鋁型材生產(chǎn)企業(yè)工藝介紹和污染源分析探討

鋁型材生產(chǎn)企業(yè)工藝介紹和污染源分析探討我國的鋁型材工業(yè)起于20世紀(jì)50年代。1954年4月，我國第一個鋁鎂合金加工基地——東北輕合金加工廠（現(xiàn)名東北輕合金有限責(zé)任公司）動工建設(shè)，從此開始了中國鋁型材加工的歷史。我國鋁型材工業(yè)于80?90年代逵入興盛時期，華北鋁加工廠、廣東省有色金屬加工廠、華東鋁加工廠、青島鋁加工廠、渤海鋁加工廠等一些知名鋁型材生產(chǎn)企業(yè)相繼建成?，F(xiàn)今，我國鋁型材產(chǎn)量已突破130萬噸/年，已成為世界的鋁型材工業(yè)大國，但還不是鋁型材強(qiáng)國。鋁型材生產(chǎn)和加工過程會產(chǎn)生廢氣、廢水、噪聲、固體廢物等環(huán)境問題。本文以某典型鋁型材生產(chǎn)企業(yè)為例，介紹鋁型材生產(chǎn)和加工工藝，分析生產(chǎn)過程的主要環(huán)境污染源并提出防治措施。1鋁型材生產(chǎn)和加工工藝介紹鋁型材生產(chǎn)和加工工藝一般包括熔煉和鑄造工序、擠壓工序和表面處理工序。1.1熔煉和鑄造工序熔煉和鑄造工序主要是對鋁型材產(chǎn)品的合金成份進(jìn)行調(diào)配，是保證鋁型材產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。一般生產(chǎn)過程中，鋁錠或收集來的廢鋁被裝入熔鋁爐，加熱熔化成鋁熔體。為了提高產(chǎn)品某些特殊性能，一般還會向熔鋁爐加入少量的鎂、硅和稀土元素進(jìn)行成份調(diào)整，并加入精煉劑和少量惰性氣體除去鋁熔體中的少量H2,確保鋁型材產(chǎn)品的質(zhì)量。典型鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的熔煉和鑄造工序詳見圖1。1.2擠壓工序擠壓工序主要是借助各種各樣的模具并施加一定的壓力，從而獲得各種形狀鋁型材產(chǎn)品?，F(xiàn)今較為先進(jìn)的鋁型材的擠壓成型工藝主要有高速擠壓、液壓成型、無殘料擠壓等。一般來說，擠壓工藝的參數(shù)主要有金屬變形程度（或擠壓系數(shù)）、填充系數(shù)、擠壓溫度、擠壓速度、鑄錠長度等，它們與設(shè)備能力、擠壓方法、合金種類、制品規(guī)格等因素有關(guān)。典型鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的擠壓工序詳見圖2。1.3表面處理工序?yàn)榱颂岣咪X型材產(chǎn)品的耐蝕、耐候、耐磨、外觀裝飾好和使用壽命長等較高的綜合性能，必須對鋁型材進(jìn)行表面處理加工。鋁型材表面保護(hù)方法，當(dāng)前不外乎3種：(1)陽極氧化和著色，20世紀(jì)50年代已引入鋁合金門窗，至今仍是鋁門窗方面常用的表面處理措施；(2)陽極氧化后電泳涂裝，主要以丙烯酸樹脂作為涂裝液。日本在20世紀(jì)60年代已商品化，歐洲到70年代開始使用，目前還主要在亞洲地區(qū)應(yīng)用。該技術(shù)當(dāng)前已由透明光亮膜發(fā)展到無光透明膜和彩色膜，品種更趨多樣化，工業(yè)控制和產(chǎn)品質(zhì)量都比較穩(wěn)定；⑶靜電粉末涂裝，60年代末在歐洲已實(shí)現(xiàn)商品化，當(dāng)前仍是歐洲各國占優(yōu)勢的表面處理手段。靜電粉末涂裝以其色彩多樣、控制方便、環(huán)境保護(hù)、性能優(yōu)良等原因，已成為歐美的首選表面處理方法，近年來靜電粉末涂裝市場在我國也在迅速擴(kuò)大之中。預(yù)處理工序，在鋁型材半成品在進(jìn)行表面處理前，要先通過預(yù)處理工序先去除表面自然氧化膜、油脂和雜質(zhì)，獲得均勻潔凈的鋁表面，有利于優(yōu)質(zhì)陽極氧化膜的形成。現(xiàn)今的預(yù)處理工藝主要分為酸蝕、堿蝕和機(jī)械浸蝕工藝，機(jī)械浸蝕工藝可以使鋁耗控制在1%以下，而且外觀均勻細(xì)致，裝飾效果好，已受到推崇。