1 我國目前鋁合金表面處理的工藝及其環(huán)境效應(yīng)

我國鋁合金型材的表面處理工藝包括陽極氧化，陽極氧化后電泳涂漆，化學(xué)轉(zhuǎn)化后噴粉，化學(xué)轉(zhuǎn)化后噴漆等四種工藝。它們雖然 源自西歐和日本的工藝，但在我國得到了融合、提升和發(fā)展。但是在過去引進(jìn)國外技術(shù)及國產(chǎn)化過程中，重點(diǎn)放在結(jié)合我國的當(dāng)時(shí)技術(shù)水平、資源特點(diǎn)、并從方便管理和降低成本等因素考慮較多，環(huán)境效應(yīng)關(guān)注不夠。因此有關(guān)廢水、廢氣的處理思路、方案和措施，甚至在某些工藝路線方面，從新的環(huán)境效益的視角去審視,都存在不少問題,其中包括若干亟待解決的問題，本文在此基礎(chǔ)上提出一些技術(shù)設(shè)想和新建議。

1.1 鋁材表面處理生產(chǎn)線廢水廢氣的排放標(biāo)準(zhǔn)

各行業(yè)的不同工藝需要控制的污染物質(zhì)并不相同，為此廢水的排放的濃度標(biāo)準(zhǔn)也不可能相同。對(duì)于鋁合金加工行業(yè)，廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)可執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 8978-1988 “污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)”[1]。排放標(biāo)準(zhǔn)按地面水域使用功能要求和污水排放去向，對(duì)于向地面水水域排放和城市下水道排放的污水分別執(zhí)行一、二、三級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)排入重點(diǎn)保護(hù)水域、生活飲用水水源地、一般經(jīng)濟(jì)漁業(yè)水域、重要風(fēng)景游覽區(qū)等水域的污水需要執(zhí)行一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)排入一般保護(hù)水域，一般工業(yè)用水區(qū)、景觀用水區(qū)及農(nóng)業(yè)用水區(qū)等水域的污水執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)排入城鎮(zhèn)下水道并進(jìn)入二級(jí)污水處理廠，進(jìn)行生物處理的污水執(zhí)行三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

在某些情形下，不僅排放的要求更高，而且對(duì)于中水的回收使用比例要求更高，例如最近華加日對(duì)于新廠的廢水排放，不僅排放的“廢水”需要達(dá)標(biāo)，而且回收利用率要達(dá)到90%，沒有新的環(huán)境保護(hù)思路和高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境治理措施是不可能達(dá)到的。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB 8978-1988還把排放的69種污染物按性質(zhì)分為兩類，讀者需要時(shí)可以直接查閱標(biāo)準(zhǔn)。

第一類污染物是指能在環(huán)境或動(dòng)植物體內(nèi)蓄積，對(duì)人體健康產(chǎn)生長遠(yuǎn)不良影響者。含有此類有害污染物質(zhì)的污水，不分行業(yè)和污水排放方式，也不分受納水體的功能類別，一律在車間或車間處理設(shè)施排出口取樣，其最高允許排放濃度必須符合表1的規(guī)定。

第二類污染物是指其長遠(yuǎn)影響小于第一類的污染物質(zhì)，在排污單位排出口取樣，其最高允許排放濃度和部分行業(yè)最高允許排水定額必須符合表2的規(guī)定。

表1  第一類污物最高允許排放濃度（與鋁材表面處理廢水有關(guān)的指標(biāo)）[1]

表2  第二類污染物最高允許排放濃度（與鋁材表面處理廢水有關(guān)的指標(biāo)）[1]

經(jīng)過環(huán)保處理的廢水必須達(dá)到上述指標(biāo)才能排放，在一、二類污染物中，排放廢水的pH值是最直觀的檢測指標(biāo)，也是廢水處理操作人員的重點(diǎn)控制因素。廢水的pH值在反應(yīng)池中就應(yīng)該調(diào)節(jié)到符合排放標(biāo)準(zhǔn)，在調(diào)節(jié)pH值的操作中，需要反復(fù)測量廢水的pH值，掌握其變化規(guī)律，并逐漸減少中和劑的添加量，最終達(dá)到pH 6～9的排放標(biāo)準(zhǔn)。在廢水處理工藝完善、廢水處理裝置運(yùn)行正常、操作人員嚴(yán)格按要求操作的情況下，是可以保證廢水的pH值達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的。

