铝型材生产企业工艺介绍和污染源分析探讨

摘要：分析了铝型材生产企业熔炼和铸造、挤压成型和表面处理等生产过程中，废水、废气、噪声和废渣等主要污染物的来源。并结合铝型材生产和加工的行业的特性，提出相应的污染防治措施。

关键词：铝型材 环境影响评价 污染源 分析

中图分类号：X5 文献标识码：A文章编号1672-3791(2012)02( c)-0000-00

我国的铝型材工业起于20世纪50年代。1954年4月，我国第一个铝镁合金加工基地——东北轻合金加工厂（现名东北轻合金有限责任公司）动工建设，从此开始了中国铝型材加工的历史。我国铝型材工业于80～90年代进入兴盛时期，华北铝加工厂、广东省有色金属加工厂、华东铝加工厂、青岛铝加工厂、渤海铝加工厂等一些知名铝型材生产企业相继建成。现今，我国铝型材产量已突破130万吨/年，已成为世界的铝型材工业大国，但还不是铝型材强国 [1]。

铝型材生产和加工过程会产生废气、废水、噪声、固体废物等环境问题。本文以某典型铝型材生产企业为例，介绍铝型材生产和加工工艺，分析生产过程的主要环境污染源并提出防治措施。

1 铝型材生产和加工工艺介绍

铝型材生产和加工工艺一般包括熔炼和铸造工序、挤压工序和表面处理工序。

1.1 熔炼和铸造工序

熔炼和铸造工序主要是对铝型材产品的合金成份进行调配，是保证铝型材产品质量的关键步骤。一般生产过程中，铝锭或收集来的废铝被装入熔铝炉，加热熔化成铝熔体。为了提高产品某些特殊性能，一般还会向熔铝炉加入少量的镁、硅和稀土元素进行成份调整，并加入精炼剂和少量惰性气体除去铝熔体中的少量H2，确保铝型材产品的质量。

典型铝型材生产企业的熔炼和铸造工序详见图1。

1.2 挤压工序

挤压工序主要是借助各种各样的模具并施加一定的压力，从而获得各种形状铝型材产品。现今较为先进的铝型材的挤压成型工艺主要有高速挤压、液压成型、无残料挤压等。一般来说，挤压工艺的参数主要有金属变形程度（或挤压系数）、填充系数、挤压温度、挤压速度、铸锭长度等，它们与设备能力、挤压方法、合金种类、制品规格等因素有关。

典型铝型材生产企业的挤压工序详见图2。

1.3 表面处理工序

为了提高铝型材产品的耐蚀、耐候、耐磨、外观装饰好和使用寿命长等较高的综合性能，必须对铝型材进行表面处理加工。铝型材表面保护方法，当前不外乎3种：(1) 阳极氧化和着色，20世纪50年代已引入铝合金门窗，至今仍是铝门窗方面常用的表面处理措施；(2) 阳极氧化后电泳涂装，主要以丙烯酸树脂作为涂装液。日本在20世纪60年代已商品化，欧洲到70年代开始使用，目前还主要在亚洲地区应用。该技术当前已由透明光亮膜发展到无光透明膜和彩色膜，品种更趋多样化，工业控制和产品质量都比较稳定；(3)静电粉末涂装，60年代末在欧洲已实现商品化，当前仍是欧洲各国占优势的表面处理手段。静电粉末涂装以其色彩多样、控制方便、环境保护、性能优良等原因，已成为欧美的首选表面处理方法，近年来静电粉末涂装市场在我国也在迅速扩大之中。

(1)预处理工序，在铝型材半成品在进行表面处理前，要先通过预处理工序先去除表面自然氧化膜、油脂和杂质，获得均匀洁净的铝表面，有利于优质阳极氧化膜的形成。现今的预处理工艺主要分为酸蚀、碱蚀和机械浸蚀工艺，机械浸蚀工艺可以使铝耗控制在1%以下，而且外观均匀细致，装饰效果好，已受到推崇。