典型鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的表面預(yù)處理工序詳見圖3。陽極氧化和著色工序，陽極氧化和著色工藝是鋁型材表面加工的傳統(tǒng)辦法，其工作原理主要是利用鋁型材為陽極，硫酸為氧化電解液，鋁型材表面得到了具有強(qiáng)烈的吸附性能的呈多孔狀的陽極氧化膜層，再通過化學(xué)或電化學(xué)的方法使得Ni2+、Sn2+等金屬離子沉積在鋁型材表面，呈現(xiàn)美麗的顏色。為了彌補(bǔ)著色工序的不足，一般還需配套封孔工序，封孔劑的主要成份是氟化鎳。現(xiàn)在采用的封孔方法主要有冷封孔、高溫蒸汽封孔等，我國鋁型材生產(chǎn)企業(yè)主要采取冷封孔方法，是與80年代大量從歐洲引進(jìn)工藝和設(shè)備有關(guān)。冷封孔的水質(zhì)要求不高，工藝控制容易，比較適合我國生產(chǎn)現(xiàn)狀。典型鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的陽極氧化和著色工序詳見圖4。電泳涂裝工序，電泳涂裝工藝主要是丙烯酸類和聚氨酯類電泳涂料通過電泳作用下，在鋁型材產(chǎn)品表面形成保護(hù)膜。由于電泳涂料均為水性涂料，鋁型材經(jīng)前處理水洗后可直接電泳，電泳涂層透明度高，既具有高裝飾性又可突出鋁型材本身的金屬光澤，因此已越來越多地被使用。典型鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的電泳涂裝工序詳見圖5。粉末涂裝工序，粉末涂裝工藝是現(xiàn)在國內(nèi)鋁型材表面處理中的一個熱點(diǎn)。粉末涂裝采用的是粉末涂料，主要成分是環(huán)氧樹脂。工藝上采用的是靜電噴涂，利用磨擦噴槍的作用，在加速風(fēng)的影響下，使粉末顆粒噴出槍體時攜帶正電荷，與帶負(fù)電荷的型材接觸，產(chǎn)生靜電吸附，然后經(jīng)過高溫固化，也增強(qiáng)了涂料的吸附強(qiáng)度，防止漆膜脫落。噴涂型材與隔熱斷橋的聯(lián)合使用，使其更具有更時尚的潮流，使粉末噴涂型材具有了更大的發(fā)展空間，也是其它處理方式生產(chǎn)出來的鋁型材所無法替代的。粉末涂裝工序的預(yù)處理工藝與陽極氧化的預(yù)處理工藝有所不同，主要為脫脂與銘化，相對較為簡便。典型鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的粉末涂裝工序詳見圖6。2鋁型材生產(chǎn)和加工過程污染源分析鋁型材生產(chǎn)和加工過程產(chǎn)生廢水、廢氣、噪聲以及廢物等，對周圍的水環(huán)境、大氣環(huán)境、聲環(huán)境都會造成一定的影響。本文結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)，歸納鋁型材生產(chǎn)和加工過程可能產(chǎn)生的主要污染源，為鋁型材生產(chǎn)和加工項(xiàng)目的環(huán)境影響評估和污染物防治提供依據(jù)。2.1廢氣污染源鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的廢氣污染源主要是熔鋁爐、鑄造爐、均質(zhì)爐、擠壓錠加熱爐、模具加熱爐、時效爐、烘干爐和固化爐等熱工設(shè)備產(chǎn)生的燃燒廢氣，熔鋁爐和搓灰爐工藝廢氣，酸霧和堿霧廢氣以及粉末涂裝工序產(chǎn)生的含塵廢氣等。（1）各熱工設(shè)備產(chǎn)生的燃燒廢氣，鋁型材廠配有熔鋁爐、鑄造爐、均質(zhì)爐、擠壓錠加熱爐、模具加熱爐、時效爐、烘干爐和固化爐等多種熱工設(shè)備，這些熱工設(shè)備采用燃料加熱時會產(chǎn)生燃燒廢氣。從清潔能源角度來說，燃料從優(yōu)到次的排列是氣體燃料（天然氣、石油氣等）-液體燃料（柴油、重油等）-固體燃料（煤、焦炭等）。氣體燃料是清潔、高效的燃料。固體燃料主要是煤，燃料產(chǎn)物含氣態(tài)硫化物和粉塵等污染物，會嚴(yán)重污染環(huán)境。