陽極氧化電解著色(鎳鹽)可能應(yīng)該按照電鍍污染物的標(biāo)準(zhǔn)排放,那么實(shí)際要求明顯地比GB 8978-1988的要求嚴(yán)格許多,國家標(biāo)準(zhǔn)GB21900-2008”電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)”[2] 的廢水排放限制見表3所示。

表3 水污染物特別排放限值[2]

鋁材陽極氧化生產(chǎn)線的廢氣主要是酸霧、堿霧，通常采用濕法凈化的吸收方法進(jìn)行處理，只要設(shè)計(jì)正確，處理方法基本上沒有技術(shù)難度問題。如果陽極氧化生產(chǎn)線包括三酸化學(xué)拋光工序，硝酸揮發(fā)引起的氧化氮的廢氣污染極為嚴(yán)重，不論是黃煙還是白煙的氣體污染的問題都非常嚴(yán)重，也就是一氧化氮和二氧化氮同樣是極其有害的污染。事實(shí)上白煙對(duì)于鋼鐵設(shè)備的腐蝕性可能更強(qiáng)，雖然看起來不像黃煙那么可怕而已，一般的濕法凈化的方法難于進(jìn)行氧化氮?dú)怏w的徹底治理。鋁合金靜電噴漆生產(chǎn)線的廢氣還有揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），而靜電噴粉存在懸浮粉塵，都是極其有害的污染源，構(gòu)成嚴(yán)重的大氣污染和環(huán)境腐蝕，必須徹底進(jìn)行治理。

1.2 陽極氧化的工藝路線及存在的環(huán)境問題

我國目前陽極氧化的工藝路線按照國家標(biāo)準(zhǔn)如圖1所示，如果沒有電泳涂漆可直接進(jìn)行封孔處理，目前我國的封孔工藝以冷封孔或中溫封孔為主。如果進(jìn)行電泳涂漆，則舍棄封孔處理而代之熱水洗再進(jìn)行電泳涂漆即可。在圖1的陽極氧化的工藝路線中，其中脫脂、陽極氧化、去灰和中和（圖中以綠色表示）一般沒有毒性較高的污染源，只有污染程度不高的酸性或堿性溶液問題。而堿洗、電解著色、染色和封孔（圖中以紅色表示）存在多種對(duì)環(huán)境有害的有機(jī)或無機(jī)化合物，可能存在比較嚴(yán)重污染問題，必須認(rèn)真治理。某些陽極氧化生產(chǎn)線可能安排含氟化氫銨的“酸浸蝕”處理，更存在嚴(yán)重的氟離子的污染問題，在圖1的典型生產(chǎn)流程中沒有表示。

圖1 鋁型材陽極氧化典型工藝流程圖[1]

    根據(jù)圖1表示的流程，結(jié)合我國目前的主要工業(yè)實(shí)踐，并重點(diǎn)從環(huán)境污染的角度進(jìn)行以下簡單的補(bǔ)充說明和評(píng)述。

(1) 脫脂—我國主要采用硫酸脫脂，一般并不添加表面活性物質(zhì)，為此槽液和水洗液均為普通的酸性物質(zhì)，如硫酸根等，并不存在嚴(yán)重的環(huán)境污染的有毒物質(zhì)。如果添加表面活性物質(zhì)，還需要考慮有機(jī)化合物的處理;

(2) 堿洗—目前我國主要采用源自歐洲的長壽命堿洗添加劑工藝,添加劑中含有大量無機(jī)和有機(jī)化合物，極少采取堿回收裝置。此工藝盡管避免了槽內(nèi)結(jié)塊，仍然存在大量槽內(nèi)的“沉淀污泥”，需要另行堆放處理,還要排放清洗中長壽命添加劑中某些污染成分。由于堿洗槽液的“沉淀污泥”并不是單純氫氧化鋁，含有長壽命添加劑而影響其有效回收利用；

(3) 氟化氫銨酸浸蝕—部分生產(chǎn)線一度采取氟化氫銨的酸浸蝕除去擠壓條紋，盡管可以在降低鋁耗的條件下達(dá)到除去擠壓條紋的目的，卻帶來非常嚴(yán)重的氟化物廢水的環(huán)境污染問題。由于近年來環(huán)境保護(hù)措施的強(qiáng)化，同時(shí)由于氟化氫銨處理后影響鋁型材表面的金屬質(zhì)感，目前氟化氫銨的酸浸蝕工藝已經(jīng)有所限制，使用范圍明顯縮小；

