小知识丨无镍封孔剂的研制进展（上）

　　铝合金加工业中，工业废水是其排放的主要污染物，在其所含的各类有害物中，重金属是当前最受关注的化学成分之一。其中，镍离子最为常见，在电解着色和封孔工艺中常常使用含镍溶液。镍离子虽然毒性较低，但已通过的动物实验和人群观察证明：镍具有明显的积存作用，在人们的肾、脾、肝中积存最多，容易造成器官的慢性病变。

　　所以我国已将工业废水中镍离子的排放浓度从原来的小于1毫克/升降低到0.1毫克/升。在铝合金挤压型材表面处理工艺中，封孔作为最后的化学处理工艺，决定了铝合金型材的表面质量、防护性能和装饰效果。目前，国内较为广泛采用的镍-氟体系常温封闭工艺和醋酸镍体系中温封闭工艺的处理液中都含有高浓度的金属镍。但采用常规的沉淀法和吸附法处理的含镍废水很难达到国家排放要求，同时产生含高浓度镍的固体沉渣难以处理。

　　在中温特别是高温封孔工艺中，有很多不含镍离子的配方技术上是很成熟的，无镍高温封闭又称热水封闭是在接近沸点的纯水中，通过氧化铝的水合反应，将非晶态氧化铝转化成称为勃姆体的水合氧化铝。由于水合氧化铝比原阳极氧化膜的分子体积大了，体积膨胀使得阳极氧化膜的微孔填充封闭，阳极氧化膜的抗污染性和耐腐蚀性随之提高，同时导纳降低，阳极氧化膜的介电常数也随之变大。

　　在上世纪70年代冷封孔技术问世之前，热封闭曾经是建筑铝型材阳极氧化膜唯一的封孔方法。由于日本市场至今不认可冷封闭技术，因此在日本热封闭仍然是除了电泳涂装以外铝建材阳极氧化膜的主要封孔方法。开始用热水封闭时，发现用硬水封闭后的表面有白印和粉霜，研究表明同温度、pH值、水中的杂质有关，后来改用去离子水封闭，把水的pH值用醋酸调节至4.5-5.0，粉霜可以减少至最低水平。随着工艺技术的发展，质量检测更加严格，只提高水质和调整pH值仍不能满足技术要求，许多公司开发出除霜剂，效果很好，有的甚至可以用自来水封闭。用水的过热蒸汽也可以封孔，不需要使用任何化学药剂，但能耗巨大，同时需要使用耐压的密闭容器，应用远没有热水封闭广泛。

　　热的硅酸钠溶液也是一种无镍高温封孔工艺。铝的阳极氧化膜经硅酸钠溶液封孔，具有优异的耐碱腐蚀性能，在特殊场合有较好的应用，硅酸钠溶液封孔的缺点是，封孔后材料表面会留下难看的“水印”，所以应用面很窄。

　　常温封孔在我国应用非常广泛，不管是从降低生产成本的角度，还是从低碳经济发展的角度，常温封孔都有其广泛的市场。目前，我国应用最广的封孔工艺是镍-氟体系的常温封孔工艺，从上世纪八十年代应用至今，有三十多年的使用历史，技术已经非常完善和成熟。

　　该工艺需要1.0~1.4g/L的镍离子，0.2~0.7g/L的氟离子浓度，封孔质量可以通过现有所用检测标准，封孔后氧化膜轻微发绿。封孔后的水洗水中含有较高浓度的镍离子，不能直接排放。

　　需要经过沉淀、过滤、离子交换树脂处理，以降低最终排放废水中的镍离子浓度，这是一个费时而且耗资巨大的工程。许多厂家都不堪负重，热切期待无镍封孔技术投入使用，特别是无镍常温封孔工艺更是厂家最期待的技术。

　　无镍常温封孔工艺诞生的年代并不晚，只是长期没有引起人们太多的关注，使用过程中会产生一些这样或那样的问题，几乎没有厂家使用，后续的改进研究也没有人进行下去。

　　纵观起来有这样几项工艺：（1）脂肪酸加有机溶剂工艺，（2）稀土溶液电解工艺，（3）氟锆酸盐、氟钛酸盐工艺。

　　其中第一种工艺，使用了有机溶剂，存在易燃、易爆的风险，这就决定了不能配太大的封孔槽，这样就难以引起较大的生产厂家的注意。

　　第二种工艺，需要电解，增加了设备投资和工艺的复杂性，在当今非常注重成本效益的年代，这种工艺很难推广。

　　第三种工艺，属于水溶液浸泡工艺，与传统工艺一致，厂家在设备和工艺流程方面不需要作任何更改，最受厂家欢迎，是最有前途的工艺，只要解决目前存在的各种问题，必然能够大规模推广应用。

文章来源：铝合金阳极氧化