1 预处理是铝废料再生利用的重要环节

　　铝及其合金在加工制造过程中,企业往往会对金属表面进行处理,喷涂各种涂料或包覆各种有机(无机)材料等,其中可能会加入酸、碱、盐和油等物质。因此,铝及其制品在使用或消费之后进入报废领域,其本身就带有污染物。此外,废铝来自社会各个角落,种类繁多,在回收和拆解过程中受到过不同程度污染，会夹杂各种非铝物质，这些夹杂物也会在熔炼过程中发生物理和化学反应，对环境产生一定的影响。因此，应该重视废铝的预处理，使夹杂的污染物消灭在熔炼之前。

　　预处理技术主要包括：分选，即分选出塑料、橡胶等非铝物质;洗涤，即洗掉废铝中的油污等物质;脱漆，为减少废铝表面涂层不完全燃烧产生的污染，应注重涂层废铝在入炉之前的脱漆处理。预处理的同时，也分离出了各种非铝物质，得到了纯净的废铝，这亦是熔炼高质量铝合金的必要保障。由于大量的夹杂物已经在熔炼之前去掉，因此减少了添加剂的用量，缩短了熔炼周期，生产成本相应下降，这就显示了环境管理的优势。

　　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。

　　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。铝废料预处理的方案主要有以下几个方面：

　　化学法初步深度去污技术：对于那些不含活化产物(Co.Mn.Ni、Ag等放射性同位素)或含量较少的废金属，宜采用由化学法初步去污一拆卸解体一减小废金属尺寸一熔炼处理一二次废物、整备包装、暂存、处置等步骤组成的退役废金属处理技术路线较合理。在处理放射性污染的废金属时，去污技术的选择至关重要。在对现有去污技术进行简要的技术经济评估后，根据我国实际情况，合理地组合去污技术就有可能获得合理的退役废金属处理技术路线。目前，我国已经开发的放射性污染废金属去污技术有: 化学法初步、深度去污技术;机械法初步、深度去污技术;熔炼法深度去污技术等。在评价这些去污技术的优缺点时，主要着眼于下列几个方面:现有去污技术对安全和环境的安全性 ;去污效率 ;现有技术的成熟程度及相关运行费用;废金属资源的可再循环再利用或限制性利用的可能性;全程废物管理费用;现有技术对各类废金属的适应性和有效性。一般来说，初步去污技术用于金属设备拆卸前，其作用是尽可能减少设备内的放射性物质、以便降低退役作业人员的职业受照剂量，并为设备拆卸创造条件。而深度去污常用于金属设备解体后的去污，其作用是尽可能使放射性污染废金属达到清洁解控水平或限制性利用水平。国外化学法初步去污技术和深度去污技术种类繁多，最重要的有无机(有机)酸、硷、氧化还原、络合、溶解法等。最常用的试剂有硝酸、盐酸、拧棣酸(盐)、草酸(盐)、酒石酸(盐)、甲酸、氢氧化钠、高锰酸钾、低价态钒盐、过氧化氢、高价态柿盐、碳酸钠、碳酸按、乙二钱四乙酸钠盐等。一般来说，化学法初步去污或深度去污技术都己成熟，并得到了工业应用。

　　机械法初步、深度去污技术：机械去污技术常用于金属设备外表面或解体后设备内表面的去污。某些机械去污属初步去污技术，而有些则属于深度去污技术。某些机械去污技术(例如超高压水喷射法、磨料喷射法)可以使废金属达到有效去污，在某些特定情况下，可使金属表面的残留放射性污染水平降低到清洁解控水平或限制性利用水平。由于在使用该类去污技术时，会产生大量烟尘、气雾，致使工作环境空气质量恶化，必须采取相应的措施以保护工作人员健康和环境安全。另外，由于高压水或空气的应用，工业安全也是一个潜在的严重问题。这些去污技术的应用，存在交叉污染的可能性，但与化学去污技术相比，相对较轻。机械去污技术的应用需配置专用设各和相应的辅助系统，有些技术还要求专用设施，因此，设备投资可能比化学去污高。

