废铝回收处理技术及工艺研究

高安江，曲信磊

（丛林集团有限公司，山东龙口265705）

废铝回收处理技术及工艺研究

高安江，曲信磊

（丛林集团有限公司，山东龙口265705）

随着我国用铝量的逐年增加，再生铝高值利用越来越受到行业关注。介绍了废铝回收处理工艺及设备，以及废铝回收处理过程中的技术难点。指出废铝回收再利用，对节约资源、保护环境具有重要意义。

废铝回收；废铝回收技术难点；再生铝设备；社会效益

目前，废铝回收在发达国家的铝生产中地位突出，发达国家再生铝占原生铝的比例平均为30.9%。其中，日本为99.4%，意大利为74.6%，美国为42.4%，德国为40.6%。我国的铝消费快速增长已经持续10年，按照铝20～30年的使用寿命周期，我国将进入铝快速回收阶段。铝自身的特性决定了其回收率较高，循环性能较好。据统计，截止到2010年，我国铝的累计消费量已达到1.2亿t，我国再生有色金属的产量达到834万t，其中铝440万t，从国内的回收量来看，废铝回收的市场份额很大。

1 废铝回收处理工艺

废铝种类繁多，成分各异，通常不能用单一的方法处理，主要生产工艺为预处理、熔炼、合金调配与精炼4个环节。

1.1 预处理

含铝废杂物在熔炼之前的预处理阶段，包括分类、解体、切割、磁选、打包和干燥等工序。预处理的目的是清除易爆物、铁制零件和水分。

1.2 熔炼

对经预处理的废铝进行熔化。发达国家再生铝在熔炼生产过程中，普遍采用高效的节能熔炼炉双室反射炉。熔化废料的熔炼炉设有预热室与熔化室，被气冷悬挂隔板一分为二。熔炼室直接加热，从熔炼室流出的热烟气间接加热预热室。此烟气经隔板上的孔流入预热室，其流量受到严格控制，以便产生所需的预热温度，使污染物发生部分燃烧与熔化，进行熔炼。

丛林铝业的熔炼炉采用自身预热燃烧技术，节能效果较好，可使熔铝环节的能耗降到较低水平。主要元件均采用高质可靠产品，通过科学的结构设计、系统设计和高品质的制造，充分保证炉子长期高效、稳定的工作；合理应用耐火材料和机械设备，大大提高设备的可靠性能，显著减少日常维护工作量。熔炼炉设计采用底置式永磁搅拌器，由搅拌器产生的铝液流动避免了铝液表面的过热，从而减少氧化铝的产生，改善传热和传质效果，快速均匀铝液温度及合金成分，可有效提高生产效率，减轻操作人员的劳动强度。

倾动式燃气保温炉采用高速冷风烧嘴，具有操作方便、自动化程度高、减少铝液氧化等特点，通过高品质的液压系统和激光测距系统对铝液进行自动转注，实现无落差铸造，减少铝液氧化，精确控制铸造液位。

1.3 调整合金成分

由于有的合金元素在熔炼过程中有损失，在精炼处理之前向液态铝合金中添加合金元素，根据不同牌号的合金，添加不同的元素，使熔炼后的铝合金符合产品标准。

1.4 精炼

铝合金产品的生产中，最终能否生产出优质的产品，主要取决于熔炼与铸造环节，而熔铸过程中除氢、除杂最重要，对于利用废铝做原料生产铝及铝合金锭坯的生产线，在线精炼技术是关键。无论是国外技术还是国内技术,现有在线精炼系统因工艺和结构问题,在除氢、除杂方面均存在一定的缺陷和不足,在许多方面还有待改进。

目前，丛林铝业采用韩国SME除气设备，效果良好。该套设备由预热系统、转子系统、气体控制、保温箱组件、电控系统、钢结构等部分组成，其中转子采用氮化硅陶瓷，与传统的石墨转子相比，具有特殊的耐磨和抗氧化性，使用寿命更长。独特的转子设计使气泡离散到转子中，除氢效率更高。

2 再生铝生产熔炼设备

再生铝熔炼设备包括熔炼炉、静置炉、风机、燃烧系统等。熔炼炉主要分为坩埚炉和反射炉。坩埚炉是熔炼再生铝合金的常用设备，其优点是投资少、操作方便，金属回收率高，缺点是生产能力小、寿命短和成分不稳定。反射炉是熔炼铝合金的主要设备，炉膛容积大，熔炼铝合金可达40t以上，可熔炼各种炉料，适用于生产量较大的再生铝企业。双室反射炉是一种熔炼再生铝合金的专用设备，因其能耗低、烧损率低、金属回收率高，故被世界大多数再生铝企业广泛采用，是再生铝行业的主要应用炉型。

