高安江，曲信磊

（叢林集團(tuán)有限公司，山東龍口265705）

廢鋁回收處理技術(shù)及工藝研究

高安江，曲信磊

（叢林集團(tuán)有限公司，山東龍口265705）

隨著我國(guó)用鋁量的逐年增加，再生鋁高值利用越來(lái)越受到行業(yè)關(guān)注。介紹了廢鋁回收處理工藝及設(shè)備，以及廢鋁回收處理過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)。指出廢鋁回收再利用，對(duì)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境具有重要意義。

廢鋁回收；廢鋁回收技術(shù)難點(diǎn)；再生鋁設(shè)備；社會(huì)效益

目前，廢鋁回收在發(fā)達(dá)國(guó)家的鋁生產(chǎn)中地位突出，發(fā)達(dá)國(guó)家再生鋁占原生鋁的比例平均為30.9%。其中，日本為99.4%，意大利為74.6%，美國(guó)為42.4%，德國(guó)為40.6%。我國(guó)的鋁消費(fèi)快速增長(zhǎng)已經(jīng)持續(xù)10年，按照鋁20～30年的使用壽命周期，我國(guó)將進(jìn)入鋁快速回收階段。鋁自身的特性決定了其回收率較高，循環(huán)性能較好。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2010年，我國(guó)鋁的累計(jì)消費(fèi)量已達(dá)到1.2億t，我國(guó)再生有色金屬的產(chǎn)量達(dá)到834萬(wàn)t，其中鋁440萬(wàn)t，從國(guó)內(nèi)的回收量來(lái)看，廢鋁回收的市場(chǎng)份額很大。

1 廢鋁回收處理工藝

廢鋁種類(lèi)繁多，成分各異，通常不能用單一的方法處理，主要生產(chǎn)工藝為預(yù)處理、熔煉、合金調(diào)配與精煉4個(gè)環(huán)節(jié)。

1.1 預(yù)處理

含鋁廢雜物在熔煉之前的預(yù)處理階段，包括分類(lèi)、解體、切割、磁選、打包和干燥等工序。預(yù)處理的目的是清除易爆物、鐵制零件和水分。

1.2 熔煉

對(duì)經(jīng)預(yù)處理的廢鋁進(jìn)行熔化。發(fā)達(dá)國(guó)家再生鋁在熔煉生產(chǎn)過(guò)程中，普遍采用高效的節(jié)能熔煉爐雙室反射爐。熔化廢料的熔煉爐設(shè)有預(yù)熱室與熔化室，被氣冷懸掛隔板一分為二。熔煉室直接加熱，從熔煉室流出的熱煙氣間接加熱預(yù)熱室。此煙氣經(jīng)隔板上的孔流入預(yù)熱室，其流量受到嚴(yán)格控制，以便產(chǎn)生所需的預(yù)熱溫度，使污染物發(fā)生部分燃燒與熔化，進(jìn)行熔煉。

叢林鋁業(yè)的熔煉爐采用自身預(yù)熱燃燒技術(shù)，節(jié)能效果較好，可使熔鋁環(huán)節(jié)的能耗降到較低水平。主要元件均采用高質(zhì)可靠產(chǎn)品，通過(guò)科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和高品質(zhì)的制造，充分保證爐子長(zhǎng)期高效、穩(wěn)定的工作；合理應(yīng)用耐火材料和機(jī)械設(shè)備，大大提高設(shè)備的可靠性能，顯著減少日常維護(hù)工作量。熔煉爐設(shè)計(jì)采用底置式永磁攪拌器，由攪拌器產(chǎn)生的鋁液流動(dòng)避免了鋁液表面的過(guò)熱，從而減少氧化鋁的產(chǎn)生，改善傳熱和傳質(zhì)效果，快速均勻鋁液溫度及合金成分，可有效提高生產(chǎn)效率，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

傾動(dòng)式燃?xì)獗貭t采用高速冷風(fēng)燒嘴，具有操作方便、自動(dòng)化程度高、減少鋁液氧化等特點(diǎn)，通過(guò)高品質(zhì)的液壓系統(tǒng)和激光測(cè)距系統(tǒng)對(duì)鋁液進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)注，實(shí)現(xiàn)無(wú)落差鑄造，減少鋁液氧化，精確控制鑄造液位。

1.3 調(diào)整合金成分

由于有的合金元素在熔煉過(guò)程中有損失，在精煉處理之前向液態(tài)鋁合金中添加合金元素，根據(jù)不同牌號(hào)的合金，添加不同的元素，使熔煉后的鋁合金符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 精煉

