鋁型材輪廓預(yù)處置工藝。考查 了以Na2CO3為主體的堿蝕劑配方構(gòu)成 及濃度對(duì)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(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)了除油-起砂等多個(gè)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(shì)，兼具情況 友愛(ài) 、資本 勤儉 的特點(diǎn)。