湖南工业大学《再生有色金属冶金》课件-第六章

第六章含铝废料的处理一、再生铝冶炼的意义铝是目前世界上除钢铁外用量最大的金属。在有色金属中，铝无论在储量、产量、用量方面均属前位。铝的使用范围十分广泛，民用、军用、建筑、运输、交通、电子电讯、家用电器、电力、机械……各行各业中铝及合金几乎无所不在。随着产量、使用量的增加，废弃铝制品量也越来越大，而且，许多铝制品都是一次性使用，从制成产品至产品丧失使用价值时间较短。因此，这些废弃杂料成了污染之源，如何利用再生问题十分迫切。

铝从矿石到金属，再到成品成本极高，且能耗巨大，仅电解一道工序耗电就达13000-15000度/吨铝。而由废弃金属铝再生，能使能耗、辅料消耗大大降低，节约资源、成本。与生产原铝相比，生产再生铝在环境保护方面有显著优点。从废铝料生产再生铝，CO2排放量比用水电生产原铝减少91％，比用燃油发电生产原铝减少97％以上。在产量相同条件下，生产再生铝的建厂投资仅仅为生产原铝的十分之一。因此，废弃铝的回收、再利用，无论从节约地球上资源、节约能耗、成本，缩短生产流程周期，还是从环境保护、改善人类生态环境等各方面都具有十分巨大的意义。二、含铝废料的分类铝废料可分为“新废料”和“旧废料”两类。

“新废料”又称为“过程废料”，即在冶炼和加工过程中产生的废料，这类废料在大冶炼厂和加工厂现场重熔回收是很普遍的；独立的重熔厂也回收生产铝板和挤压件等时产生的边角料和切屑。

“旧废料”是产品使用期结束和报废后产生的废料，这类废料可获量与产品使用期限有关，如汽车中铝制品制件使用期限为12年，建筑业中为30年，后者的最高回收率为85％，比前者低。

“旧废料”一般都在独立的再生铝厂中处理和重熔，大部分转化成生产铸件的铸锭，常常加入合金添加剂硅、铜、镁；也有一部分转化成钢铁工业用的铝脱氧剂。“旧废料”在今后10年甚至更长时间将继续增长，目前约占总废料量的一半。通常所说的废旧铝或废杂铝就是后一种废铝。它们中的大部分用于生产再生铝合金，少部分成分单一、杂质含量低的优质废料也用于熔炼特殊成分的铝合金。如废1350铝电线电缆可大量用于熔炼1350合金，废旧铝易拉罐可直接熔炼3004合金，废铝门窗可用于熔炼6063合金，但是为了精确调定成分必须添加一定量的原铝锭或合金元素添加剂。三、我国废铝的来源和再生现状目前我国再生铝厂利用的废杂铝主要来源于两方面，一是从国外进口的废杂铝，二是国内产生的废杂铝。

1、进口废杂铝最近几年国内大量从国外进口废杂铝。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。一般可以分为以下几大类：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、汽车前后保险栓。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，是档次较高的废杂铝。之所以称之为切片，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较大体积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，质地比较纯净，也是优质废铝料。目前再国际市场的废铝贸易中，切片的占有量最大，各类切片正向标准化发展。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，少量的档次较低的切片含不同数量的其它杂质，一般含废铝在80%～90%以上，其中杂质主要为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，得到纯净的废铝料。废铝切片冶炼也比较容易，熔炼时入炉方便，容易除杂，熔剂消耗少，金属回收率高，能耗低，加工成本亦低，很受用户欢迎，一般大型再生铝厂均以切片为主要原料。优质的废铝切片比其他废铝价格贵，适应大规模的现代化企业，且在国际市场上很难购到，因此我国除独资或合资企业自己进口外，一般再生铝厂很少用此种废料。

