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废易拉罐回收利用废易拉罐回收利用 2011年09月18日 废易拉罐回收利用 一、项目的背景 铝及其合金是经济建设的重要原料,广泛应用于机械、建筑、汽车、飞机、家电和包装材料等行业.80年代之后,全世界铝工业发展很快,产量已居有色金属之首,2001年原铝产量已达到2467万吨,消费量已达2352万吨. 原铝工业虽然发展很快,但也受到建设周期长、投资大、能耗高、污染严重等问题的约束.为弥补原生铝发展的不足,满足日益增长的市场需求,各国都非常重视再生铝的发展,再生铝及其产品已经广泛用于各工业领域.据悉,目前全世界再生铝产量已达800多万吨(其中不包括中国的产量),约占原铝产量的33%,并且发展势头迅猛. 中国铝工业发展很快,目前原铝产量达357万吨,居世界第一位.但由于中国人口众多,目前人均消费量仅为2.9KG,而美国人均消费铝为29KG,日本人均消费铝23.8KG ,都远远高于中国的人均消费量,因此中国铝及其合金有广阔的消费前景.此外,中国再生铝工业最近几年发展较快,正处于腾飞阶段,随着汽车、摩托车、建筑和包装工业的发展,再生铝的用途及产量在逐年增加,再生铝工业将得到更快速的发展. 据了解,我国目前年产再生铝至少在100万吨以上,其中进口废铝在60万吨左右.在利用的废铝中,废易拉罐的利用还处在初级阶段.根据了解,我国年生产易拉罐100亿支,消耗3004合金18万吨.易拉罐是一种常用的消耗品,用过即废.据悉,我国每年至少产生8万吨废易拉罐,另外还进口一部分废易拉罐,总量可达20万吨以上.易拉罐所用材料是一种档次较高的铝合金,但由于技术落后,废易拉罐全部被降级使用.到目前为止,我国还没有利用废易拉罐生产原牌号铝合金的企业.开发废易拉罐生产3004铝合金的项目,将会有很高的环境、资源和经济效益. 最近几年,一些外商看准了中国废易拉罐回收利用的巨大潜力和广阔的市场前景,多次到中国进行考察,并有意在中国开发3004铝合金的市场.此外,京津地区是产生废易拉罐较多的地区,产生的废易拉罐大部分运往江浙,被降级利用.因此在天津建设该项目有多种优势. 二、国外废易拉罐的利用概况 发达国家废易拉罐的回收利用率较高,可以达到60-80%.国外废易拉罐的利用途径主要是:1、生产炼钢脱氧剂;2、生产再生铝锭;3、生产一种近似纯铝锭的产品,做合金配料的原料;4、熔炼成原牌号(3004)的铝合金,直接用于生产易拉罐.其中,利用废易拉罐生产原牌号的铝合金是最佳途径. 废易拉罐的回收利用始于上个世纪六十年代的美国,回收技术也经过了几个阶段,最早是将散装的废易拉罐加入炉中融化成再生铝锭,后来发现烧损较大,进而把废易拉罐打包,提高其密度,减少表面积,金属回收率显著提高,但仍然是再生铝锭.废易拉罐的利用最难的问题是漆层问题,一些国家采用在熔炼过程加入溶剂,使漆层与溶剂进行反应造渣,但难以控制技术条件,效果很差.上个世纪80年代之后,美国、加拿大以及西欧的一些国家开始利用废易拉罐生产原牌号的合金铝锭.利用废易拉罐生产3004铝合金的主要技术问题是预处理,这些国家都采用了比较先进的预处理技术和设备.首先,采用比较先进的自燃回转窑脱漆,使漆层炭化,并在无污染的情况下得到处理,由于脱掉了漆层,简化了熔炼程序,提高了产品质量. 