氧化槽铝离子与硫酸回收和改用脉冲电源节能系统与工艺技术方案

本发明专利技术公开氧化槽铝离子与硫酸回收和改用脉冲电源节能系统与工艺，解决现有在铝合金氧化时氧化界面处温度高，氧化膜溶解量大，氧化能耗高问题。改用脉冲电源节能装置包括氧化槽、制冷机、钛交换器、一号泵、溢流槽和管道，还包括可移动氧化极板装置，可移动氧化极板装置包括多个驱动电机、移动定位装置、移动阴极冷却管、阳极导电座和负极导电装置；所述阳极导电座的接通的氧化电源为调频调幅的脉冲直流氧化电源。使用上述装置节能装置的总系统还包括铝离子结晶产品回收系统、硫酸氧化液回收系统、气搅拌系统和除霜系统。使用节能总系统的回收工艺包括氧化液循环冷却步骤、铝离子结晶产品回收步骤、硫酸氧化液回收步骤、气搅拌步骤和除霜步骤。

Energy saving system and process for recovery of aluminium ion and sulfuric acid in oxidation bath and use of pulse power supply

The present invention discloses oxidation aluminum ions and sulfate recovery and pulse power saving technology and system, solve the existing in Aluminum Alloy oxidation oxidation interface at high temperature, the dissolution of oxide film in large quantity, high energy consumption of oxidation. Pulse power saving device comprises an oxidation ditch, a refrigerator, a heat exchanger, titanium pump overflow tank and pipe, also includes a movable plate movable oxidation device, plate oxidation device comprises a plurality of drive motor, mobile positioning device, mobile cooling tube, cathode anode electric conduction block and the cathode conductive oxide power supply device; the anode conductive seat for DC pulse oxidation power fm. The total system of the energy saving device using the above device also includes an aluminum ion crystal product recovery system, a sulfuric acid oxidation liquid recovery system, a gas mixing system and a defrosting system. The recovery process of the total energy saving system includes the steps of oxidizing liquid circulation cooling, the recovery steps of aluminium ion crystal products, the recovery steps of sulfuric acid oxidation liquor, the gas stirring steps and the defrosting steps.

