鋁型材陽極氧化工藝的清潔生產分析

黃雯海

(福建省環安檢測評價有限公司，福建 廈門 361000）

引言

近年來，中國鋁型材產量與消費隨著中國經濟的快速增加而提高，金屬門窗、建筑幕墻、鐵路運輸設備、汽車和城市軌道交通等行業，推動了鋁型材行業的快速發展。由于鋁合金材料硬度低、耐磨性差，需經過陽極氧化的方法在鋁表面形成氧化膜層，提高鋁合金的硬度、耐磨性。而陽極氧化過程中存在水資源消耗大、能源消耗較高、且涉及封孔工序普遍涉及重金屬鎳的排放，會造成一定的環境影響。因此，積極推行節水、節能和廢水回用等新技術，并在加工中使用無害化原料，是鋁型材陽極氧化工藝開展清潔生產的重點方向[1]。

1 鋁型材陽極氧化清潔生產審核要點分析

鋁型材陽極氧化工藝作為水資源消耗大、能源消耗較高、產生污染物重的企業，清潔生產審核重點分析如下：

從水資源消耗分析，鋁型材陽極氧化除油、堿洗、中和、陽極氧化、著色、封孔等工序后均需要用水清洗，耗水量消耗大。目前行業基本均已采取了水洗槽逆流漂洗、噴淋清洗方式的節水措施，但多數企業陽極氧化廢水處理后未進行回收利用，對廢水進行中水回用是節約水資源的有效途徑[2]。

從能源消耗分析，鋁型材陽極氧化能源主要為電和蒸汽。目前行業基本均已采取了高頻整流器節能設備節約能源消耗，由于陽極氧化設備主要槽體結構，如何提高入槽產品數量，提高生產效率，進而削減單位產品的能源消耗，是節約能源的有效手段。

從污染物排放分析，鋁型材陽極氧化中的封孔工序，目前普遍還是采用含鎳封孔劑，對環境的影響較大。因此采用無鎳 封孔劑代替含鎳封孔劑，減少重金屬鎳污染物的排放量，減輕其對人體健康和環境的影響，是陽極氧化清潔生產重點方向。

2 鋁型材陽極氧化清潔生產方案

針對鋁型材陽極氧化工藝審核要點，提過有效可行的清潔生產方案，從源頭削減污染，提高資源利用效率，減少或者避免生產、服務和產品使用過程中污染物的產生和排放，以減輕或者消除人類健康和環境的危害[3]。

2.1 無鎳封孔劑替代含鎳封孔劑

無鎳封孔工藝是通過氧化鋁的水合反應，將非晶態氧化鋁轉化陳勃姆體的水合氧化鋁。由于水合氧化鋁比原陽極氧化膜的分子體積大，體積膨脹是的陽極氧化膜的微孔填充封閉，陽極氧化膜的抗污染物性和耐腐蝕性隨之提高。因此，采用無鎳封孔的技術是可行的，技術是成熟的。

常溫封孔劑為新型環保產品，是由獨特的封孔鹽、穩定劑、緩沖劑、促進劑覆蓋劑等配制而成，可快速地將鋁合金表面的微孔封住，具有封孔速度快、封孔后的鋁合金材料抗腐蝕性高等特點，封孔時在常溫下操作，且不含有鎳等重金屬物質，安全環保，減少對人體健康的影響，同時可減少含鎳廢水污水處理的成本。常溫無鎳封孔劑具有如下特點：

①無需加熱，封孔速度快，常溫下封孔可達到2.5～3.0 μm/ min；

②不含第一類重金屬鎳，環保安全，減少重金屬鎳污染物的排放量，減輕污水處理運行成本；

③封孔效果好，封孔后的鋁合金可以通過硝酸預浸的磷鉻酸測試中（GB/TB753.2-2005）和酸處理后的染色斑點法（GBT-8753.4-2005），氧化膜經封孔水洗干燥后用甲基紫染色現場檢測無印痕；

