1前言

  鋁材陽極氧化和著色屬化工過程，它涉及到使用各種化工原料，而排放的廢液中則含有大量的化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)主要來源于常溫脫脂、堿蝕、出光、陽極氧化、著色和封孔等工序，在每道工序之后，都要經(jīng)過充分的沖洗，將附著在鋁型材上的藥液洗凈，這些洗滌水中有些是堿性的，有些是酸性的。因此，在排放含酸性和堿性的廢水中，通過中和反應(yīng)，在一定的pH范圍內(nèi)，不少陽離子如Al3+、Sn2+、Mg2+、Ni2+等生成氫氧化物沉淀：

    2NaAlO2+ H2SO4+ 2H2O → Na2SO4+ 2Al(OH)3

    2NaOH+ H2SO4 → Na2SO4+ 2H2O

NiSO4+ 2NaOH → Ni(OH)2+Na2SO4

    MgSO4+ 2NaOH → Mg(OH)2+Na2SO4

    SnSO4+ 2NaOH → Sn(OH)2+Na2SO4

    Fe2(SO4)3+ 6NaOH → 3Na2SO4+ 2Fe(OH)3

    Al2(SO4)3+6NaOH → 3Na2SO4+ 2Al(OH) 3

  經(jīng)中和后，反應(yīng)生成物中的沉淀物有Al(OH)3、Ni(OH)2、S(OH)2、Mg(OH)2和Fe(OH)3；溶液中則有Na2SO4，其中Al(OH)3和Na2SO4是主要的。因此，要從廢液中回收硫酸鋁是完全可能的。

  在鋁材生產(chǎn)的常溫脫脂、堿蝕、出光、陽極氧化、著色和封孔等工序中，堿蝕是消耗鋁最多的工序，其目的是使鋁材的表面均勻而得到較好地表面，因而鋁材受到較大的腐蝕和損耗，一般堿蝕損耗的鋁材為0.6%～0.9%，按年產(chǎn)10000噸鋁材的工廠計(jì)算，年耗鋁為60～90噸。此外，鋁陽極氧化以硫酸作電解液，在電解過程中，鋁發(fā)生化學(xué)溶解生成Al3+，致使鋁材進(jìn)一步損耗，并排放出大量的廢硫酸。

  針對鋁材生產(chǎn)中的這些情況，我們對廢液中的硫酸鋁進(jìn)行了回收試驗(yàn)研究，探討了回收工藝流程。為更好地回收硫酸鋁提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2實(shí)驗(yàn)

2.1回收工藝流程

2.2離子分析

  由于硫酸鋁的回收主要來自于堿蝕和鋁陽極氧化工序，因此溶液中離子的分析針對這兩個(gè)工序進(jìn)行。

2.2.1堿蝕槽液中總堿、鋁、游離堿的測定

  在酒石酸鉀鈉過量下，用鹽酸滴定總堿，然后加入氟化鉀，氫氧化鋁與氟離子結(jié)合放出氫氧根離子，再用鹽酸滴定這些氫氧根離子，可計(jì)算出鋁離子的量，具體反應(yīng)為：

    NaOH+ HCl → NaCl+ H2O

    Al(OH)4-+H++4(C4H4O6)42- → [Al(OH)3(C4H4O6)4]8-+H2O

    [Al(OH)3(C4H4O6)4]8-+6F- → AlF63-+ 3OH-+4(C4H4O6)42-

    3OH-+3H+ → 3H2O

  實(shí)驗(yàn)步驟為：準(zhǔn)確吸取堿蝕液5.00 mL于250mL錐形瓶中，加入30mL酒石酸鉀鈉溶液和50mL蒸餾水，加入2滴酚酞指示劑，用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液(濃度為CHCl滴定至紅色消失為終點(diǎn)，記下滴定讀數(shù)為V1；然后加入20mL氟化鉀溶液（此時(shí)溶液再顯紅色），繼續(xù)用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度為CHCl）滴定至紅色消失為終點(diǎn)，記下滴定讀數(shù)為V2。計(jì)算：

總堿 ω (NaOH)=40 CHClV1/5.00(g/L)

鋁   ω (Al)=27CHClV2/(3×5.00)(g/L)

游離堿  ω (NaOH）=40 CHClV1（V1-V2）/5.00(g/L)

2.2.2  鋁陽極氧化溶液中總硫酸、鋁、游離硫酸的測定

  (1)總硫酸的測定：準(zhǔn)確吸取試液5.00mL于250 mL錐形瓶中，加入100 mL蒸餾水，3~5滴酚酞指示劑，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液(濃度為CNaOH）滴定至淡紅色為終點(diǎn)，記下滴定讀數(shù)為V1。

  總硫酸  ω (H2SO4）=49 CNaOHV1/5.00(g/L)

  (2)游離硫酸的測定：準(zhǔn)確吸取試液5.00m于250mL錐形瓶中，加入100 mL蒸餾水，0.3～0.5 g氟化鉀，3~5滴酚酞指示劑，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度為CNaOH滴定至淡紅色為終點(diǎn)，記下滴定讀數(shù)為V2。