(4) 去灰—鑒于節(jié)約資源的考慮，我國目前較多使用陽極氧化槽的“廢硫酸溶液”去灰,因此槽液和水洗液均為普通的酸性物質(zhì)，如硫酸根等;

(5) 陽極氧化-—我國建筑鋁型材基本采取恒電流硫酸溶液的陽極氧化工藝，較少選取脈沖陽極氧化和其他溶液，槽液和水洗液均為酸性物質(zhì)，主要是硫酸，一般也不存在嚴(yán)重的環(huán)境污染物質(zhì);

(6) 電解著色—目前除自動(dòng)化立式生產(chǎn)線采用單鎳鹽以外，臥式生產(chǎn)線基本上以采用單錫鹽或錫鎳混合鹽的電解著色為主。單鎳鹽存在鎳離子的污染,應(yīng)通過環(huán)境保護(hù)措施設(shè)法消除或降低鎳離子的排放，總鎳排放量低于0.1 mg/L并不是容易的事。如果采用錫鹽電解著色，為了維持二價(jià)錫的穩(wěn)定性，單錫鹽或錫鎳混合鹽槽液中都存在大量有機(jī)還原劑和絡(luò)合劑等抗氧化的化合物,如酚類或苯酚類化合物，都存在較嚴(yán)重的廢水污染;

(7) 染色—通常為有顏色的有機(jī)化合物，存在污染問題；

(8) 封孔—我國長期以來主要選擇以以氟化鎳為主成分的冷封孔工藝,盡管濃度不高，溶液和清洗水均存在鎳離子和氟離子的污染。目前雖已開發(fā)以乙酸鎳為主要成分的中溫封孔，仍然以鎳鹽為主要成分而帶來鎳離子的環(huán)境污染。雖然鎳離子含量遠(yuǎn)低于鎳鹽電解著色槽液，仍然需要考慮環(huán)境保護(hù)的處理。

1.3 陽極氧化生產(chǎn)線的現(xiàn)有廢水處理流程應(yīng)該改進(jìn)

從上面的陽極氧化工藝路線圖可知，脫脂，陽極氧化，去灰及其清洗水均系酸性溶液，而堿洗及其清洗水屬堿性溶液，經(jīng)過集中的中和處理（一般還需要添加酸或堿），通過凝集和沉淀，分離為沉淀污泥和清澈液體。盡管通過這一套長期使用的集中式中和的處理流程，基本上可以達(dá)到排放要求，但是既耗費(fèi)大量用水和化學(xué)藥品，又會(huì)排放大量固相和液態(tài)物質(zhì)。只要改變這種集中排放再進(jìn)行處理的方式，替代為各工序獨(dú)立的閉路循環(huán)的環(huán)境處理系統(tǒng)，就可以顯著降低排出廢水量、提高水利用率、提升化學(xué)試劑回收利用水平。舉例說，如果堿洗采用堿回收體系（需要投資建立設(shè)備），經(jīng)過BAYER方式加水進(jìn)行分解后，將得到的氫氧化鈉溶液和氫氧化鋁（氧化鋁余渣）分別回收使用，減少污泥沉淀結(jié)塊量，直接回收燒堿和氧化鋁，降低工藝成本。更值得一提的是，全面更新廢水處理的思路，提高了廢水處理的技術(shù)水平。如果加上酸回收體系，對(duì)陽極氧化工廠里的陽極氧化槽中的AL濃度進(jìn)行管理, 要按生產(chǎn)量比例、對(duì)液體進(jìn)行排放、利用酸回收裝置對(duì)回收的硫酸和廢棄硫酸進(jìn)行分離、把回收硫酸放到氧化槽里重新利用。有關(guān)陽極氧化各工序閉路循環(huán)處理廢水的思路，將在本文第2部分結(jié)合工藝過程集中介紹。