鋁合金產(chǎn)品的生產(chǎn)中，最終能否生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，主要取決于熔煉與鑄造環(huán)節(jié)，而熔鑄過(guò)程中除氫、除雜最重要，對(duì)于利用廢鋁做原料生產(chǎn)鋁及鋁合金錠坯的生產(chǎn)線，在線精煉技術(shù)是關(guān)鍵。無(wú)論是國(guó)外技術(shù)還是國(guó)內(nèi)技術(shù),現(xiàn)有在線精煉系統(tǒng)因工藝和結(jié)構(gòu)問(wèn)題,在除氫、除雜方面均存在一定的缺陷和不足,在許多方面還有待改進(jìn)。

目前，叢林鋁業(yè)采用韓國(guó)SME除氣設(shè)備，效果良好。該套設(shè)備由預(yù)熱系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、氣體控制、保溫箱組件、電控系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)等部分組成，其中轉(zhuǎn)子采用氮化硅陶瓷，與傳統(tǒng)的石墨轉(zhuǎn)子相比，具有特殊的耐磨和抗氧化性，使用壽命更長(zhǎng)。獨(dú)特的轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)使氣泡離散到轉(zhuǎn)子中，除氫效率更高。

2 再生鋁生產(chǎn)熔煉設(shè)備

再生鋁熔煉設(shè)備包括熔煉爐、靜置爐、風(fēng)機(jī)、燃燒系統(tǒng)等。熔煉爐主要分為坩堝爐和反射爐。坩堝爐是熔煉再生鋁合金的常用設(shè)備，其優(yōu)點(diǎn)是投資少、操作方便，金屬回收率高，缺點(diǎn)是生產(chǎn)能力小、壽命短和成分不穩(wěn)定。反射爐是熔煉鋁合金的主要設(shè)備，爐膛容積大，熔煉鋁合金可達(dá)40t以上，可熔煉各種爐料，適用于生產(chǎn)量較大的再生鋁企業(yè)。雙室反射爐是一種熔煉再生鋁合金的專(zhuān)用設(shè)備，因其能耗低、燒損率低、金屬回收率高，故被世界大多數(shù)再生鋁企業(yè)廣泛采用，是再生鋁行業(yè)的主要應(yīng)用爐型。

雙室熔煉爐爐膛被懸掛隔墻分為加熱室和熔解室。加熱室由切向燒嘴的回轉(zhuǎn)火焰對(duì)金屬加熱，高溫?zé)煔饨?jīng)隔墻上的孔洞進(jìn)入熔解室。流入熔解室的煙氣量由擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，以便產(chǎn)生所需的預(yù)熱溫度，使鋁廢料中的污染物發(fā)生部分燃燒與分解（或裂解）。分解或裂解的氣體由循環(huán)風(fēng)機(jī)送入直接加熱室進(jìn)行燃燒，形成對(duì)環(huán)境無(wú)害的燃燒產(chǎn)物。

雙室熔煉爐具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）鋁廢料的預(yù)熱、干燥和熔化均不在火焰的直接猛烈的燃燒之下進(jìn)行，金屬燒損少；

（2）在整個(gè)熔煉過(guò)程中，熔體通過(guò)循環(huán)式攪拌機(jī)進(jìn)行循環(huán)，因而熔體溫度和成分均勻；

（3）由于采用旋轉(zhuǎn)蓄熱式的加料機(jī)構(gòu)和爐型，全部煙氣均進(jìn)行余熱回收，熱效率高，能耗低；

（4）鋁廢料是在一個(gè)密閉的系統(tǒng)中加入的，無(wú)煙氣溢放到車(chē)間，工作環(huán)境較好。

3 廢鋁回收及處理技術(shù)難點(diǎn)

廢鋁主要分生鋁、合金熟鋁、型材鋁、易拉罐、鋁線等，目前廢鋁回收是粗放型，粗放的分類(lèi)很難保證再生鋁的質(zhì)量。此外，廢鋁分類(lèi)大量工作是人工根據(jù)其顏色、重量完成的，由于廢鋁種類(lèi)復(fù)雜，廢鋁分揀存在難點(diǎn)，導(dǎo)致無(wú)法精確控制再生鋁的質(zhì)量。

再生鋁主要應(yīng)用于鑄造、壓鑄等行業(yè)，由于除雜和成分調(diào)整存在難度，所以再生鋁在變形鋁合金中應(yīng)用很少，如何控制再生鋁的質(zhì)量，提高其在變形鋁合金應(yīng)用比例是亟待解決的難點(diǎn)。

