铝加工厂煲模废液与阳极氧化废液中和处理和铝离子的回
收系统
技术领域
[0001] 本
发明涉及铝
合金加工废液中和处理和金属铝的回收工艺，属于铝加工领域。
背景技术
[0002] 煲模液是指
挤压磨具铝料头脱模所用
碱液。开槽时，煲模液NaOH浓度在300-400g/L之间，随着煲模量的增加，铝离子浓度上升，煲模速度不断下降，当铝离子达
60-70g/L时，煲模太慢，需要倒槽，形成废液。以年产20万吨的铝材厂为例，煲模废液量为
10000吨，溶铝量为650多吨，潜在的经济价值非常大。目前，铝加工企业不但没有利用其经济价值，反而为了处理该废液，背上了沉重的环保负担。
[0003] 铝阳极氧化液是指
铝合金阳极氧化所用的槽液。开槽时，阳极氧化液H2SO4浓度在160-200g/L之间，槽液中如没有铝离子，对氧化膜溶解能
力强。阳极氧化30分钟时，每吨型
2 3+ + 2-
材溶铝量约为3.84Kg(400m/T)。随着槽液中溶铝的积累，Al 对H 和SO4 的拦截面积增+ 2-
加，严重阻碍H 向
阴极、SO4 向阳极移动，槽液
导电性能下降。当铝离子浓度达到20g/以上时，槽液
电阻太大，若采用恒
电压工艺，
电流密度明显降低，造成膜层厚度不足、透明度下降，甚至出现白色斑痕或条纹、或其他形状的痕迹等不均匀现象；若采用恒电流工艺，又会引起电压升高，
电能消耗增大，严重时还可能出现膜层烧伤和封闭后变黑等现象。
[0004] 阳极氧化液中的铝离子，直接影响槽液的导电性能，决定氧化能耗和膜层
质量，最佳控制浓度应在3-10g／L范围之间，此时所获的氧化膜耐蚀性、
耐磨性最好。但考虑到药剂成本和环保压力，实际生产中铝离子浓度一般控制在10-20g/L区间。
[0005] 鉴于铝离子浓度变化与氧化膜质量和氧化能耗有如此重要的关系，铝加工企业一般采用两种方法控制铝离子。
[0006] 一是倒槽的方法，即当铝离子浓度超过20g/L时，倒一半槽液，补充
硫酸至浓度为180g/L后，继续生产。以年产20万吨铝材厂的为例，每年倒出的氧化废液6000吨左右，既浪费药剂，又承受了处理如此大量废酸的环保压力，还损失了120多吨可回收的铝资源。
[0007] 二是采用硫酸回收机。硫酸回收机是铝离子的稳定装置，采用酸
泵将氧化槽的硫酸与硫酸铝的
混合液泵入分离罐内.由于分离罐内装有与阳离子交换的特殊材料，快速高效地将硫酸与铝离子分离，将铝离子排出溶液之外，将硫酸送回氧化槽中继续使用，从而使生产中不断产生的铝离子排出溶液之外，达到槽液中的铝离子浓度稳定在一定工艺范围内之目的，并能
净化槽液中有机物等杂物，该装置长期运行无需更换槽液。从理论上讲，该装置可使铝材氧化膜厚度及品质稳定，也为稳定
型材着色工艺提供良好的
基础，但在实际运3
行中，问题不少。例如，某型号硫酸回收机需消耗
水约1.5m/h，约消耗电3度，即每月耗水
1080吨，耗电2160度。对这1080吨水进行测量，发现其中含硫酸35-45g/L,铝离子4-5g/L，即每月排放了194.4吨硫酸。每月如此耗水耗电，获得的效果却比倒槽没多少改进，鉴于硫酸回收机上述糟糕的使用效果，大部分铝加工企业，已逐步停用该装置，恢复了倒一半氧化槽液的传统方法。
[0008] 综上，现代铝加工企业，有大量的煲模废液和阳极氧化废液急需处理，而现行的处理方法：一是直接排放进废
水处理中心，既增加了处理成本，又浪费了铝资源；二是请专业处理厂家拉走，而这些处理厂，若单项处理大量的煲模废碱液，需消耗大量的酸液；若单项处理大量的氧化废酸液，需消耗大量的碱液，社会为此付出了昂贵的处理成本。
发明内容
[0009] 本发明旨在克服
现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种节约生产成本、减少环保压力及铝资源浪费的
铝加工厂煲模废液与阳极氧化废液中和处理和铝离子的回收系统。
[0010] 本发明的发明目的还在于提供一种全新的回收工艺，将煲模废液和阳极氧化废液中和处理，铝离子全部回收，转
化成工业级的Al(0H)3变废为宝。