三、国内废易拉罐回收利用情况 我国是世界上废易拉罐回收率最高的国家,几乎没有浪费,同时,我国又是世界上废易拉罐利用档次较低的国家,回收的废易拉罐(包括进口的废易拉罐)都被降低档次使用.同时,由于许多企业设备基础差,技术水平低,造成环境污染严重,成本高,产品质量差的状况. 目前国内对废易拉罐的利用途径有以下几种: 1.直接熔炼成粗铝锭:把废易拉罐在熔炼炉中混炼,最终得到一种类似于熟铝的金属锭,这种杂铝锭有时在市场上假冒纯铝锭,影响极坏; 2.用于冶炼某些牌号合金:一些比较规范的企业在熔炼铸造铝合金时,需要加入一些纯铝锭调整成分,但往往会增加合金的镁含量,此种办法对生产含镁较高的合金比较实用; 3.与其他废熟铝混炼,生产杂铝锭; 4.制造成炼钢的脱氧剂; 5.生产铝粉:将废易拉罐在旋转式回转窑中进行脱漆处理,然后进行加工,生产低级铝粉; 四、项目建设意义 本项目拟以废易拉罐为主要原料,借鉴国外成熟的经验,采用比较先进的技术和设备,生产3004铝合金,填补国内之空白. 五、 拟采用的工艺 (一)、废易拉罐成分分析 废易拉罐的成分比较复杂,除去废易拉罐中含的杂质之外,就易拉罐本身的成分看,主要由三种铝合金组成.易拉罐的罐体与罐底是3004铝合金,罐盖是5182铝合金,拉环是5042铝合金,成分及含量见表1. 表1:易拉罐各部分成分 用途 成分 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 3004 筒、底0.3 0.7 0.25 1.0-1.5 0.8-1.3 0.25 5182 盖0.2 0.35 0.15 0.2-0.5 4.0-5.0 0.1 0.25 5042 拉环 0.2 0.35 0.15 0.2-0.5 3.0-4.0 0.1 0.25 0.1 (二)、加工技术分析及存在的问题 废易拉罐理想的处理办法是将罐体与盖、拉环分离,然后分别进行熔炼,生产原牌号的合金.但由于各种原因,回收到的废易拉罐形态已经遭到破坏,有些还被挤压打包,因此,运到工厂的废易拉罐很难进行体、盖、环的分离.目前国际上通用的办法是不分离,直接生产3004铝合金. 目前利用废易拉罐生产3004铝合金主要存在以下问题:1.废易拉罐质地薄,表面积大,在熔炼过程中氧化烧损严重,金属回收率低;2.废易拉罐表面有漆层,对铝合金的质量有一定的影响,且容易产生污染;3.废易拉罐的形态受到破坏,一些已经打成包块,难以分离,预处理难度大;4.废易拉罐混炼之后,成分复杂调整难度加大. (三)、拟采用的工艺流程 针对以上的技术问题,本工艺采用了破碎、预处理脱漆、压快处理、混合熔炼的方式,最终产品是生产易拉罐罐体的3004铝合金. 利用废易拉罐生产3004铝合金工艺流程如下: 废易拉罐 打包料破碎 破碎 磁选 铁质物质 回转窑炭化 烟气 二次燃烧 干法收尘 热能 喷淋塔 尾气排放 振动脱炭 炭粉 废水净化 压块 双室反射炉熔化 烟气 覆盖剂 熔炼 除镁等杂质 铝灰 熔融铝 烟尘 保温炉 回转窑回收铝 铝灰渣 调整成分 铝灰 静置 晶粒细化 添加剂 除气 除气剂 浇注成锭 工艺说明: 1、破碎:回收到的废易拉罐的形态已经被破坏,一些进口的废易拉罐已经打成包块,因此,在脱除漆皮之前,需进行破碎. 2、脱漆:松散的废易拉罐(含经过破碎的废易拉罐)直接进入脱漆窑进行脱漆.脱漆采用旋转式脱漆窑处理,开始时需要加一定的热能,达到一定温度之后,热能主要依靠易拉罐表面漆炭化过程的放热.在旋转式的脱漆窑中,易拉罐的漆层被炭化,依靠旋转过程的自身震动,漆层脱落,最后还要经过专门的震动设备,使炭粒全部脱落.