摘要:為降低鋁合金生產(chǎn)所引起的環(huán)境污染，本文提出了一種零排放污水處理工藝。分析了鋁合金生產(chǎn)工藝中各步驟的化學(xué)成分，根據(jù)分析結(jié)果將常溫脫脂、堿蝕、出光、陽極氧化和封孔等不滿足生產(chǎn)要求的溶液排放至混合槽內(nèi)進(jìn)行中和，再加入氫氧化鈉(鋇)和絮凝劑分離沉淀后，經(jīng)離子交換柱，得到的回收水可返回生產(chǎn)槽重復(fù)使用。
Abstract: The purpose of this article was to reduce the environmental pollution caused by anodic oxidation of a-luminum alloys. An effluent disposal process was advanced with zero drainage. Chemical components in eachprocedure of anodic oxidation were determined. Spent solutions were finally drained into a mixing trough forneutralization, and subsequently, calcium or barium hydroxide and flocculant were added. Precipitate producedsuch as calcium or barium sulfate, calcium fluoride were separated, and recovered water was obtained after pu-rified by ion-exchange column.
關(guān)鍵詞:鋁合金；陽極氧化；污水處理；零排放
Keywords: aluminum alloy;anodic oxidation;effluent disposal;zero drainage
1 前言
鋁合金陽極氧化膜已被廣泛地應(yīng)用于防腐和表面裝飾，還用于過濾薄膜[1]，此外，在Al2O3膜多孔上電沉積某些金屬，可用作垂直磁記錄材料[2～3]。目前，鋁合金陽極氧化一般采用的是硫酸陽極氧化工藝，但不論采用哪種工藝流程，都會(huì)排出廢水和廢液，起不同程度環(huán)境污染。因此，廢水廢液的處理是鋁合金陽極氧化生產(chǎn)過程不可缺少的部分�？傮w要求最終的出水口的廢水pH值在5.5～8.5之間，其中有害元素及濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。目前，鋁合金陽極氧化生產(chǎn)的廢水處理，是將鋁合金生產(chǎn)中每道工序中的槽液，在不符合生產(chǎn)要求時(shí)排放、匯總到排放槽內(nèi)，添加適量的酸或堿進(jìn)行中和，使排放的廢水達(dá)到允許的pH標(biāo)準(zhǔn)。在中和過程中，生成物中有大量沉淀，由于處理較麻煩，一些廠家不進(jìn)行沉淀處理即向外排放，造成嚴(yán)重的污染。因此，我們對(duì)鋁合金生產(chǎn)的污水進(jìn)行了分析與研究，有效地利用資源，將鋁合金生產(chǎn)排放的污水進(jìn)行處理、再生利用，達(dá)到零排放(即不排放)的目的。
2 實(shí)驗(yàn)
2.1 工藝流程
工業(yè)上一般采用如圖1的生產(chǎn)工藝流程，文中的試驗(yàn)和分析均按此工藝進(jìn)行。
圖1 鋁合金陽極氧化生產(chǎn)工藝流程
2.2 離子分析試驗(yàn)[4]
2.2.1 Al3+的分析
采用EDTA絡(luò)合滴定法，其原理為:在弱酸性溶液(加人pH 5.0～6.0的緩沖溶液)中，鋁離子與過量的EDTA溶液絡(luò)合，用氯化鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過量的EDTA。然后加人過量的氟化鈉，F(xiàn)-與絡(luò)合的鋁離子反應(yīng)，置換與鋁離子絡(luò)合的EDTA，再用氯化鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定EDTA，從而計(jì)算鋁離子的含量。
2.2.2 的分析
采用重量法，加入過量的BaCl2，使硫酸根完全生成BaSO4沉淀，經(jīng)洗滌、灼燒等處理，通過稱量BaSO4的量來計(jì)算的含量。