1.4 靜電噴涂的工藝路線及存在的環(huán)境問題

靜電噴粉和靜電噴漆的工藝路線比較簡單，請(qǐng)見圖2的工藝流程示意圖。通過化學(xué)預(yù)處理（圖中的脫脂和酸洗）以后，噴涂之前的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理(紅色方框)為其特有的工序，鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化之前可以采用比較便捷的含氟離子的所謂“三合一”處理（即替代了脫脂，堿洗和酸洗去灰）。從目前的生產(chǎn)情況分析，由于鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理帶來十分嚴(yán)重的環(huán)境污染困擾，已經(jīng)成為目前靜電噴涂的頭等嚴(yán)重的污染問題。如果無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝成功，不論是鈦/鋯體系還是（尤其是）有機(jī)硅烷體系，對(duì)于鋁材表面潔凈度的要求明顯提高，無鉻轉(zhuǎn)化的化學(xué)預(yù)處理可能與鉻酸鹽處理的化學(xué)與處理有所不同，以保證無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的品質(zhì)穩(wěn)定。靜電噴涂除了化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的六價(jià)鉻的環(huán)境污染外,噴漆工藝的VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）大氣污染安問題、有機(jī)溶劑的著火問題，粉末涂料的爆燃問題等都有不容忽視的嚴(yán)重環(huán)境損害。

圖2 有機(jī)聚合物靜電噴涂典型工藝流程圖[2]

在靜電噴涂的生產(chǎn)工藝中，化學(xué)轉(zhuǎn)化處理是必不可缺的工藝，目前主要采用鉻酸鹽或磷鉻酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化處理，因此廢水中會(huì)有較高濃度的Cr⁶⁺離子。含六價(jià)鉻的廢水一般是利用氧化還原方法進(jìn)行處理(見圖3)，即用硫酸亞鐵、亞硫酸鈉等還原劑將廢水中Cr⁶⁺還原成Cr³⁺(反應(yīng)池1)，再將廢水pH調(diào)到7～8，使Cr³⁺形成Cr(OH)₃沉淀(反應(yīng)池2)。再通過絮凝、沉降、壓濾脫水形成氫氧化鉻（三價(jià)鉻）污泥。這種方法屬于間歇式處理，設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用并不高，但是處理工藝必須嚴(yán)格執(zhí)行，以徹底消除六價(jià)鉻的危害。含鉻廢水處理方法與其他廢水處理方式明顯不同，所以含鉻的廢水不應(yīng)該與其它廢水混合,宜單獨(dú)進(jìn)行收集、存放和處理，典型的含鉻廢水處理流程如圖3所示。

對(duì)于靜電噴漆生產(chǎn)線，有機(jī)化合物廢氣治理的常用的方法有：吸附法、吸收法、直接燃燒法和催化燃燒法等。對(duì)于靜電噴涂涂裝那樣的大流量、低濃度的有機(jī)廢氣，直接燃燒或催化燃燒處理費(fèi)用太高，并不經(jīng)濟(jì)?；钚蕴课骄哂刑幚淼蜐舛群痛髿饬繌U氣的優(yōu)勢，先用活性炭捕獲廢氣中的有機(jī)化合物，然后用很小流量的熱空氣來脫附，這樣可以使揮發(fā)性有機(jī)化合物，即所謂VOC富集，濃度提高10～15倍，大大減少了待處理廢氣的體積，使后處理設(shè)備的規(guī)模也大幅度降低。把濃縮后的廢氣送到催化燃燒裝置中，利用催化燃燒處理較高濃度廢氣的特點(diǎn)來消除VOC。催化燃燒放出的熱量可以通過間壁換熱器來預(yù)熱進(jìn)入炭吸附床的脫附氣，降低系統(tǒng)的熱能使用量。該技術(shù)利用炭吸附處理低濃度和大氣量的特點(diǎn)，又利用催化床處理適中流量、高濃度的優(yōu)勢，形成一套非常有效的集成技術(shù)。

圖3  典型的含鉻廢水的處理工藝流程圖[3]

2. 從環(huán)境生態(tài)保護(hù)的視角對(duì)于當(dāng)前陽極氧化工藝的思考和建議

2.1 提倡機(jī)械表面預(yù)處理去除擠壓條紋

鋁型材表面擠壓條紋的去除，曾經(jīng)采用氟化氫銨的酸浸蝕工藝，但是高濃度氟離子排放，嚴(yán)重影響環(huán)境質(zhì)量。目前比較可行的替代技術(shù)措施可以是，首先視需要進(jìn)行機(jī)械噴砂或機(jī)械掃紋消除擠壓條紋，然后再實(shí)施堿洗獲得清潔表面和光亮外觀，這樣可以在降低鋁耗的前提下迅速去除擠壓條紋。歐洲較多采取機(jī)械表面預(yù)處理工藝，而且具有比較完備的實(shí)用機(jī)械裝備，我國也有相應(yīng)的裝備供應(yīng)。但是機(jī)械表面預(yù)處理需要投資機(jī)械噴砂或機(jī)械掃紋的設(shè)備，所以必須在確定產(chǎn)品對(duì)象基礎(chǔ)上，需要做好經(jīng)濟(jì)分析和技術(shù)分析方可實(shí)施。

