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1、第五章第五章铝二次资源的循环利用铝二次资源的循环利用 目目前前世世界界已已探探明明的的铝铝土土矿矿为为250250亿亿t t，我我国国有有2323亿亿t t，占占世世界界铝铝土土矿矿总总储储量量的的10%10%，但但这这些些铝铝土土矿矿的的品品位位相相对对较较低低，以以致致我我国国氧氧化化铝铝缺缺口口较较大大，每每年年约约1/3-1/21/3-1/2依依赖赖进进口口。2020世世纪纪9090年年代代以以来来中中国国的的废废铝铝进进口口量量迅迅速速增增长长，19901990年年我我国国废废铝铝的的净净进进口口量量还还不不到到0.340.34万万t t，到到20012001年已增加到年已增加到36
2、36万万t t，增长近，增长近100100倍。倍。目目前前世世界界铝铝产产品品的的22%22%是是通通过过回回收收废废铝铝加加工工制制成成的的。我我国国铝铝资资源源储储量量极极为为有有限限，相相对对缺缺乏乏，铝铝再再生生对对我我国国节约资源具有重要意义。节约资源具有重要意义。5.15.1概述概述 由于铝的抗腐蚀性强，除某些铝制的化工容器和装由于铝的抗腐蚀性强，除某些铝制的化工容器和装置外，铝在使用期间几乎不被腐蚀，再生铝的生产几乎置外，铝在使用期间几乎不被腐蚀，再生铝的生产几乎和原生铝的冶炼企业没有关系和原生铝的冶炼企业没有关系,损失极少，基本可以全部损失极少，基本可以全部回收，因此，铝及铝合
3、金制品在使用期满报废后，具有回收，因此，铝及铝合金制品在使用期满报废后，具有很高的再生利用性，在当前使用的金属结构材料中，铝很高的再生利用性，在当前使用的金属结构材料中，铝的可回收性是最高的。的可回收性是最高的。5.15.1概述概述从从社社会会上上回回收收废废铝铝及及废废铝铝件件称称为为旧旧废废料料，如如废废旧旧铝铝门门窗窗、汽汽车车、电电器器、机机械械、铝铝导导线线、易易拉拉罐罐，机机加加工工废废料料(件件)等等，通通常常所所说说的废杂铝就指这部分铝。的废杂铝就指这部分铝。报报废废汽汽车车中中的的废废铝铝料料和和废废易易拉拉罐罐的的回回收收是是两两个个重重要要原原料料领领域域。目目前前全全世
4、世界界生生产产的的循循环环铝铝合合金金约约80%80%是是用用于于汽汽车车制制造造业业铸铸件件和和铸铸件件的的生生产产，目目前前世世界界汽汽车车中中废废铝铝的的回回收收率率最最高高已已达达95%95%。废废铝罐的回收也有很大进展，全球平均回收率在铝罐的回收也有很大进展，全球平均回收率在50%50%以上。以上。5.2 5.2 世界循环铝原料世界循环铝原料 5.2 5.2 世界循环铝原料世界循环铝原料我我国国原原铝铝产产量量连连续续 7 7 年年居居世世界界第第一一位位，目目前前亦亦为为铝铝消消费费第第一一大大国国，铝铝工工业业的的快快速速发发展展和和铝铝消消费费迅迅速速增增长长，带带动动了了再再
5、生生铝铝产产业业的的发发展展。但但我我国国大大量量的的铝铝制制品品仍仍在在使使用用之之中中，未未到到报报废废期期，因因此此，但但我我国国自自有有的的废废铝铝料料不不能能满满足足再再生生铝铝产产业业发发展展的的需需要要，每每年仍需从国外进口较多的废铝料，并且逐年呈增长趋势。年仍需从国外进口较多的废铝料，并且逐年呈增长趋势。年份年份2001200220032004200520062007原原铝产铝产量量360435.8556.3683.7780.6934.91255.9再生再生铝产铝产量量132.6160175195212.6235275废铝进废铝进口量口量3443631181651742095.