2.2.3 的分析
在中性溶液中，加入酚二磺酸顯色，在420nm波長(zhǎng)下測(cè)定其吸光度，以硝酸鉀作標(biāo)準(zhǔn)溶液做標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算硝酸根的含量。
2.2.4 的分析
在pH為2.0至2.5時(shí)，亞硝酸根與對(duì)一氨基苯磺酸生成紅色染料，在543nm波長(zhǎng)下測(cè)定其吸光度，以亞硝酸鈉作標(biāo)準(zhǔn)溶液做標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算亞硝酸根的含量。
2.2.5 F-的分析
采用氟離子選擇性電極，以氟化鈉作標(biāo)準(zhǔn)溶液，用離子計(jì)進(jìn)行測(cè)定。
2.2.6 Ni2+的分析
在檸檬酸鹽的氨性介質(zhì)中，用丁二酮肟顯色，在450nm處測(cè)定其吸光度，以純鎳作標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算其含量。
2.2.7 Na+的分析
通過測(cè)定堿的量來推算其含量，用酚酞作指示劑，鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液的紅色消失為終點(diǎn)，由消耗的鹽酸量計(jì)算氫氧化的量，從而算出鈉離子的含量。
2.3 溶液pH值的測(cè)定
所有溶液的pH值均在室溫條件下，采用320型pH計(jì)(上海Mettler-TOLEDO有限公司生產(chǎn))進(jìn)行測(cè)定。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
3.1 鋁合金陽極氧化各工序槽液成分分析
為了確定鋁合金生產(chǎn)的污水處理方案，我們按照鋁合金陽極氧化生產(chǎn)工藝，對(duì)生產(chǎn)廠家的12個(gè)槽液進(jìn)行了分析，結(jié)果如表1。
從表1來看，1號(hào)槽是酸蝕脫脂槽，主要成分是硫酸和酸蝕出來的鋁離子，溶液的酸性很強(qiáng)。當(dāng)溶液中的鋁離子濃度過高時(shí)，必須排放一部分槽液，否則鋁表面的酸蝕脫脂效果不理想。2號(hào)槽是用于酸蝕脫脂后鋁材的洗滌，主要含1號(hào)槽帶入的硫酸鋁，且含量不太多，但隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，硫酸鋁的含量會(huì)不斷增加，也要進(jìn)行排放處理。3號(hào)槽是堿蝕槽，除鋁離子外，主要是氫氧化鈉和一些有機(jī)物添加劑，堿性很強(qiáng)。堿蝕時(shí)主要生成的氫氧化鋁，鋁離子則與添加劑中的有機(jī)物絡(luò)合成鋁的絡(luò)合物，使鋁離子的濃度高達(dá)125g/L，在堿性較高的條件下，沒有出現(xiàn)氫氧化鋁沉淀生成。但是當(dāng)堿蝕進(jìn)行一定時(shí)間后，鋁離子的大量增加，會(huì)產(chǎn)生氫氧化鋁沉淀，并沉積于槽底下層，因此除了排放部分槽液之外，還要定期清理槽底的殘?jiān)?、5號(hào)槽是堿蝕后的二次水洗，含有少量的氫氧化鋁和氫氧化鈉。6號(hào)是出光槽，主要成分為硫酸和硝酸，還有中和后的鋁離子和硝酸根還原后的亞硝酸根，極少量從鋁材中溶解出來的Fe3+、Cu2+、Mg2+等雜質(zhì)離子。7、8號(hào)是二次水洗槽，含少量由6號(hào)槽帶入的物質(zhì)。9號(hào)是鋁合金陽極氧化槽，主要含硫酸和鋁離子。10號(hào)則是鋁陽極氧化后的二次水洗槽。而11號(hào)是封孔槽，含有封孔用的F-、Ni2+。12號(hào)是鋁材生產(chǎn)的最后二次水洗。
表1 鋁合金生產(chǎn)槽液分析結(jié)果
從上述結(jié)果可知，廢液主要含有Al3+、、Na+、、、F-、Ni2+，還有其它有機(jī)物和極少量的雜質(zhì)離子。溶液中Al3+、、Na+、的含量較大。因此概括起來有兩類廢水廢液，一種是濃度較低、量大、連續(xù)排放的洗滌廢水；另一種是老化后的處理廢液。
針對(duì)鋁合金陽極氧化生產(chǎn)各槽液的成分，目前采用分步排放、分步中和沉淀和分離，最后排放出去。經(jīng)過這樣處理的廢水，一般都符合污水排放標(biāo)準(zhǔn)。但一些廠家嫌處理麻煩、損財(cái)耗物，于是馬虎了事，控制不嚴(yán)，從而造成污染。