【技术实现步骤摘要】
氧化槽铝离子与硫酸回收和改用脉冲电源节能系统与工艺
本专利技术涉及铝合金加工
，具体涉及氧化槽铝离子与硫酸回收和改用脉冲电源节能系统与工艺。
技术介绍
铝合金经阳极氧化处理后，在铝材表面形成以多孔性为特征的氧化膜，必须经过封孔处理，以保证铝合金阳极氧化产品的耐腐蚀性、耐候性和耐磨性等物理化学性能，获得耐久的使用性能。建筑铝阳极氧化液是指铝合金阳极氧化所用的槽液。开槽时，阳极氧化液H2SO4浓度在160-200g/L之间，槽液中没有铝离子，对氧化膜溶解能力较强。通常阳极氧化时间为40-60分钟，每吨型材溶铝量约为3.84Kg/T(400m2/T)。随着槽液中溶铝的积累，Al3+对H+和SO42-的拦截面积增加，严重阻碍H+向阴极、SO42-向阳极移动，槽液导电性能下降。当铝离子浓度达到20g/L以上时，槽液电阻太大，若采用恒电压工艺，电流密度明显降低，造成膜层厚度不足、透明度下降，甚至出现白色斑痕或条纹、或其他形状的痕迹等不均匀现象；若采用恒电流工艺，又会引起电压升高，电能消耗增大，严重时还可能出现膜层烧伤和封闭后变黑等现象。阳极氧化液中的铝离子，直接影响槽液的导电性能，决定氧化能耗和膜层质量，最佳控制浓度应在3-8g/L范围之间，此时所获的氧化膜耐蚀性、耐磨性最好。但考虑到药剂成本和环保压力，实际生产中铝离子浓度一般控制在15-20g/L区间。鉴于铝离子浓度变化与氧化膜质量和氧化能耗有如此重要的关系，铝加工企业一般采用两种方法控制铝离子。一是倒槽的方法，即当铝离子浓度超过20g/L时，倒掉一部分槽液，降低铝离子浓度，补充硫酸至180g/L,继续生产。年产10万吨阳极氧化铝型材，氧化液溶铝量为400吨左右，每年倒出的氧化废液20000吨左右，其中含3600吨硫酸，400吨铝。既浪费药剂，又承受了处理如此大量废酸及废渣的环保压力，还损失了400多吨可回收的铝资源。二是采用硫酸回收机，如图4所示。硫酸回收机是铝离子的稳定装置，采用酸泵将氧化槽的硫酸与硫酸铝的混合液泵入分离罐内.由于分离罐内装有阳离子交换的特殊材料，快速高效地将硫酸与铝离子分离，将铝离子排出溶液之外，将硫酸送回氧化槽中继续使用，使生产中不断产生的铝离子排出溶液之外，稳定槽液中的铝离子浓度在一定工艺范围，并能净化槽液中有机物等杂物，长期运行无需更换槽液。从理论上讲，该装置可使铝材氧化膜厚度及品质稳定，并且节能，也为稳定型材着色工艺提供良好的氧化膜基础。但在实际运行中，问题不少。图4中，某型号硫酸回收机需消耗水约1.5M3/H，消耗电约3KW/H，即每月耗水1080吨，耗电2160度。细心的用户可对图4中出水口排出的1080吨水进行测量，发现其中含硫酸15-30g/L,铝离子5-10g/L.即每月排放了近30吨硫酸！每月如此耗水耗电，获得的效果比倒槽没多少改进。鉴如硫酸回收机上述糟糕的使用效果，大部分铝加工企业，已逐步停用该装置，恢复了倒一部分氧化槽液的传统方法。现代铝加工企业，有阳极氧化废液急需处理，而现行的处理方法过于简单。一是直接排放进废水处理中心，既增加了处理成本，又浪费了铝资源，还产生大量的工业废渣；二是请专业处理厂家拉走。这些处理厂，若单项处理海量的氧化废酸液，需消耗海量的碱液，社会为此会付出昂贵的处理成本。如前所述，阳极氧化液中的铝离子，最佳浓度应控制在3-8g/L范围之内，此时所获的氧化膜耐蚀性、耐磨性最好，氧化能耗低。目前，阳极氧化槽中的铝离子浓度，各企业基本控制在15-20g/L之间，远远超出了最佳浓度区间。铝离子浓度高，电阻大，能耗高，氧化膜质量差，这些是业界共识。但受制于处理氧化废酸的环保压力，企业被迫选择提高铝离子控制上限，以牺牲氧化膜质量、增加能耗为代价，来减少氧化废酸的排放。氧化液中，有Al3+、H+和SO42-，没加电场时，这三种离子在氧化液中的运动方式为两种：震动和漂移。以Al3+为例，其运动方式为：(1)、以某一平衡点为中心的球形区间内震动，通过球心的最大截面为其影响区域，称为震荡截面；(2)、从一个平衡点漂移到下一个平衡点，然后继续震动，这种迁移叫漂移运动；漂移是无序的，震动是永恒的；加电场后，各离子除漂移和震动外，还有沿电力线方向的定向运动，浓度逐步形成梯度分布：(3)、SO42-加电场后向阳极运动，形成阳极附近浓度高，阴极附近浓度低的梯度分布；在阳极，形成如下电化学反应：SO42--2e＝2O+SO2↑(失去电子，释放氧原子)(1)2Al+3O＝Al2O3(氧化铝合金，制氧化膜)(2)Al2O3+3H+＝2Al3++3OH-(氧化膜溶解)(3)(4)、Al3+、H+加电场后向阴极运动，形成阴极附近浓度高，阳极附近浓度低的梯度分布；在阴极，形成如下电化学反应：2H++2e＝H2↑(得到电子，释放氢气)(4)由于离子半径不同，H+先于Al3+到达阴极表面，又由于电位不同，H+优先获得电子，Al3+只能停留在氧化液中不断积累。由(1)(4)式可知，两极处的导电能力是由阳极处的SO42-和阴极处的H+的浓度决定的。随着电解的持续，两极附近的离子不断消耗，需要远端的SO42-和H+不断补充，使氧化持续进行。这时，SO42-和H+向两极移动的难易程度，决定槽液导电能力大小的核心问题，直接由铝离子浓度决定。假设在氧化液中，平行于两极的某一面积为A的截面，穿过的铝离子震动中心的数目为N,每一个铝离子的震荡截面为S,则该截面上铝离子的总拦截面积为NS,SO42-和H+通过该截面时，受铝离子拦截影响较小的有效面积为A-NS。由此可知，铝离子浓度越高，N越大，有效面积A-NS越小，SO42-和H+通过的难度越大，槽液电阻越大。但依据(3)式，降低铝离子浓度，反应向右边移动，氧化膜溶解加快，故铝离子浓度不能太低。生产实践证明，氧化槽铝离子最佳浓度为3-8g/L，此区间膜层最佳，槽液电阻较小，能耗低，而低能耗和高膜层质量，必须保证铝离子浓度低于8g/L。为此，必须对氧化槽的铝离子进行特殊处理，既降低铝离子，又回收含硫酸氧化液和含铝副产品，彻底解决铝离子超过20g/L时倒掉一部分氧化液的弊端。为了氧化节能，除了降低氧化液铝离子浓度外，还需要对氧化槽配置和氧化液本身进行缓蚀改造，进一步提高节能效果。现行氧化槽配备有固定阴极板和冰机冷却系统。两阴极板之间的距离依槽宽而定，一般1.6米左右，氧化时铝材作为阳极，与阴极板之间的距离固定为0.8米。输入氧化槽的能量，一部分对铝材做功，氧化铝材，转化成制备氧化膜的化学能；一部分因槽液电阻产生热能，被氧化液吸收，引起槽液升温，铝合金的最佳氧化温度为18-22℃，为了保证连续生产，必须制冷，额外增加能耗。槽液电阻耗能升温，需耗能制冷降温，双重能耗。降低槽液电阻，即缩短极板间距和提高氧化液电导率，具有巨大的节能空间。冷却液一般从氧化槽的底部进入，上表面两侧溢出，带出热量至冰机，完成冷却循环。按(2)式，铝合金的氧化为放热反应，当氧化液温度为20℃时，铝合金与氧化液界面处的温度高于20℃，超出值与氧化电流密度有关。电流密度越高，铝材表面的温度越高，当表面温度超过30℃时(尽管槽液温度才20℃)，氧化膜被烧坏。界面处铝材表面的温度，限制了氧化电流密度不能太高，实际生产时，氧化电流一般取本文档来自技高网...