為了降低鋁型材企業(yè)對周圍環(huán)境的污染，一般提倡企業(yè)盡量采取較為清潔的燃料。可是，國內(nèi)的不少鋁材廠在2000年燃油漲價之后，從生產(chǎn)成本考慮，將某些爐子從燃?xì)?、燃油改為燃煤。有的鋁型材廠能源從用電改為燒油，近來又從燒油改為燒煤，這是值得我們在環(huán)評工作過程中需注意的事。從環(huán)保治理角度來說，現(xiàn)在熱工設(shè)備燃料煙氣的治理措施較為成熟，可保證煙氣治理后達(dá)到相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，有條件的地區(qū)和企業(yè)，應(yīng)首先采用較為清潔能源作為熱工設(shè)備的燃料，再輔以末端治理的方法，確保企業(yè)生產(chǎn)過程不會對周圍大氣環(huán)境造成較大影響。（2）熔鋁爐和搓灰爐工藝廢氣，生產(chǎn)過程中，熔鋁爐為了熔化鋁錠等金屬材料需加熱到較高的溫度。因此，在原料投加熔解、除雜純化等過程中，熔鋁爐開爐時會逸出大量的含塵氣體。如果不能有效地控制這些含塵氣體，將引起生產(chǎn)車間的粉塵濃度超標(biāo)，對車間工人的人體健康造成嚴(yán)重影響。該含塵廢氣污染物成份主要由熔化過程投加的原料成份確定。根據(jù)前面的介紹，鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的主要生產(chǎn)原料是鋁錠，為了提高產(chǎn)品某些特殊性能，一般還會向熔鋁爐加入少量的鎂、硅和稀土元素進(jìn)行成份調(diào)整，此外，還會加入精煉劑（含有冰晶石Na3AlF6）和少量惰性氣體除去鋁熔體中的少量H2。因此，該含塵廢氣主要含有鋁、鎂等金屬顆粒物以及氟化物和一些稀土元素。這些污染物微粒較小，部分以氣溶膠的形態(tài)產(chǎn)生。對于部分以廢鋁為主要生產(chǎn)原料的鋁型材生產(chǎn)企業(yè)來說，由于廢鋁表面還含有鎳、錫、銘和有機(jī)涂料等物^,這類企業(yè)熔鋁爐和搓灰爐產(chǎn)生的工藝廢氣中還含有鎳、錫、銘等金屬和有機(jī)物質(zhì)，污染物成份更為復(fù)雜。為了有效地降低熔鋁爐和搓灰爐工藝廢氣對環(huán)境的污染，鋁型材生產(chǎn)企業(yè)一般在熔鋁爐、搓灰爐等設(shè)備上方設(shè)置集氣罩，利用風(fēng)機(jī)將該含塵廢氣引入袋式除塵器進(jìn)行除塵處理。對于那些以廢鋁為主要生產(chǎn)原料的鋁型材生產(chǎn)企業(yè)來說，控制入爐廢鋁的純度，盡量減少廢鋁中的雜質(zhì)含量，是減少熔鋁過程污染物的有效方法。酸霧和堿霧廢氣，鋁型材生產(chǎn)企業(yè)對鋁型材進(jìn)行表面處理的陽極氧化工序、堿蝕工序中會有酸霧和堿霧廢氣產(chǎn)生。為了防止對生產(chǎn)工人造成傷害，企業(yè)為陽極氧化槽和堿蝕槽設(shè)置均配備了抽排風(fēng)裝置，將酸霧廢氣和堿霧廢氣集中收集后，分別經(jīng)酸霧凈化裝置和堿霧凈化裝置吸收處理，可保證酸霧和堿霧廢氣達(dá)標(biāo)排放。粉末涂裝工序產(chǎn)生的含塵廢氣，對鋁型材進(jìn)行粉末涂裝過程中，部分粉末涂料未能吸附在鋁型材表面，隨風(fēng)排出。鋁型材生產(chǎn)企業(yè)一般會為粉末涂裝工序配套粉末涂料回收裝置，采取旋風(fēng)除塵、袋式除塵等方式去除廢氣中的粉末涂料，不僅保證廢氣達(dá)標(biāo)排放，而且還可以回收廢氣中的粉末涂料進(jìn)行重復(fù)利用。2.3廢水污染源(1)廢水污染源特性分析，鋁型材的熔鑄和擠壓工序基本不產(chǎn)生廢水，表面處理工序是鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的主要廢水產(chǎn)生源。鋁型材表面處理中的預(yù)處理工序、陽極氧化和著色工序、電泳涂裝和粉末涂裝過程中，多數(shù)工序均配有水洗工序，均會產(chǎn)生廢水。