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環(huán)保型單錫鹽著色添加劑在建筑鋁型材電解著色工藝的應用

   日期:2016-03-05     來源:精細化學品集團    作者:桂詩亮 金洪海 姜華    瀏覽:2863    評論:0    
目前,國內由于經濟發(fā)展,人民環(huán)保意識加強,國家環(huán)保執(zhí)法力度空前,全國鋁型材企業(yè)紛紛開展清潔生產,部分廠家生產電解著色鋁型材由錫鎳混鹽向單錫鹽電解著色轉變,而著色添加劑卻沒有多大改變,針對著色添加劑對環(huán)境的影響,從源頭上控制污染物,研制環(huán)保型單錫鹽電解著色添加劑已是大勢所趨。
 
首先我們來了解一下各國廢水中污染物排放限值的標準,各國表面處理廢水排放濃度限值見表1。
 
表1   美國、歐盟部分國家和我國表面處理廢水排放濃度限值  單位:mg/L
 

 

污染物

 

 

 

 

 

西

國家標準

現(xiàn)有

設施

新建

設施

特別排放限值

1

總鉻

7.0

5.0

0.2

0.5

2.0

2.0

0.5

3.0

1.5

1.0

0.5

2

六價鉻

 

0.5

0.1

0.1

/

0.2

0.1

0.5

0.5

0.2

0.1

3

4.1

3.0

5.0

0.5

2.0

2.0

0.5

5.0

1.0

0.5

0.1

4

1.2

0.6

0.2

0.2

0.2

0.02

0.2

0.5

0.1

0.05

0.01

5

1.2

0.1

/

0.1

/

/

0.1

/

0.5

0.3

0.1

6

0.6

1.0

1.0

0.5

/

0.2

/

1

1.0

0.2

0.1

7

/

/

0.1

/

/

0.005

0.05

0.1

0.05

0.01

0.005

8

4.5

4.0

2.0

0.5

2.0

0.1

0.5

3.0

1.0

0.5

0.3

9

4.2

7.0

5.0

2.0

5.0

0.5

0.5

10

2.0

1.5

1.0

10

/

20.0

5.0

3.0

/

2.0

/

5

5.0

3.0

2.0

11

/

10.0

5.0

3.0

/

1.0

/

20

5.0

3.0

2.0

12

游離氰化物

1.9

/

0.1

0.2

/

0.5

0.2

1.0

0.5

0.3

0.2

13

化學需氧量

/

300

150

400

/

160

/

1500

100

80

50

14

氟化物

/

10.0

15.0

50

/

6

/

12

10

10

10

15

/

2.0

10.0

2

/

10

15

5.0

1.5

1.0

0.5

 
    目前各企業(yè)使用的單錫鹽電解著色添加劑由于要提高亞錫離子的穩(wěn)定性,通常加入有機和無機還原劑,這是提高槽液壽命的關鍵,傳統(tǒng)的還原劑有萘酚磺酸、甲酚磺酸、抗壞血酸、焦性沒食子酸、硫酸聯(lián)氨和亞鐵離子等,但這些對環(huán)境影響都較大,近些年來,羥基酸、烯醇式羥基化合物等越來越多地成為上述還原劑的替代物。
 
1 試驗
 
1.1試驗材料
 
試驗用的材料為建筑鋁型材常用材料6063合金。
 
1.2工藝流程
 
單錫鹽電解著色生產前處理典型工藝有低溫拋光、堿蝕等,著色后處理有封閉、電泳等。以下是典型的單錫鹽電解著色生產工藝流程。
 
基材→裝掛→低溫拋光 →水洗→水洗→陽極氧化→水洗→水洗→電解著色 →水洗→水洗→ 純水洗→ 熱水洗 → 純水洗 → 電泳 → RO1 → RO2→ 瀝 干 → 烘烤 →包裝 →成品
 
1.3 工藝參數(shù)
 
1.3.1氧化工藝參數(shù)
 
硫酸陽極氧化:H2SO4 150~180 g/L, AL3+≤15 g/L, 溫度:  18 ~22℃, 電流密度:1.0~1.5A/dm2 電壓:15~ 17V ,時間:15~30min.。
 
由于電解著色是金屬離子在氧化膜微孔底部還原沉積,因此氧化膜結構、阻擋層厚度和均勻性對色調都會產生影響。
 
硫酸:一般控制在150~180 g/L,陽極氧化過程是氧化膜生成及溶解同時進行的過程。硫酸濃度過高,氧化膜的溶解速度加快大,成膜速度減??;濃度過低,氧化膜溶解速度減小,氧化膜暗淡無光澤,甚至出現(xiàn)彩色條紋。
 
電流密度:一般控制在1.0 ~1.5A/dm2,提高電流密度可提高氧化膜的成膜速度及孔隙度,但電流密度過高,引起局部過熱,會加速氧化膜的溶解,氧化膜疏松,甚至被腐蝕;電流密度過小,成膜速度減小,氧化膜過于致密,不易著色。
 
溫度:一般控制在18~22℃,氧化槽液的溫度過高,會使膜的溶解速度加快、成膜速度降低、膜層硬度降低、疏松起粉、不均勻、不連續(xù),影響著色效果及封閉質量;槽溫過低,氧化膜發(fā)脆、易裂。
 