④抗硬水效果好，以常規硬水配置不影響使用；

綜上所述，無鎳封孔工藝是個環保高效的新型封孔手段，符合國家提倡的清潔生產、環境保護、綠色發展政策的要求。

2.2 陽極氧化生產線設備升級改造

目前國內鋁型材陽極氧化生產線采用單排懸掛梁，可通過采用雙排懸掛梁替代單排懸掛梁，鋁型材陽極氧化入槽產能可增加1倍，生產效率大幅提升，同時減少了設備清洗用水量、能源消耗，并且減少原輔材料消耗，具有較好的節能減排效果，符合清潔生產、環境保護、綠色發展政策的要求[4]。

泉州某企業采用雙排懸掛梁替代單排懸掛梁改造對比情況見表1。

表1 氧化線設備升級前后對比表

2.3 陽極氧化廢水中水回用改造

陽極氧化廢水可以分為含鎳廢水與酸堿含油廢水兩種，酸堿含油廢水主要污染物為酸堿、COD、TP、SS、表面活性劑及油脂等；含鎳廢水主要來自封孔鎳廢水，主要污染物為總鎳。

（1）含鎳廢水中水回用

含鎳廢水可采用“管式膜+鈉濾膜+RO膜”工藝，含鎳廢水中水回用其工藝流程圖如圖1所示。

圖1 含鎳廢水中水回用工藝流程圖

管式超濾膜是在壓力的作用下的一種物理分離過程，利用濾膜或特質濾布為過濾介質，使液體中的懸浮物被全部收集在薄膜的表面，清液經過濾膜進入清液腔，從而達到很有效的固液分離。

納濾膜用于將相對分子質量較小的有機物從溶劑中分離出來其分離性能介于反滲透和超濾之間，允許一些無機鹽和某些溶劑透過膜，從而達到分離的效果。

RO反滲透技術是利用滲透壓力差為動力的膜分離過濾技術，孔徑小至納米級，在一定的壓力下，水分子可以通過RO膜，而原水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質無法通過RO膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴格區分開來。

經處理后的廢水可直接回用于封孔清洗槽，實現含鎳廢水的不外排。

（2）陽極氧化廢水中水回用

陽極氧化廢水可采用“砂濾過濾器+活性炭過濾器+保安過濾器+RO膜”工藝，陽極氧化廢水工藝流程見圖2。

圖2 陽極氧化廢水中水回用工藝流程圖

砂濾過濾器利用石英砂作為過濾介質，在一定的壓力下，把濁度較高的水通過一定厚度的粒狀或非粒的石英砂過濾，有效的截留除去水中的懸浮物、有機物、膠質顆粒、微生物、氯、嗅味及部分重金屬離子等，最終達到降低水濁度、凈化水質效果。

活性炭過濾器是利用顆粒活性炭進一步去除機械過濾器出水中的殘存的余氯、有機物、懸浮物的雜質，為后續的過濾處理提供良好條件。活性炭過濾器主要利用含碳量高、分子量大、比表面積大的活性炭有機絮凝體對水中雜質進行物理吸附，達到水質要求。

保安過濾器的外殼一般是采用不銹鋼材料制造的，內部采用管狀濾芯作為過濾元件，用PP濾芯5 μm的孔隙進行機械過濾。水中殘存的微量懸浮顆粒、膠體、微生物等，被截留或吸附在濾芯表面和孔隙中，使濾液可以透過濾材流出，從而達到過濾的目的。保安過濾器可用于各種懸浮液的固液分離，具有過濾精度高、濾芯孔徑均勻、過濾阻力小、截污能力強的特點[5]。

經保安過濾器后的廢水再通過RO，產生的中水可直接回用于陽極氧化生產線清洗槽，從而減少陽極氧化廢水及其污染物的排放量。

3 結論

通過對鋁型材陽極氧化工藝采取清潔生產方案，并以“節能、降耗、減污、增效”為目的，以減量化、資源化、再利用、無害化為原則，是實現企業可持續發展重要手段，是實現企業綠色發展重要途徑，是實現企業循環化改造重要方法。