某鋁型材車間空氣中有害物質調查研究

鄭立柱 史思潔

（1. 陜西華中科技項目管理有限公司，陜西漢中 723100；2. 陜西闊成檢測服務有限公司，陜西西安 710000）

1 引言

某鋁型材公司主體生產(chǎn)工藝主要包括鋁型材噴涂、陽極氧化及其前處理、電泳。工藝原料涉及多種易揮發(fā)、有毒有害化學品，可能導致工作環(huán)境空氣質量惡化。為研究該企業(yè)生產(chǎn)車間空氣質量情況，通過現(xiàn)場采樣、實驗室分析化驗，對空氣中有害物質的種類和濃度進行分析測定，對其空氣質量狀況進行評價，并結合企業(yè)現(xiàn)狀提出了環(huán)境改善措施，以期改善企業(yè)工作環(huán)境質量。

2 工藝簡介

某鋁型材公司以生產(chǎn)基材、陽極氧化型材、電泳涂漆型材、粉末噴涂型材為主，產(chǎn)品加工工藝的產(chǎn)污工段主要有鋁型材噴涂工段、陽極氧化前處理工段、陽極氧化及電泳工段。

2.1 鋁型材噴涂工段

鋁型材噴涂工段采用高壓粉末靜電噴涂的方法，利用一定電場強度的電暈放電及空氣動力作用，使粉末涂料粒子荷電或極化而吸附于工件表面，其建立在靜電感應、尖端放電、電暈放電和電極化等物理學原理基礎上。在高壓靜電噴涂中，高壓靜電是由外設或內置的高壓靜電發(fā)生器供給的。工件噴涂時先接地，在凈化的壓縮空氣作用下，粉末涂料由供粉器通過輸粉管進入靜電噴粉槍。噴槍頭部裝有金屬環(huán)或極針作為電極，金屬環(huán)的端部邊緣呈尖銳狀，當電極接通高壓靜電后，尖端產(chǎn)生電暈放電，在電極附近產(chǎn)生密集的負電荷，粉末從靜電噴槍頭噴出時，捕獲電荷成為帶電粉末。在氣流和電場作用下飛向接地工件，并吸附在工件表面上。

2.2 陽極氧化前處理工段

鋁型材半成品采取脫脂－酸蝕－中和工藝進行表面預處理，通過各表面預處理工序，除去鋁型材表面的雜質和氧化膜后，再將鋁型材放入氧化槽中（槽液成分為硝酸）進行陽極氧化。陽極氧化是在電解液中以鋁為陽極，通電后在鋁表面生成人工氧化膜的過程，采用硝酸為氧化電解液。陽極氧化膜生成的原理為：以鋁為陽極置于電解質溶液中，利用電解作用，使其表面形成氧化鋁薄膜。陽極氧化后，在鋁型材表面得到了新鮮的呈多孔狀的陽極氧化膜層。

2.3 陽極氧化及電泳工段

2.3.1 陽極氧化

在電解液中，鋁為陽極，通電后在鋁表面生成氧化鋁（Al2O3），鋁的陽極氧化實質是水的電解。電解液通電后在電流的作用下發(fā)生水解，在陰極上釋放出氫氣，帶負電荷的陰離子向陽極移動，在陽極釋放電子，一部分新生氧原子與陽極鋁反應。反應式如下：

2H＋＋2e－→H2↑

4OH－-4e－→H2O＋O2↑

2Al3＋＋3O2－→2Al2O3＋熱量

反應溫度17～22 ℃，反應濃度160～180 g/L 硝酸，反應時間3～15 min，槽液保持少量鼓氣攪拌。

2.3.2 電泳工段

采用5%～7%的丙烯酸樹脂及純水作為電泳液。電泳涂裝過程中電泳膜形成機理如下：陽極氧化膜阻擋層的反應生成；在氧化膜孔中發(fā)生水的電解反應；RCOO－與H＋的中和反應。

為了節(jié)約成本和降低廢水處理難度，在生產(chǎn)工藝中配備了硝酸溶液回收系統(tǒng)和電泳液回收系統(tǒng)。

3 工作環(huán)境中化學有害物質調查

工作環(huán)境中化學有害物質調查見表1。

表1 工作環(huán)境中化學有害物質調查

4 車間空氣中有害物質防護設施設計及其效果

4.1 工作環(huán)境中化學有害物質防護設施合理性調查

工作環(huán)境中化學有害物質防護設施合理性調查見表2。

表2 工作環(huán)境中化學有害物質防護設施合理性調查

4.2 工作環(huán)境中化學有害物質防護設施有效性分析

本文分別檢測防護設施開啟前后工作環(huán)境中化學有害物質濃度的變化，分析防護設施有效性。

現(xiàn)場采樣依據(jù)《工作場所空氣中有害物質監(jiān)測的采樣規(guī)范》進行［1］；實驗室檢測粉塵濃度采用濾膜稱重法［2］，二氧化氮采用鹽酸萘乙二胺分光光度法［3］，氫氧化鈉采用火焰原子吸收光譜法［3］。防護設施開啟前后化學有害物質濃度檢測結果見表3。

表3 防護設施開啟前后化學有害物質濃度檢測結果 mg/m3

5 結論

（1）氧化車間噴砂工序通過設置密閉排風罩＋除塵器，使該工序空氣中粉塵濃度由2.34 mg/m3降至0.63 mg/m3。

（2）氧化車間前處理工序＋3.5 m 平臺通過設置雙側排風罩＋酸霧凈化塔＋2 個側墻式排風機＋12個屋頂排風機，使該工序空氣中氫氧化鈉濃度由0.289 mg/m3降至0.096 mg/m3，硝酸濃度由3.450 mg/m3降至0.056 mg/m3。

（3）氧化車間化學品庫通過設置側墻式排風機，使該工序空氣中氫氧化鈉濃度由0.076 mg/m3降至0.043 mg/m3，硝酸濃度由2.390 mg/m3降至0.183 mg/m3。

（4）噴涂車間噴砂工序通過設備密閉＋密閉排風罩＋除塵器，使該工序空氣中粉塵濃度由3.56 mg/m3降至0.72 mg/m3。

（5）噴涂車間噴粉工序通過設置接受式排風罩＋旋風除塵器，使該工序空氣中粉塵濃度由1.83 mg/m3降至0.58 mg/m3。

（6）本次調查研究結果顯示，防護設施未正常開啟時車間環(huán)境污染嚴重，對員工身體健康會產(chǎn)生極大危害，鋁型材加工行業(yè)的表面處理車間可以通過設置機械通風系統(tǒng)提高工作環(huán)境空氣質量，保護員工身體健康。