双极膜电渗析技术回收铝表面处理黑液中氢氧化钠的研究

《Separation and Purification Technology》：Using bipolar electrodialysis to recover sodium hydroxide from black liquor generated during aluminum finishing

本研究针对铝阳极氧化行业产生的碱性黑液，采用双极膜电渗析(EDBM)技术成功回收氢氧化钠(NaOH)。通过创新性设计"伪酸性回路"有效防止Al3+沉淀堵塞膜堆，实现87%的NaOH回收率，获得高纯度碱液可直接回用于生产，为金属表面处理行业提供绿色循环解决方案。

　　

在铝材加工行业，表面处理是提升产品性能的关键环节，其中阳极氧化处理能够形成坚固的氧化铝保护层，显著增强材料的耐腐蚀性和耐磨性。然而，在这一过程的预处理阶段，需要使用高浓度氢氧化钠溶液对铝制品进行蚀刻处理，由此产生大量含铝碱性黑液。这种废液不仅含有45.3 g·kg^-1的OH^-离子，还富含23.6 g·kg^-1的Al³⁺和55.2 g·kg^-1的CO₃^2-等污染物，传统处理方法通过中和沉淀虽能去除重金属，但会导致有价值的氢氧化钠无法回收，同时产生大量固体废弃物，既浪费资源又增加环境负担。

面对这一行业难题，来自捷克MemBrain公司的研究小组在《Separation and Purification Technology》发表创新性研究，探索采用双极膜电渗析(Electrodialysis with Bipolar Membranes，简称EDBM)这一绿色技术从复杂黑液中直接回收氢氧化钠的可行性。与常规电渗析不同，双极膜(Bipolar Membrane，简称BPM)具有独特的三层结构，能够在电场作用下将水分子解离为H⁺和OH^-离子，从而实现对盐溶液的原位酸化和碱化，为资源回收开辟新途径。

研究团队采用实验室规模的电渗析装置，以工业实际黑液为处理对象。样品来自斯洛伐克Punch Precision Detva公司的铝锻件底盘部件生产线，具有真实的工业废水特征。关键技术方法包括：建立多回路EDBM系统，通过创新设计"伪酸性回路"维持碱性条件防止铝沉淀；采用异质膜结构处理高污染负荷废水；系统监测电导率、离子迁移效率等关键参数。

材料与化学品

研究使用的碱性黑液取自铝阳极氧化工厂的实际生产过程。样品经过全面表征，包括电导率、密度、pH值、总固体含量、灰分含量以及无机离子组成分析，确保实验材料具有工业代表性。

校准测试

校准测试阶段采用1.0 kg的较大进料体积，每50分钟定期采集35 mL淡化室样品。测试结果显示，系统能够有效去除黑液中的溶解组分，为后续正式实验确定了最佳操作参数。特别值得注意的是，在碱性条件下运行能有效防止氢氧化铝沉淀的形成，这是技术成功的关键。

结论

研究结果表明，EDBM技术对复杂黑液中的氢氧化钠回收率可达87%，且获得的氢氧化钠溶液纯度满足回用于铝表面处理的要求。创新性的"伪酸性回路"设计成功解决了铝沉淀堵塞膜堆的行业难题，整个实验过程中未观察到膜堆堵塞或溶解铝沉淀现象。该技术为铝加工行业提供了一种近乎零固体废物产生的循环经济方案，显著降低化学品消耗和环境污染。

这项研究的成功实施标志着双极膜电渗析技术在处理高铝含量碱性废液方面取得重要突破。与传统中和沉淀工艺相比，EDBM技术不仅能高效回收有价值的氢氧化钠，实现资源的循环利用，还避免了二次污染物的生成，为金属表面处理行业的可持续发展提供了技术支撑。研究展示的87%回收率证明该技术具备工业化应用潜力，未来通过工艺优化和长期运行测试，有望在铝加工行业实现规模化应用，推动行业向绿色化、循环经济方向转型。