一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法与流程

1.本发明涉及酸废水处理技术领域，特别涉及一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法。


背景技术：

2.铝型材作为新型环保材料在国民经济发展过程中越来越发挥重要的角色，近年来使用量越来越高。
3.目前的铝型材阳极氧化表面处理加工环节普遍存在高污染、高能耗，酸碱用量大，污泥量大的问题，造成废水排污高盐分问题。长此以往，对环境生态造成不可逆的破坏。阳极氧化线高浓度废酸产生量最大的环节在阳极氧化母槽，阳极氧化母槽铝离子需要维持在15g/l附近，否则氧化电耗急剧上升。通常阳极氧化母槽铝离子升高后需要排掉氧化母槽槽液以维持铝离子浓度，该环节废槽液在阳极氧化行业内通常采用末端中和反应处理，排槽液将浪费大量的有效硫酸，同时中和反应消耗大量的氢氧化钠，废水盐分含量很高，主要盐分为硫酸钠，硫酸钠盐无法再利用，最终排入自然水体，对土壤及水环境造成不可逆的破坏；同时此过程产生大量的含铝污泥，再利用效率较低。
4.例如专利公开号为cn106395875a，公开日为2017.02.15的中国发明专利，公开了一种利用铝型材加工废液生产聚合硫酸铝的方法，以铝型材加工过程中产生的含铝碱性废液为原料，分别制成固体al(oh)3和naalo2溶液，再将固体al(oh)3制成al2(so4)3溶液，最后将naalo2溶液、al2(so4)3溶液和磷酸溶液共混、煮解得到聚合硫酸铝。该发明专利中的加工废液处理方法，虽然不产生新的废液，实现了污染物的零排放，保证了生产过程的清洁和安全。但是，该处理方法在实际使用过程中，大量的酸性铝型材加工废液想要通过此方法来处理时，就需要先添加大量的碱料，这是十分浪费且低效的，且无法实现资源的循环再利用。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法。本发明提供的铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法，可以将铝型材阳极氧化母槽槽液中的酸、水以及铝离子回收再循环利用。
6.为了实现上述技术效果，本发明提供以下技术方案：一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法，包括以下步骤：（1）将阳极氧化母槽中的槽液通过预处理精密过滤后进入预处理槽，得到过滤后槽液；（2）将所述过滤后槽液经过在线硫酸回收膜装置，同时通入水，分离得到回收硫酸和残液，回收硫酸流入暂存槽直接返回阳极氧化母槽，残液为低酸高铝废水，进入残液暂存槽进行收集；（3）将所述低酸高铝的废水通过排酸浓缩膜装置，得到分离后的低酸无铝废水和低酸高铝浓缩水，其中低酸无铝废水排入污水站，低酸高铝浓缩水进入浓缩水暂存槽进行
收集；（4）将所述低酸高铝浓缩水经过低温真空蒸发浓缩装置得到高浓度硫酸铝浓缩液和水蒸气冷凝水，所述高浓度硫酸铝浓缩液回收利用，所述水蒸气冷凝水返回步骤（2）代替部分水，用于在线硫酸回收膜装置。
7.优选地，所述步骤（1）阳极氧化母槽槽液中硫酸浓度为160～250g/l，铝离子浓度为10～18g/l。
8.优选地，步骤（1）中所述预处理精密过滤优选采用多级滤芯过滤。
9.优选地，步骤（2）中所述在线硫酸回收膜装置包括扩散渗析离子交换膜。
10.优选地，所述步骤（2）中通入与过滤后槽液相同体积的水，分离得到相同体积的回收硫酸和残液。
11.优选地，所述步骤（2）回收硫酸中硫酸浓度为150~230g/l，铝离子浓度为0.1~1g/l，所述残液中硫酸浓度为10~20g/l，铝离子浓度为9~17g/l。
12.优选地，所述步骤（3）中排酸浓缩膜包括压力驱动膜元件。
13.优选地，所述步骤（3）中低酸无铝废水中硫酸浓度为10~20g/l，铝离子为0.05~0.1g/l，低酸高铝浓缩水中硫酸浓度为10~20g/l，铝离子为25~30g/l。
14.优选地，所述步骤（4）高浓度硫酸铝浓缩液可以经冷却结晶，得到固体硫酸铝，所述固体硫酸铝中氧化铝含量≥15.6%，高浓度硫酸铝浓缩液也可以经自然冷却后不结晶，得到液体硫酸铝，所述液体硫酸铝中氧化铝含量≥7.5%。