[0011] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0012] 铝加工厂煲模废液与阳极氧化废液中和处理和铝离子的回收系统，其特征在于，由碱性系统、酸性系统、中和系统、
气动搅拌系统、压滤和
包装系统构成，所述碱性系统和酸性系统分别通过管道连接至所述中和系统，所述中和系统中设置所述气搅拌系统，所述压滤和包装系统通过管道设置于所述中和系统之后，且所述压滤和包装系统上设有与
废水池连接的管道。
[0013] 优选的，所述碱性系统由1#煲模废液罐、2#煲模废液罐、1#泵及管道组成，所述1#泵及所述管道安装于所述1#煲模废液罐和2#煲模废液罐的顶部，所述1#煲模废液罐与所述1#泵连接的管道上设有6#
阀，所述2#煲模废液罐与所述1#泵连接的管道上设有7#阀，所述1#泵与所述中和系统连接的管道上设有8#阀，所述1#泵与所述中和系统连接的管道上设有9#阀，所述1#煲模废液罐与2#煲模废液罐之间连接有设有10#阀的连接管；所述中和系统由1#中和罐、2#中和罐及管道组成；所1#煲模废液罐和2#煲模废液罐用于储存煲模废液，并由1#泵通过管道输送至1#中和罐和/或2#中和罐中。
[0014] 优选的，所述1#煲模废液罐、2#煲模废液罐的底部分别设有11#阀、12#阀。
[0015] 优选的，所述酸性系统由1#氧化废液罐、2#氧化废液罐、2#泵及管道组成，所述2#泵及管道安装于所述1#氧化废液罐、2#氧化废液罐的底部，所述1#氧化废液罐与所述2#泵连接的管道上设有1#阀，所述2#氧化废液罐与所述2#泵连接的管道上设有2#阀，所述2#泵与所述1#中和罐、2#中和罐连接管道上分别设有3#阀、4#阀，且所述1#氧化废液罐与所述2#氧化废液罐之间连接有设有5#阀的连接管道，所述1#氧化废液罐和所述2#氧化废液罐用于储存氧化废液，并由2#泵通过管道输送至1#中和罐和/或2#中和罐中。
[0016] 优选的，所述气动搅拌系统由空气
压缩机和气搅拌管组成，所述空压机与所述1#中和罐连接的管道上设有13#阀，所述空压机与所述2#中和罐连接的管道上设有14#阀。
[0017] 优选的，所述1#中和罐和2#中和罐用于中和氧化废液和煲模废液，生成氢氧化铝结晶。
[0018] 优选的，所述1#中和罐与所述压滤和包装系统连接的管道上设有15#阀，所述2#中和罐与所述压滤和包装系统连接的管道上设有16#阀。
[0019] 优选的，所述碱性系统用于收集、储存煲模废液，并输送至所述中和系统；所述酸性系统用于收集、储存氧化废液，并输送至所述中和系统；所述中和系统用于两种废液的中和反应，并生产氢氧化铝，所述中和系统按耐酸设计；
[0020] 步骤1、打开1#、3#阀和2#泵，先加氧化废酸至1#中和罐的设定液位，打开13#阀开始搅拌，再打开6#、8#阀和1#泵加煲模废碱，先快后慢，用pH
试纸，边测边加，pH值为6-8时，停止加煲模废液，继续搅拌10分钟，静置2小时；
[0021] 步骤2、开启带式
压滤机，打开15#阀，压滤干燥，即得氢氧化铝产品；
[0022] 步骤3、关闭3#阀，打开4#阀和2#泵，先加氧化废酸至2#中和罐的设定液位，打开14#阀，开始搅拌；关闭8#阀，再打开9#阀
门和1#泵加煲模废碱，先快后慢，用pH试纸，边测边加，pH值为6-8时，停止加煲模废液，继续搅拌10分钟，静置2小时；
[0023] 步骤4、开启带式压滤机，打开16#阀门，压滤干燥，即得氢氧化铝产品。
[0024] 在本发明中，煲模时，磨具中的铝料头在碱蚀液中发生如下化学反应：
[0025] Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O（去自然氧化膜） (1)
[0026] 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑（溶铝） (2)
[0027] NaAlO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaOH（槽液分解，再生碱液） (3)
[0028] 2Al(OH)3=Al2O3·3H2O(槽壁
结垢、堵塞管道) (4)