典型铝型材生产企业的表面预处理工序详见图3。

(2)阳极氧化和着色工序，阳极氧化和着色工艺是铝型材表面加工的传统办法，其工作原理主要是利用铝型材为阳极，硫酸为氧化电解液，铝型材表面得到了具有强烈的吸附性能的呈多孔状的阳极氧化膜层，再通过化学或电化学的方法使得Ni2+、Sn2+等金属离子沉积在铝型材表面，呈现美丽的颜色。

为了弥补着色工序的不足，一般还需配套封孔工序，封孔剂的主要成份是氟化镍。现在采用的封孔方法主要有冷封孔、高温蒸汽封孔等，我国铝型材生产企业主要采取冷封孔方法，是与80年代大量从欧洲引进工艺和设备有关。冷封孔的水质要求不高，工艺控制容易，比较适合我国生产现状[1]。

典型铝型材生产企业的阳极氧化和着色工序详见图4。

(3)电泳涂装工序，电泳涂装工艺主要是丙烯酸类和聚氨酯类电泳涂料通过电泳作用下，在铝型材产品表面形成保护膜。由于电泳涂料均为水性涂料，铝型材经前处理水洗后可直接电泳，电泳涂层透明度高，既具有高装饰性又可突出铝型材本身的金属光泽，因此已越来越多地被使用[3]。

典型铝型材生产企业的电泳涂装工序详见图5。

(4)粉末涂装工序，粉末涂装工艺是现在国内铝型材表面处理中的一个热点。粉末涂装采用的是粉末涂料，主要成分是环氧树脂。工艺上采用的是静电喷涂，利用磨擦喷枪的作用，在加速风的影响下，使粉末颗粒喷出枪体时携带正电荷，与带负电荷的型材接触，产生静电吸附，然后经过高温固化，也增强了涂料的吸附强度，防止漆膜脱落。喷涂型材与隔热断桥的联合使用，使其更具有更时尚的潮流，使粉末喷涂型材具有了更大的发展空间，也是其它处理方式生产出来的铝型材所无法替代的[4]。

粉末涂装工序的预处理工艺与阳极氧化的预处理工艺有所不同，主要为脱脂与铬化，相对较为简便。

典型铝型材生产企业的粉末涂装工序详见图6。

2 铝型材生产和加工过程污染源分析

铝型材生产和加工过程产生废水、废气、噪声以及废物等，对周围的水环境、大气环境、声环境都会造成一定的影响。本文结合自己的工作经验，归纳铝型材生产和加工过程可能产生的主要污染源，为铝型材生产和加工项目的环境影响评估和污染物防治提供依据。

2.1 废气污染源

铝型材生产企业的废气污染源主要是熔铝炉、铸造炉、均质炉、挤压锭加热炉、模具加热炉、时效炉、烘干炉和固化炉等热工设备产生的燃烧废气，熔铝炉和搓灰炉工艺废气，酸雾和碱雾废气以及粉末涂装工序产生的含尘废气等。

(1)各热工设备产生的燃烧废气，铝型材厂配有熔铝炉、铸造炉、均质炉、挤压锭加热炉、模具加热炉、时效炉、烘干炉和固化炉等多种热工设备，这些热工设备采用燃料加热时会产生燃烧废气。

从清洁能源角度来说，燃料从优到次的排列是气体燃料（天然气、石油气等）→液体燃料（柴油、重油等）→固体燃料（煤、焦炭等）。气体燃料是清洁、高效的燃料。固体燃料主要是煤，燃料产物含气态硫化物和粉尘等污染物，会严重污染环境。

为了降低铝型材企业对周围环境的污染，一般提倡企业尽量采取较为清洁的燃料。可是，国内的不少铝材厂在2000年燃油涨价之后，从生产成本考虑，将某些炉子从燃气、燃油改为燃煤。有的铝型材厂能源从用电改为烧油，近来又从烧油改为烧煤，这是值得我们在環评工作过程中需注意的事。