6、25.2废铝原料预处理废铝原料预处理5.2.1 5.2.1 传统处理方法传统处理方法 除除开开铸铸造造、压压延延及及专专业业铝铝合合金金冶冶炼炼厂厂家家自自身身的的铝铝及及铝铝合合金金废废料料外外，其其他他的的铝铝及及铝铝合合金金废废料料，都都不不同同程程度度地地混混夹夹了了其其他他物物质质，其其化化学学成成分分、晶晶相相组组织织、杂杂质质含含量量都都很很复复杂杂，对对重重熔熔后后所所得得合合金金的的品品质质(成成 分分、不不纯纯物物、夹夹杂杂物物及及氢氢的的含含量量)、成成分分合合格格率率(即即合合金金的的损损耗耗)及及熔熔化化中中产产生生的的公公害害(冒冒烟烟、冒冒臭臭气气等等)都都有有很
7、很大大的的影影响响，因因此此，在在重重熔熔前前，要要对对铝铝及及铝铝合合金金废料分门别类地处理，废料分门别类地处理，具体方法如下：具体方法如下：(1 1)分分选选出出废废杂杂铝铝中中夹夹杂杂的的废废塑塑料料、废废木木头头、废废橡橡胶胶等等轻质物料；轻质物料；(2 2)采采用用离离心心分分离离机机对对废废铝铝料料进进行行除除油油。为为彻彻底底除除油油，在在使使用用离离心心分分离离机机时时还还可可添添加加各各种种不不同同的的溶溶剂剂，如如四四氯氯化化碳碳等；等；(3)(3)使用转筒式干燥机对铝废料进行干燥；使用转筒式干燥机对铝废料进行干燥；(4)(4)对表面积大的碎片、对表面积大的碎片、薄板薄板
8、(如饮料罐、如饮料罐、食品罐、食品罐、板材冲板材冲剪后的角余料等剪后的角余料等)，在除油、在除油、漂洗、漂洗、烘干后，烘干后，将其捻压成球将其捻压成球 (坨坨)或块状，或块状，使其表面积与重量之比比炉料块小，使其表面积与重量之比比炉料块小，以降低合金元以降低合金元素在熔化中的氧化烧损，素在熔化中的氧化烧损，并提高熔化率并提高熔化率(即熔化速度即熔化速度)；(5)(5)对含铁、对含铁、砂等异杂物多的废料，砂等异杂物多的废料，用人工分选法除去其中用人工分选法除去其中的铁、的铁、钢成分及其他金属成分；钢成分及其他金属成分；另外在这些废料中，另外在这些废料中，还可能混入氧化铁等不纯元素，还可能混入氧化
9、铁等不纯元素，此时此时则可与钛一样，则可与钛一样，选取适合铁还原的熔化温度来排除在废料熔液混选取适合铁还原的熔化温度来排除在废料熔液混入的铁。入的铁。5.25.2废铝原料预处理废铝原料预处理5.2.1 5.2.1 传统处理方法传统处理方法 5.2.2 5.2.2 先进处理方法先进处理方法 随随着着再再生生铝铝工工业业的的飞飞速速发发展展，现现在在国国内内外外对对铝铝的的回回收收利利用用方方法法多多种种多多样样，譬譬如如现现代代再再生生铝铝的的预预处处理理技技术术以以及及新新型型熔熔炼技术等。炼技术等。先先进进的的废废杂杂铝铝预预处处理理技技术术的的目目的的是是实实现现废废杂杂铝铝分分选选的的机