15.优选地，所述步骤（4）中低温真空蒸发浓缩包括mvr真空蒸发浓缩，所述蒸发温度为60~85℃，过流材质为石墨。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：阳极氧化母槽常年无需排槽液，铝离子浓度稳定，氧化铝材品质稳定；与直接排槽液相比，可以节约90%以上的硫酸；节约污水处理环节90%以上酸碱中和反应及95%以上铝离子沉淀反应所需的氢氧化钠用量；大幅减少污水处理含铝污泥量，铝离子变为国标级液体硫酸铝或固体硫酸铝，用于造纸、水厂絮凝剂等；有效降低外排废水含盐量，提升含铝废水处理效率及实现污水的回收再利用；6、工艺控制过程全程自动化控制，通过数据交换实现无人值守。
附图说明
17.图1是本发明铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法的工艺流程图。
具体实施方式
18.本发明提供了一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法，包括以下步骤：（1）将阳极氧化母槽中的槽液通过预处理精密过滤后进入预处理槽，得到过滤后槽液；（2）将所述过滤后槽液经过在线硫酸回收膜装置，同时通入水，分离得到回收硫酸
和残液，回收硫酸流入暂存槽直接返回阳极氧化母槽，残液为低酸高铝废水，进入残液暂存槽进行收集；（3）将所述低酸高铝的废水通过排酸浓缩膜装置，得到分离后的低酸无铝废水和低酸高铝浓缩水，其中低酸无铝废水排入污水站，低酸高铝浓缩水进入浓缩水暂存槽进行收集；（4）将所述低酸高铝浓缩水经过低温真空蒸发浓缩装置得到高浓度硫酸铝浓缩液和水蒸气冷凝水，所述高浓度硫酸铝浓缩液回收利用，所述水蒸气冷凝水返回步骤（2）代替部分水，用于在线硫酸回收膜装置。
19.本发明将阳极氧化母槽中的槽液通过预处理精密过滤后进入预处理槽，得到过滤后槽液。
20.在本发明中，所述槽液的主要成分为硫酸及铝离子，根据氧化型材用途的不同，硫酸及铝离子浓度也不同；所述硫酸的浓度优选为160~250g/l，所述铝离子的浓度优选为10~18g/l，阳极氧化线高浓度废酸产生量最大的环节在阳极氧化母槽，阳极氧化母槽铝离子需要维持在15g/l附近，否则氧化电耗急剧上升。
21.在本发明中，所述预处理精密过滤优选采用多级滤芯过滤，过滤精度优选达到0.1微米，本发明采用预处理精密过滤的作用是因过滤槽液中存在微米级的灰分，通过预处理精密过滤将其去除，避免对后续膜的污染，且为后续在线硫酸回收膜装置提供较好的进水条件。
22.得到过滤槽液后，本发明将所述过滤后槽液经过在线硫酸回收膜装置，同时通入水，分离得到回收硫酸和残液，回收硫酸流入暂存槽直接返回阳极氧化母槽，残液为低酸高铝废水，进入残液暂存槽进行收集。
23.在本发明中，所述在线硫酸回收膜优选包括扩散渗析离子交换膜，所述扩散渗析离子交换膜优选采用天维公司twdd128型膜组件，本发明对所述在线硫酸回收膜没有特殊的限定，只要具有同等功能的组件将硫酸与金属离子扩散分离即可，得到的回收硫酸流入暂存槽直接返回阳极氧化母槽回收循环使用。
24.本发明优选通入与过滤后槽液相同体积的水，分离得到相同体积的回收硫酸和残液，在本发明中，所述水优选自来水或纯水。
25.经过在线硫酸回收膜装置处理后，本发明所述回收硫酸中硫酸浓度优选为150~230g/l；所述铝离子浓度优选为0.1~1g/l；所述残液中硫酸浓度优选为10~20g/l；所述铝离子浓度优选为9~17g/l。
26.得到低酸高铝废水后，本发明将所述低酸高铝的废水通过排酸浓缩膜装置，得到分离后的低酸无铝废水和低酸高铝浓缩水，其中低酸无铝废水排入污水站，低酸高铝浓缩水进入浓缩水暂存槽进行收集。
27.在本发明中，所述步骤（3）中排酸浓缩膜优选包括压力驱动膜元件，所述压力驱动膜元件优选采用美国科氏公司mps系列酸回收压力驱动膜，其作用是将酸和金属离子通过压力驱动进行分离。
28.本发明中，所述低酸无铝废水中硫酸浓度优选为10~20g/l；所述铝离子优选为~~g/l，更优选为0.05~0.1g/l；所述低酸高铝浓缩水中硫酸浓度优选为10~20g/l；所述铝离子优选为25~30g/l。
29.得到低酸高铝浓缩水后，本发明将所述低酸高铝浓缩水经过低温真空蒸发浓缩装置得到高浓度硫酸铝浓缩液和水蒸气冷凝水，所述高浓度硫酸铝浓缩液回收利用，所述水蒸气冷凝水返回步骤（2）代替部分水，用于在线硫酸回收膜装置。
30.本发明优选添加含高浓度铝离子的模具废碱或碱蚀废碱或氢氧化铝固体，其目的是增加铝离子浓度，提高硫酸铝产量，减少废水污泥量，本发明对添加的含高浓度铝离子物质的量没有特殊的限定，根据实际情况加入即可。