【技术保护点】
氧化槽铝离子与硫酸回收和改用脉冲电源节能总系统中使用的节能装置，其特征在于：包括氧化槽、制冷机、钛交换器、一号泵、溢流槽和管道，所述溢流槽环绕设置于所述氧化槽的一周，所述制冷机配合所述钛交换器起到制冷作用，所述一号泵将所述溢流槽中的槽液导入所述钛交换器，经过所述钛交换器制冷的氧化液经管道重新被导回至所述氧化槽；还包括可移动氧化极板装置，所述可移动氧化极板装置包括多个驱动电机、移动定位装置、移动阴极冷却管、阳极导电座和负极导电装置；所述移动阴极冷却管设置有多个出液微孔，所述钛交换器制冷的氧化液经所述移动阴极冷却管进入所述氧化槽内；所述负极导电装置设置于所述氧化槽前后两侧上，为所述移动阴极冷却管提供负极电源；所述多个驱动电机与所述移动定位装置设置于所述氧化槽上；所述阳极导电座设置于所述氧化槽上；所述移动阴极冷却管设置于所述驱动电机上，驱动电机可以带动所述移动阴极冷却管沿着所述移动定位装置向着阳极导电座移动；所述阳极导电座的接通的氧化电源为调频调幅的脉冲直流氧化电源。

【技术特征摘要】
1.氧化槽铝离子与硫酸回收和改用脉冲电源节能总系统中使用的节能装置，其特征在于：包括氧化槽、制冷机、钛交换器、一号泵、溢流槽和管道，所述溢流槽环绕设置于所述氧化槽的一周，所述制冷机配合所述钛交换器起到制冷作用，所述一号泵将所述溢流槽中的槽液导入所述钛交换器，经过所述钛交换器制冷的氧化液经管道重新被导回至所述氧化槽；还包括可移动氧化极板装置，所述可移动氧化极板装置包括多个驱动电机、移动定位装置、移动阴极冷却管、阳极导电座和负极导电装置；所述移动阴极冷却管设置有多个出液微孔，所述钛交换器制冷的氧化液经所述移动阴极冷却管进入所述氧化槽内；所述负极导电装置设置于所述氧化槽前后两侧上，为所述移动阴极冷却管提供负极电源；所述多个驱动电机与所述移动定位装置设置于所述氧化槽上；所述阳极导电座设置于所述氧化槽上；所述移动阴极冷却管设置于所述驱动电机上，驱动电机可以带动所述移动阴极冷却管沿着所述移动定位装置向着阳极导电座移动；所述阳极导电座的接通的氧化电源为调频调幅的脉冲直流氧化电源。2.根据权利要求1所述的改用脉冲电源节能总系统中使用的节能装置，其特征在于：所述移动阴极冷却管包括两条主管和多条分管，所述分管排列设置于两所述主管之间，且所述分管分别连通于两所述主管，所述出液微孔分布于所述分管上。3.根据权利要求1所述的节能装置，其特征在于：所述移动定位装置设置有四个，对应设置于所述氧化槽左右两端和前后两端上；移动定位装置包括驱动导轨、电驱齿轮、支架、定位齿轮和定位导轨；所述驱动导轨设置于所述氧化槽上方，所述电驱齿轮与所述驱动导轨相互啮合传动，所述驱动电机的输出轴所述电驱齿轮连接，驱动所述电驱齿轮转动从而实现驱动电机的左右移动；所述定位导轨设置于所述氧化槽前侧面或者后侧面的下端，所述定位齿轮设置于所述定位导轨上与其相互啮合传动实现左右移动；所述支架一端与所述驱动电机连接，另一端与所述定位齿轮连接；所述移动阴极冷却管与所述前后两侧上对应的驱动电机连接，驱动电机输出轴的转动经过转化后，能够带动所述移动阴极冷却管向着所述阳极导电座移动。4.根据权利要求3所述的节能装置，其特征在于：所述支架上还设置有导电头，所述导电头呈三角形状；所述移动阴极导电管与所述导电头电连接，所述导电头插入所述负极导电装置中，为移动阴极导电管提供负极电源；所述移动阴极管面向阳极导电座侧铺设有绝缘丝网。5.根据权利要求1所述的节能装置，其特征在于：所述负极导电装置设置有两个，在所述氧化槽前后两侧上对应设置，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊晨凯，熊映明，
申请(专利权)人：佛山市三水雄鹰铝表面技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44