10、机械械化化和和自自动动化化，最最大大限限度度地地去去除除金金属属杂杂质质和和非非金金属属杂杂质质，并并使使废废杂杂铝铝有有效效地地按按合合金金成成分分分分类类分分选选，最最理理想想的的分分选选方方法法是是按按主主合合金金成成分分把把废废铝铝分分成成几几大大类类，如如合合金金铝铝，铝铝镁镁合合金金、铝铝铜铜合合金金、铝铝锌锌合合金金、铝铝硅硅合合金金等等。这这样样可可以以减减轻轻熔熔炼炼过过程程中中的的除除杂杂技技术术和和调调整整成成分分的的难难度度，并并可可综综合合利利用用废废铝铝中中的的合合金金成成分分，尤尤其其是是含含锌锌，铜铜，镁镁高高的的废废铝铝，都都要要单单独独存存放放，可作为熔炼铝
11、合金调整成分的中间合金原料。可作为熔炼铝合金调整成分的中间合金原料。5.25.2废铝原料预处理废铝原料预处理 目前先进的废杂铝预处理技术主要有：目前先进的废杂铝预处理技术主要有：(1)(1)风选法分离废纸、风选法分离废纸、废塑料和尘土。废塑料和尘土。(2)(2)水为介质的浮选法分选轻质杂质。水为介质的浮选法分选轻质杂质。(3)(3)采用磁选设备分选出废钢等磁性废料。采用磁选设备分选出废钢等磁性废料。(4)(4)干法和湿法处理废铝表面涂层。干法和湿法处理废铝表面涂层。废废杂杂铝铝的的预预处处理理是是废废铝铝再再生生利利用用工工艺艺的的重重要要组组成成部部分分，随随着着再再生生铝铝技技术术水水平平
12、的的提提高高，预预处处理理技技术术将将越越来来越越重重要要。使使非非铝铝物物质质与与废废铝铝及及其其合合金金完完全全分分离离，高高效效率率的的将将废废铝铝按按照照合合金金的的牌牌号号分分类类，达达到到废废杂杂铝铝最最有有效效地地综综合合利利用用，这这正正是再生铝技术中预处理技术研究的发展方向。是再生铝技术中预处理技术研究的发展方向。5.2.2 5.2.2 先进处理方法先进处理方法5.25.2废铝原料预处理废铝原料预处理5.35.3再生铝的熔炼再生铝的熔炼5.35.3再生铝的熔炼再生铝的熔炼再再生生铝铝合合金金含含有有较较多多的的金金属属和和非非金金属属杂杂质质，所所以以必必须须进进行行熔炼。熔
13、炼。5.3.1 5.3.1 再生铝的熔炼方式再生铝的熔炼方式 (1 1)用用反反射射炉炉熔熔炼炼：国国内内外外主主要要用用反反射射炉炉熔熔炼炼废废杂杂铝铝原原料料。反反射射炉炉适适应应性性强强，可可以以处处理理铝铝屑屑、旧旧飞飞机机、带带钢钢铁铁构构件件的的块块状状废废杂杂铝铝等等原原料料。世世界界上上 80809090的的再生铝是在反射炉内熔炼出来的。再生铝是在反射炉内熔炼出来的。(2 2)用用感感应应电电炉炉熔熔炼炼：感感应应电电炉炉特特别别适适合合于于熔熔化化铝铝屑屑，可可减减少少氧氧化化损损失失，提提高高金金属属回回收收率率。感感应应坩坩埚埚处处理理废废铝铝屑屑的的金金属属回回收收率率
14、为为91919292，处处理理废废铝铝和和高高品品级级的废铝料，的废铝料，金属回收率为国为金属回收率为国为97979898。5.3.1 5.3.1 再生铝的熔炼方式再生铝的熔炼方式 (3)(3)用用竖竖炉炉熔熔炼炼：这这种种炉炉型型国国内内外外均均已已使使用用。在在竖竖炉炉的的基基础础上上，在在其其后后又又加加一一平平炉炉。竖竖炉炉主主要要是是炉炉料料预预热热及及熔熔化化，熔熔体体流流入入平平炉炉保保温温并并作作精精炼炼。该该炉炉型型是是利利用用竖竖炉炉与与平平炉炉的的优优点点，并并将将二二者者结结合合起起来来。可可用用于于块块状状及及压压块块废废铝铝的的熔熔炼炼。工工作作原原理理是是基基于于
