廢鋁回收處理技術及工藝研究

高安江，曲信磊

（叢林集團有限公司，山東龍口265705）

廢鋁回收處理技術及工藝研究

高安江，曲信磊

（叢林集團有限公司，山東龍口265705）

隨著我國用鋁量的逐年增加，再生鋁高值利用越來越受到行業關注。介紹了廢鋁回收處理工藝及設備，以及廢鋁回收處理過程中的技術難點。指出廢鋁回收再利用，對節約資源、保護環境具有重要意義。

廢鋁回收；廢鋁回收技術難點；再生鋁設備；社會效益

目前，廢鋁回收在發達國家的鋁生產中地位突出，發達國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%，美國為42.4%，德國為40.6%。我國的鋁消費快速增長已經持續10年，按照鋁20～30年的使用壽命周期，我國將進入鋁快速回收階段。鋁自身的特性決定了其回收率較高，循環性能較好。據統計，截止到2010年，我國鋁的累計消費量已達到1.2億t，我國再生有色金屬的產量達到834萬t，其中鋁440萬t，從國內的回收量來看，廢鋁回收的市場份額很大。

1 廢鋁回收處理工藝

廢鋁種類繁多，成分各異，通常不能用單一的方法處理，主要生產工藝為預處理、熔煉、合金調配與精煉4個環節。

1.1 預處理

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

1.2 熔煉

對經預處理的廢鋁進行熔化。發達國家再生鋁在熔煉生產過程中，普遍采用高效的節能熔煉爐雙室反射爐。熔化廢料的熔煉爐設有預熱室與熔化室，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熱室。此煙氣經隔板上的孔流入預熱室，其流量受到嚴格控制，以便產生所需的預熱溫度，使污染物發生部分燃燒與熔化，進行熔煉。

叢林鋁業的熔煉爐采用自身預熱燃燒技術，節能效果較好，可使熔鋁環節的能耗降到較低水平。主要元件均采用高質可靠產品，通過科學的結構設計、系統設計和高品質的制造，充分保證爐子長期高效、穩定的工作；合理應用耐火材料和機械設備，大大提高設備的可靠性能，顯著減少日常維護工作量。熔煉爐設計采用底置式永磁攪拌器，由攪拌器產生的鋁液流動避免了鋁液表面的過熱，從而減少氧化鋁的產生，改善傳熱和傳質效果，快速均勻鋁液溫度及合金成分，可有效提高生產效率，減輕操作人員的勞動強度。

傾動式燃氣保溫爐采用高速冷風燒嘴，具有操作方便、自動化程度高、減少鋁液氧化等特點，通過高品質的液壓系統和激光測距系統對鋁液進行自動轉注，實現無落差鑄造，減少鋁液氧化，精確控制鑄造液位。

1.3 調整合金成分

由于有的合金元素在熔煉過程中有損失，在精煉處理之前向液態鋁合金中添加合金元素，根據不同牌號的合金，添加不同的元素，使熔煉后的鋁合金符合產品標準。

1.4 精煉

鋁合金產品的生產中，最終能否生產出優質的產品，主要取決于熔煉與鑄造環節，而熔鑄過程中除氫、除雜最重要，對于利用廢鋁做原料生產鋁及鋁合金錠坯的生產線，在線精煉技術是關鍵。無論是國外技術還是國內技術,現有在線精煉系統因工藝和結構問題,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。

目前，叢林鋁業采用韓國SME除氣設備，效果良好。該套設備由預熱系統、轉子系統、氣體控制、保溫箱組件、電控系統、鋼結構等部分組成，其中轉子采用氮化硅陶瓷，與傳統的石墨轉子相比，具有特殊的耐磨和抗氧化性，使用壽命更長。獨特的轉子設計使氣泡離散到轉子中，除氫效率更高。