回转窑的温度控制在500左右; 3、打包:废易拉罐很薄,在熔炼过程中烧损较大,有的可达10%以上.为提高铝的熔炼回收率,需尽量减小废易拉罐的表面积,降低烧损,因此,对松散的经过脱炭之后的废易拉罐要进行打包压实.打包设备采用国产的液压打包机; 4、熔炼:经过预处理的废易拉罐进入熔炼炉进行熔炼.再生铝熔炼炉的种类很多,在充分考察国内外熔炼炉的基础上,经过充分论证,本工艺拟采用先进的双室反射炉.双室反射炉分为内外室,熔融的铝液在内室被加热,流入外室,与固体的废铝接触,并使其熔化,温度随之降低,然后再进入内室加热,循环依靠特制的陶瓷泵进行.由于废铝不与火焰直接接触,直接加入熔融的铝液中,避免了废铝的烧损,使金属回收率提高.目前国外只有少数再生铝厂采用双室反射炉,该种熔炼炉的最大特点是金属回收率高,可达到97%以上;热效率高,能耗低,能耗可降低到30Kg/T油耗; 5、熔炼过程:废易拉罐熔融之后,经过除渣,得到的成分与生产罐体的3004合金的对比如下表: 成分牌号 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 3004 罐体 0.3 0.7 0.25 1.0-1.5 0.8-1.3 0.25 混炼 0.14 0.16 0.16 1-1.2 1.64 从表中的情况看,硅、铁、铜、锰等合金成分都低于标准,需要进行补充,其中硅直接加入工业硅,其它需要补充的合金成分均以合金的形式加入.熔融物中镁的含量超标,需要控制操作条件,并加入除镁的精练剂,使镁进入浮渣之中. 6、晶粒细化:为保证得到符合标准的铝合金锭,在熔炼的后阶段,要进行晶粒细化,加入晶粒细化剂.目前细化剂有几种效果较好的,本工艺拟采用两种,一种是Al-Tl-B,另一种是稀土元素细化剂. 7、除气:除气主要是除去熔融铝液中的氢气和钠、钙等.传统的除气剂是氯气或六氯乙烷,但都会对环境造成严重影响,为此,本工艺拟采用氮气或者氩气作为除气剂.除气剂在熔融的铝液中形成细小的气泡,气泡与铝液的接触,吸附了周围的氢气和钙、钠等的氧化物,然后飘逸到铝液的上方; 8、铸锭:本工艺采用比较先进的半连续性铸锭机,可以浇注600 X 1800 X 5500或者480 X 1350 X 5000扁锭.为保证合金的质量,本工艺的铸锭机具有一些特殊的性能,A保持铸造速度恒定,铸造机起始运动平稳;B采用气滑成型技术,结晶器具有连续润滑系统,使润滑油与铸造气体通过石墨环渗透到结晶器表面,在熔融的金属和结晶器之间形成一层油气膜,使得铸锭的晶粒细小均匀,表面光滑; 该生产线部分采用加拿大铝业公司的技术和设备,除镁精炼剂已经研究成功,添加剂主要利用国内资源.以上采用的工艺和技术已经过工业性实验,实验结果表明:铝回收率达到97%,成分达到3004铝合金的标准. 六.生产中的环保问题 本工艺的主要污染物是来自回转窑的烟尘和熔炼炉的烟尘以及熔炼铝的浮渣.针对污染物的特点,本工艺对烟尘采用两次收尘,第一道采用旋风式收尘器,使大部分烟尘得到回收,第二道采用喷淋技术,在特制的喷淋塔中,烟尘得到彻底的回收,由于加入的精练剂中可能有酸性物质,因此,采用弱碱性喷淋,废水经过处理之后循环使用. 熔炼过程中产生的浮渣经过回转窑的处理之后,进一步回收了其中的铝,弃渣主要成分是氧化铝和钙、镁的氧化物,由于主要成分是铝的化合物,并对废水有净化作用,因此对环境无污染. 七.