  游離硫酸 ω (H2SO4)=49 CNaOHV2/5.00(g/L)

  (3)游離硫酸及鋁的連續(xù)測定：準(zhǔn)確吸取試液5. 00 mL于250 mL錐形瓶中，加入50mL蒸餾水，加甲基橙2滴，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度為CNaOH）滴定至由紅變?yōu)槌壬珵榻K點(diǎn)V1；然后再加入3~5滴酚酞指示劑，以氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液(濃度為CNaOH)滴定至淡紅色不退為終點(diǎn)(V2)。

  游離硫酸  ω (H2SO4)=49CNaOH V1/5.00(g/L)

  鋁 ω (Al)=27CNaOHV2/(3×5.00) (g/L)

2.2.3硫酸鋁中Al3+和SO42-的測定

  (1) Al3+的測定：采用EDTA絡(luò)合滴定法，其原理為：在弱酸性溶液（加入pH5.0~6.0的緩沖溶液)中，鋁離子與過量的EDTA絡(luò)合，用氯化鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過量的EDTA。然后加入過量的氟化鈉，F(xiàn)-與絡(luò)合的鋁離子反應(yīng)，置換出與鋁離子絡(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)SO42-的測定：采用重量分析法，加入過量的BaCl2，使硫酸根完全以BaSO4沉淀，經(jīng)洗滌、灼燒等處理，通過稱量BaSO4的量來計(jì)算SO42-的含量。

2.3溶液pH值的測定

  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)行測定。

3討論

  根據(jù)鋁合金陽極氧化生產(chǎn)工藝(如圖1)，對生產(chǎn)中的堿蝕和陽極氧化槽內(nèi)的溶液進(jìn)行了分析。堿蝕溶液的鋁離子高達(dá)120~130 g/L，NaOH則維持在40～60 g/L之間。由于堿蝕槽內(nèi)加入由多種物質(zhì)組成的添加劑，致使溶液中NaAlO的含量達(dá)350～400g/L，所以堿蝕溶液的堿性很強(qiáng)，鋁離子的含量非常高。而鋁陽極氧化槽內(nèi)溶液的成分為：H2SO4 170 g/L左右,Al3+  16～21 g/L。當(dāng)堿蝕廢液和陽極氧化廢液排放時(shí)，由于排放量的比例不同，混合溶液的pH也不一樣，但總體而言，混合后偏堿性。

  針對上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們在硫酸鋁回收工藝流程中，根據(jù)鋁的兩性，在pH為4.0時(shí)開始沉淀，pH為5.5時(shí)完全沉淀，而在pH為7.8時(shí)沉淀開始溶解，pH為10.8時(shí)沉淀完全溶解。因此，排放堿蝕廢液和陽極氧化廢液時(shí)，最好控制pH在5.5左右，使混合槽內(nèi)的酸堿物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成Al(OH)3沉淀，再加入一定量的高分子凝聚劑以便加快沉淀速度，然后采用壓縮空氣攪拌4～6 min，混合均勻后，靜置4～6h。過濾得到以Al(OH)3為主要成分的沉淀物，再用稀硫酸溶液調(diào)整pH為2，將上層清液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)鍋內(nèi)，加熱濃縮至結(jié)晶析出，得硫酸鋁結(jié)晶粗品。由于此結(jié)晶含雜質(zhì)較多，必須進(jìn)行2～4次重結(jié)晶，這樣可得到純度高達(dá)99. 6%的硫酸鋁。

  按照我們所試驗(yàn)的硫酸鋁回收工藝(圖1)，年產(chǎn)鋁材10000噸的工廠，一年可生產(chǎn)硫酸鋁約為1500噸，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

  經(jīng)過多次試驗(yàn)，該硫酸鋁回收工藝流程比工業(yè)制硫酸鋁簡單，處理方便，并可與廢水處理結(jié)合起來，解決了鋁材生產(chǎn)環(huán)保問題。

4結(jié)論

    將鋁合金陽極氧化生產(chǎn)中堿蝕和陽極氧化工序的廢液按一定的比例排放至混合槽內(nèi)，控制混合液的pH值為5.5左右，通過加入凝聚劑、沉淀過濾、稀硫酸調(diào)整pH值、加熱濃縮結(jié)晶、重結(jié)晶等工序可得到高純度的硫酸鋁。該回收處理操作簡便，既解決了環(huán)保問題，又提高了經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)鋁合金陽極氧化生產(chǎn)工藝，由堿蝕和陽極氧化兩道工序排放的含有大量鋁離子的酸堿溶液，按一定量的比例混合，控制混合液的pH在5.5左右，再采用加入凝聚劑、沉淀過濾、稀硫酸調(diào)整pH、加熱濃縮結(jié)晶、重結(jié)晶等一系列工藝可得到高純度的硫酸鋁。該工藝流程簡單、方便可行。既可解決鋁材生產(chǎn)的環(huán)保問題，又可得到較好的經(jīng)濟(jì)效益。