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铝循环利用的技术和好处
来源:选矿技术网2017-04-1211477

铝有一系列的优点,但其最大优点能是其回收性强,可一次又一次地反复循环利用。再生铝与原铝生产相比,对铝性能无影响,复化重熔时的氧化损失也不过2%~3%,每一次循环再生可节约95%左右的能源,并减少相应的二氧化碳排放量,这对建设低碳经济有着巨大的意义。啤酒罐的循环利用很能说明问题,从罐的生产、装料、销售、消费、废罐回收到再生利用,每次循环周期不超过60天。在过去的近几年内,北美从报废汽车回收的铝已超过废旧啤酒罐的回收铝。汽车用铝量的增加,一方面使汽车自身质量大幅度下降,另一方面提高了燃油效率,减少了温室气体排放。汽车工业主要应用的是再生铝合金。

一、铝回收与再生利用的优点

除了节能与减排以外,废铝还是一种有用的资源,对需要进口铝的国家与地区来说,多利用一些再生铝,可以减少铝的进口,改善贸易收支平衡,增加就业机会,为制造业与加工业提供充足的原料,少用或不用固体废弃物堆埋场地,消除由工业引起的气候变化。

对工业进行的全面调查与评估显示,铝的循环利用优点着实很大,每生产1吨原铝,发电、输电损失与燃料运输所需的总能耗约为45000千瓦时,排放二氧化碳约12吨。可是生产1吨再生铝的能耗仅约2800千瓦时,排放的二氧化碳只有约600千克,即可节电约95%,温空气体排放下降95%左右。产生原铝消耗的能源或者说储藏于原铝中的能源在一个循环周期中就可得到回收,仅有微量损失。

在美国铝业协会发表的《铝工业概览》中,将原铝称为“能源储蓄银行”,这就是说在提取原铝过程中所消耗的能源,在以后的使用与回收再生过程中,可以“支取出来”返还给社会。因此,从可持续发展的观点来看,回收铝已成为一种常规的原料“城市矿山”,是一种节能减排的可循环利用的材料。汽车工业为了降低车的自身质量,提高燃料效率与改善安全性和乘坐舒适性,铝的用量越来越多,可回收的铝也会逐年增多,这种城市矿山也变得越来越真实与名副其实,而且是一种“永远不竭”的矿山。另外,建筑工业的用铝也在上升,这使社会积蓄的铝增多。

二、废铝的破碎与分类

在北美国家,收集与回收废铝件有多条渠道,废易拉罐及类似废包装品通常由金属废品箱收集(MRF)后,再通过固定回收网送到回收铝的企业。啤酒罐是用3004、3104、5182等合金制成的,在复化废料时应严格控制其不可避免的杂质铁及硅。近些年,美国的废罐回收率为约54%,而报废汽车中铝的回收率却高达90%以上,这是因为废罐的回收是一种自愿行动,可是报废汽车及其他耐用消费品(冰箱、洗衣机等)的回收必须按法规条例进行,是强制性的。若对废罐回收制定带有强制性的条例,则回收率必会上升。有些州出台了刺激性的措施,鼓励人们回收废旧易拉罐,收到了较好效果,这些州的回收率明显高于其他州。罐料生产企业如美国铝业公司(Alcoa)与诺威力铝业公司(Nevelis)都建立了各自独立的回收系统,不但促进了回收率的提高,而且对保证废料品质起了一定的作用。

航空航天工业用的高强度2XXX系及TXXX系合金通常不回收。在美国,退役的飞机保存在干燥荒凉之地,有选择性地拆解,作为备件来源。经过鉴定评估,合格的铝合金零部件的价值比废铝的经济价值高得多。因此,进入铝废料流通渠道的、经过破碎的碎块料通常是报废汽车与废弃耐用消费品,大部分为3XXX系、SXXX系及6XXX系合金。

2003年,杰西等在一篇关于报废汽车废铝回收基本情况的文章中称,美国有6000多家废铝收购站向破碎场提供原料,那些破碎厂拥有约200台破碎机,破碎后的废料中,钢铁通过磁选机得以剔除。除去铁后,碎废料被送到不同分类(按密度划分)的分离厂,全美国约有10个这样的厂;重的金属沉于浮选剂下面,它们是铜、黄铜、青铜、铅、锌等,而密度小的金属,如铝、镁则在上部。浮选剂上部的破碎金属碎块约含75%的铝合金,被运到密苏里州贝列维尔市休龙谷钢铁公司(Huron Valley steel Corporation.简称HVSC)作进一步的最后处理。当然,这些废金属收购站、破碎厂、浮选厂的数量、装备情况是与时俱变的。上面只是对美国铝废料流通情况的一个简单介绍。