从环保治理角度来说，现在热工设备燃料烟气的治理措施较为成熟，可保证烟气治理后达到相关的排放标准。因此，有条件的地区和企业，应首先采用较为清洁能源作为热工设备的燃料，再辅以末端治理的方法，确保企业生产过程不会对周围大气环境造成较大影响。

(2)熔铝炉和搓灰炉工艺废气，生产过程中，熔铝炉为了熔化铝锭等金属材料需加热到较高的温度。因此，在原料投加熔解、除杂纯化等过程中，熔铝炉开炉时会逸出大量的含尘气体。如果不能有效地控制这些含尘气体，将引起生产车间的粉尘浓度超标，对车间工人的人体健康造成严重影响。

该含尘废气污染物成份主要由熔化过程投加的原料成份确定。根据前面的介绍，铝型材生产企业的主要生产原料是铝锭，为了提高产品某些特殊性能，一般还会向熔铝炉加入少量的镁、硅和稀土元素进行成份调整，此外，还会加入精炼剂（含有冰晶石Na3AlF6）和少量惰性气体除去铝熔体中的少量H2。因此，该含尘废气主要含有铝、镁等金属颗粒物以及氟化物和一些稀土元素。这些污染物微粒较小，部分以气溶胶的形态产生。对于部分以废铝为主要生产原料的铝型材生产企业来说，由于废铝表面还含有镍、锡、铬和有机涂料等物质，这类企业熔铝炉和搓灰炉产生的工艺废气中还含有镍、锡、铬等金属和有机物质，污染物成份更为复杂。

为了有效地降低熔铝炉和搓灰炉工艺废气对环境的污染，铝型材生产企业一般在熔铝炉、搓灰炉等设备上方设置集气罩，利用风机将该含尘废气引入袋式除尘器进行除尘处理。对于那些以废铝为主要生产原料的铝型材生产企业来说，控制入炉废铝的纯度，尽量减少废铝中的杂质含量，是减少熔铝过程污染物的有效方法。

(3)酸雾和碱雾废气，铝型材生产企业对铝型材进行表面处理的阳极氧化工序、碱蚀工序中会有酸雾和碱雾废气产生。为了防止对生产工人造成伤害，企业为阳极氧化槽和碱蚀槽设置均配备了抽排风装置，将酸雾废气和碱雾废气集中收集后，分别经酸雾净化装置和碱雾净化装置吸收处理，可保证酸雾和碱雾废气达标排放。

(4)粉末涂装工序产生的含尘废气，对铝型材进行粉末涂装过程中，部分粉末涂料未能吸附在铝型材表面，随风排出。铝型材生产企业一般会为粉末涂装工序配套粉末涂料回收装置，采取旋风除尘、袋式除尘等方式去除废气中的粉末涂料，不仅保证废气达标排放，而且还可以回收废气中的粉末涂料进行重复利用。

2.3 废水污染源

(1)废水污染源特性分析，铝型材的熔铸和挤压工序基本不产生废水，表面处理工序是铝型材生产企业的主要废水产生源。铝型材表面处理中的预处理工序、阳极氧化和着色工序、电泳涂装和粉末涂装过程中，多数工序均配有水洗工序，均会产生废水。

铝型材表面处理过程中使用多种化学原料，主要有硫酸、氢氧化钠、磷酸、氟化镍、含铬钝化剂等，导致铝型材生产企业的废水成份复杂，主要含有铝、铬、镍、锡、磷酸盐、氟化物等多种污染物质。一般来说，铝型材生产企业的废水种类可分为酸碱废水、含锡含镍废水、含铬废水、含磷废水、生活污水等。