15、2 2 0 0 0 0 3 3 0 0 0 0米米每每秒秒的的高高速速高高温温气气流流向向待待熔熔化化的的铝铝对对流流传传热热和和余余热热的的充充分分利利用用，炉炉子子一一般般由由预预热热区区、熔熔化化区区和和前前炉炉组组成成。它它结结构构紧紧凑凑，占占地地面面积积小小，可可实实现现机机械械化化加加料料。熔熔化化速速度度快快，单单位位热热耗耗低低，在在节节能能和和快快速速熔熔化化上上有有突突出出优优点点。但但也也存存在在对对物物料料烧烧损损大大、炉炉子子塔塔部部耐耐火火材材料料寿寿命命短短、易易发发生生拱拱料料现象、现象、只适用于熔炼单一的铝合金或纯铝等缺点。只适用于熔炼单一的铝合金或纯铝等缺
16、点。5.3.1 5.3.1 再生铝的熔炼方式再生铝的熔炼方式 (4 4)用用回回转转炉炉熔熔炼炼：回回转转炉炉多多用用于于熔熔炼炼打打包包的的废废易易拉拉罐罐和和炉炉渣渣以以及及质质量量较较低低的的废废料料，条条件件适适宜宜时时，铝铝的的回回收收率率可可达达 9 9 3 3 9 4 9 4。(5 5)用用干干燥燥床床式式炉炉熔熔炼炼：这这种种炉炉子子能能熔熔炼炼各各种种类类型型的的废废铝铝，包包括括被被污污染染的的废废料料。在在炉炉前前可可检检出出废废料料中中夹夹杂杂的的其其他他金金属属废废料料(如如铁铁)，但但由由于于火火焰焰直直接接冲冲击击废废料料，能能耗耗高高、金金属属回收率低，回收率低
17、，因此对薄型、因此对薄型、屑状屑状 废料不宜使用这种炉子废料不宜使用这种炉子 。5.3.2 5.3.2 金属杂质的去除方法金属杂质的去除方法 由含铝废料生产的铝合金往往含有超过规定标准的金属杂质，由含铝废料生产的铝合金往往含有超过规定标准的金属杂质，必须脱除，必须脱除，方法如下。方法如下。(1)(1)氧化精炼：氧化精炼：该法是借助于选择性氧化，该法是借助于选择性氧化，将氧亲和力比铝将氧亲和力比铝大的杂质从熔体中除去，例如镁、锌、钙、大的杂质从熔体中除去，例如镁、锌、钙、锆等生成氧化物转入锆等生成氧化物转入渣中而与熔体分离。渣中而与熔体分离。(2)(2)氮化精炼：氮化精炼：该法是利用氮与钠、该法
18、是利用氮与钠、锂、锂、钛等杂质反应生成钛等杂质反应生成稳定的氮化物而被除去。稳定的氮化物而被除去。5.3.2 5.3.2 金属杂质的去除方法金属杂质的去除方法 (3)(3)氯化精炼法：氯化精炼法：该法是利用铝合金中的杂质对氯的亲和力该法是利用铝合金中的杂质对氯的亲和力比铝大，比铝大，当氯气在低温鼓入铝镁合金时发生反应，当氯气在低温鼓入铝镁合金时发生反应，生成的氯化生成的氯化镁溶于熔剂而被除去。用氮和氯的混合气体也可以完全除去钠和镁溶于熔剂而被除去。用氮和氯的混合气体也可以完全除去钠和锂。锂。(4)(4)熔析一结晶法：熔析一结晶法：该法借助于溶解度的差异来精炼除去合该法借助于溶解度的差异来精炼除