　　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，国外使用了一种流体。工作时流体在做往复运动，废铝即浮在介质的上面被分开。

　　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，可以把废杂铝中密度不同的各种废有色金属分开。用相同的力沿直线射出密度不同而体积基本相同的物体时，各种物体沿抛物线方向运动，在落地时的落点不同。最简单的实验可以在水平的传送带上进行，当混杂的废料在传送带上随传送带高速运转，当运转到尽头时，废杂铝沿直线被抛出，由于各种废弃物的重力不同，分别在不同点落地，从而达到废杂铝分选之目的。此种方法可使废铝、废铜、废铅和其他废物均匀地分开。

　　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。装置中有一个允许气体微粒通过的过滤器，在液化层，铝沉淀于底部，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，被废料带出的溶解渡通过回收螺旋桨返回液化仓。

　　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。含铁量一般应控制在1.2%以下。对于含铁量在 1.5%以上的废铅，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。铝灰中铝的含量较高，必须进行回收。为避免从铝灰中回收铝产生污染，具备规模的企业采用回转窑处理铝灰，或采用压榨机来回收铝灰中的铝，使处理铝灰而产生的污染降到最低。预处理的同时，也分离出了各种非铝物质，得到了纯净的废铝，这亦是熔炼高质量铝合金的必要保障。由于大量的夹杂物已经在熔炼之前去掉，因此减少了添加剂的用量，缩短了熔炼周期，生产成本相应下降，这就显示了环境管理的优势。

　　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。风选法可以分离废纸、废塑料和尘土。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。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。目前国内企业常用高温烧蚀的办法去除绝缘体，烧蚀过程中将产生大量的有害气体，严重地污染空气。如果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。废铝器皿表面的涂层、油污以及其他污染物，可采用丙酮等有机溶剂清洗，若仍不能清除，就应当采用脱漆炉脱漆。脱漆炉的最高温度不宜超过566℃，只要废物料在炉内停留足够的时间，一般的油类和涂层均能够清除干净。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。

　　2 废杂铝料的的备制和配料

　　废杂铝的再生加工之前，首先要经过备制、配料等工序。铝屑在加工、运输过程中混进的泥土及切削过程中用来做切削液的水或油需清除，此外油和水分来自机加工过程，或其它工艺过程(如为了提高活塞零件的失效均匀程，采用的油溶炉温失效等工艺)，氧化锈蚀严重，所以应及时进行预热烘烤。回收厂家可采用清洗除尘，甩干或烘干除水排油，保存不善则氧化锈蚀严重，应及时进行预热烘烤，铝屑的烘烤温度必须根据各方面因素宋确定。温度过高，不仅热量损耗大，而且会造成铝屑的强烈氧化。所以一般烘烤温度应拄制在250～300℃之间。铝屑烘烤最简便方法是将铝屑放置在钢板上加热，烤到不冒烟为止。也可采用将铝屑放入“烤料车”中，推入烘干窑进行烘烤或将铝屑加入工频炉中，放入铸铁坊锅内烘烤，使油和永在高温下挥发和燃烧，然后进行熔炼，铝屑预热烘烤不但可去除铝屑中的油和水，而且可以缩短熔炼时间，在降低电耗的同时，可以提高熔炼设备的生产率，降低熔炼成本。铝屑在烘烤完毕后，最好进行筛分处理，以去除可能产生的氧化粉末或夹杂的泥砂及带入的钢屑。但如果铝屑很“新鲜”又干净，而且烘烤温度正常，则不必筛分。通过以上预处理的铝屑，就可以用来回炉重熔，浇注成再生锭，以供熔炼铝合金时使用。

　　回收分选应往意以下几点：不同材质牌号的铝屑，区分回收;回收的铝屑应严格按牌号分类分号堆放于贮放场规定的格仓中，并标明铝屑的种类牌号，有条件时应及时重熔，避免混号;应避免泥沙、棉纱等杂物混入铝屑，必要时需进行人工筛除其他杂质。