(2)治理措施介绍，许多铝型材企业为了减少废水污染物的产生浓度、降低废水处理难度、以及降低生产成本，在生产过程中配套了阳极氧化工序的硫酸液回收装置、电泳涂装工序的电泳液回收装置，通过离子树脂交换和反渗透原理，对废硫酸液和电泳液进行重复利用。这样做不仅符合行业的清洁生产要求，也大大降低了企业后继废水处理的难度。

铝型材生产企业的废水种类较多，污染物成份较复杂。并且，按照《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）的要求，铝型材生产企业的含铬废水和含镍废水必须单独处理，在车间或车间处理设施排放口就必须达到第一类污染物最高允许排放浓度，方可与其它废水混合处理。因此，对铝型材生产企业各类废水进行分流收集、分类处理的方法是行之有效的方法。

针对每种废水中污染物的特性，分别采取相应的预处理后，再集中混合处理。其中，含铬废水可采用焦亚硫酸钠作为还原剂将废水中六价铬全部还原为三价铬，再加入通过调节pH使得铬离子以氢氧化物（以Cr(OH)3）形式被沉淀去除；含锡含镍废水可通过pH调节后，使得锡离子和镍离子以氢氧化物的形式被沉淀去除；含磷废水可通过加入Ca(OH)2，将含磷废水中大多数PO43-反应生成Ca3(PO4)2沉淀后去除；酸碱废水pH调节控制后，使得废水中的铝离子以氢氧化铝的形式被沉淀去除。

2.3 噪声污染源

铝型材生产企业的噪声主要来源于铝型材的切割、锯切等生产设备，以及风机、泵等机械设备，噪声源强范围为75～110分贝。企业必须采取相应的消音、减振、隔声等措施，来降低企业的噪声影响。

2.4固废污染源

铝型材生产企业产生的固体废物主要为：铝边角料、铝渣铝尘、废模具、各化学处理槽产生的化学废液、废水处理污泥和生活垃圾等。

对于铝型材生产企业来说，铝边角料可回熔铝炉继续熔化，重复利用；铝渣铝尘和废模具则交由专业回收公司回收利用；按照《国家危险废物名录》(环发[1998]089号)分类，各化学处理槽产生的化学废液和废水处理污泥属危险废物，必须委托有资质的专业危险废物处理公司收集处理。

3其它需注意的污染源

铝型材生产企业的一些配套或辅助工程也会有污染产生源，例如模具生产和加工、纯水发生装置等。铝型材生产企业进行模具的铸造、加工和渗氮处理过程中，会产生燃料废气、噪声和固体废物等。铝型材生产企业采用离子交换树脂和反渗透膜等进行纯水制造过程中，会定期产生废水和固体废物。

为了准确和全面地分析出铝型材生产企业可能存在的污染源，就必须全面了解铝型材生产企业可能会存在的配套或辅助工程，并且对其工作原理和运行过程进行掌握。

4总结

铝型材生产和加工过程中环境污染源的分析，必须从实际的生产过程入手。随着铝型材生产工艺和技术的发展，可能会有新的污染源随之产生。为了减少铝型材生产和加工过程对环境所造成的影响，最有效的污染防治办法就是在生产过程中实行清洁生产，采用低污染的原材料，研究推广低能耗、低污染的生产工艺，最终实现环境效益和经济效益的“双赢”。

参考文献

[1] 王自焘. 2002. 中国铝型材工业的发展与现状[J]. 轻合金加工技术，30(2)：11~15.

[2] 高軍，赵国群，李丽华.2002. 铝合金型材挤压技术现状与发展趋势[J]. 汽车工艺与材料，6：21~24.

[3] 文凌飞，刘娅莉，暨调和.2002. 铝型材的电泳涂装工艺[J].表面技术，32(3)：37~40.

[4] 颜勇.2003. 粉末喷涂在铝型材处理中的应用[J].表面处理，153：52~54.

[5] 张希衡.水污染控制工程[M].北京:冶金工业出版社,1984.