鋁的再生冶金

鋁的再生冶摘要：：我國正處于下業(yè)化中期，對鋁資源的需求越來越大，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高再生鋁的利用率，成為我國鋁下業(yè)發(fā)展的必然選擇。當(dāng)前的世界金融危機(jī)，對我國再生鋁行業(yè)的發(fā)展提供了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，我國應(yīng)該抓住機(jī)遇，勇于面對挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)該行業(yè)的快速發(fā)展。本文通過我國再生鋁生產(chǎn)狀況進(jìn)行分析怎樣再生鋁得到更好的利用。關(guān)鍵字：金融危機(jī)，再生鋁，鋁合金，熔體，處理技術(shù)Abstract:Chinaisinpossessionofthemedium-term,underthegrowingdemandofaluminumresources,developcirculareconomy,andimprovetheutilizationrateofrenewablealuminumaluminum,becomeourcountryundertheinevitablechoiceofindustrydevelopment.Thecurrentworldfinancialcrisisinourcountry,thedevelopmentofrenewablealuminumindustryprovideopportunitiesandchallenges,weshouldseizetheopportunity,couragetofacechallengesandrealizetherapiddevelopmentoftheindustry.Thisarticlethroughourrenewablealuminiumproductionanalyzehowabetteruseofrenewablealuminum.Keywords：Financialcrisis,aluminum,aluminumalloy,meltregeneration,processingtechnology一，概述中國廢鋁回收利用高峰期即將來臨，發(fā)展再生鋁產(chǎn)業(yè)己成為我國鋁工業(yè)發(fā)展的根本出路，可以從根木上實(shí)現(xiàn)鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排。污染少、能耗低，有利于實(shí)現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展。再生鋁與與原生鋁相比其能耗不足原生鋁的5%，減排97%以上，具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢與資源替代效應(yīng)。目前，發(fā)達(dá)國家對再生鋁的利用已超過60%，而我國只有22%，發(fā)展?jié)摿Ψ浅４蟆０l(fā)展再生鋁的必要性1.1資源供需形勢要求加快發(fā)展再生鋁產(chǎn)業(yè)截莊到2009年，我國鋁土礦礦石儲量7.5t，不足世界儲量的2.8%，人均鋁土礦占有量約50ok，，相當(dāng)于全球人均水平的10%，2009年，國內(nèi)鋁金屬產(chǎn)量為1300.萬t,消費(fèi)量為1234.7萬t.，分別占世界總量的32.98%和33.02%。是世界上產(chǎn)量和消費(fèi)量最多的國家。我國現(xiàn)有的鋁資源不能滿足我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。而發(fā)展再生鋁工業(yè)可以有效的在一定程度上緩解這方面的壓力。1.2我國再生鋁產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平較低自從1888年鋁問世以來，世界上己經(jīng)熔煉了8億t鋁。其中70%還在利用中。日前，全球每年約有1160萬t廢鋁進(jìn)行再生利用，占了全球鋁市總需求量的40%，2009年，世界原鋁產(chǎn)量3664.38萬t，生再生鋁產(chǎn)量790.75萬t，再生鋁產(chǎn)量為原鋁產(chǎn)量的21.58%。我國是世界上原鋁生產(chǎn)和消費(fèi)國家。2009年我國精鋁的產(chǎn)量和消耗量分別為1284.6萬t和1444.58萬t,再生鋁產(chǎn)量為約98.8萬t（表1）。同時，我國是世界上最大的廢舊鋁進(jìn)口國家。在工業(yè)程度比較發(fā)達(dá)的日本，.2007年，日本的原鋁產(chǎn)量僅為6000t，而再生鋁產(chǎn)量為114.53萬t,其再生鋁產(chǎn)量占原鋁產(chǎn)量的190倍，美國、德國、意大利和法國的再生鋁量也分別是其原鋁產(chǎn)量的1.52倍、1.52倍、3.85倍和0.47倍。表1 2009年世界再生鋁產(chǎn)量前十位國家再生鋁占原鋁比例情況