[0029] 按（1）（2）两式，碱浓度越高，溶铝速度越快；按（3）(4)两式，煲模液不稳定，易分解，并结垢，不可进行管道输送！
[0030] 按（3）式，降低碱浓度，反应向右边移动，易生成氢氧化铝结晶析出。若在煲模液中进入氧化废酸，则出现如下反应：
[0031] 2NaAlO2+2H2O+H2SO4=2Al(OH)3↓+Na2SO4 (5)
[0032] 即在煲模废液中加入氧化废液，可将两种废液中的铝离子一并回收，生成氢氧化铝。
[0033] 取煲模废碱液：总碱327.21g/L游离NaOH280.8g/L Al3+31.32g/L
[0034] 氧化废酸液：总酸261.66g/L游离H2SO4164.64g/L Al3+20.55g/L
[0035] 按下表进行实验：
[0036]取煲模碱液 500ml 500ml 500ml 500ml 500ml
加氧化槽液 200ml 400ml 500ml 550ml 750ml
游离NaOH g/L 150.67 74.4 42.9 34 ------
Al3+g/L 41.04 21.42 10.44 9.36 ------
总碱g/L 182.4 95.2 58.4 48 ------
PH值 14 13～14 12～13 12 7
温度℃ 51 58 56 57 57
[0037] 实验数据表明，随着氧化废液添加量的增加，游离碱、铝离子和pH均下降，温度上升；当氧化废液添加至750ml时，pH为7，温度为57℃，酸碱完全中和，到达反应终点，这时两者的体积比为1:1.5。年产型材20万吨的铝加工厂，一年产生煲模废液10000吨，氧化废液6000吨。要完全中和煲模废液，氧化废液差9000吨，为此，可调整氧化槽铝离子的控制上限，例如可由20g/L降低至10g/L。若如此，可多倒出氧化废酸，满足煲模废液的中和要求。如前所述，阳极氧化液中的铝离子，最佳浓度应控制在3-l0g/L范围之内，此时所获的氧化膜耐蚀性、耐磨性最好，氧化能耗低。目前，阳极氧化槽中的铝离子浓度，各企业基本控制在10-20g/L之间，远远超出了最佳浓度区间。铝离子浓度高，电阻大，能耗高，氧化膜质量差，这些是业界共识。但受制于处理氧化废酸的环保压力，企业被迫选择提高铝离子控制上限，减少氧化废酸的
排放量。
[0038] 煲模废液处理方案的提出，氧化废酸由多余的环保负担，变成了不可多得的化工原料，需要从氧化槽倒出比原工艺多一倍以上的氧化液，才能满足煲模废液的完全中和需要。
[0039] 表面上看，这种做法多取了氧化槽中的硫酸，增加了氧化药剂成本，但通过对氧化机理的详细分析，完全可理解调低氧化液铝离子浓度的益处所在。
[0040] 氧化液中，有Al3+、H+和SO42-，没加
电场时，这三种离子在氧化液中的运动方式为两3+
种：震动和漂移。以Al 为例，其运动方式为：
[0041] （1）、以某一平衡点为中心的球形区间内震动，通过球心的最大截面为其影响区域，称为震荡截面；
[0042] （2）、从一个平衡点漂移到下一个平衡点，然后继续震动，这种迁移叫漂移运动；漂移是无序的，震动是永恒的；
[0043] 加电场后，各离子除漂移和震动外，还有沿电力线方向的定向运动，浓度逐步形成梯度分布：
[0044] （a）、SO42-加电场后向阳极运动，形成阳极附近浓度高，阴极附近浓度低的梯度分布；在阳极，形成如下电化学反应：
[0045] SO42--2e=2O+SO2↑（失去
电子，释放氧
原子） (6)
[0046] 2Al+3O=Al2O3（氧化铝合金，制氧化膜） （7）
[0047] Al2O3+3H+=2Al3++3OH-(氧化膜溶解) （8）
[0048] （b）、Al3+、H+加电场后向阴极运动，形成阴极附近浓度高，阳极附近浓度低的梯度分布；在阴极，形成如下电化学反应：
[0049] 2H++2e=H2↑ （得到电子，释放氢气） （9）
[0050] 由于离子半径不同，H+先于Al3+到达阴极表面，又由于电位不同，H+优先获得电子，3+
Al 只能停留在氧化液中不断积累。由（6）（9）式可知，两极处的导电能力是由阳极处的
2- +
SO4 和阴极处的H 的浓度决定的。随着
电解的持续，两极附近的离子不断消耗，需要远端
