煲模堿液廢水直接委外處理成本高，同時(shí)造成片堿消耗。煲模工藝段產(chǎn)生的堿液中鋁離子濃度升高后無法繼續(xù)使用。我司采用堿液資源化回收工藝，將廢堿液中鋁離子以混凝劑形式沉淀結(jié)晶析出。堿液濃縮后循環(huán)回用。 該工藝能實(shí)現(xiàn)堿液95%以上的回收利用，給客戶帶來實(shí)際的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與效益。

煲模廢堿進(jìn)水質(zhì)與水量

注：以上數(shù)據(jù)均來自于長期經(jīng)驗(yàn)，數(shù)據(jù)以客戶的實(shí)物為準(zhǔn)。

設(shè)計(jì)回用的堿的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)際以爛模效果為準(zhǔn)：可爛模2到3次（模具內(nèi)殘鋁量多少，影響爛模次數(shù)）

系統(tǒng)生產(chǎn)過程產(chǎn)生副產(chǎn)品

氫氧化鋁：氫氧化鋁含水率<50%，氧化鋁含量≥45%，剩余其他5%（其他部份基于客戶的合金牌號(hào)）副產(chǎn)品氫氧化鋁（危、固廢）由業(yè)主委外處置。

再生堿液：NaOH回收率大于95%以上

本公司處理煲模廢液經(jīng)驗(yàn)豐富，能根據(jù)給排堿濃度等進(jìn)行有關(guān)設(shè)計(jì)，為用戶提供較為理想、投資省、處理效果好的工藝設(shè)備。為嚴(yán)格遵守有關(guān)環(huán)境法規(guī)，保護(hù)環(huán)境，本著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)同步進(jìn)行的“三同時(shí)”原則。經(jīng)客戶處實(shí)地調(diào)研，并經(jīng)多年水處理與資源化利用的成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)甲方堿液水質(zhì)的特點(diǎn)，采用“調(diào)節(jié)組分+長晶降鋁+固液分離+節(jié)能蒸發(fā)+回收堿過濾回用的純化工藝，該處理工藝較為簡單，操作運(yùn)行方便，運(yùn)行費(fèi)用低廉，回收堿液品質(zhì)穩(wěn)定，真正實(shí)現(xiàn)煲模堿的“零排放”回用。

堿液回收處理工藝

根據(jù)案例經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用“調(diào)節(jié)組分+長晶降鋁+固液分離+節(jié)能蒸發(fā)+回收堿過濾回用的純化工藝，去除降低鋁離子，提升回收堿液品質(zhì)，達(dá)到簡單回用。工藝流程圖見下圖。

3.3煲模堿前端制程工藝研究

3.3.1 前言

鋁擠壓模具是鋁材生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵部件，當(dāng)鋁擠壓機(jī)臺(tái)使用后卸下模具，存在一定量的廢鋁堵塞在鋁型材模具孔中，影響鋁擠模具的返修和再次使用。煲模工序是將鋁擠壓模具用起重機(jī)吊入裝有氫氧化鈉溶液的堿槽內(nèi)，待粘附在模具孔中的廢鋁部分溶解后，把模具清洗干凈并敲出廢鋁，再將清理后的模具進(jìn)行返修或重新投入使用。鋁擠壓模具的煲模過程中會(huì)產(chǎn)生含堿、含鋁的廢液。

3.3.2 煲模現(xiàn)狀

鋁擠壓模具煲模工序是將模具浸沒到氫氧化鈉溶液中，氫氧化鈉溶液會(huì)把鋁合金溶解，因此，使模具變得干凈，便于再次使用。但是氫氧化鈉溶液里會(huì)很快富集溶解的鋁，在繼續(xù)溶解更多鋁時(shí)，其溶解能力下降直至完全喪失，因此氫氧化鈉溶液必須頻繁地進(jìn)行更換 [1]。

