铝型材阳极氧化工艺的清洁生产分析

黄雯海

(福建省环安检测评价有限公司，福建 厦门 361000）

引言

近年来，中国铝型材产量与消费随着中国经济的快速增加而提高，金属门窗、建筑幕墙、铁路运输设备、汽车和城市轨道交通等行业，推动了铝型材行业的快速发展。由于铝合金材料硬度低、耐磨性差，需经过阳极氧化的方法在铝表面形成氧化膜层，提高铝合金的硬度、耐磨性。而阳极氧化过程中存在水资源消耗大、能源消耗较高、且涉及封孔工序普遍涉及重金属镍的排放，会造成一定的环境影响。因此，积极推行节水、节能和废水回用等新技术，并在加工中使用无害化原料，是铝型材阳极氧化工艺开展清洁生产的重点方向[1]。

1 铝型材阳极氧化清洁生产审核要点分析

铝型材阳极氧化工艺作为水资源消耗大、能源消耗较高、产生污染物重的企业，清洁生产审核重点分析如下：

从水资源消耗分析，铝型材阳极氧化除油、碱洗、中和、阳极氧化、着色、封孔等工序后均需要用水清洗，耗水量消耗大。目前行业基本均已采取了水洗槽逆流漂洗、喷淋清洗方式的节水措施，但多数企业阳极氧化废水处理后未进行回收利用，对废水进行中水回用是节约水资源的有效途径[2]。

从能源消耗分析，铝型材阳极氧化能源主要为电和蒸汽。目前行业基本均已采取了高频整流器节能设备节约能源消耗，由于阳极氧化设备主要槽体结构，如何提高入槽产品数量，提高生产效率，进而削减单位产品的能源消耗，是节约能源的有效手段。

从污染物排放分析，铝型材阳极氧化中的封孔工序，目前普遍还是采用含镍封孔剂，对环境的影响较大。因此采用无镍 封孔剂代替含镍封孔剂，减少重金属镍污染物的排放量，减轻其对人体健康和环境的影响，是阳极氧化清洁生产重点方向。

2 铝型材阳极氧化清洁生产方案

针对铝型材阳极氧化工艺审核要点，提过有效可行的清洁生产方案，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除人类健康和环境的危害[3]。

2.1 无镍封孔剂替代含镍封孔剂

无镍封孔工艺是通过氧化铝的水合反应，将非晶态氧化铝转化陈勃姆体的水合氧化铝。由于水合氧化铝比原阳极氧化膜的分子体积大，体积膨胀是的阳极氧化膜的微孔填充封闭，阳极氧化膜的抗污染物性和耐腐蚀性随之提高。因此，采用无镍封孔的技术是可行的，技术是成熟的。

常温封孔剂为新型环保产品，是由独特的封孔盐、稳定剂、缓冲剂、促进剂覆盖剂等配制而成，可快速地将铝合金表面的微孔封住，具有封孔速度快、封孔后的铝合金材料抗腐蚀性高等特点，封孔时在常温下操作，且不含有镍等重金属物质，安全环保，减少对人体健康的影响，同时可减少含镍废水污水处理的成本。常温无镍封孔剂具有如下特点：

①无需加热，封孔速度快，常温下封孔可达到2.5～3.0 μm/ min；

②不含第一类重金属镍，环保安全，减少重金属镍污染物的排放量，减轻污水处理运行成本；

③封孔效果好，封孔后的铝合金可以通过硝酸预浸的磷铬酸测试中（GB/TB753.2-2005）和酸处理后的染色斑点法（GBT-8753.4-2005），氧化膜经封孔水洗干燥后用甲基紫染色现场检测无印痕；

④抗硬水效果好，以常规硬水配置不影响使用；

综上所述，无镍封孔工艺是个环保高效的新型封孔手段，符合国家提倡的清洁生产、环境保护、绿色发展政策的要求。

2.2 阳极氧化生产线设备升级改造

目前国内铝型材阳极氧化生产线采用单排悬挂梁，可通过采用双排悬挂梁替代单排悬挂梁，铝型材阳极氧化入槽产能可增加1倍，生产效率大幅提升，同时减少了设备清洗用水量、能源消耗，并且减少原辅材料消耗，具有较好的节能减排效果，符合清洁生产、环境保护、绿色发展政策的要求[4]。

泉州某企业采用双排悬挂梁替代单排悬挂梁改造对比情况见表1。

表1 氧化线设备升级前后对比表

2.3 阳极氧化废水中水回用改造

阳极氧化废水可以分为含镍废水与酸碱含油废水两种，酸碱含油废水主要污染物为酸碱、COD、TP、SS、表面活性剂及油脂等；含镍废水主要来自封孔镍废水，主要污染物为总镍。

（1）含镍废水中水回用

含镍废水可采用“管式膜+钠滤膜+RO膜”工艺，含镍废水中水回用其工艺流程图如图1所示。

图1 含镍废水中水回用工艺流程图

管式超滤膜是在压力的作用下的一种物理分离过程，利用滤膜或特质滤布为过滤介质，使液体中的悬浮物被全部收集在薄膜的表面，清液经过滤膜进入清液腔，从而达到很有效的固液分离。

纳滤膜用于将相对分子质量较小的有机物从溶剂中分离出来其分离性能介于反渗透和超滤之间，允许一些无机盐和某些溶剂透过膜，从而达到分离的效果。

RO反渗透技术是利用渗透压力差为动力的膜分离过滤技术，孔径小至纳米级，在一定的压力下，水分子可以通过RO膜，而原水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过RO膜，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。

经处理后的废水可直接回用于封孔清洗槽，实现含镍废水的不外排。

（2）阳极氧化废水中水回用

阳极氧化废水可采用“砂滤过滤器+活性炭过滤器+保安过滤器+RO膜”工艺，阳极氧化废水工艺流程见图2。

图2 阳极氧化废水中水回用工艺流程图

砂滤过滤器利用石英砂作为过滤介质，在一定的压力下，把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒的石英砂过滤，有效的截留除去水中的悬浮物、有机物、胶质颗粒、微生物、氯、嗅味及部分重金属离子等，最终达到降低水浊度、净化水质效果。

活性炭过滤器是利用颗粒活性炭进一步去除机械过滤器出水中的残存的余氯、有机物、悬浮物的杂质，为后续的过滤处理提供良好条件。活性炭过滤器主要利用含碳量高、分子量大、比表面积大的活性炭有机絮凝体对水中杂质进行物理吸附，达到水质要求。

保安过滤器的外壳一般是采用不锈钢材料制造的，内部采用管状滤芯作为过滤元件，用PP滤芯5 μm的孔隙进行机械过滤。水中残存的微量悬浮颗粒、胶体、微生物等，被截留或吸附在滤芯表面和孔隙中，使滤液可以透过滤材流出，从而达到过滤的目的。保安过滤器可用于各种悬浮液的固液分离，具有过滤精度高、滤芯孔径均匀、过滤阻力小、截污能力强的特点[5]。

经保安过滤器后的废水再通过RO，产生的中水可直接回用于阳极氧化生产线清洗槽，从而减少阳极氧化废水及其污染物的排放量。

3 结论

通过对铝型材阳极氧化工艺采取清洁生产方案，并以“节能、降耗、减污、增效”为目的，以减量化、资源化、再利用、无害化为原则，是实现企业可持续发展重要手段，是实现企业绿色发展重要途径，是实现企业循环化改造重要方法。