扩散渗析在铝型材阳极氧化中的应用.doc

扩散渗析在铝型材阳极氧化中废酸回收的应用
李师超
（山东天维膜技术有限公司）

摘要：扩散渗析法是处理铝型材阳极氧化生产过程中产生硫酸废液的有效办法。介绍废酸在阴离子交换膜中扩散行为的研究进展及扩散渗析在铝型材行业的应用情况，并简要评述扩散渗析法在铝型材行业的应用前景。
Iffusion dialysis method processing production process of aluminum anodic oxidation is effective way of sulfuric acid waste liquid. In waste acid anion exchange membrane in the research on the diffusion behavior and diffusion dialysis in the aluminum industry, the application of diffusion dialysis method was described in brief in the aluminum industry application prospect.
关键词：扩散渗析；阴离子交换膜；酸性废液；回收

在铝型材阳极氧化生产过程中，通常产生大量的酸性废液。传统的处理方式主要采用中和法，此方法不仅浪费大量可回收的酸，而且增加废渣的处理量，带来二次污染。新型的膜分离技术既能对酸性浸出液进行有效净化，又能回收有用物质，在回收工业废酸方面具有广阔的发展前景。膜分离技术主要包括扩散渗析、电渗析、膜电解、反渗透及纳滤等。扩散渗析法由于具有设备简单、操作方便、分离过程本身不消耗能量等优点，在处理酸性废液方面得到了广泛应用。本文作者主要介绍了扩散渗析法处理湿法冶金过程酸性浸出液的研究与应用情况，并对其发展前景进行探讨。
1、 扩散渗析发展现状
膜技术在国外研究较早，膜工业技术较为成熟。目前国外生产扩散渗析膜的仅日本和德国几家公司。由于进口膜价格昂贵国内很少使用。90年代我国也曾有类似的膜（S203膜）投放市场，但由于这种膜生产过程中使用剧毒致癌物质氯甲醚，带来了新的污染和严重的危害，后停产。国内自2000年以来，国内扩散渗析器使用的膜主要为山东天维膜公司生产的DF-120型离子交换膜。该离子膜采用全新聚合物溴化交联工艺，无毒无污染，处理效果、使用寿命、尺寸都有所提高。
2、 扩散渗析原理
扩散渗析法回收废酸采用渗析原理，以浓度差为推动力，酸根离子从高浓度区透过阴离子交换膜向低浓度区自然扩散，由于阴离子交换膜具有选择透过性，金属离子被截留下来，从而实现酸的回收和金属离子的分离。

3、 扩散渗析法的工业应用
扩散渗析法回收废酸在日本应用较早，已有近百家工厂从钢铁及有色加工厂的废酸洗液中成功回收了酸。在我国，自2000年以来一些铜矿、特钢、铝材、蓄电池、太阳能硅等行业也开始大量应用。
3.1 铝型材阳极氧化工艺中废酸的回收
铝合金在H2SO4溶液中进行阳极氧化生成的氧化膜，白色透明，孔隙率高，着色性能好，特别适用于铝型材的氧化处理。
H2SO4阳极氧化工艺如下：
H2SO4150～180g/L；Al3+≤20g/L；温度20±2℃；电流密度1.1～1.5A/dm2交流电压16～18V；阳极极板纯铝板、铅板；时间25～35min（依膜厚而定）。 温度对氧化膜性能影响显著：需控制温度20±2℃。
自来水或清洗回用水

扩散渗析器在阳极氧化工艺中可以与生产同时进行，能很好地控制铝离子浓度，保证生产质量，同时又可让对硫酸循环使用。能够达到很好的节能减排和提高产品质量的效果，硫酸回收率在80%以上。铝离子去除率90%以上，例如，15g/L的铝离子处理后在1.5g/L。流程如下：
过滤器