HVSC在开发废料分选技术与装备方面居世界领先地位,其中有些工作是与大的汽车公司及美国铝业协会共同完成的。有些技术,如涡流、着色分类、X射线分类、激光感应分类法(LIBS)已在生产中得到应用,在铝合金废料分类方面效果良好,可按合金系分选废料。按HVSC的分选技术之一,如LIBS技术建设的铝废料分选生产线,已于2003年投产,运转良好,达到了预期目标。

生产证明,采用LIBS技术可从Al-Si-Mg(6XXX)系合金废料中分拣出铝-镁系(6XXX)合金,它们是汽车中应用最多的两类合金,此分拣技术必然会在铝合金废料分类方面得到推广。LIBS技术的另一优点是,随着激光器与计算机制造技术的发展,LIBS装备的价格定会有较大下降。

2008年在美国密苏里州底特律市(Detroit)举行的汽车轻金属再生讨论会上,杰西(Gesing)提出了一种可改善废料分类效率的设想。他说,在汽车废料中,铝与镁的废料总是混杂一起,有必要将它们分开,这不但可以提高铝废料的品质,而且可催生出一个新的行业-再生镁合金工业。

三、控制废铝中的杂质

HVSC在研发铝废料分类技术与装备方面取得了相当大的成就,为提高废铝价值做出了突出贡献。例如,它开发的分类变形铝合金与铸造铝合金的技术得到成功应用,在废铝分类技术方面具有里程碑意义,使杂质硅及铁的含量得到有效控制。大家知道,铝合金中的铁与硅含量超过一定限度时,对合金的力学性能、断裂韧性和腐蚀行为等极为不利。

有效地分离铸造铝合金与变形铝合金,可使它们分别进入各自的流通领域,循环利用,材料价值大为提高,可谓物尽其用。例如,AA356.0铸造铝合金是一种重要的常用合金,它的硅及铁含量分别为7.0%与0.6%,而变形铝合金的硅与铁的含量却小得多,若它们的废料混于一起,会降低变形铝合金的等级与价值。硅元素能提高铸造铝合金熔体的流动性,有利于铸造。

相反,变形铝合金对硅、铁及其他杂质的控制范围则严格得多,采用HVSC的技术与装备,可按合金牌号将变形铝合金一一分开。该公司研发的这种分类法在技术上虽然可行,但尚未在实际生产中获得应用。采用这种分拣技术,可有效地将废料中的含铁较多碎铝块挑选出来,作为炼钢脱氧剂,而剔除含铁高的碎铝后,铝废料的价值就提高了。

目前,研发循环性强的,即对杂质兼容性强的变形铝合金,是当务之急。另外,汽车设计师在设计汽车铝零部件时,应尽量减少合金种类数,应可能多地使用再生铝合金。废旧罐料的回收率高与价值高,就是因为罐是全铝的,所有合金都是5XXX系及3XXX系;罐体为3004或3104合金,罐盖及拉环为5182合金,它们的铁、硅含量相差无几,只是5182合金的镁含量高一些,而镁在复化熔炼中不难控制,可通过熔剂精炼将其控制在一定水平。但是减少合金种类是一件困难的事情,因为不同的零件对材料性能有不同要求。在这方面做得好的是日本丰田(Toyota)汽车公司,所产汽车的车体内外板为同一合金6022合金,内板为O状态,有高的成形性;而外板为T4状态,有更高的强度与抗凹性能,它们对合金中的杂质含量有很好的相容性。在废料的搬运与处理过程中,应尽量避免杂质的混入,以及避免不同品种的废料相互掺混。

四、结束语

自1886年铝的商业化生产以来,全世界生产的铝约有70%目前仍在使用。之所以如此,并不是政府行为的结果,而是循环经济价值的结果。再,就是铝有很强的可再生性,结构用铝的95%以上都可以得到回收与再生利用,而且在复化时烧损也不会超过5%。但是,大部分功能用铝,如包装铝箔、炼钢用铝、冶金还原剂用铝、铝粉铝膏、燃料铝粉等不能进入循环系统。为了建设低碳经济社会与迎接“负”碳轨迹时代的到来,中国有关部门应出台严格的汽车燃料效率标准,刺激铝在交通运输业中的应用。

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