2.2 鼓勵(lì)堿浸蝕工藝采取堿回收設(shè)備和工藝

    目前解決堿洗槽液沉淀結(jié)塊，一是歐洲開發(fā)的所謂長壽命添加劑，可以延長沉淀析出的時(shí)間避免槽內(nèi)結(jié)塊,但是仍然不可避免需要清理污泥。盡管我國目前較多采取所謂“長壽命添加劑”，但是長壽命添加劑不可避免地帶來添加劑成分的環(huán)境污染問題，而且干擾了沉淀污泥中氫氧化鋁直接的有效回收利用。二是日本常用的堿回收裝置，將堿洗槽液引出經(jīng)過BAYER方式加水進(jìn)行分解后、到結(jié)晶槽沉淀氫氧化鋁，并通過固液分離可得到燒堿NaOH和氧化鋁(AL(OH)₃)。燒堿和氧化鋁直接回收利用或出售是非常誘人的，但是需要增加設(shè)備的一次投資。從環(huán)境效應(yīng)出發(fā)，盡管堿回收的設(shè)備需要一次性投資，從長期環(huán)境保護(hù)效應(yīng)來看，甚至從長期操作成本來看，采取堿回收裝置不僅具有明顯的環(huán)境效益優(yōu)勢，而且在長期的經(jīng)濟(jì)效益方面可能也是有利的。采取堿回收工藝避免大量堿蝕清洗液的排出，才可能改變廢水集中式排放,真正實(shí)現(xiàn)廢水處理新思路的前提。

2.3 提高陽極氧化設(shè)計(jì)質(zhì)量達(dá)到減排降耗節(jié)能之目的

目前我國正在投產(chǎn)中的大量小型臥式陽極氧化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)質(zhì)量（不少生產(chǎn)線根本沒有正規(guī)的設(shè)計(jì)，只是簡單的照搬）、設(shè)備選型（沒有任何分析與計(jì)算）、生產(chǎn)工藝（缺乏產(chǎn)品構(gòu)成與工藝的分析），甚至包括電接觸機(jī)構(gòu)等系統(tǒng)水平較低，因此不僅能耗偏高、而且形成本來不必要的酸堿及污染物排放。為了降低操作能耗和減少污染排放，小型生產(chǎn)線的改造潛力很大，但是全面改造也不是簡單的工作,需要具體分析處理，此處無法籠統(tǒng)的說明。但是，我國目前在陽極氧化槽添加硫酸回收設(shè)備，自動(dòng)降低鋁含量，已經(jīng)是減少硫酸陽極氧化槽液排放的有效措施。

2.4 鎳鹽電解著色中應(yīng)提倡硫酸鎳回收系統(tǒng)

    國內(nèi)外電解著色槽液主要是鎳鹽或錫鹽槽液兩大類。從鹽類本身的環(huán)境效應(yīng)出發(fā)，鎳鹽應(yīng)該比錫鹽污染嚴(yán)重。鑒于以前錫鹽的價(jià)格較低、污染較輕，槽液對(duì)雜質(zhì)較不敏感等原因，我國曾經(jīng)較多采用硫酸亞錫槽液電解著色。但是大型立式自動(dòng)化生產(chǎn)線以鎳鹽電解著色為首選，因?yàn)殒圎}槽液成分簡單，非常穩(wěn)定，便于自動(dòng)化管理。如果對(duì)清洗水選擇有效的鎳鹽回收技術(shù)，鎳鹽電解著色也可以“杜絕”鎳的排放，達(dá)到比較理想的環(huán)境效果。例如一條沒有硫酸鎳回收裝置的臥式鎳鹽電解著色生產(chǎn)線，每噸著色鋁型材平均硫酸鎳消耗達(dá)5.5~6Kg，實(shí)際上其中2/3以上的硫酸鎳并非用于陽極氧化膜微孔的鎳離子電沉積著色，而是溶解在清洗水中排出。國內(nèi)生產(chǎn)實(shí)踐表明，通過配置有效的清洗水回收硫酸鎳的裝置，鎳鹽電解著色生產(chǎn)線的平均硫酸鎳消耗可以降低到每噸型材2Kg以下，立式生產(chǎn)線甚至可以達(dá)到1Kg以下。從上述硫酸鎳消耗的比較中，可以簡單推斷每噸鋁型材少排放4Kg以上的硫酸鎳，如此巨大數(shù)量的硫酸鎳以前主要從清洗水中排放，從而引起鎳離子污染是非常驚人的。因此鎳鹽電解著色生產(chǎn)線必須配置有效的清洗水的硫酸鎳回收裝置，既可以減少硫酸鎳消耗而降低成本，又能夠降低環(huán)境的鎳離子污染。

