廢鋁再生預處理過程中的雜質分離和分類分選技術研究

高安江，王剛，曲信磊，劉璐

（1.叢林集團有限公司，山東龍口265705；2.山東叢林鋁資源再生研究中心，山東龍口265705）

廢鋁再生預處理過程中的雜質分離和分類分選技術研究

高安江1，王剛1，曲信磊2，劉璐2

（1.叢林集團有限公司，山東龍口265705；2.山東叢林鋁資源再生研究中心，山東龍口265705）

預處理是廢鋁再生的第一個工序，對后續的熔煉影響很大。良好的預處理需要將雜質進行分離，并按鋁合金的成分牌號進行分類，對目前比較先進的雜質分離技術和廢鋁分類分選技術進行重點介紹，為再生鋁預處理技術的研究及發展提供參考。

廢鋁再生；預處理；雜質分離；分類分選

鋁是世界上用量排名第二的金屬，僅次于鋼鐵，應用領域也非常廣泛，包括建筑、機械、交通運輸、電子電器、五金、包裝等領域。目前我國是全球最大的鋁生產和消費國之一，近11年來我國原鋁消費以平均每年16.6%的速度增加，至2011年我國的原鋁消費已達到1 800萬t。當各類鋁產品的使用壽命周期到來時，必須要考慮如何處理這么龐大的廢鋁資源，其中發展再生鋁是最為有效的途徑，并具有顯著的優點，與原鋁生產相比，廢鋁再生利用可節能（水、電等）達95%，因而鋁合金制品的生產成本得以降低，且對環境的污染也大大降低，因此發展再生鋁具有巨大的經濟效益和社會效益。

發展再生鋁首先要面對三大技術難題：廢鋁原料的預處理、成分的精確控制和熔體的精煉。其中廢鋁原料的預處理作為再生鋁生產的第一步，其意義重大，完成質量更是直接決定了后續工序能否順利進行。通常的預處理過程需要實現以下目的：（1）去除廢鋁中混有的其他金屬及雜質；（2）去除廢鋁表面的油污、漆層及氧化皮等；（3）將廢鋁按接近某種牌號鋁合金的成分進行分類。為實現以上目的，需對廢鋁料進行雜質分離、分類分選、清洗、烘干和打包等預處理工序，最終的結果是將廢鋁處理成符合入爐條件的爐料，其中對廢鋁再生后續工藝影響最大的工序就是廢鋁的雜質分離和分類分選。

目前我國的預處理技術與設備大多比較落后，特別是廢鋁的雜質分離和分類分選技術，這是制約我國再生鋁產業發展的一個重要因素，因此對這些預處理工序進行充分了解，掌握國內外先進技術并加以創新，對推動我國再生鋁產業發展具有重大意義。

1 廢鋁的分類及作用

廢鋁可分為新廢鋁與舊廢鋁兩類。新廢鋁主要是指鋁及其合金在生產過程中產生的廢鋁。舊廢鋁主要是指使用期滿后報廢的鋁及鋁合金零部件或整個產品。前者成分清晰，利用價值很高，一般做法是按照牌號分類保存，由生產企業自行回爐熔煉成原牌號合金；后者就是通常所說的廢鋁，在經過回收后需要進行分類分選處理。

按國家標準（GB/T13586-2006），將廢鋁分為變形鋁及鋁合金廢料、鑄造鋁合金廢料、鋁及鋁合金屑、鋁及鋁合金碎片和鋁灰渣等五大類。將廢鋁進行分類具有很大的實際生產意義，可將成分單一、雜質含量較低的優質廢料用于熔煉特定成分的鋁合金，如廢1350鋁電線電纜可大量用于熔煉1350合金，廢鋁門窗則可用于熔煉6063鋁合金，而熔煉3004合金則可直接利用鋁易拉罐，但需要說明的是，為了精確調定成分，熔煉中必須添加一定量的原鋁或合金元素添加劑。

2 廢鋁的雜質分離及分選技術

目前國內廢鋁的分選主要是靠人工，利用磁鐵、鋼銼等，憑經驗進行分選，這種方法不但效率低、質量差，而且生產成本高；國外對廢鋁的分選已基本實現機械化、自動化，其特點是高效和精確分選，甚至可以做到按合金牌號分類，這使得廢鋁的再生價值得到很大提升，效益更高。下面介紹一些目前比較先進的分選技術。

2.1分離輕質量雜質技術

原料中夾雜的雜質應在熔煉前去除，因為原料中夾雜的塵土會增大熔煉過程中各種添加劑的消耗量，浪費能源；廢紙、廢塑料等會加大對環境的污染。目前應用較為廣泛的分離輕質量雜質的方法有以下兩種。