双室熔炼炉炉膛被悬挂隔墙分为加热室和熔解室。加热室由切向烧嘴的回转火焰对金属加热，高温烟气经隔墙上的孔洞进入熔解室。流入熔解室的烟气量由挡板进行调节与控制，以便产生所需的预热温度，使铝废料中的污染物发生部分燃烧与分解（或裂解）。分解或裂解的气体由循环风机送入直接加热室进行燃烧，形成对环境无害的燃烧产物。

双室熔炼炉具有以下优点。

（1）铝废料的预热、干燥和熔化均不在火焰的直接猛烈的燃烧之下进行，金属烧损少；

（2）在整个熔炼过程中，熔体通过循环式搅拌机进行循环，因而熔体温度和成分均匀；

（3）由于采用旋转蓄热式的加料机构和炉型，全部烟气均进行余热回收，热效率高，能耗低；

（4）铝废料是在一个密闭的系统中加入的，无烟气溢放到车间，工作环境较好。

3 废铝回收及处理技术难点

废铝主要分生铝、合金熟铝、型材铝、易拉罐、铝线等，目前废铝回收是粗放型，粗放的分类很难保证再生铝的质量。此外，废铝分类大量工作是人工根据其颜色、重量完成的，由于废铝种类复杂，废铝分拣存在难点，导致无法精确控制再生铝的质量。

再生铝主要应用于铸造、压铸等行业，由于除杂和成分调整存在难度，所以再生铝在变形铝合金中应用很少，如何控制再生铝的质量，提高其在变形铝合金应用比例是亟待解决的难点。

丛林铝业重点针对再生铝铸锭用于变形铝合金进行研究，对铸造工艺进行优化处理，对铸锭展开杂质相的分析和研究。要挤出合格的变形铝合金，要求铸锭组织均匀、析出相细小，同时还要减少晶间化合物。丛林铝业铸造部采取一系列的措施，经过大量实验和分析，从提高铸造温度、增加精炼次数、控制炉内停留时间、提高均匀化温度等诸多铸锭关键点展开实验和反复论证，运用再生铝铸锭进行铝棒生产，初步消除铸棒内的杂质相，减少大的化合物。通过扫描电镜观察铸棒内部组织，可以看出铸棒杂质相和大的化合物大大减少，晶粒度由3.4级提高到了4级以上，基本达到了变形铝合金挤压所需要的铸棒品质（见图1，图2）。

图1 铸棒内部组织优化前后对比

图2 铸棒内部晶粒度优化前后对比

目前，大多数工业窑炉厂家能够生产废铝熔炼设备，但是在废铝烧损率、余热回收、自动控制、分析检测、节能环保等方面还需继续研究开发，使再生铝的质量控制得到保障。

4 废铝回收利用的社会效益

我国每生产1t电解铝需消耗氧化铝1.9t、电1.44万kW·h，并排放出污染严重的氟化物。近年来，我国电解铝行业耗电占到全国发电量的4%左右，节能减排压力巨大。而以废铝为主要原料生产再生铝能耗仅为电解铝的3%，废弃物排放也减少94%以上，并可多次循环利用，具有能耗低、排放少、工艺流程简单等优异性能。到2020年，我国再生铝所占比重若提高到60%，每年可节约铝矿石3640万t，节电1364亿kW·h，节水9100万m3。

铝从矿石到成金属，再到制成品，成本极高，耗能巨大，而由废弃金属铝再生、再用，能使能耗、辅料消耗大大降低，节约资源和成本。因此，废铝的回收、再利用，无论从节约地球上资源，降低能耗、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。

[1]刘静安，谢水生.铝合金材料的应用与技术开发[M].北京：冶金工业出版社，2004.

[2]肖亚庆，谢水生，刘静安，等.铝加工技术使用手册[M].北京：冶金工业出版社，2005

[3]王祝堂，田荣璋.铝合金及其加工手册（第2版）[M].长沙：中南大学出版社，2002

[4]蔡艳秀，李作光.用废杂铝生产优质铸造铝合金[J].中国物资再生，1992(5):17-19.

Researchontherecyclingandprocessingtechnology ofaluminiumscrap

GAOAnjiang,QUXinlei
（ConglinGroupCo.,Ltd.,Longkou264704,China）

AstheconsumptionamountofaluminuminChinaincreasesyearbyyear,attentionhasbeenpaidtothe aluminumhigh-valuerecyclingindustry.Thispaperintroducedthetechnologyandequipmentofrecyclingandprocessing aluminiumscrap,aswellasthetechnicaldifficulties.Itwaspointedoutthatrecyclingandprocessingofscrapaluminium weresignificanttoresourceconservationandenvironmentprotection.

aluminiumscraprecycling;technicaldifficulty;recycledaluminumequipment;socialbenefit

X748

A

1674-0912（2014）02-0034-03

2014-01-09）

高安江（1974-），男，山东龙口人，大学学历，工程师，主要研究方向为铝型材生产及制造。