    2.5 全面革新封孔技術(shù)以降低鎳、氟排放

    冷封孔槽液以氟離子與鎳離子為主要成分,兩者均對(duì)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重污染，不利于環(huán)境保護(hù)。目前的中溫封孔雖然沒有氟離子，仍然以乙酸鎳為主要成分，沒有從根本上消除鎳離子的環(huán)境有害影響。從目前國內(nèi)外工業(yè)化的封孔工藝的技術(shù)分析，希望既能夠提高陽極氧化膜的質(zhì)量，又可以找到徹底解決環(huán)境污染問題的封孔措施。盡管目前正在開發(fā)的無鎳或無重金屬的中溫封孔劑，但是還沒有達(dá)到理想的工業(yè)實(shí)踐水平。為此如果必須迅速改變冷封孔工藝的污染現(xiàn)象，目前最現(xiàn)實(shí)的措施還是熱封孔（沸水封孔或高溫水蒸氣封孔）或電泳涂漆封孔（有機(jī)物封孔）比較可行。但是熱封孔的能源消耗大、水質(zhì)要求高，如果繼續(xù)使用冷封孔或中溫封孔工藝，至少應(yīng)該采取閉路循環(huán)和鎳回收體系處理清洗水和槽液，以減少封孔體系的氟、鎳離子和其他化學(xué)物質(zhì)的排放。

2.6 改變廢水處理思路從集中式酸堿中和排放向各工序閉路處理轉(zhuǎn)變

以往的陽極氧化廢水排放采取簡單的集中式酸堿中和，不僅浪費(fèi)用水，而且不利于化學(xué)品的回收利用。從近代廢水處理的思路，應(yīng)該采取各工序閉路循環(huán)，減少有害物質(zhì)的排放，回收可利用的化學(xué)品，達(dá)到大量節(jié)約用水，徹底改變廢水處理的思路，變無用的排放物質(zhì)為可利用的化學(xué)物質(zhì)。舉例來說，如果強(qiáng)調(diào)回收利用水資源，例如達(dá)到70%、80%，甚至90%的回收利用水的水平，必然要改變集中處理、酸堿中和的技術(shù)路線。事實(shí)上必須實(shí)施有效的閉路循環(huán)處理技術(shù)，這可能牽涉到增加設(shè)備投資，而且可能提高運(yùn)行操作成本。為了達(dá)到明顯提高環(huán)境效益，又使經(jīng)濟(jì)壓力變?yōu)榭山邮艿某潭?，目前仍然需要從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面完善閉路循環(huán)的環(huán)保技術(shù)措施。

3. 靜電噴粉和靜電噴漆工藝的思考和建議

鋁材靜電噴涂之前的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理無疑是必須進(jìn)行的，但是鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理工藝必須及早棄用也無需置疑，問題在于無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)本身是否已經(jīng)具備替代鉻酸鹽處理的條件，幾種可選擇的無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝，工業(yè)化選擇的方向在哪里？這里首先分析國內(nèi)外無鉻化處理的工業(yè)實(shí)踐情況及背景材料。

目前我們還沒有收集到歐美禁用鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理的建筑鋁型材的文件，而且歐洲目前在室外使用的建筑鋁擠壓材靜電噴涂方面，無鉻轉(zhuǎn)化處理（目前的無鉻轉(zhuǎn)化以鈦/鋯體系為主）的比例，與其他領(lǐng)域的鋁材比較仍然不高。目前從歐洲收集的的情況為，鋁型材無鉻處理的比例在德國大約為30%以上、西班牙約為50%以上。對(duì)照本世紀(jì)初大約20%的數(shù)據(jù)表明，近十年來有所提高,但沒有發(fā)生非常明顯的變化。而目前我國無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化的使用比例更低，實(shí)際上還處于試驗(yàn)、中試或范圍不大的工業(yè)應(yīng)用階段,據(jù)報(bào)道還不斷出現(xiàn)質(zhì)量紛爭。為什么我國使用國外產(chǎn)品也會(huì)頻頻出現(xiàn)質(zhì)量問題，為什么同一種產(chǎn)品在各企業(yè)的使用效果并不相同,全面總結(jié)工藝措施興許會(huì)得到解決的途徑。