叢林鋁業(yè)重點(diǎn)針對(duì)再生鋁鑄錠用于變形鋁合金進(jìn)行研究，對(duì)鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化處理，對(duì)鑄錠展開(kāi)雜質(zhì)相的分析和研究。要擠出合格的變形鋁合金，要求鑄錠組織均勻、析出相細(xì)小，同時(shí)還要減少晶間化合物。叢林鋁業(yè)鑄造部采取一系列的措施，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)和分析，從提高鑄造溫度、增加精煉次數(shù)、控制爐內(nèi)停留時(shí)間、提高均勻化溫度等諸多鑄錠關(guān)鍵點(diǎn)展開(kāi)實(shí)驗(yàn)和反復(fù)論證，運(yùn)用再生鋁鑄錠進(jìn)行鋁棒生產(chǎn)，初步消除鑄棒內(nèi)的雜質(zhì)相，減少大的化合物。通過(guò)掃描電鏡觀察鑄棒內(nèi)部組織，可以看出鑄棒雜質(zhì)相和大的化合物大大減少，晶粒度由3.4級(jí)提高到了4級(jí)以上，基本達(dá)到了變形鋁合金擠壓所需要的鑄棒品質(zhì)（見(jiàn)圖1，圖2）。

圖1 鑄棒內(nèi)部組織優(yōu)化前后對(duì)比

圖2 鑄棒內(nèi)部晶粒度優(yōu)化前后對(duì)比

目前，大多數(shù)工業(yè)窯爐廠家能夠生產(chǎn)廢鋁熔煉設(shè)備，但是在廢鋁燒損率、余熱回收、自動(dòng)控制、分析檢測(cè)、節(jié)能環(huán)保等方面還需繼續(xù)研究開(kāi)發(fā)，使再生鋁的質(zhì)量控制得到保障。

4 廢鋁回收利用的社會(huì)效益

我國(guó)每生產(chǎn)1t電解鋁需消耗氧化鋁1.9t、電1.44萬(wàn)kW·h，并排放出污染嚴(yán)重的氟化物。近年來(lái)，我國(guó)電解鋁行業(yè)耗電占到全國(guó)發(fā)電量的4%左右，節(jié)能減排壓力巨大。而以廢鋁為主要原料生產(chǎn)再生鋁能耗僅為電解鋁的3%，廢棄物排放也減少94%以上，并可多次循環(huán)利用，具有能耗低、排放少、工藝流程簡(jiǎn)單等優(yōu)異性能。到2020年，我國(guó)再生鋁所占比重若提高到60%，每年可節(jié)約鋁礦石3640萬(wàn)t，節(jié)電1364億kW·h，節(jié)水9100萬(wàn)m3。

鋁從礦石到成金屬，再到制成品，成本極高，耗能巨大，而由廢棄金屬鋁再生、再用，能使能耗、輔料消耗大大降低，節(jié)約資源和成本。因此，廢鋁的回收、再利用，無(wú)論從節(jié)約地球上資源，降低能耗、成本，縮短生產(chǎn)流程周期，還是從環(huán)境保護(hù)、改善人類(lèi)生態(tài)環(huán)境等各方面都具有十分巨大的意義。

[1]劉靜安，謝水生.鋁合金材料的應(yīng)用與技術(shù)開(kāi)發(fā)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

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[3]王祝堂，田榮璋.鋁合金及其加工手冊(cè)（第2版）[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2002

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Researchontherecyclingandprocessingtechnology ofaluminiumscrap

GAOAnjiang,QUXinlei
（ConglinGroupCo.,Ltd.,Longkou264704,China）

AstheconsumptionamountofaluminuminChinaincreasesyearbyyear,attentionhasbeenpaidtothe aluminumhigh-valuerecyclingindustry.Thispaperintroducedthetechnologyandequipmentofrecyclingandprocessing aluminiumscrap,aswellasthetechnicaldifficulties.Itwaspointedoutthatrecyclingandprocessingofscrapaluminium weresignificanttoresourceconservationandenvironmentprotection.

aluminiumscraprecycling;technicaldifficulty;recycledaluminumequipment;socialbenefit

X748

A

1674-0912（2014）02-0034-03

2014-01-09）

高安江（1974-），男，山東龍口人，大學(xué)學(xué)歷，工程師，主要研究方向?yàn)殇X型材生產(chǎn)及制造。