位次國家名稱再生鋁產(chǎn)魚Fh1原鋁產(chǎn)量/"I再生鋁占原鋁的比例/蝙1美國30856,11548,技2德田56(1829.181921.86華也大利616.72212.921挪威ES109.3931,81.，巴西32.1I5SL6221.096西班牙21.2133L1672,117墨西耕21.68英囤2(152恭2^1.139法國12,8913,13舞㈱1.0加拿大18,53O3L036,11計界總計79(175366-1.3821.53注：壞生鋁為M生精煉鋁產(chǎn)林、1?含廢雜鋁I'l.糧利川屋懿料北源：W：lrld.McifilStaticsY^arlHwk2010.1.3發(fā)展再生鋁產(chǎn)業(yè)是推進(jìn)礦業(yè)領(lǐng)域循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要措施之一鋁金屬具有性能穩(wěn)定、耐腐蝕性強(qiáng)、熔煉鑄造過程中燒損少的特點(diǎn)，是人類使用金屬材料中僅次于鋼鐵的一種金屬。日前，獲取鋁金屬只有兩種途：：一是直接開發(fā)鋁土礦，提取鋁金屬；二是通過回收廢鋁，進(jìn)行再利用。近年來，我國電解鋁行業(yè)耗電占到了全國發(fā)電量的5%左右，節(jié)能減排壓力巨大。再生鋁具有能耗低、排放少、工藝流程簡單等優(yōu)異性能。我國每生產(chǎn)1t電解鋁需耗氧化鋁1.9t，而再生鋁能耗僅為電解鋁的3%。廢棄物排放也減少95%以上，并可多次循環(huán)利用。避免沏青、煙塵、含氟氣體和粉塵的污染（表2）。據(jù)統(tǒng)計，我國再生鋁所占比重每提高1個白分點(diǎn)，每年可節(jié)約鋁礦石近100萬t，節(jié)電近40億度，節(jié)水250萬立方米。相反，如果對廢鋁不進(jìn)行回收而遺棄，則會在大氣中發(fā)生或多或少的腐蝕作用。如果再受到堿、海水、土壤等化工物質(zhì)的接觸，容易發(fā)生猛烈的化學(xué)反應(yīng)，從而造成了對環(huán)境的污染。表2單位電解鋁與再生鋁能耗及排放對比M生跆占電解鋁比例必類待'、電辟鋁再生鋁栩電/（kW/h）11500130<3耗"16016<3廢氣排放201<5固體廢物〃65(11<(12發(fā)展再生鋁業(yè)存在的問題2.1再生鋁企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，技術(shù)落后我國共有再生鋁企業(yè)數(shù)量超過2000家，是世界上再生鋁企業(yè)最多的國家。但是，這些企業(yè)經(jīng)營分散，生產(chǎn)成本較高，技術(shù)較發(fā)達(dá)國家比較落后?，F(xiàn)在，我國大多數(shù)再生鋁生產(chǎn)企業(yè)普遍采用普通的反射爐（燃油或燃?xì)狻?這種技術(shù)在熔煉過程中對金屬燒損現(xiàn)象嚴(yán)重，特別是熔煉薄壁、廢屑等廢鋁金屬，燒損率高達(dá)10%，而國際上再生鋁的燒損率只有3%?5%。多數(shù)小企業(yè)由于技術(shù)力量不足，對廢鋁的加工普遍采用混煉的生產(chǎn)方式，許多具有較高利用價值的廢鋁資源被降級使，.造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。2.2缺乏相關(guān)廢舊物資回收的法律體系日前，關(guān)于廢舊物資回收方面的稅收優(yōu)惠政策，我國出臺了《財政部國家稅務(wù)總局關(guān)于資源綜合利用及其他產(chǎn)品增值稅政策的通知》和《財政部、國家稅務(wù)總局關(guān)于再生資源增值稅政策通知》兩項(xiàng)文，對符合條件的丙生資源回收經(jīng)營企業(yè)實(shí)行一定比例的增值稅退稅政策，有利于再生資源回收行業(yè)的健康有序發(fā)展。但與政策配套的相關(guān)法律國內(nèi)只有《循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能對各種廢舊物資回收、加工和生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行有效約束和管理，從而造成了對資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。