從環(huán)境保護(hù)的視角出發(fā)，堅(jiān)持無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化的方向，盡快從鉻酸鹽處理過渡到無鉻酸鹽處理是不容懷疑的。鑒于六價(jià)鉻的致癌作用很強(qiáng)，在無鉻化處理尚存在技術(shù)難點(diǎn)的情況下，又因?yàn)閲娡磕は碌慕z狀腐蝕比較嚴(yán)重，權(quán)衡利弊是否應(yīng)該考慮鼓勵(lì)陽極氧化-高耐候性電泳涂漆工藝，以繞開鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理的工藝路錢。此外，從靜電噴涂膜的質(zhì)量水準(zhǔn)來分析，靜電噴涂工藝還有掩蓋鋁型材的表面缺陷的缺點(diǎn)，如果型材表面缺陷反映基材內(nèi)在質(zhì)量的話，那么這種靜電噴涂膜的質(zhì)量應(yīng)該受到質(zhì)疑，此外化學(xué)轉(zhuǎn)化靜電噴涂的產(chǎn)品的絲狀腐蝕問題，也反映了化學(xué)轉(zhuǎn)化靜電噴涂工藝路線的缺陷。

3.1 靜電噴涂前無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)現(xiàn)況及對(duì)策

靜電噴涂之前的無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝,目前國外的主要研發(fā)方向和投入實(shí)踐使用者，大體為鈦/鋯-氟體系、稀土體系和有機(jī)硅烷三方面。鈦/鋯絡(luò)合物體系的無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理，國外已經(jīng)在工業(yè)上推廣應(yīng)用多年，尤其在歐洲的鋁罐、室內(nèi)散熱器和某些鋁輪轂等方面已經(jīng)廣泛使用，但在建筑鋁門窗涂裝前的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理中用的還不很多。漢高公司推出磷酸鋯和磷酸鈦為基礎(chǔ)的無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，用于建筑型材和板材的無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化處理，如產(chǎn)品Alodine 5200等。無鉻無漂洗技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)用于鋼卷材和鋁卷材的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理，應(yīng)該說是目前國際上比較成熟的無鉻轉(zhuǎn)化工藝，然而在我國的使用仍然不太穩(wěn)定。由于鈦/鋯-氟體系無鉻轉(zhuǎn)化處理膜沒有顏色而影響工藝操作效果，一度阻礙工業(yè)化的推廣使用。但是只要槽液使用性能和膜層性能穩(wěn)定的話，是否可以從工藝制度入手完善工藝，以便突破無鉻轉(zhuǎn)化處理膜沒有顏色帶來的使用瓶頸。

有機(jī)硅烷工藝也呈現(xiàn)出較好的工業(yè)前景，雖然也與鈦/鋯體系相同，有機(jī)硅烷處理膜沒有顏色，也會(huì)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生困擾。但是水溶性有機(jī)硅烷對(duì)鋁有極好的附著性，又可以對(duì)有機(jī)聚合物膜層有較強(qiáng)附著力，使之提高了涂層的表面性能，目前實(shí)驗(yàn)表明至少已經(jīng)達(dá)到了鋯氟酸鹽膜的耐腐蝕效果，甚至有希望接近鉻酸鹽的處理水平，尤其在裸膜的耐腐蝕性方面可望達(dá)到鉻酸鹽的處理效果。硅烷原本在涂料配方中是一種提高附著性的成分，利用它們?cè)谒邪l(fā)生水解，雖然在槽液中水解過程并不完全，余留在工件表面的酯在干燥過程中可進(jìn)一步水解，最后生成牢固的附著性極佳的膜。