③混杂的废铝料此类废杂铝成分复杂，物理形状各异，除废杂铝之外，还含有一定数量的废钢铁、废铅、废锌等金属和废橡胶、废木料、废塑料、石子等，有时部分废铝和废钢铁机械结合在一起，少量废铝块度较大。此类废料在冶炼之前必须经过预分选处理，即人工挑出废钢和其他杂质。④焚烧后的含铝碎铝料此种铝料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。焚烧的目的是除去废橡胶、废塑料等可燃物质。这类含铝废料一般铝含量在40%～60%左右，其余主要是垃圾（砖块石块）、废钢铁、极其少量的铜（铜线）等有色金属。铝的块度一般在10厘米以下，在焚烧的过程中，一些铝和熔点低的物质如锌、铅、锡等都熔化，与其他物料形成表面玻璃状的物料，肉眼难以辨别，无法分选。⑤混杂的碎废铝料此种废料是档次最低的废铝，其成分十分复杂，其中含各种废铝在40%～50%，其余是废钢铁、少量的铅和铜，大量的垃圾、石子和土、废塑料、废纸等，泥土约占25%，废钢占10%～20%，石子占3～5％。2、国内回收的碎废铝料国内回收的废杂铝大多纯净，基本不含杂质（人为掺杂除外），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和废合金铝，多以废机器零件（如废汽车零件、废模具、废铸铝锅盆、内燃机活塞等）。废熟铝一般指铝含量在99%以上的废铝（如废电缆、废家用餐具、水壶等）。废合金铝（如废飞机铝、铝框架等）。就生产部门而言，可分为生活废铝和工业废铝。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。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。②生产企业产生的废铝料；此种废铝一般称为新废料，主要包括铝及其合金在生产过程中生的废铝，铝材在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；电缆厂的废铝电缆以及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，如果在企业产生废料时能清晰的分类保存，利用价值极高。③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，尤其以废杂铝再生熔炼过程中产生的铝灰为多，废杂铝的成分复杂、杂质越多，表面污染越严重，铝灰就越多。铝灰的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。

目前，我国的铝废料中，约有1/5来自包装行业，2/5来自运输业，1/3来自建筑业。报废汽车中铝废料的回收和废铝饮料罐的回收是两个重要领域。目前全世界生产的铝合金，约有80％用于制造汽车用的铸件和锻件，因此汽车产量和用铝量的趋势直接影响到再生铝工业。我国废铝集散地与再生铝工业基地都集中在沿海地区，如：大连、天津、保定、苏州、无锡、上海、宁波等。我国的珠江三角洲和长江三角洲地区为主要消费和加工区。四、废杂铝的预处理废杂铝的预处理之目的：①除去废杂铝中夹杂的其它金属和杂质；②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；③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；④使含铝废料中的铝（含氧化铝）得到最经济最合理的利用。废杂铝预处理技术①品种单一或基本不含其他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，一般不作任何预处理即可入炉熔炼。在熔炼某一合金时，往往选用相应成分和品种的废铝直接加入大型反射炉熔炼，这样可很容易的熔炼成相应牌号的铝合金。一些含铜、含锌高的废铝，还可作为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，则要根据需要对体积大的废铝破碎成符合入炉规格的料块。②对于档次较高的废铝切片，其中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，即直接入炉熔炼。小型再生铝厂，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。③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）要进行复杂的分选，因其成分复杂，除废铝之外还含有废铜、废钢、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，一是筛分筛出泥土和垃圾，然后用手工分选。手工分选大多都在操作台进行，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，纯铝废料例如废铝线等，都是再生熔炼中调整成分的上等原料。分出的废铝是混杂的，一般不再细分。

废杂铝预处理过程及方法

1、对废铝进行初级分类、分级堆放；如纯铝、变形铝合金、铸造铝合金、混合料等。

2、拆解、清洁、捆扎

对于废铝制品，须进行拆解，去除与铝料连接的钢铁及其他有色金属件，再经清洗、破碎、磁选、烘干等工序制成废铝料。对于轻薄松散的片状废旧铝件，如汽车上的锁紧臂、速度齿轮轴套以及铝屑等，要用液压金属打包机打压成包。对于钢芯铝绞线，应先分离钢芯，然后将铝线绕成卷。3、除杂、脱漆、油脂等

铁类杂质对于废铝的冶炼是十分有害的，铁质过多时会在铝中形成脆性的金属结晶体，从而降低其机械性能，并减弱其抗蚀能力。铝废料含铁量一般应控制在1.2%以下，对于含铁量在1.5%以上的废铝，可用于钢铁工业的脱氧剂，商业铝合金很少使用含铁量高的废铝熔炼。目前，铝工业中还没有很成功的方法能令人满意地除去废铝中过量铁，尤其是以不锈钢形式存在的铁。

废铝中经常含有油漆、油类、塑料、橡胶等有机非金属杂质。在回炉冶炼前，必须设法加以清除。对于导线类废铝，一般可采用机械研磨或剪切剥离、加热剥离、化学剥离等措施去除包皮。