2- + 2- +
的SO4 和H 不断补充，使氧化连续进行。这时，SO4 和H 向两极移动的难易程度，决定槽液导电能力的核心问题，直接由铝离子浓度决定。假设在氧化槽中，平行于两极的某一面积为A的截面穿过的铝离子震动中心的数目为N,每一个铝离子的震荡截面为S,则该截面上
2- +
铝离子的总拦截面积为NS,SO4 和H 通过该截面时，受铝离子拦截影响较小的有效面积为
2- +
A-NS。由此可知，铝离子浓度越高，N越大，有效面积越小，SO4 和H 通过的难度越大，槽液电阻越大。但依据（8）式，降低铝离子浓度，反应向右边移动，氧化膜溶解加快，故铝离子浓度不能太低。生产实践证明，氧化槽铝离子最佳浓度为3-l0g/L，此区间膜层最佳，槽液电阻较小，能耗低，而低能耗和高膜层质量，足以补偿多倒氧化液所增加的药剂成本。
[0051] 所以，本回收工艺是将煲模液和氧化液作为整体设计，为了完全中和煲模废液，调整氧化槽的铝离子浓度上限，使之回到最佳浓度3-l0g/L范围之内，从而可从氧化槽中取足氧化废液，实现对煲模液的中和以及两种废液中铝离子的完全回收。如此，氧化槽的铝离子浓度，可控制在最佳浓度3-l0g／L范围之内。
[0052] 优选的，所述煲模废碱液与所述氧化废酸液两者的体积比为1:1.5，中和罐内的酸碱物质发生反应生成Al(0H)3沉淀。
[0053] 优选的，所处理的化学药剂为煲模槽的老化废碱液和氧化槽的老化废酸液，反应终点为PH7.0，生产的副产品为工业级氢氧化铝。
[0054] 相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
[0055] 1、本发明首次将阳极氧化废液和煲模废液一起考虑，用酸性废液处理碱性废液，阳极氧化废液煲模废液充分中和，充分回收煲模废液和氧化废液中的铝离子，使铝加工企业既处理了海量的煲模和氧化废液，还获得了海量的工业副产品氢氧化铝；
[0056] 2、本发明首次提出将氧化槽液铝离子浓度工作区间由10-20g/L，调低至最佳的3-l0g/L，既优化了氧化膜结构，又降低了槽液电阻，实现氧化节能；
[0057] 3、本发明首次在铝加工企业设置煲模废液处理车间，并紧邻煲模车间，煲模液不含络合剂，易分解，不易长距离转运，更不适合管道运输，煲模废液处理车间临近煲模车间，废液转运比较容易，降低生产成本；
[0058] 4、本发明依据煲模废液易分解的特点，首次设置从煲模废液罐顶部
抽取药液，避免堵塞泵、管道和阀门；
[0059] 5、本发明依据煲模废液易分解、氢氧化铝易转化成铝石的特点，将中和罐、配套的管和阀门进行耐酸设计，将生产流程设计成先酸后碱，避免了中和罐结垢、配
套管道和阀门堵塞的
风险，确保生产连续进行。
附图说明
[0060] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0061] 图1是本发明煲模废液和氧化废液中和处理和铝离子回收系统的示意图。
具体实施方式
[0062] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0063] 铝加工厂煲模废液与阳极氧化废液中和处理和铝离子的回收工艺，是依据各铝加工企业每年产生大量煲模废液和氧化废液，并分别单独处理，既增加处理成本，又浪费铝资源。针对行业中的现状，本发明首次设计一种用煲模废液直接中和氧化废液的系统，将两种废液中的铝离子全部转化成工业级的氢氧化铝。
[0064] 如图1所示，铝加工厂煲模废液与阳极氧化废液中和处理和铝离子的回收系统，由碱性系统、酸性系统、中和系统、气动搅拌系统、压滤和包装系统构成，碱性系统和酸性系统分别通过管道连接至中和系统，中和系统中设置气搅拌系统，压滤和包装系统通过管道设置于中和系统之后，且压滤和包装系统上设有与废水池连接的管道。