31.在本发明中，所述低温真空蒸发浓缩装置优选包括mvr真空蒸发浓缩，所述所述蒸发的温度优选为60~85℃，采用的过流材质优选为石墨，所述低温真空蒸发浓缩装置根据最终产品的形态不同可以分别得到液体硫酸铝和固体硫酸铝，只需控制硫酸铝浓缩液出料密度不同即可；低密度的硫酸铝浓缩液经自然冷却后不结晶，得到液体硫酸铝，所述液体硫酸铝中氧化铝含量优选≥7.5%，达到液体硫酸铝国家标准或行业标准；高密度的硫酸铝浓缩液经冷却结晶后，所述固体硫酸铝中氧化铝含量优选≥15.6%，达到固体硫酸铝国家标准或行业标准。
32.通过低温真空蒸发浓缩装置处理得到的蒸汽冷凝水属于近似纯水，所述蒸汽冷凝水的电导率优选≤300μs/cm；所述蒸汽冷凝水优选返回步骤（2）代替部分水，用于硫酸回收膜装置。
33.为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
34.实施例1以某铝材氧化企业为例：每日阳极氧化太阳能边框铝型材150吨，阳极氧化母槽每日需排放槽液30立方，才能维持铝离子浓度在15g/l以内，排放槽液中硫酸浓度180g/l，铝离子15g/l。
35.将上述的铝型材阳极氧化母槽槽液经过以下工艺方法处理（图1为工艺流程图）：（1）将阳极氧化母槽槽液经预处理精密过滤后在预处理槽内收集；（2）将所述收集后的预处理槽液经过硫酸回收膜分离装置，同时通入相同体积的自来水，分离得到相同体积的回收硫酸和残液，回收硫酸中硫酸浓度为160g/l，铝离子为0.2g/l，残液中硫酸浓度为15g/l，铝离子为14.8g/l；其中，回收硫酸流入暂存槽直接返回阳极氧化母槽，残液为低酸高铝废水，暂存收集；（3）将所述步骤（2）中的含有低酸高铝的残液通入排酸浓缩膜装置，得到分离后的低酸无铝废水和分离后的低酸高铝浓缩水，所述低酸无铝废水中硫酸浓度为15g/l，铝离子为0.1g/l，所述低酸高铝浓缩水中硫酸浓度为15g/l，铝离子为28g/l，其中分离后的低酸无铝废水排入污水站，分离后的低酸高铝浓缩水进入步骤（4）；（4）将所述步骤（3）中的低酸高铝浓缩水再经过低温真空蒸发浓缩装置得到高浓度硫酸铝浓缩液和水蒸气冷凝水，在此过程中可添加少量含高浓度铝离子的模具废碱，所述高浓度硫酸铝浓缩液中液体硫酸铝中氧化铝含量7.58%，经自然冷却后不结晶，直接达到液体硫酸铝国家标准或行业标准；所述水蒸汽冷凝水电导率180μs/cm，返回步骤（2）代替部分自来水，用于硫酸回收膜装置；经过上述处理后，每日节约98%工业硫酸近4.6吨，节约自来水10吨，节约酸碱中和
用98%氢氧化钠约3.8吨，节约铝离子沉淀用98%氢氧化钠约2吨，每日产生国标液体硫酸铝约7吨。
36.实施例2以某铝材氧化企业为例：每日阳极氧化太阳能边框铝型材50吨，阳极氧化母槽每日需排放槽液10立方，才能维持铝离子浓度在15g/l以内，排放槽液中硫酸浓度170g/l，铝离子15g/l。
37.将上述的铝型材阳极氧化母槽槽液经过以下工艺方法处理（按照图1工艺流程）：（1）将阳极氧化母槽槽液经预处理精密过滤后在预处理槽内收集；（2）将所述收集后的预处理槽液经过硫酸回收膜分离装置，同时通入相同体积的自来水，分离得到相同体积的回收硫酸和残液，回收硫酸中硫酸浓度为155g/l，铝离子为0.3g/l，残液中硫酸浓度为13g/l，铝离子为14.5g/l；其中，回收硫酸流入暂存槽直接返回阳极氧化母槽，残液为低酸高铝废水，暂存收集；（3）将所述步骤（2）中的含有低酸高铝的残液通入排酸浓缩膜装置，得到分离后的低酸无铝废水和分离后的低酸高铝浓缩水，所述低酸无铝废水中硫酸浓度为13g/l，铝离子为0.05g/l，所述低酸高铝浓缩水中硫酸浓度为13g/l，铝离子为27g/l，其中分离后的低酸无铝废水排入污水站，分离后的低酸高铝浓缩水进入步骤（4）；（4）将所述步骤（3）中的低酸高铝浓缩水再经过低温真空蒸发浓缩装置得到结晶固体硫酸铝和水蒸气冷凝水，所述结晶固体硫酸铝中氧化铝含量15.8%，直接达到固体硫酸铝国家标准或行业标准；所述水蒸汽冷凝水电导率170μs/cm，返回步骤（2）代替部分自来水，用于硫酸回收膜装置；经过上述处理后，每日节约98%工业硫酸近1.5吨，节约自来水3吨，节约酸碱中和用98%氢氧化钠约1.2吨，节约铝离子沉淀用98%氢氧化钠约0.7吨，每日产生国标固体硫酸铝约2吨。