项目的主要设备情况 该项目的关键设备是回转脱漆窑和双室反射炉,其中回转脱漆窑已经于上个世纪90年代经过工业性实验;双室反射炉在加拿大铝业公司已经应用,技术已经成熟,本项目的双室反射炉将全部采用加拿大铝业公司的技术;环保设备全部采用国内生产的设备. 废杂铝预处理技术现状及探讨 一、废杂铝资源现状 目前国内再生铝厂利用的废杂铝主要来源于两个方面,一是从国外进口的废杂铝,二是国内产生的废杂铝,虽然都是废杂铝,但质量有明显的不同. 1、进口的废杂铝 最近几年国内大量进口废杂铝.就进口废杂铝的成分而言,除少数分类清晰外大多数是混杂的.一般可分为以下几大类: (1)单一品种的废铝 此类废铝一般都是某一类废零部件,如内燃机的活塞、汽车减速机壳、汽车轮毂、汽车前后保险杠、铝门窗等.这些废铝在进口时已经分类清晰,品种单一,且都是批量进口,因此是优质的再生铝原料. (2)废杂铝切片 废杂铝切片又简称切片,之所以称为切片,是因为许多发达国家在处理报废汽车、废设备和各类废家用电器时,都采用机械破碎的方法将其破碎成碎料,然后再进行机械化分选,分选出的废铝就是废铝切片.另外,回收部门在处理一些体积较大的废铝部件时也采用破碎的方法将其破碎成碎料,此类碎料也称之为废铝切片.废铝切片运输方便,且容易分选,质地也比较纯净,是优质废铝料.目前在国际市场的废铝贸易中,切片的占有量很大,各类切片正向标准化方向发展.就切片的成分而言,一般分为几个档次,其中档次高的切片都是比较纯净的各种废铝及其合金的混合物,绝大部分不用任何处理即可入炉熔炼,少量的档次低的切片含不同数量的杂质,一般含废铝在80m90%以上,其中杂质主要是废钢铁和废铜等有色金属,还含有少量的废橡胶等,经人工挑选之后,得到纯净的废铝.废铝切片熔炼比较容易,熔炼时入炉方便,容易除杂,溶剂消耗少,金属回收率较高,加工成本亦低,很受用户欢迎,一般大型再生铝厂均以切片作为主要原料. (3)混杂的废铝料 此类废杂铝成分较复杂,物理形状各异,除废杂铝之外,还含有一定数量的废钢铁、废橡胶、废铜、废铅、废锌等有色金属和废木材、废塑料、石子等,部分废铝和废钢铁机械结合在一起,此类废料成分复杂,分选难度大,但其中少量废铝块度较大,表面清晰,便于分选.此类废料在熔炼之前必须经预处理,即人工挑出废钢和其他杂质. (4)焚烧后的含铝碎铝废料 此种是档次较低的一种含铝废料,主要是各种报废家用电器等的粉碎物,分选出一部分废钢后再经焚烧形成的物料.焚烧之目的是除去废橡胶、废塑料等可燃物质.此种含铝废料一般含铝在40m60%左右,其余主要是垃圾(砖头石快)、废钢铁和少量的铜(铜线)等有色金属,块度一般在10厘米以下.此类废铝在焚烧的过程中,一些铝和熔点低的物料如锌、铅、锡等都溶化,与其它物料形成表面琉璃状的物料,肉眼很难鉴别. (5)混杂的碎废铝料 此类废料是最低档次的废铝,很象垃圾,其成分极为复杂,其中大约含各种废铝及铝合金40-50%,还有一定数量的废钢铁和少量的铅、铜(小于1%),其余大部分是垃圾、石子和土、废塑料、废纸等.土约占25%,废钢占10m20%,石子3m5%. 2、国内回收的废杂铝 国内回收的废杂铝大多纯净,含杂质少(人为搀杂除外),基本可分为三大类, 即回收部门常说的废熟铝、废生铝和废合金铝.废生铝主要是废铸造铝合金,以废机器零件为主,如废气车零件、废模具、废铸铝锅盆、内燃机活塞等.废熟铝一般指的是纯铝,含铝量在应该在99%以上,如废电缆、废家用餐具、水壶等.