2.1.1風選法分離廢紙、廢塑料和塵土

風選法是利用材料密度的不同，通入一定壓力的風將密度低于鋁的雜質吹走，主要目的是去除廢紙、廢塑料和塵土等雜質。此法工藝簡單，能高效地分離密度小的輕質夾雜物。但風選法必須配備良好的收塵系統和相對密閉的工作區域，以免灰塵造成環境污染及人體傷害。分選出來的廢紙、塑料等一般可做燃料用[1]。

2.1.2浮選法分離輕質雜質

浮選法是利用材料的密度差來分離不同材料。該法簡單易行，尤其是在歐美國家，應用非常廣泛，根據使用浮選介質的不同分為兩類：干式和濕式。干式浮選法采用干砂為介質，并通入高壓空氣以產生氣泡和對流作用，而后將其流化，廢料經烘干、脫油后進入流化床分離。濕式浮選采用水或水溶體為介質，利用螺旋式推進器，將廢塑料、橡膠、木頭等密度低于水的雜質分離，之后推出廢鋁料，將污水排入沉淀池，以便重復利用。濕式浮選法能夠將廢鋁中大部分的物質進行分離，是目前應用最為廣泛的浮選分離技術，但此法投資較大，需要較大的分離容器及較好的封閉回路凈化系統來保證介質密度不變。此外，這種方法對于一些空心料的雜質分離效果并不理想。

2.2分離涂層及有機非金屬雜質技術

對于一些帶有涂層或有機包裝的廢鋁原料，如廢舊易拉罐、牙膏皮等表面都有一層保護涂層和裝潢油漆，鋁導線表層都覆有塑料表皮，應先將這些雜質分離，減少對鋁的燒損，降低熔體處理費用。

2.2.1濕、干法分離涂層

目前先進的除膜工藝主要有濕法與干法。濕法是用某種溶劑浸泡廢鋁，使漆層脫落或被溶劑溶掉；干法是在回轉爐中焙燒，因此又稱火法，回轉爐緩緩旋轉，使爐內廢料相互摩擦碰撞，最后碳化物從廢鋁上脫落，一部分在回轉爐的一端回收，還有一部分在收塵器中回收。前者的廢液量大，一般不宜采用。后者可利用廢料上漆膜碳化釋放的有機物氣體作為燃料，熱效率較高。

2.2.2流化床法除漆

流化床法主要用于除漆，即脫除廢鋁上的有機涂層，是由加拿大鋁業公司（Alcan）開發的。其作用原理如下：將流化床中的介質加熱到一定溫度（介于有機物完全分解溫度450℃與廢鋁熔點之間），細小的流化粒子在上升氣流作用下懸浮，類似于沸騰液體，當把廢雜鋁加入流化床中后，其表面上的有機涂層與介質及流化氣體接觸，并在加熱溫度下開始分解。由于廢料處于運動狀態，熱交換速度比常規除漆裝置內的快5～10倍，再加上溫度均勻，即使是很薄的鋁箔都不會熔化，鋁的氧化少，因而此法具有效率高、氧化少、回收率高等特點。

2.2.3加熱與機械混合處理法分離表層雜質

對于導線類廢鋁上的有機絕緣體雜質，一般可用機械研磨、剪切、加熱、化學溶解等手段去除，目前國內企業最常用的是高溫燒蝕的辦法，但是燒蝕過程中會產生大量的有害氣體，對空氣造成了嚴重的污染。若采用低溫加熱與機械剝離相結合的方法，先通過低溫加熱使有機絕緣體軟化，強度降低，然后利用機械揉搓剝離，這樣既避免了對空氣的污染，又可將絕緣體材料回收利用。

2.3分選金屬雜質技術

目前回收的鋁合金零件中很多都是與銅、鐵等其他金屬的組合體，因此原料中大多含有含量較高的其他元素，如Fe的含量一般會達到0.8%，Cu的含量也都超過1%。因此，為了保證生產出化學成分符合標準要求的鋁合金產品，在分選階段將這些金屬雜質分離出來就變得尤為重要。

2.3.1磁選法分選廢鋼鐵等磁性廢料

鐵是鋁及鋁合金中的最有害的雜質元素之一，應在預處理階段最大限度地去掉。磁選法主要用于分離鐵及磁性材料，其工藝簡單，設備投資少，分離效果顯著。按照磁源的不同，磁分離可分為永磁和電磁兩類。其中永磁分離其結構簡單、質量輕，不需要整流及其他控制裝置，磁場均勻，分離效率高，維修方便，并能在低于70℃環境下連續工作，相比于電磁分離要求的工作溫度不高于40℃而言，永磁分離技術應用更廣泛[2]。應用于傳送帶十字交叉法的磁選設備比較簡單并且投資較少，其工作原理是廢鋁料首先在傳送帶上沿橫向傳送，當進入磁場時，鐵及磁性材料被吸起而離開橫向帶，并隨著縱向帶運動，當縱向帶離開磁場后，鐵及磁性材料隨即自動落入收集箱。需要注意的是，利用此法對大塊廢料的分離效果并不理想，因此大塊廢料必須在破碎后方可進行磁選。