38.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将阳极氧化母槽中的槽液通过预处理精密过滤后进入预处理槽，得到过滤后槽液；（2）将所述过滤后槽液经过在线硫酸回收膜装置，同时通入水，分离得到回收硫酸和残液，回收硫酸流入暂存槽直接返回阳极氧化母槽，残液为低酸高铝废水，进入残液暂存槽进行收集；（3）将所述低酸高铝的废水通过排酸浓缩膜装置，得到分离后的低酸无铝废水和低酸高铝浓缩水，其中低酸无铝废水排入污水站，低酸高铝浓缩水进入浓缩水暂存槽进行收集；（4）将所述低酸高铝浓缩水经过低温真空蒸发浓缩装置得到高浓度硫酸铝浓缩液和水蒸气冷凝水，所述高浓度硫酸铝浓缩液回收利用，所述水蒸气冷凝水返回步骤（2）代替部分水，用于在线硫酸回收膜装置。2.根据权利要求1所述的一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法，其特征在于，所述步骤（1）阳极氧化母槽槽液中硫酸浓度为160～250g/l，铝离子浓度为10～18g/l。3.根据权利要求1所述的一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法，其特征在于，步骤（1）中所述预处理精密过滤采用多级滤芯过滤。4.根据权利要求1所述的一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法，其特征在于，步骤（2）中所述在线硫酸回收膜装置包括扩散渗析离子交换膜。5.根据权利要求1所述的一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法，其特征在于，所述步骤（2）中通入与过滤后槽液相同体积的水，分离得到相同体积的回收硫酸和残液。6.根据权利要求1所述的一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法，其特征在于，所述步骤（2）回收硫酸中硫酸浓度为150~230g/l，铝离子浓度为0.1~1g/l，所述残液中硫酸浓度为10~20g/l，铝离子浓度为9~17g/l。7.根据权利要求1所述的一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法，其特征在于，所述步骤（3）中排酸浓缩膜包括压力驱动膜元件。8.根据权利要求1所述的一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法，其特征在于，所述步骤（3）中低酸无铝废水中硫酸浓度为10~20g/l，铝离子为0.05~0.1g/l，低酸高铝浓缩水中硫酸浓度为10~20g/l，铝离子为25~30g/l。9.根据权利要求1所述的一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法，其特征在于，所述步骤（4）高浓度硫酸铝浓缩液可以经冷却结晶，得到固体硫酸铝，所述固体硫酸铝中氧化铝含量≥15.6%，高浓度硫酸铝浓缩液也可以经自然冷却后不结晶，得到液体硫酸铝，所述液体硫酸铝中氧化铝含量≥7.5%。10.根据权利要求1所述的一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法，其特征在于，所述步骤（4）中低温真空蒸发浓缩包括mvr真空蒸发浓缩，所述蒸发温度为60~85℃，过流材质为石墨。

技术总结
本发明提供了一种铝型材阳极氧化槽在线回收硫酸-铝的循环利用方法，属于酸废水处理技术领域。本发明将阳极氧化母槽中的槽液经过预处理、在线硫酸回收膜装置、排酸浓缩膜装置和低温真空蒸发浓缩装置工艺，阳极氧化母槽无需排放高浓度槽液，即可实现母槽内铝离子浓度稳定，最大限度减少硫酸的不合理排放，同时可以实现铝离子的资源化回收，硫酸和水的回收循环使用，且硫酸回收率为90%以上，铝回收率95%以上，避免了氢氧化钠的大量使用，具有良好的经济效益，符合绿色环保生产的要求，从而有效解决铝型材阳极氧化表面处理加工环节存在的高污染、高能耗，酸碱用量大，污泥量大、排污废水高盐分问题。水高盐分问题。水高盐分问题。


技术研发人员：曾斌 姚世杰 张道远
受保护的技术使用者：无锡善境环保设备有限公司
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/9/23