世界上再生金屬比較發(fā)達(dá)的日本，制定了《循環(huán)有效利用促進(jìn)法》和《廢棄物處理法》等6部法律，對消費(fèi)各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生廢鋁的回收都做了詳細(xì)的規(guī)定，值得借鑒。2.2缺乏完善的廢舊物資回收體系我國再生鋁產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀不利于其健康發(fā)展，國內(nèi)日前尚末形成獨(dú)立的、全國或地區(qū)性的廢鋁回收機(jī)構(gòu)和回收網(wǎng)絡(luò)。收購廢雜鋁的個體戶占主導(dǎo)地位，管理混亂，技術(shù)原始。不同品質(zhì)、不同類型的廢舊金屬材料相互混雜。而且由于缺乏正規(guī)管理，廢鋁回收價格相差懸殊，導(dǎo)致了許多廢鋁被一些環(huán)保、技術(shù)不達(dá)標(biāo)的小企業(yè)收購，造成資源浪費(fèi)。我國再生鋁硅冶金質(zhì)量現(xiàn)狀分析鋁合金以其優(yōu)異的性能被廣泛運(yùn)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個行業(yè)，目前鋁硅合金的生產(chǎn)主要有兩種方：（一）原生鋁熔煉配制合金；（二）廢舊鋁合金回收再利用。廢鋁再生利用能耗低，能耗只有原生鋁生產(chǎn)的5%，回收實(shí)得率高，可以多次回收利用。而且再生鋁生產(chǎn)投資小，收益期短，比原生鋁配制生產(chǎn)鋁硅合金具有很大的成本和能效優(yōu)勢。3.1我國再生鋁生產(chǎn)工藝流程常規(guī)優(yōu)質(zhì)再生鋁工藝流程如圖1所示。從圖中可以看到，再生鋁生產(chǎn)工藝流程中有三個中心環(huán)節(jié)：預(yù)處理工序、配料熔化工序、凈化變質(zhì)工序，這三個工序緊緊地與獲得再生鋁的冶金質(zhì)量聯(lián)系在一起。要獲得優(yōu)質(zhì)再生鋁就必須圍繞著這三個中心環(huán)節(jié)，把握住影響冶金質(zhì)量的基本要素。目前來看，我國的生產(chǎn)企業(yè)主要是中小型企業(yè)，隨著人們質(zhì)量意識的增強(qiáng)，這三個環(huán)節(jié)也越來越多地得到人們的重視，當(dāng)然還應(yīng)看到還有相當(dāng)部分企業(yè)對此認(rèn)識尚浮淺，為此，我們將主要從這三個中心環(huán)節(jié)著手逐個分析我國再生鋁的冶金質(zhì)量。（1）預(yù)處理預(yù)處理的目的是使廢鋁按合金成分分類、去水、去油污油漆、去其他金屬雜質(zhì)。一般的工藝過程是:（一）大件和切片，按成分分類…去除其它金屬及嵌件…烘燒去油污油漆；（二）粉狀物與廢碎料，分類…干燥去水…磁選、風(fēng)選、拋物分選…焙燒；（三）易拉罐，切碎（…焙燒除漆）…壓塊。我國絕大多數(shù)企業(yè)基本上采用人工分選，先把易分選已知成分的大件和切片單獨(dú)堆放，然后再將碎廢鋁進(jìn)行人工分選?？梢钥吹?，有些小型企業(yè)在分選時，并沒有考慮到回收廢鋁的合金成分組成，這樣實(shí)際上就沒有把好冶金質(zhì)量的第一關(guān)，不僅會降低再生鋁的品位，而且也浪費(fèi)了資源。細(xì)小粉塊狀的廢鋁，由于不能很好的進(jìn)行分選，成分組成復(fù)雜，不加處理就會在一定程度上影響了成品的化學(xué)成分，甚至導(dǎo)致整爐報廢，因此在一般的情況下謹(jǐn)慎使用，最好是在打包壓塊并化驗(yàn)成分后使用。廢鋁原材料的表面處理尤其是對含有油污和油漆的廢鋁（如易拉罐）的除污，是改善再生鋁冶金質(zhì)量的有效措施之一。我國大型企業(yè)在處理油污與油漆時常采用預(yù)熱烘爐中實(shí)現(xiàn)除漆、除油及除水，而大多數(shù)再生小企業(yè)由于受到自身?xiàng)l件的限制，并沒有除去廢件表面的油污油漆的處理工序，大都是直接投爐，這既嚴(yán)重污染環(huán)境，又容易帶氫和雜質(zhì)進(jìn)入熔池影響鋁錠冶金質(zhì)量。預(yù)處理時嚴(yán)控水分，防止砂土、氧化夾雜、有機(jī)物質(zhì)的帶入，把握住廢料的歸類分選，并加大投入，提高預(yù)處理水平，實(shí)現(xiàn)預(yù)處理的規(guī)范化是當(dāng)前我國再生鋁生產(chǎn)所需解決的問題之一。（2） 配料熔化配料配料指按生產(chǎn)產(chǎn)品的成分要求配制爐料。