19、去合金中金属杂质。工艺上通常是将被杂质污染的铝合金与能很好溶金中金属杂质。工艺上通常是将被杂质污染的铝合金与能很好溶解铝而不溶解杂质的金属解铝而不溶解杂质的金属(如镁、如镁、锌、锌、汞除去铝中的铁和其他杂汞除去铝中的铁和其他杂质质)共熔，共熔，然后用过滤的方法分离出铝合金液体，然后用过滤的方法分离出铝合金液体，再用真空蒸馏再用真空蒸馏法从此合金液体中将加入的金属除去。法从此合金液体中将加入的金属除去。5.3.3 5.3.3 非金属杂质的去除方法非金属杂质的去除方法 再生铝合金冷却时，再生铝合金冷却时，气体的溶解度降低，气体的溶解度降低，原来溶解在熔体中原来溶解在熔体中的气体氢呈独立相析出，的气
20、体氢呈独立相析出，在铸件中生成气孔，在铸件中生成气孔，会降低铸件的机会降低铸件的机械性能。此外固体非金属杂质氧化铝分布在晶界上，械性能。此外固体非金属杂质氧化铝分布在晶界上，也会降低合也会降低合金的机械性能。为使再生合金的性能与原生金属配置的合金性能金的机械性能。为使再生合金的性能与原生金属配置的合金性能无大差别，无大差别，需要精炼除去合金中的杂质。其方法简述如下：需要精炼除去合金中的杂质。其方法简述如下：(1)(1)过滤：过滤：该方法是将铝合金熔体体通过活性或惰性的过滤材料该方法是将铝合金熔体体通过活性或惰性的过滤材料除去杂质。合金熔体通过活性过滤器时，除去杂质。合金熔体通过活性过滤器时，固
21、体夹杂颗粒与过滤器固体夹杂颗粒与过滤器发生吸附作用而被阻挡除去：发生吸附作用而被阻挡除去：合金熔体通过惰性过滤器时则是机合金熔体通过惰性过滤器时则是机械阻挡作用除去杂质。械阻挡作用除去杂质。5.3.3 5.3.3 非金属杂质的去除方法非金属杂质的去除方法 (2)通气精炼：通气精炼：即向炉渣中通入氯、即向炉渣中通入氯、氮、氮、氢气进行精炼，氢气进行精炼，当当通入的气体呈分散状鼓入熔体时，通入的气体呈分散状鼓入熔体时，原溶于合金液中的氢气扩散到原溶于合金液中的氢气扩散到鼓入气体的小气泡中而发生脱气作用。同时也脱除氧化物和其他鼓入气体的小气泡中而发生脱气作用。同时也脱除氧化物和其他不溶杂质。正如浮选
22、一样，不溶杂质。正如浮选一样，气体吸附在固体夹杂物上，气体吸附在固体夹杂物上，随后就随后就上浮到熔体表面。上浮到熔体表面。(3)盐类精炼：盐类精炼：该法是用盐类熔剂处理合金体以脱除熔体中该法是用盐类熔剂处理合金体以脱除熔体中气体和非金属夹杂物。常用盐类有冰晶石粉及各种金属卤化物。气体和非金属夹杂物。常用盐类有冰晶石粉及各种金属卤化物。它们作为熔剂进入铝熔体后，它们作为熔剂进入铝熔体后，生成卤化铝气体逸出。生成卤化铝气体逸出。(4)真空精炼法：真空精炼法：该法是在该法是在 400 500Pa真空下，铝熔体脱气真空下，铝熔体脱气 20 min，使铝熔体脱除氢气，使铝熔体脱除氢气。一般每。一般每100 g液体铝合金含氢量可液体铝合金含氢量可从从 0.42 cm3 降为降为 0.06-0.08 cm3。此脱气法速度快，。此脱气法速度快，可靠性大，可靠性大，费用低，费用低，优于其他脱气法。优于其他脱气法。