2.3.2拋物分選法分選不同密度的金屬

拋物分選法主要用于分選體積基本相同、密度不同的各類物體，其原理是當它們受到相同力被拋出后最終落點不同而進行分選的。利用此法可從廢鋁中分選出密度大的重有色金屬，如鉛、鋅、銅、錫等。此工藝目前在日本、美國已經獲得應用，但由于設備價格昂貴，國內尚未采用。

2.3.3渦流法分選各類非鋁物質

渦流法的原理是利用不同物質的不同電導率和密度，在同一個磁場內所受到的洛倫茲力也不同，在此力的作用下做平拋運動后，最終其拋出的距離也不同來實現各物質的分選。渦流分離設備投資大，分離效率高，既能將鋁與非金屬，如塑料、橡膠、玻璃等進行分離，也能將鋁和其他有色金屬，如鋅、鎂、銅等進行分離。但此法對于小顆粒（10 mm以下）的分離效果不好，因為小顆粒產生的洛倫磁力很小，難以實現將它們分離[3]。

2.3.4靜電法分離絕緣體類

靜電法主要用于分離開導體與絕緣體。其原理是：由于任何處于電場中的物體都會帶有電荷，電荷的多少取決于電機的極性和物體的自身特性，一般來講在電場相同的情況下導體獲得的電荷多于絕緣體。當帶電物體同接地導體接觸時會釋放電荷，對于導體來講由于其電阻低，電荷會被立即釋放，因此不會被吸附，而絕緣體由于自身特性，能夠將電荷保持較長的時間，因此會被吸附。靜電法正是利用了兩者的這種差異采用靜電分選機將其區分開來，分選機滾筒會吸附所有電場中帶有電荷的物體，然后導體會瞬間釋放自身電荷而失去吸附力，落入料桶中，絕緣體則由于保持電荷而被吸附于滾筒表面并一起轉動，之后落入另一個料桶。

2.4廢鋁的成分分選技術

對于鋁合金中非鋁物質的除雜、分選，采用以上方法就能實現，然而對于不同成分的鋁合金如何進行分類分選，是預處理技術里最難的問題之一。最理想的分選方法是按合金成分把廢鋁分成幾大類，如鋁銅合金、鋁鎂合金、鋁硅合金等，甚至按接近某一鋁合金牌號成分分類，這樣既可降低熔煉過程中除雜和成分調整的難度，又能綜合利用廢鋁中的合金元素。近年來國外開發出很多的相關技術，主要有以下幾類。

2.4.1顏色分選技術

顏色分選技術是利用不同金屬顆粒的顏色在計算機圖形分析過程中所處的范圍不一樣，進行自動檢測，并且在現有的計算機技術上能夠實現對廢料進行實時的分析和控制。此技術不受顆粒大小和形狀的限制，而且分離效率很高，20世紀90年代，HVS公司正是利用這項技術來分離銅、鋅、黃銅、不銹鋼，得到的各金屬純凈度大于98%。不僅如此，此技術還能實現對廢鋁按照合金系來分類。首先需要對廢料進行腐蝕，不同成分的合金腐蝕后，呈現出來的顏色不同，如6系鋁合金含高鎂、硅，呈灰白色，而7系鋁合金含高鋅、銅，則呈黑色。但這種技術也有一定的局限性，它無法實現按照合金牌號分類，這是因為同一系列的合金顯示的顏色差不多，如高鋅、低銅合金和低鋅、高銅合金，此外它對表面粗糙度、溫度、腐蝕時間等因素比較敏感。在進行分類處理時，還需配備特殊的光源系統和強大數據處理能力的單元來分析結果[4]。

2.4.2X射線熒光分析技術（XRF）和光發射光譜分析技術（OES）

XRF分析技術是采用X射線照射金屬材料表面，產生熒光后對其進行光譜分析確定其波長，就可以鑒別檢測樣中的元素[5]。OES分析技術則是采用電弧、火花照射樣品表面，使其被激發到原子基態之上，并釋放出光譜，然后利用光敏探測器讀取光譜，進而確定樣品成分。