目前国内不少企业用高温烧蚀的办法去除绝缘体，烧蚀过程中会产生大量的有害气体，严重地污染空气。如采用低温烘烤与机械剥离相结合的办法，先通过热能使绝缘体软化，机械强度降低，然后通过机械揉搓剥离下来，这样既能达到净化目的，同时又能够回收绝缘体材料。许多废铝的表面都涂有油漆等防护层，尤其是废铝包装容器，数量最大的是废易拉罐等包装容器和牙膏皮等。在小型冶炼厂，对此类废料一般不做任何预处理就直接熔炼，漆皮在熔炼过程中燃烧掉，不仅金属回收率低，而且会严重污染环境。此类废料都是薄壁，漆皮在燃烧过程中会使部分铝氧化，并增加了铝中的杂质和气泡。比较先进的再生铝工艺一般在熔炼之前都要经预处理将涂层处理掉，主要技术有干法和湿法。湿法就是用某种溶剂浸泡废铝，使漆层脱落或被溶剂溶掉，此法的缺点是废液量大，不好处理，一般不宜采用。

干法即火法，一般都采用回转窑焙烧法。焙烧法的主要设备是回转窑，其最大的优点是热效率高，便于废铝与炭化物的分离。焙烧的热源来自加热炉的热风和废铝漆层炭化过程中产生的热。生产时，回转窑以一定的速度旋转，废铝表面的漆层在一定的温度下逐渐炭化，由于回转窑的旋转，使得物料之间相互碰撞和震动，最后炭化物从废铝上脱落。脱落的炭化物一部分在回转窑的一端收集，还有一部分在收尘器中回收。

加热炉的燃料有煤炭、焦炭、油等。以油为燃料的加热炉设备较复杂，投资也大；以煤为燃料的加热炉投资低廉，燃料便宜，但大量的灰尘进入废铝中，增大了废铝与炭化物的分离难度。最理想的燃料是焦炭，产生的热风基本不带灰分，是加热炉理想的燃料。对于铝箔纸，用普通的废纸造浆设备很难把铝箔层和纸纤维层有效分离，有效的分离方法是将铝箔纸首先放在水溶液中加热、加压，然后迅速排至低压环境减压，并进行机械搅拌。这种分离方法，既可以回收纤维纸浆，又可回收铝箔。

废铝的液化分离是今后回收金属铝的发展方向，它将废铝杂料的预处理与重新熔铸相结合，既缩短了工艺流程，又可以最大限度地避免空气污染，而且使得净金属的回收率大大提高。废铝液化分离装置中有一个允许气体微粒通过的过滤器，在液化层，铝沉积于底部，废铝中附着的油漆等有机物在450℃以上分解成气体、焦油和固体炭，再通过分离器内部的氧化装置完全燃烧。废料通过旋转鼓搅拌，与仓中的溶解液混合，砂石等杂质分离到砂石分离区，被废料带出的溶解液通过回收螺旋桨返回液化仓。4、分选磁选法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，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。

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。

以水为介质的浮选法可分选轻质杂质，

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。主要设备是螺旋式的推进器，废铝随螺旋推进器推出，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多溶于水中，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物质，是一种简便易行的方法。

从废铝中分选铜等重有色金属的技术。

废铝中的铜等重有色金属基本上都被油污所沾污，用人工分选的方法从废料中分选出重有色金属的难度较大。有效的方法是抛物选矿法。

这种方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。可以把废杂铝中密度不同的各种废有色金属分开。此种方法可使废铝、废铜、和其他废物均匀地分开。根据此种原理设计的设备已在国外采用，国内正处于研究阶段。

废杂铝的预处理是废铝再生利用工艺的重要组成部分，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。我国废杂铝预处理的发展方向是：使非铝物质与废铝及其合金完全分离，而且要高效率的使废杂铝按照合金的牌号分类，达到废杂铝综合利用之目的五、铝及铝合金铝是一种轻金属，密度小(2.79/cm3),具有良好的强度和塑性；铝合金具有较好的强度，超硬铝合金的强度可达600MPa，普通硬铝合金的抗拉强度也达200-450MPa，它的钢度远高于钢，因此在机械制造中得到广泛的运用；铝的导电性仅次于银和铜，居第三位，用于制造各