废合金铝如废飞机铝、铝门窗等.就废铝的产生部门而言,还可分为生活废铝和工业废铝. 二、 (1)产生于生活领域的废铝如废家用餐具、水壶、废铸铝锅盆、废家用电器中的废铝零件,废导线、废包装物等. (2)报废机电设备中的铝及其合金的废机器零件,如废汽车零部件、废飞机铝、废模具、废内燃机活塞、废电缆、废铝管等. (3)生产企业产生的废铝料 此种废铝一般称新废料,主要包括铝及其合金在生产过程中产生的废铝 ,铝材加工过程中产生的边角料、废次材,机械加工系统产生的铝及其合金的边角料、铝屑末及废产品,电缆厂的废铝电缆,铸造行业产生的浇冒口和废铸件等.新废料除粘有油污的屑末之外,都是档次较高的废铝料,如果在产生废料时能清晰地分类保存,利用价值极高. (4)熔炼铝和铝合金生产过程中产生的浮渣 此种废料即常说的铝灰.凡是有熔融铝的地方就会有铝灰产生,例如在铝的生产、熔炼、加工和废铝再生过程中都会产生大量铝灰,尤以废杂铝再生熔炼过程中产生的铝灰为多,废杂铝的成分越复杂、杂质越多、表面污染越是严重,铝灰的产生量就越大.铝灰中含铝量与所选用的覆盖剂和熔炼技术有关,一般含铝量在10%以下,高的可达20%以上(指金属铝). 二.废杂铝预处理现状 废杂铝的预处理之目的一是除去废杂铝中夹杂的其它金属和杂质,二是把废杂铝按其成分分类,使其中的合金成分得到最大程度的利用,三是将废杂铝表面的油污、氧化物及涂料等处理掉.预处理最终的结果是将废铝处理成符合入炉条件的炉料,四是使含铝废料中的铝(含氧化铝)得到最经济最合理的利用. 国内废杂铝预处理技术还十分简单和落后,即使在大型的再生铝厂,对废杂铝的预处理也没有比较先进的技术.从目前看,主要采用以下几种预处理技术. 1.品种单一的废铝 品种单一或基本不含其它杂质的废杂铝一般不作复杂的预处理,只是按废料的品种和成分分类,单独堆放.单一品种的废铝在利用时只要抽查化验出一个成分,即可知晓批量的成分,是优质的再生铝原料,一般不须作任何预处理即可入炉熔炼,在熔炼某一种铝合金时,可选用相应成分和品种的废铝直接加入反射炉熔炼,并可很容易地熔炼成相应牌号的铝合金.一些含铜、锌高的废铝,还可作为铝合金熔炼过程中调整成分用的中间合金.在采用小型反射炉或坩埚炉的企业,则要根据需要将体积大的废铝破碎(剪切或其他方法)成符合入炉规格的料快.值得一提的是,一些单一品种的废铝中会机械夹带少量的非铝金属,如废铝门窗上的螺钉等废钢件,尽管含量极少,但会严重影响合金的质量,因此在熔炼之前一定要将其分离出去. 2.废铝切片 (1)高档次切片 档次较高的废铝切片主要成分有铸造铝合金、合金铝、纯铝等,其中前两项的牌号众多,目前还很难按牌号分类,在大型再生铝厂,一般只经过筛分除去混入的泥土等,即可直接入炉熔炼.在小再生铝企业,对此类废铝则要人工将其分成铸造铝合金、合金铝和纯铝,然后分别利用. (2)低档次切片 对于低档次的切片和焚烧过的碎废铝料(后者大型再生铝厂一般不用)要进行较复杂的分选,因其成分极为复杂,除废铝之外还含有废钢、废铜、废铅等金属,并含有其他废弃物.对此类废料的分选主要靠人工,首先筛出泥土和垃圾,然后用手工分选.手工分选大都在操作台上进行,主要靠工人目测和经验进行挑选,先分选出非金属废料,然后分选废金属,其中对废铜和废纯铝的挑选格外精心,因废铜可增加产值,纯铝废料如废铝线等,都是再生铝熔炼中调整成分的原料.分出的废铝是混杂的,一般不再细分. 