煲模過程中，模具孔中的廢鋁在氫氧化鈉溶液中發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)：

去掉鋁的自然氧化膜：Al2O3+2NaOH==2NaAlO2+H2O(g)↑（水蒸氣）

溶解鋁：2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2 +3H2↑

溶液分解：NaAlO2+2H2O==Al(OH)3↓+NaOH

在實(shí)際生產(chǎn)中，煲模工序的氫氧化鈉質(zhì)量濃度約為200g/L～300g/L（質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為16.7%～23.1%），煲模溫度峰值可達(dá)到100℃，煲模時(shí)間視模具的具體情況而定（模具種類、模具大小、模具是否急用等）。煲模工人在日常生產(chǎn)操作中，主要存在以下幾點(diǎn)問題：（1）無組織無計(jì)劃地添加氫氧化鈉，氫氧化鈉消耗量大；（2）憑借經(jīng)驗(yàn)更換氫氧化鈉溶液，浪費(fèi)嚴(yán)重；（3）為圖省事，延長煲模時(shí)間。

年產(chǎn)量20萬噸鋁材企業(yè)，煲模工序中消耗氫氧化鈉約600噸，產(chǎn)生含堿、含鋁的煲模廢液約3500噸。煲模工序消耗大量的氫氧化鈉，同時(shí)委外處理需要大量的費(fèi)用。

3.3.3 試驗(yàn)探究

根據(jù)對(duì)煲模工序?qū)嶋H生產(chǎn)情況的觀察和了解，結(jié)合煲模工序所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)煲模效率影響較大的因素主要有煲模時(shí)間、氫氧化鈉濃度和煲模溫度。因此，主要從這三點(diǎn)因素進(jìn)行試驗(yàn)，并探究煲模廢液中各物質(zhì)濃度的變化情況。

反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)濃度，反應(yīng)溫度對(duì)溶解鋁金屬的影響

取7支圓柱狀小鋁棒（直徑D=21mm，長度L=100mm），重量為92.3±0.1g，配備7份500mL氫氧化鈉質(zhì)量濃度均為300g/L的氫氧化鈉溶液。將鋁棒分別置于氫氧化鈉溶液中，分別放置1、2、3、4、5、6、12小時(shí)。到達(dá)目標(biāo)時(shí)間后，測定溶液的總堿濃度、游離氫氧化鈉濃度、鋁離子濃度和溶液溫度。取出鋁棒，用濾紙輕擦干凈后，稱取鋁棒重量。

試驗(yàn)現(xiàn)象具體如下：（1）鋁棒表面有氣泡冒出，氣泡初期逐漸增加，一段時(shí)間后逐漸減少；（2）溶液反應(yīng)放出熱量，溶液初期逐漸升溫至沸騰，一段時(shí)間后停止沸騰；（3）溶液顏色由白色逐漸變?yōu)榛疑S著反應(yīng)時(shí)間的增加，溶液顏色加深并變得更加混濁；（4）溶液的液位逐漸下降；（5）溶液底部生成灰黑色沉淀物，并逐漸增加。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示：

圖1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)溶液中各物質(zhì)濃度的影響

由圖1可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，總堿濃度不斷增加。這是因?yàn)殇X與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，偏鋁酸根發(fā)生水解：AlO2-+2H2O Al(OH)3+OH-，使得溶液呈強(qiáng)堿性，加上溶液中含有未消耗的氫氧化鈉，所以總堿濃度不斷增加。

隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，游離氫氧化鈉濃度逐漸減少，鋁離子濃度逐漸增加，當(dāng)反應(yīng)約3小時(shí)后，游離氫氧化鈉濃度和鋁離子濃度的變化趨于平穩(wěn)。這是因?yàn)殡S著反應(yīng)時(shí)間的增加，氫氧化鈉溶液里富集溶解的鋁越來越多，鋁離子濃度上升，再繼續(xù)溶解更多鋁時(shí)，氫氧化鈉溶液的溶解能力逐漸下降，所以游離氫氧化鈉濃度和鋁離子濃度變化的速度逐漸下降。