氧化槽

废酸池

扩
散
渗
析
器
回收酸池
补浓

污水处理
残液
储罐

3.2阳极氧化非硫酸回收再利用与中和处理的对比
每日产量40吨，槽液量150m³，Al3+（10-18g/L）超过18g/L时需要排出部分槽中的废酸，硫酸浓度180g/L,以氧化时间13min，每吨型材溶铝量约为1.6Kg。硫酸：400元/吨，片碱2000元/吨。
一、不使用扩散渗析器控制铝离子浓度时
A、 每天溶铝量为：40吨*1.6Kg/吨=64Kg/天。
B、 硫酸铝从10g/L到18g/L的时间为8g/L*150m³/64Kg/天=18.75天
C、 每次排槽排出的酸量（18g/L-10g/L）*150m³/18g/L*180g/L=12吨纯硫酸，即每年需要排出300/18.75*12=192吨纯硫酸。中和排出的硫酸需要用片碱192*80/98=157吨。
D、 每年需要排放192吨硫酸需要192*400=7.68万元/年。
中和硫酸用片碱157吨需要157*2000=31.4万元/年。共计7.68+31.4=39.08万元/年。
二、使用扩散渗析器后，硫酸浓度为180g/L,铝离子为10g/L。
A、 每天溶铝量为：40吨*1.6Kg/吨=64Kg/天。
B、 每天需要排出槽液64Kg/10g/L/90%=7.1m³
C、 每天排出的酸量为7.1m³*180g/L*(1-80%)=0.26吨纯硫酸即每年0.26吨/天*300天/年=78吨/年，中和排出硫酸需要片碱0.26*80/98=0.23吨，即每年需要0.23吨/天*300天/年=69吨/年。
D、 每年排出硫酸的 费用为78吨/年*400元/吨=3.12万元/年。中和排出硫酸需要片碱的费用为69吨/年*2000元/吨=13.8万元/年。共计3.12+13.8=16.92万元/年。
E、 铝离子从10g/L到18g/L的工作电压会提高0.6v（在氧化电流12000A的条件下）一年每台电源（功率因数0.85）电量损耗为0.6v*12000A/0.85*24h/天*300天/年=60988KWh/年，以四台电源为例4*60988KWh*0.8元/kwh=19.5万元/年
F、 扩散渗析器运行时每年可以回收7.1m³*180g/L*80%*300天/年=307吨纯硫酸。合计价值为307吨*400元/吨=12.3万元/年。同时还可以节约大量电费。

4.问题与展望
扩散渗析法可应用于任何无机废酸体系，酸回收率≥80%，金属盐截留率≥90%。在铝型材阳极氧化生产过程中，由于扩散渗析器回收氧化槽液中的含铝废酸，废酸回收率高，铝离子去除率高，运行稳定，扩散渗析膜法在处理这类酸性废液具有独特的优势。但由于处理量的限制，如一个用膜500 m2扩散渗析器，一天仅去除100-120kg 铝离子。因此，要推广扩散渗析在阳极氧化的应用，必须解决好以下几个方面的问题：1)加强阴离子膜合成的研究，研制选择性好，酸流通量大的膜，增加废液的处理量；2)加强集成膜技术的开发，与膜蒸馏、纳滤、反渗透等膜技术结合，集成各种膜过程，优化膜分离性能；3)开发、改进扩散渗析器装置，以适应铝型材阳极氧化废液量大的特点。
扩散渗析法以其低能耗、工艺适应性强、无二次污染等优点，对优化铝型材阳极氧化生产过程，组合无污染冶金工艺流程有着十分重要的作用。随着环保意识逐渐加强及膜技术的进步，这一技术将在铝型材阳极氧化行业得到日益广泛的应用，目前在湖北大冶、山东、广东、江西等地区的铝型材厂均有应用。

〔作者简介〕李师超（1988-），男，山东潍坊，助理工程师，15315259735。山东天维膜技术有限公司，山东省潍坊市高新区玉清东街171号。主要从事膜技术开发、应用、推广等工作。电子邮箱：lishichao0611@