氧化膜厚度不小于8um,著深色時宜用10~12um。
 
1.3.2著色工藝參數(shù)
 
電解著色槽液配制:H2SO4 16~22 g/ L, SnSO46 ~15 g/L,環(huán)保型單錫鹽電解著色添加色劑 20~30 g/L,去離子水余量。對電極為不銹鋼或錫板。
 
硫酸亞錫:著色主鹽,其含量對色調和著色均勻性有明顯影響,隨濃度升高,著色速度加快,分散性越來越好,宜控制在6 ~15 g/L范圍。
 
硫酸:起防止錫鹽水解和提高導電性能的作用。最佳范圍18~22 g/ L,含量過低,不利于槽液穩(wěn)定,著色速度也慢,過高由于析氫加劇導致著色不均勻。
 
環(huán)保型單錫鹽電解著色添加劑:由于空氣中的O2和電極反應的作用,溶液中的Sn2+易于氧化成Sn4+,Sn4+進而水解成偏錫酸沉淀(SnO2·H2O)。這種水解產物呈膠態(tài)懸浮于溶液中,即使用精密過濾機也難將其濾掉,當積累到一定程度時嚴重影響著色質量,所以著色添加劑主要是防止Sn2+氧化和水解。 
 
槽液溫度:一般控制在16~ 20℃,槽液溫度對著色速度有一定的影響。對色調無明顯影響,但對槽液的穩(wěn)定性有一定影響。
 
著色工藝:浸泡 0.5~1.0min , 交流電壓 16~ 18V,  升壓時間 20~30sec ,著色時間30sec~15min, 溫度 16~20℃。
 
2 槽液穩(wěn)定性測試

2.1  硫酸亞錫非生產自然消耗
 
單錫鹽著色關鍵是確保Sn2+在槽液中的穩(wěn)定,對產品質量、生產成本有明顯的影響,硫酸亞錫自然消耗見表2
 
表2   硫酸亞錫自然消耗
 

著色劑

SnSO4濃度(g/L

靜置時間

(天)

溶液變化

SnSO4自然消耗

g/L(天)

起始

終點

含酚類著色劑

10

8.62

300

清澈

0.0046

含聯(lián)氨著色劑

10

8.16

300

清澈少量沉淀

0.0061

環(huán)保型著色劑

10

8.45

300

清澈微量沉淀

0.0052

 
基礎液:H2SO4 18 g/ L, SnSO4 10 g/L,著色添加劑20 g/L
 
2.2  槽液穩(wěn)定性比較
 
用不同著色劑各配制:H2SO4  18g/L、SnSO4  10g/L、著色添加劑20 g/L溶液體積1000ml的著色液,各置于1.5升無色玻璃瓶中,標簽標明編號、日期和液體的高度,用金魚缸小氣泵調好流速,連續(xù)不斷地通氣。著色液穩(wěn)定性比較見表3
 
表3   著色液穩(wěn)定性比較
 

著色劑

型號

濃度(g/L)

通氣時間(小時)

24

48

96

168

含酚類著色劑

20

清澈

清澈

微渾

微有沉淀

含聯(lián)氨著色劑

20

清澈

微渾

微有沉淀

渾濁

環(huán)保型著色劑

20

清澈

清澈

微渾

微有沉淀

 
3 著色添加劑對廢水化學需氧量、氨氮、總酚的影響
 
用不同著色劑各配制:H2SO4 18g/L、SnSO410g/L、著色添加劑20 g/L溶液體1000ml的著色液,按每氧化生產1噸著色型材產生10噸廢水,消耗著色添加劑1公斤,測試著色添加劑對廢水的影響。著色添加劑對廢水的影響見表4
 
表4    著色添加劑對廢水的影響
 

著色劑

型號

污染物 ( mg/L)

化學需氧量

氨氮

總酚

含酚類著色劑

56.6

5.4

14.6

含聯(lián)氨著色劑

31.9

16.8

未檢出

環(huán)保型著色劑

17.7

未檢出

未檢出


4 結論

建筑鋁型材電解著色由錫鎳混鹽向單錫鹽逐步轉變;根據(jù)污染物排放標準,從源頭進行控制,減少污染物進入陽極氧化生產線,研究環(huán)保型單錫鹽電解著色添加劑是目前的一大課題。
1.試驗證實,含酚類著色添加劑穩(wěn)定效果顯著,但由于酚類的存在對環(huán)境影響明顯;含聯(lián)氨著色添加劑穩(wěn)定效果尚可,但氨氮對環(huán)境也有影響;環(huán)保型著色添加劑還原能力不是很強,卻對防止Sn2+氧化和水解有特效,能滿足生產需求,而且對環(huán)境十分友好。
 
2. 環(huán)保型單錫鹽著色添加劑在選擇原材料時,就特別注意污染物控制,降低有機絡合物,減少化學需氧量,不讓高污染和強毒性的物質進入陽極氧化生產線,從源頭控制污染物質,為后續(xù)的環(huán)保處理提供技術支持。
 
 
 
 
 
 
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