3.2 污水處理方案試驗(yàn)
(1)鋁合金陽極氧化生產(chǎn)的所有用水為離子交換水(即純水)，在生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)上述分析結(jié)果和每道工序的要求，有效地利用水資源。首先，常溫脫脂、堿蝕、出光、陽極氧化和封孔等每道工序之后，都要經(jīng)過一次或二次充分水洗，水洗槽的物質(zhì)均為上一工序帶入，所含物質(zhì)比上道工序少。因此，當(dāng)上一工序的物質(zhì)濃度較大而不滿足生產(chǎn)要求時(shí)，可將該槽液排放出去，其排放的量則由下一工序水洗槽的水來補(bǔ)充(如圖2所示)。
(2)常溫脫脂、堿蝕、出光、陽極氧化和封孔等每道工藝的物質(zhì)濃度較大而不滿足生產(chǎn)要求的溶液，排放匯總到排放混合槽內(nèi)。經(jīng)檢測(cè)槽內(nèi)液體的pH為6.5～8.0，且有不少沉淀生成。然而溶液中仍有大量Al3+、、Na+、、、F-和Ni2+，為了使這些物質(zhì)沉淀更完全，加入Ca(OH)2或Ba (OH)2，將溶液中和F-分別生成CaSO4、BaSO4和CaF2沉淀。這樣處理的沉淀，由于溶液正或負(fù)電荷的存在，沉淀物質(zhì)會(huì)保持膠電狀態(tài)，不易發(fā)生聚沉，為使沉淀的生成更快更完全，在混合槽內(nèi)加入絮凝劑，中和沉淀物表面的電荷，使沉淀粒子變大，沉淀速度增大。
圖2 鋁合金生產(chǎn)污水處理零排放工藝流程示意圖
混合排放槽的特點(diǎn)是:利用常溫脫脂、出光、陽極氧化工序排放的廢酸中和堿蝕槽內(nèi)排放的高濃度的氫氧化鈉達(dá)到以廢治廢，綜合利用的目的，處理簡(jiǎn)單、成本低。
(3)經(jīng)過混合排放槽的沉淀與分離后，此時(shí)的溶液主要含有Na+、和極少量的，此時(shí)的溶液偏堿性(pH約為10)。這部分溶液可作兩方面考慮:一是將其加入硫酸或硝酸后轉(zhuǎn)入到常溫脫脂槽或出光槽內(nèi)繼續(xù)使用，由于這兩個(gè)槽的溶液要求不高，基本可以滿足；二是將溶液通人離子交換柱，去掉Na+、和極少量的，得到回收水。
3.3 污水處理方案分析
采用不同的方案反復(fù)試驗(yàn)，上述方案操作最簡(jiǎn)單，成本較低，切實(shí)可行。而零排放不但減少環(huán)境污染，而且減少了生產(chǎn)的用水量，降低了生產(chǎn)成本。
試驗(yàn)中，槽液的排放量，酸槽與堿槽最好以合適的比例來排放，以達(dá)到中和的目的。由于中和后的主要產(chǎn)物是Al2(SO4)3，處理廢渣，回收Al2(SO4)3，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益[6]，且達(dá)到以廢治廢，綜合利用的目的。溶液經(jīng)過沉淀與分離后和進(jìn)入交換柱前，含有大量Na+和少量的，加大交換柱的負(fù)荷，提高了交換柱的成本，尤其是當(dāng)槽液經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)后，排放出來的溶液由于老化而含有較多的雜質(zhì)，此時(shí)可考慮經(jīng)過沉淀與分離后部分排放到廠外，不再重新利用。此外，當(dāng)出光槽內(nèi)排放液的硝酸根含量過高時(shí)，可采用電解的方法，將硝酸根和亞硝酸根還原為后，再排放到廠外，減少環(huán)境污染。
4 結(jié)論
由于工業(yè)生產(chǎn)鋁合金的化學(xué)物質(zhì)集中在常溫脫脂、堿蝕、出光、陽極氧化和封孔的工序中，因此可將常溫脫脂、堿蝕、出光、陽極氧化和封孔等工序的不滿足生產(chǎn)要求的溶液，排放到混合槽內(nèi)，加入Ca(OH)2或Ba (OH)2和絮凝劑，沉淀分離后，再經(jīng)離子交換柱，得到回收水，可返回生產(chǎn)槽內(nèi)使用。該零排放方案的特點(diǎn)是利用排放的廢酸中和排放的廢堿，以廢治廢，綜合利用，處理簡(jiǎn)單且節(jié)約成本。零排放的結(jié)果，不但減少排放處理不好帶來的環(huán)境污染，而且減少了生產(chǎn)的用水量，降低了生產(chǎn)成本，在工業(yè)上是切實(shí)可行的。
參考文獻(xiàn):
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