鋁型材表面處理過程中使用多種化學(xué)原料，主要有硫酸、氫氧化鈉、磷酸、氟化鎳、含銘鈍化劑等，導(dǎo)致鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的廢水成份復(fù)雜，主要含有鋁、銘、鎳、錫、磷酸鹽、氟化物等多種污染物質(zhì)。一般來說，鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的廢水種類可分為酸堿廢水、含錫含鎳廢水、含銘廢水、含磷廢水、生活污水等。(2)治理措施介紹，許多鋁型材企業(yè)為了減少廢水污染物的產(chǎn)生濃度、降低廢水處理難度、以及降低生產(chǎn)成本，在生產(chǎn)過程中配套了陽極氧化工序的硫酸液回收裝置、電泳涂裝工序的電泳液回收裝置，通過離子樹脂交換和反滲透原理，對廢硫酸液和電泳液進(jìn)行重復(fù)利用。這樣做不僅符合行業(yè)的清潔生產(chǎn)要求，也大大降低了企業(yè)后繼廢水處理的難度。鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的廢水種類較多，污染物成份較復(fù)雜。并且，按照《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)的要求，鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的含銘廢水和含鎳廢水必須單獨(dú)處理，在車間或車間處理設(shè)施排放口就必須達(dá)到第一類污染物最高允許排放濃度，方可與其它廢水混合處理。因此，對鋁型材生產(chǎn)企業(yè)各類廢水進(jìn)行分流收集、分類處理的方法是行之有效的方法。針對每種廢水中污染物的特性，分別采取相應(yīng)的預(yù)處理后，再集中混合處理。其中，含銘廢水可采用焦亞硫酸鈉作為還原劑將廢水中六價銘全部還原為三價銘，再加入通過調(diào)節(jié)pH使得銘離子以氫氧化物(以Cr(OH)3)形式被沉淀去除；含錫含鎳廢水可通過pH調(diào)節(jié)后，使得錫離子和鎳離子以氫氧化物的形式被沉淀去除；含磷廢水可通過加入Ca(OH)2，將含磷廢水中大多數(shù)PO43-反應(yīng)生成Ca3(PO4)2沉淀后去除；酸堿廢水pH調(diào)節(jié)控制后，使得廢水中的鋁離子以氫氧化鋁的形式被沉淀去除。2.3噪聲污染源鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的噪聲主要來源于鋁型材的切割、鋸切等生產(chǎn)設(shè)備，以及風(fēng)機(jī)、泵等機(jī)械設(shè)備，噪聲源強(qiáng)范圍為75?110分貝。企業(yè)必須采取相應(yīng)的消音、減振、隔聲等措施，來降低企業(yè)的噪聲影響。2.4固廢污染源鋁型材生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生的固體廢物主要為：鋁邊角料、鋁渣鋁塵、廢模具、各化學(xué)處理槽產(chǎn)生的化學(xué)廢液、廢水處理污泥和生活垃圾等。對于鋁型材生產(chǎn)企業(yè)來說，鋁邊角料可回熔鋁爐繼續(xù)熔化，重復(fù)利用；鋁渣鋁塵和廢模具則交由專業(yè)回收公司回收利用；按照《國家危險廢物名錄》（環(huán)發(fā)089號）分類，各化學(xué)處理槽產(chǎn)生的化學(xué)廢液和廢水處理污泥屬危險廢物，必須委托有資質(zhì)的專業(yè)危險廢物處理公司收集處理。3其它需注意的污染源鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的一些配套或輔助工程也會有污染產(chǎn)生源，例如模具生產(chǎn)和加工、純水發(fā)生裝置等。鋁型材生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行模具的鑄造、加工和滲氮處理過程中，會產(chǎn)生燃料廢氣、噪聲和固體廢物等。鋁型材生產(chǎn)企業(yè)采用離子交換樹脂和反滲透膜等進(jìn)行純水制造過程中，會