由圖2可知，當(dāng)鋁棒與氫氧化鈉溶液接觸后，溶液溫度上升。這是因?yàn)闅溲趸c溶于水是放熱的物理反應(yīng)，鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)是放熱的化學(xué)反應(yīng)，使得溶液溫度上升至沸騰，然后溫度逐漸下降。

結(jié)合圖1、圖2分析，反應(yīng)開始約3小時(shí)內(nèi)，鋁棒與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的速度較快；反應(yīng)約3小時(shí)后，鋁棒與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的速度較慢，與反應(yīng)開始約3小時(shí)內(nèi)鋁棒與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的速度對(duì)比，下降幅度明顯。

實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，鋁是包容在模具里面的，行業(yè)內(nèi)常規(guī)煲模時(shí)間約8小時(shí)左右（平模和分流模，多孔模，爛模時(shí)間有差異）

3.3.4 結(jié)語

（1）煲模進(jìn)行一段時(shí)間后，氫氧化鈉溶液里富集溶解的鋁越來越多，再繼續(xù)溶解更多鋁時(shí)，氫氧化鈉溶液的溶解能力逐漸下降。

（2）氫氧化鈉濃度越高，煲模速度越快。衡量廢鋁的溶解速度與鋁型材生產(chǎn)成本，建議采用質(zhì)量濃度為10%-15%的氫氧化鈉溶液進(jìn)行煲模。

（3）升溫有利于提高煲模速度，但是水分蒸發(fā)速度也加快?？蓪?duì)煲模堿槽進(jìn)行適當(dāng)加熱，同時(shí)要注意及時(shí)補(bǔ)水體。補(bǔ)充水體時(shí)，應(yīng)綜合考慮成本，盡可能補(bǔ)加其它工序生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的高溫水體。

（4）合理節(jié)省氫氧化鈉的使用量，提高煲模的效率，減少煲模廢液的產(chǎn)生，將會(huì)給鋁型材企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

3.4煲模堿廢堿液資源化回用工藝方法與原理

針對(duì)現(xiàn)有工藝技術(shù)的不足，加快企業(yè)工藝設(shè)備升級(jí)轉(zhuǎn)型，從根本上改變鋁合金廠家模具處理工序堿消耗大、鋁回收量少、安全性低等問題， 提供一種鋁型材擠壓模具堿洗廢液回收利用系統(tǒng)及方法，將堿洗廢液進(jìn)行處理，通過化學(xué)方法分離出堿

液和氫氧化鋁。實(shí)現(xiàn)模具處理工序零排放，堿液可重復(fù)利用，堿得到回收，提高經(jīng)濟(jì)效益等功能，最終使得鋁擠壓模具堿洗和回收工藝實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、無污染。

將鋁型材模具放入爛模缸中堿洗得到堿洗廢液，將堿洗廢液組分進(jìn)行調(diào)整，加入添加劑晶種，在一定溫度下進(jìn)行強(qiáng)化傳質(zhì)（高強(qiáng)度攪拌）晶種分解反應(yīng)，分離洗滌氫氧化鋁后得到再生堿液，再生堿液經(jīng)蒸發(fā)濃縮可返回堿洗工序，氫氧化鋁經(jīng)壓濾、包裝后委外處置。

工藝原理：

鋁合金中的Al為兩性金屬，可溶于氫氧化鈉等強(qiáng)堿溶液，化學(xué)反應(yīng)如下：

該反應(yīng)實(shí)際分兩步進(jìn)行，產(chǎn)物為鋁酸鈉溶液及氫氣：

所得鋁酸鈉溶液經(jīng)稀釋后，在晶種分解工序發(fā)生如下反應(yīng)：

該反應(yīng)為平衡反應(yīng)，產(chǎn)物為氫氧化鋁和氫氧化鈉溶液，反應(yīng)進(jìn)行程度取決于鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性。