目前這兩種技術可分為工作臺式和手持式兩類。工作臺式的分析結果準確，但耗時較長，需要幾分鐘到幾個小時；手持式分析速度較快，只要幾秒到幾分鐘就能夠對材料進行定量分析，顯示出樣品各種元素的含量，進而估計出是哪種合金，但是分析結果不如工作臺式的準確，目前手持式XRF和OES設備已分別由Niton公司和Spectro公司開發并推向市場。需要注意的是，對于鋁的成分分析來講，OES技術要比XRF技術準確，因為鋁受X射線照射后的特征能量很低，很容易被空氣吸收。

2.4.3激光致熔光譜分析技術（LIBS）

激光致熔光譜分析技術主要是利用脈沖激光照射金屬表面，使原子中電子發生躍遷，產生等離子云團，釋放出光譜，經光譜檢測器分析后獲得化學成分信息。LIBS技術于2001年初美國的汽車鋁業聯盟報道出來，同年該技術的設備由HVS公司開發出來，該技術不需要和來料進行直接接觸，可將鋁合金按照牌號進行分類，提高再生鋁的附加值，并能用于大規模分選，提高預處理效率。但由于脈沖激光透射能力很差，因此該技術對來料的表面要求較高，必須要做到表面無油污、無涂層、無氧化皮等物質[6]。

3 結語

廢鋁的預處理工藝是再生鋁生產的重要組成部分，隨著再生鋁技術水平的提高，對預處理技術的要求也越來越高。快速、準確、低成本、連續地使廢鋁雜質分離，按鋁合金牌號分類，以達到廢雜鋁最有效的綜合利用，這正是再生鋁預處理技術研究的主要方向，也是未來的發展方向。目前我國在這方面還處于剛剛起步階段，和發達國家還有一定的差距，這就需要我國在消化國外先進技術的基礎上，通過技術創新，積極探索研發相關技術及設備，使我國在廢鋁預處理技術上達到國際先進水平，屆時我國再生鋁產業發展的格局很可能會因此而改變，這對推動我國再生鋁產業具有非常重大的意義。

[1]肖亞慶.鋁加工技術實用手冊[M].北京：冶金工業出版社，2005.

[2]王祝堂.廢雜鋁再生現代預處理技術與冶金處理工藝(1)[J].輕金屬，1991(04)：51-55.

[3]P C Rein，P A Leest，A J van den Akker.A model for eddy current separation[J].Inl.J.Miner.Process，1997，49：193-200.

[4]Paul B Schuhz，Rebecca K Wyss.Chemical treatment of aluminum alloys to enable alloy separation：US Pat.6100487 [P].2000-08-08.

[5]Edwad J Somme，Robert H Parrish.High speed materials sorting using x-ray fluorescence：US.761673382[P].2009-11-10.

[6]范超，龍思遠，李聰，等.廢鋁分類分離技術的研究進展[J].輕金屬，2012(07):61-64.

The research on impurities separating and sorting technology in the pretreatment process of the aluminum scrap recycling

GAO Anjiang1,WANG Gang1,QU Xinlei2,LIU Lu2
（1.Conglin Group Co.,Ltd.,Longkou 265705,China; 2.Shandong Conglin Aluminum Resources Recycling Research Center,Longkou 265705,China）

Preprocessing is the first step of aluminum scrap regeneration,which has a great influence on the subsequent melting.Excellent pretreatment contains impurities separating and aluminum alloy sorting by grades.This paper introduced some advanced technologies of impurities separating and aluminum scrap sorting,also provided references for the research and development on the pretreatment technology of the aluminum scrap recycling.

aluminum scrap recycling;pretreatment;impurities separating;sorting

X758

A

1674-0912（2015）02-0033-04

2014－12－04）

中再生協會“綠色社區”服務項目再次獲得民政部中央財政專項資金支持

高安江（1974-），男，山東龍口人，大學學歷，工程師，研究方向：鋁型材生產及制造。

根據《民政部關于2015年中央財政支持社會組織參與社會服務項目立項的通知》(民函［2015］28號)文，中國再生資源回收利用協會所申報的《全國“綠色社區”服務項目》通過審批并準予立項，該項目繼2013年后再次獲得民政部中央財政專項資金支持，金額為100萬元。

2013年中國再生資源回收利用協會負責運營的首屆“綠色社區”服務示范項目以宣傳垃圾分類、培養社區環保志愿者為主要目的，在全國8個省市開展了30場技能和知識培訓，受益人員超過1 500人。按照立項要求，2015年“綠色社區”項目將重點關注西部地區，計劃在江西、云南、四川、貴州、重慶、陜西、甘肅、寧夏等地區結合再生資源回收體系建設工作，開展社區綠色回收站點建設，重點回收廢舊紡織品、廢電池、廢舊手機、廢玻璃等低值生活廢棄物，與小區物業管理處、街道辦事處等機構合作設立固定的綠色回收站，借助協會會員資源，為社區提供收運服務。