目前国内废铝的预处理基本上还没有实现机械化和自动化,主要靠廉价的人工,使用的工具是磁铁、钢挫,凭的是经验,这种分选方法效率低、质量差,成本高,且废铝中的铜等废有色金属大部分都被污染,手工分选难度大,已远远落后.需要研究和推广先进的废铝预处理技术. 三.废杂铝预处理技术探讨 废杂铝预处理技术的目的是实现废杂铝分选的机械化和自动化,最大限度地除去金属杂质和非金属杂质,并使废杂铝得到有效地分选.废杂铝最理想的分选办法是按主合金成分把废铝分成几大类,如合金铝、铝镁合金、铝铜合金、铝锌合金、铝硅合金等.这样可以减轻熔炼过程中的除杂技术和调整成分的难度,并可综合利用废铝中的合金成分,尤其是含锌、铜、镁高的废铝,都要单独存放,可作为熔炼铝合金调整成分的原料. 1. 风选法 风选法可以分离废纸、废塑料和尘土.各种废铝中或多或少地含有废纸、废塑料薄膜和尘土,较为理想的工艺是风选法.风选法的工艺很简单,能够高效率地分离出大部分轻质废料,但要配备较好的收尘系统,避免灰尘对环境的污染.分选出的废纸、废塑料薄膜一般不宜再继续分选,可作燃料用. 2. 磁选法 采用磁选设备可以分选出废钢铁等磁性废料.铁及其合金是铝及其合金中的有害杂质,对铝及其合金性能的影响也最大,因此应在预处理工序中最大限度地分选出夹杂的废钢铁.对废铝切片和低挡次的废铝料,分选废钢铁的较为理想的技术是磁选法.这种方法在国外已被大量采用.磁选法的设备比较简单,磁源来自电磁铁或永磁铁,工艺的设计有多种多样,比较容易实现的是传送带的十字交叉法.传送带上的废铝沿横向运动,当进入磁场之后废钢铁被吸起而离开横向皮带后,立即被纵向皮带带走,运转的纵向皮带离开磁场之后,废钢铁失去了引力而自动落地并被集中起来.磁选法的工艺简单,投资少,很容易被采用.磁选法处理的废铝料的体积不宜过大,一般的切片和碎铝废料都比较适合. 磁选法分选出的废钢铁还要进一步处理,因有一些废钢铁器件中有机械结合的以铝为主的有色金属零部件,很难分开,如废铝件上的螺母、电线、键、水暖件、小齿轮等,对这部分的分选是非常必要的,因为分选出的有色金属可以提高产值并提高废钢铁的档次,但分选难度较大,一般采用手工拆解和分选,效率很低.为提高生产效率,对于分选出的难拆解的铝和钢铁的结合件,最有效的处理方法是在专用的熔化炉中加热,使铝熔化后捞出废钢铁. 3、浮选法 废杂铝中夹杂的废塑料、废木头、废橡胶等轻质物料,可以采用以水为介质的浮选法.废铝中的轻质废料在水中被浮起,在水流的作用下被冲走,废铝则在水池的另一端被螺旋推进器推出.在整个过程中,风选过程中剩余的泥土和灰尘等易溶物质大量容于水中,并被水冲走,进入沉降池.污水在经过多道沉降澄清之后,返回循环使用,污泥定时清除.此种方法可以全部分离比重小于水的轻质材料,是一种简便易行的方法. 4、废铝中重金属的分离技术 废铝中含有铜等重有色金属,这些金属被油污等污染严重,用人工分选的方法从废铝中分选出重有色金属的难度较大.从国内外报道的资料看,研究的方案主要有以下几个方面: (1)重介质选矿法 即利用重介质重选的办法分选出密度大于铝的铜等重有色金属,其利用了铝的密度比其他重有色金属小的原理,使废铝浮在介质上面,而重有色金属沉在底部,达到分离之目的.但技术之关键是筛选一种密度大于铝而小于铜的介质,这种介质决不是水或其他液体,肯定地说是一种流体.工作时流体在做往复运动,废铝即浮在介质的上面被分开. (2)抛物选矿法 利用各种体积基本相同的物体在受到相同的力被抛出时落点不同的原理,可以把废杂铝中