配料直接關(guān)系到能否生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。配料應(yīng)遵循以下原則：以生產(chǎn)合格的產(chǎn)品為出發(fā)點(diǎn)，密切聯(lián)系本廠的廢鋁和原料的存貨，在已知庫存原料及廢料成分的前提下優(yōu)化配制材料的比例。對合金成分范圍要求窄的產(chǎn)品，我國企業(yè)通常的做法是純鋁錠+合金化原料（中間合金）+成分已知的廢鋁；對成分范圍要求寬的產(chǎn)品，通常采用成分已知的廢鋁+合金化原料（中間合金），在成分出現(xiàn)偏差時加適量的純鋁錠及中間合金。由于不同的合金元素合金化的方法有所不同，合金化硅時直接向合金中加入結(jié)晶硅、合金化鐵和銅時，為了減少成本一般直接加鐵片、鐵絲或紫銅絲，他們來源廣泛成本低廉，但它們的熔入時間長，熔入溫度高，增加了能耗和鋁液的燒損。并由于吸收率和加工工藝相關(guān)，往往會導(dǎo)致Fe、Cu含量的波動，因此在對成分控制較嚴(yán)的合金錠生產(chǎn)中往往采用加入A1-Fe和A1-Cu中間合金的方法。實(shí)際上，不管是采用中間合金合金化，還是直接使用金屬原料，不應(yīng)只注重眼前利益，要根據(jù)成本效益比來綜合評價，確定配制什么料。總之，配料時，避免配料錯誤、把住原材料質(zhì)量、明確廢鋁成分，就確保了再生鋁化學(xué)成分的第一關(guān)。熔化熔化是廢鋁和原料從固態(tài)向液態(tài)的轉(zhuǎn)變過程，熔化時熔體與爐內(nèi)氣氛、爐體壁和其它固體相接觸，會導(dǎo)致某些物質(zhì)的熔入或滲入熔體，改變?nèi)垠w的成分，進(jìn)而影響再生鋁的冶金質(zhì)量。我國再生鋁企業(yè)絕大多數(shù)使用熔化成本低的反射爐熔煉，少數(shù)大中型企業(yè)因特殊需求也配置一些電爐和感應(yīng)爐。反射爐用燃油或煤氣作為燃料，成本比電爐低，但在冶金質(zhì)量的控制方面不如電爐。（3） 凈化與變質(zhì)凈化再生鋁錠的含氣量及雜質(zhì)含量直接影響合金鋁的力學(xué)性能以及工藝性能。凈化工序的主要任務(wù)是保證再生鋁錠的含氣量和雜質(zhì)含量達(dá)到用戶標(biāo)準(zhǔn)，確保再生鋁錠的使用性能，精煉凈化常采用大家熟知的浮游法。目前我國企業(yè)使用的除渣劑、精煉劑一般以氯鹽、硝酸鹽主的精煉劑，這類精煉劑在處理過程中與鋁發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生諸如A1C13,C12等有害氣體，這類氣體對環(huán)境設(shè)備及人身健康均帶來損害。變質(zhì)鋁硅合金的變質(zhì)處理是為了改善合金中硅的形態(tài)，從而改善鋁合金力學(xué)性能的工序。目前我國常用的變質(zhì)劑有以下幾種：（一）鈉鹽變質(zhì)劑，屬于短效變質(zhì)劑，變質(zhì)效果好變質(zhì)失效也快。雖然鈉鹽能起到變質(zhì)效果，但由于它破壞了熔液表面致密的氧化膜，導(dǎo)致鋁液重新吸氣氧化，惡化冶金質(zhì)量，尤其是對ZL102。因此生產(chǎn)這類共晶鋁合金錠時不主張使用短效變質(zhì)劑。（二）普通長效變質(zhì)劑，（1）鍶（Sr），常用A1-10%Sr和A1-14%Si-10%Sr中間合金。（2）鋇、啼、銻、鋇雖對共晶型Al-Si合金具有長效變質(zhì)效果，但不少試驗(yàn)證明，這些元素的變質(zhì)效果受到冷卻速率的很大影響，并且精煉劑、除渣劑會強(qiáng)烈降低鋇等元素的變質(zhì)效果。因而在再生鋁生產(chǎn)中很少應(yīng)用。（3）稀土類變質(zhì)劑，稀土不僅能對硅相有變質(zhì)作用，而且還在細(xì)化a-Al方面有明顯的效果，實(shí)踐還表明經(jīng)稀土變質(zhì)后具有變質(zhì)效果的遺傳性。可以看出，就以上三類變質(zhì)劑相比而言，稀土變質(zhì)劑變質(zhì)效果好，并有一定的凈化作用，還有利于環(huán)保，效果穩(wěn)定，成本合算，是再生鋁生產(chǎn)優(yōu)先選用的變質(zhì)劑。再生鋁其他處理技術(shù)為了從根本上消除熔煉法帶來的燒損、能耗高、步驟復(fù)雜、煙塵大等問題，埃及的Sauntel提出了鋁廢料一的回收再生新技術(shù)，該技術(shù)不經(jīng)歷熔煉階段，新技術(shù)的工藝流程大體如下：鋁廢料一細(xì)化成粉末…分離鐵粒子…清洗…退火…冷壓實(shí)…燒結(jié)一壓延成品。新技術(shù)工藝簡單，工序少，回收率高。Fogagnolo提出了通過熱擠壓的方式回收金屬鋁和鋁基金屬化介物的方法。該工藝在回收鋁碎片時，