實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)已經(jīng)證明有機(jī)硅烷處理后的鋁材表面，不僅可以通過附著性（干、濕和沸水附著性試驗(yàn)）試驗(yàn)，而且在沖擊、彎曲或杯突試驗(yàn)后都不致脫膜，進(jìn)一步考驗(yàn)了涂層的附著力是很滿意的。此外已經(jīng)通過沸水試驗(yàn)，馬丘絲狀腐蝕試驗(yàn)，CASS絲狀腐蝕試驗(yàn)，氯化氫絲狀腐蝕試驗(yàn)（尚在進(jìn)行中，目前已通過800h）和1000hAASS絲狀腐蝕試驗(yàn)（尚在進(jìn)行中，目前已通過800h）的考驗(yàn)。表3為華豪鋁業(yè)公司的測試結(jié)果。美國依科公司對(duì)AA2024鋁合金上有機(jī)硅烷ECO-003裸膜的中性鹽霧試驗(yàn)的結(jié)果,168h試驗(yàn)優(yōu)于鉻化處理的結(jié)果,劃痕的聚酯粉末涂層經(jīng)過1000hNASS試驗(yàn)，與鉻化處理平行對(duì)比未發(fā)現(xiàn)絲狀腐蝕發(fā)生，顯示了極有希望的前景。

表3 目前最佳有機(jī)硅烷轉(zhuǎn)化處理后粉末噴涂層的性能的檢測結(jié)果*

*本試驗(yàn)尚在進(jìn)行中，具體成分尚在調(diào)整，試驗(yàn)結(jié)果尚未發(fā)表。

鈰酸鹽處理也是較新開發(fā)的無鉻處理方法，得到鈰和鋁的氧化物為基礎(chǔ)的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。該工藝的表面膜呈黃色的，使得工業(yè)控制方面比無色的鈦鋯和有機(jī)硅烷工藝簡便得多，這是目前三類無鉻轉(zhuǎn)化工藝中獨(dú)具優(yōu)勢的。鈰酸鹽工藝的涂層耐蝕性和附著性可以與鉻化工藝相媲美，其溶液呈酸性，處理溫度為40~50℃，生成的膜非常薄，只有0.2~0.4g/m²。噴涂以后的樣品也已經(jīng)通過了沖擊、杯突試驗(yàn)，1008小時(shí)濕度試驗(yàn)，1008小時(shí)酸性鹽霧試驗(yàn)，3000小時(shí)中性鹽霧試驗(yàn)。

    然而用戶對(duì)于無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜使用性能存在一些疑慮，如PPG公司有以下說法：“我們?nèi)匀粓?jiān)持認(rèn)為目前的鉻化前處理還是最好的前處理方式，可以提供優(yōu)異的附著力和抗腐蝕性，而且它也已經(jīng)被眾多的工程案例和長時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證過的。無鉻的轉(zhuǎn)化膜在一般環(huán)境下使用時(shí)具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢，但是當(dāng)它在沿海地區(qū)使用時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了一些失敗的案例”。為此無鉻化必須與涂料公司密切溝通,以保證無鉻化處理的順利推進(jìn)。

3.2 靜電噴漆的VOC問題的解決方案

   我國鋁合金建筑型材的表面處理的生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)處于世界前列, 鋁型材表面處理工藝的多樣性、設(shè)備先進(jìn)性、產(chǎn)品質(zhì)量等方面也已達(dá)到國際先進(jìn)水平,尤其在我國的廣東地區(qū),技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢比較明顯。 但是從能源和資源的消耗、生態(tài)環(huán)境保護(hù)水平以及膜層性能等方面考察，目前的技術(shù)路線值得重新認(rèn)識(shí)和思考。本文從環(huán)境保護(hù)的視角，在回顧和審視目前我國的鋁型材表面處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一些新設(shè)想和技術(shù)建議。

  靜電噴漆在鋁型材中主要是氟碳涂料，具有非常優(yōu)異的使用性能，是目前難于替代的鋁合金幕墻的表面處理手段。但是氟碳涂料的有機(jī)溶劑屬揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），顯然既存在嚴(yán)重的空氣污染問題，又有嚴(yán)重的燃燒著火等弊病，加上噴涂前的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理的六價(jià)鉻污染。為此目前限制氟碳涂料漆的用量，并采取積極的替代措施應(yīng)該是很有意義的舉措，研發(fā)高耐候性電泳涂漆膜，研發(fā)粉末氟碳涂料替代氟碳漆都是發(fā)展方向。日本即將頒布新版JIS H 8602，并且已經(jīng)體現(xiàn)在中日兩國共同申請(qǐng)的國際標(biāo)準(zhǔn)“鋁合金陽極氧化電泳涂漆復(fù)合膜總規(guī)范”中，其最高一級(jí)復(fù)合膜要通過氙燈加速耐候試驗(yàn)4000h ，或碳弧燈加速耐候試驗(yàn)3000h試驗(yàn)，這是一項(xiàng)新的較高的耐候性指標(biāo)，其使用水平可以與氟碳涂層匹敵。