2 再生鋁生產熔煉設備

再生鋁熔煉設備包括熔煉爐、靜置爐、風機、燃燒系統等。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備，其優點是投資少、操作方便，金屬回收率高，缺點是生產能力小、壽命短和成分不穩定。反射爐是熔煉鋁合金的主要設備，爐膛容積大，熔煉鋁合金可達40t以上，可熔煉各種爐料，適用于生產量較大的再生鋁企業。雙室反射爐是一種熔煉再生鋁合金的專用設備，因其能耗低、燒損率低、金屬回收率高，故被世界大多數再生鋁企業廣泛采用，是再生鋁行業的主要應用爐型。

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火焰對金屬加熱，高溫煙氣經隔墻上的孔洞進入熔解室。流入熔解室的煙氣量由擋板進行調節與控制，以便產生所需的預熱溫度，使鋁廢料中的污染物發生部分燃燒與分解（或裂解）。分解或裂解的氣體由循環風機送入直接加熱室進行燃燒，形成對環境無害的燃燒產物。

雙室熔煉爐具有以下優點。

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

（2）在整個熔煉過程中，熔體通過循環式攪拌機進行循環，因而熔體溫度和成分均勻；

（3）由于采用旋轉蓄熱式的加料機構和爐型，全部煙氣均進行余熱回收，熱效率高，能耗低；

（4）鋁廢料是在一個密閉的系統中加入的，無煙氣溢放到車間，工作環境較好。

3 廢鋁回收及處理技術難點

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，粗放的分類很難保證再生鋁的質量。此外，廢鋁分類大量工作是人工根據其顏色、重量完成的，由于廢鋁種類復雜，廢鋁分揀存在難點，導致無法精確控制再生鋁的質量。

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

叢林鋁業重點針對再生鋁鑄錠用于變形鋁合金進行研究，對鑄造工藝進行優化處理，對鑄錠展開雜質相的分析和研究。要擠出合格的變形鋁合金，要求鑄錠組織均勻、析出相細小，同時還要減少晶間化合物。叢林鋁業鑄造部采取一系列的措施，經過大量實驗和分析，從提高鑄造溫度、增加精煉次數、控制爐內停留時間、提高均勻化溫度等諸多鑄錠關鍵點展開實驗和反復論證，運用再生鋁鑄錠進行鋁棒生產，初步消除鑄棒內的雜質相，減少大的化合物。通過掃描電鏡觀察鑄棒內部組織，可以看出鑄棒雜質相和大的化合物大大減少，晶粒度由3.4級提高到了4級以上，基本達到了變形鋁合金擠壓所需要的鑄棒品質（見圖1，圖2）。

圖1 鑄棒內部組織優化前后對比

圖2 鑄棒內部晶粒度優化前后對比

目前，大多數工業窯爐廠家能夠生產廢鋁熔煉設備，但是在廢鋁燒損率、余熱回收、自動控制、分析檢測、節能環保等方面還需繼續研究開發，使再生鋁的質量控制得到保障。

4 廢鋁回收利用的社會效益

我國每生產1t電解鋁需消耗氧化鋁1.9t、電1.44萬kW·h，并排放出污染嚴重的氟化物。近年來，我國電解鋁行業耗電占到全國發電量的4%左右，節能減排壓力巨大。而以廢鋁為主要原料生產再生鋁能耗僅為電解鋁的3%，廢棄物排放也減少94%以上，并可多次循環利用，具有能耗低、排放少、工藝流程簡單等優異性能。到2020年，我國再生鋁所占比重若提高到60%，每年可節約鋁礦石3640萬t，節電1364億kW·h，節水9100萬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，節約資源和成本。因此，廢鋁的回收、再利用，無論從節約地球上資源，降低能耗、成本，縮短生產流程周期，還是從環境保護、改善人類生態環境等各方面都具有十分巨大的意義。

[1]劉靜安，謝水生.鋁合金材料的應用與技術開發[M].北京：冶金工業出版社，2004.

[2]肖亞慶，謝水生，劉靜安，等.鋁加工技術使用手冊[M].北京：冶金工業出版社，2005

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

[4]蔡艷秀，李作光.用廢雜鋁生產優質鑄造鋁合金[J].中國物資再生，1992(5):17-19.

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，大學學歷，工程師，主要研究方向為鋁型材生產及制造。