為盡可能降低溶液穩(wěn)定性，促進(jìn)分解析出氫氧化鋁，工藝采取以下措施：

⑴ 提高鋁酸鈉溶液的Rp值

鋁酸鈉溶液的Al2O3與Na2O質(zhì)量比值是用來表示鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性及氧化鋁的飽和程度一個(gè)重要特征參數(shù)，用Rp表示，若Rp值越大，則過飽和程度越大，穩(wěn)定性也越低。

⑵ 提高平衡反應(yīng)溫度

當(dāng)其他條件不變時(shí)，溶液的過飽和程度隨溫度的降低而增大，因而溶液的穩(wěn)定性減少，但是在30℃以 下再降低溫度，溶液的穩(wěn)定性反而有所增大。

⑶ 穩(wěn)定鋁酸鈉溶液濃度

在常壓下，當(dāng)溶液的Rp一定時(shí)，中等濃度(Na2O 50-60g/L)鋁酸鈉溶液的過飽和程度大于更稀或更濃的溶液，穩(wěn)定性最小。 

⑷ 加強(qiáng)晶種和攪拌

往過飽和的鋁酸鈉溶液中加入氫氧化鋁晶種，可以降低溶液的穩(wěn)定性。對(duì)過飽和的鋁酸鈉溶液施以攪拌，能強(qiáng)化擴(kuò)散過程，有利于晶核的形成和結(jié)晶的成長，并能使晶核處于懸浮狀態(tài)，所以攪拌能降低溶液的穩(wěn)定性。

晶種分解后所得氫氧化鋁經(jīng)洗滌后可作為產(chǎn)品出售，而洗滌液中仍有部分鋁酸鈉溶液，可經(jīng)蒸發(fā)濃縮返回循環(huán)堿液系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)零污染排放。

3.5系統(tǒng)描述

1、堿液回收循環(huán)利用系統(tǒng)的用途

模具堿洗廢液回收循環(huán)利用系統(tǒng)是用來回收模具堿洗廢液的生產(chǎn)線，將堿洗廢液在系統(tǒng)中分離出的氫氧化鋁委外處置，分離出的再生堿液中（鋁離子≤40g/L）經(jīng)蒸發(fā)濃縮至氫氧化鈉濃度16~18%，并適當(dāng)補(bǔ)充氫氧化鈉后返回堿洗工序，以實(shí)現(xiàn)堿洗廢液的循環(huán)利用。 

2、 模具沖洗水：該系統(tǒng)每處理3m3廢堿液時(shí)可以提供1.5m3清水，1.5m3循環(huán)水（清洗氫氧化鋁產(chǎn)生）供模具清洗使用及3m3循環(huán)堿液水返回系統(tǒng)。

3、系統(tǒng)的組成： 由爛模裝置、反應(yīng)裝置、過濾分離裝置、濃縮裝置和電氣控制系統(tǒng)等五部分組成。

4、堿液回收循環(huán)利用系統(tǒng)工廠條件：

⑴ 電力系統(tǒng)電源       三相五線制電壓380V、50 Hz 

⑵ 壓縮空氣     

A、工作壓力： P =0.6 MPa，接點(diǎn)：雙方確定的OP點(diǎn)；

B、最大用量  3m3/min（供氣管徑DN40，接點(diǎn)：雙方確定的TOP點(diǎn)）；

C、用途：泵、閥及壓濾機(jī)的動(dòng)力源。

（3） 設(shè)備裝機(jī)總功率   ≤100 Kw，（不含堿洗槽） 

5、清潔水供水要求    

⑴ 水質(zhì)：清潔水（自來水）；

⑵ 流量：3m3/h；

⑶ 供水壓力：0.4mPa；

⑷ 日最大用水量：3m3；

用途：生產(chǎn)消耗補(bǔ)充水。

6.水、電、氣接入點(diǎn)：回收系統(tǒng)內(nèi)接入點(diǎn)，其中電源送入到賣方電源總柜，設(shè)備內(nèi)聯(lián)接由供方負(fù)責(zé)。

運(yùn)行綜合經(jīng)濟(jì)效益分析