[0065] 在本发明中，碱性系统由按耐碱设计的1#煲模废液罐、2#煲模废液罐、1#泵及管道组成，，考虑到煲模废液易分解，堵塞管道和阀门，1#泵选用电膜泵或气膜泵，且将1#泵及管道安装于1#煲模废液罐和2#煲模废液罐的顶部，1#煲模废液罐与1#泵连接的管道上设有6#阀，2#煲模废液罐与1#泵连接的管道上设有7#阀，1#泵与中和系统连接的管道上设有8#阀，1#泵与中和系统连接的管道上设有9#阀，1#煲模废液罐与2#煲模废液罐之间连接有设有10#阀的连接管；中和系统由1#中和罐、2#中和罐及管道组成；1#煲模废液罐和2#煲模废液罐用于储存煲模废液，并由1#泵通过管道输送至1#中和罐和/或2#中和罐中，1#中和罐和2#中和罐用于中和氧化废液和煲模废液，生成氢氧化铝结晶。1#煲模废液罐、2#煲模废液罐的底部分别设有11#阀、12#阀，是为了便于清底维修。
[0066] 在本发明中，酸性系统由按耐酸设计的1#氧化废液罐、2#氧化废液罐、2#泵及管道组成，考虑到氧化废液不分解，不堵塞管道和阀门，2#泵及管道安装于1#氧化废液罐、2#氧化废液罐的底部，2#泵选用耐酸泵，1#氧化废液罐的底部与2#泵连接的管道上设有1#阀，2#氧化废液罐的底部与2#泵连接的管道上设有2#阀，2#泵与1#中和罐、2#中和罐连接管道上分别设有3#阀、4#阀，且1#氧化废液罐与2#氧化废液罐之间连接有设有5#阀的连接管道，1#氧化废液罐和2#氧化废液罐用于储存氧化废液，并由2#通过管道输送至1#中和罐和/或2#中和罐中。
[0067] 在本发明中，气动搅拌系统由空气压缩机和气搅拌管组成，空压机与1#中和罐连接的管道上设有13#阀，空压机与2#中和罐连接的管道上设有14#阀，中和罐中仅仅设置气搅拌，是考虑到中和反应比较简单，混合均匀即可。若采用
电机搅拌，既耗电，又不安全，维修比较麻烦。1#中和罐与压滤和包装系统连接的管道上设有15#阀，2#中和罐与压滤和包装系统连接的管道上设有16#阀。
[0068] 在本发明中，考虑到煲模废液易分解，不易长途管道输送的特点，本系统应设置单独的煲模废液处理车间，紧邻煲模车间，方便将煲模废液收集至煲模废液罐。氧化废液可长途管道输送，可在煲模废液处理车间和氧化车间之间布设管道，将氧化废液直接收集输送至氧化废液罐。
[0069] 更进一步的，碱性系统用于收集、储存煲模废液，并输送至中和系统；酸性系统用于收集、储存氧化废液，并输送至中和系统；中和系统用于两种废液的中和反应，并生产氢氧化铝，中和系统按耐酸设计。生产过程步骤如下：
[0070] 1、打开1#、3#阀和2#泵，先加氧化废酸至1#中和罐的设定液位，打开13#阀开始搅拌，再打开6#、8#阀和1#泵加煲模废碱，先快后慢，用pH试纸，边测边加，pH值为6-8时，停止加煲模废液，继续搅拌10分钟，静置2小时；
[0071] 2、开启带式压滤机，打开15#阀，压滤干燥，即得氢氧化铝产品；
[0072] 3、关闭3#阀，打开4#阀和2#泵，先加氧化废酸至2#中和罐的设定液位，打开14#阀，开始搅拌；关闭8#阀，再打开9#阀门和1#泵加煲模废碱，先快后慢，用pH试纸，边测边加，pH值为6-8时，停止加煲模废液，继续搅拌10分钟，静置2小时；
[0073] 4、开启带式压滤机，打开16#阀门，压滤干燥，即得氢氧化铝产品。
[0074] 在本发明中，煲模废碱液与氧化废酸液两者的体积比为1:1.5，中和罐内的酸碱物质发生反应生成Al(0H)3沉淀，所处理的化学药剂为煲模槽的老化废碱液和氧化槽的老化废酸液，反应终点为PH7.0，生产的副产品为工业级氢氧化铝。
[0075] 在本发明中，中和罐本可在碱性条件下运行，即先加煲模废液，再加氧化废液调整至中性，完成反应。如此，选用普通的
碳钢及阀门即可。但长期在碱性条件下运行，罐壁易结垢，罐底的阀门及管道易堵塞，需经常维修，严重时可造成停产。所以，尽管是回收碱性煲模废液中的铝离子，也可将中和罐及配套的管和阀按耐酸设计，反应次序是先加酸性的氧化废液，再加碱性的煲模废液调整至中性，完成反应。如此，每一轮生产，罐壁及底部阀门和管道都经历一次酸性过程，碱渣碱垢可被溶解，确保生产连续进行。
[0076] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0077] 为了实现处理10000吨煲模废液，15000吨氧化废液的目标，配置了两个40m3煲模3 3
废液罐，两个40m 氧化废液罐，两个15m 中和罐，一部带式压滤机，以及配套的管道、泵和阀门。