　　生产、打包运输及破碎过程中，容易混进含铁杂质，特别是经破碎机破碎后的铝屑，更要严格执行磁选工艺，以去除可能产生的氧化粉末或夹杂的泥砂及带入的钢屑。但如果铝屑很“新鲜”又干净，而且烘烤温度正常，则不必筛分。通过以上预处理的铝屑，就可以用来回炉重熔，浇注成再生锭，以供熔炼铝合金时使用。

　　废铝料的备制首先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。对于废铝制品，应进行拆解，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。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。目前国内企业常用高温烧蚀的办法去除绝缘体，烧蚀过程中将产生大量的有害气体，严重地污染空气。如果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。废铝器皿表面的涂层、油污以及其他污染物，可采用丙酮等有机溶剂清洗，若仍不能清除，就应当采用脱漆炉脱漆。脱漆炉的最高温度不宜超过566℃，只要废物料在炉内停留足够的时间，一般的油类和涂层均能够清除干净。

　　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。

　　根据废铝料的备制及质量状况，按照再生产品的技术要求，选用搭配并计算出各类料的用量。配料应考虑金属的氧化烧损程度，硅、镁的氧化烧损较其他合金元素要大，各种合金元素的烧损率应事先通过实验确定之。废铝料的物理规格及表面洁净度将直接影响到再生成品质量及金属实收率，除油不干净的废铝，最高将有20%的有效成分进入熔渣。

　　3 铝熔体精炼净化是废杂铝的再生加工的关键工序

　　废铝料只有一小部分再生为变形铝合金，约 1/4 再生成炼钢用的脱氧剂，大部分用于再生铸造用铝合金。美、日等国广泛应用的压铸铝合金A380、ADCl0等基本上是用废铝再生。用废铝合金可生产的变形铝合金3003、3105、3004、3005、5050等，其中主要是生产3105合金。为保证合金材料的化学成分符合技术要求及压力加工的工艺需要，必要时应配加一部分原生铝锭。铝的熔点虽较低(660℃),但其熔化潜热和比热大，因此铝熔化所需热量甚至超过铜(Cu熔点963℃)，说明铝熔炼的节能是十分重要的。

　　铝屑的熔炼方法一般有二种：一是两次熔炼法：第一次是将铝屑熔化成铸块(再生锭)后按其化学成份分类堆放;第二次熔炼时将再生锭搭配入炉熔炼出成品;二是直接加入法：使用这种方法时，可直接在炉中对铝屑进行烘烤，等铝屑烘干后，再升温使其熔化并加入各种主、辅料进行熔炼。两种方法相比，两次熔炼，电耗及元素烧损较大.管理工作烦琐，浪费人力和物力。而第二种方法只适用于连续生产一种牌号的铝铸件时使用，同一时期生产多种牌号的铝件时，用第一种方法较为适用。

　　严格说来，再生铝的熔炼设备与原生铝是一样的。但由于废铝形状大小不一，对于小尺寸的料熔炼时烧损大，甚至尚未入炉熔化，即已氧化完了。因此，熔化废铝的设备更需考虑氧化烧损及因此提出的对设备的各种要求。熔铝炉有反射炉、感应炉、电阻炉等。反射炉又有辐射式和对流式熔铝炉。反射炉使用的燃料有天然气、煤气、重油等。按几何形式分，有侧装料矩形炉和顶装料的圆形炉等。目前，除电阻炉外，反射炉和感应炉的应用不断扩大并不断改进完善。我国尚有很多乡镇个体企业采用土法的地坑式坩锅炉，用煤作燃料，因此能耗高、烧损严重、实收率低、劳动强度大、生产率低等原因，这是属于淘汰方法。

　　常用的感应熔铝炉有无芯和有芯两种，这种炉的优点是：吸气少、氧化烧损少，一般金属铝烧损仅0.5%左右。原料碎小时也不是1%，对废铝而言最多才5%;熔化时产生强烈磁力线搅拌，成分均匀，熔化快，对碎料十分有利;单位电耗少，热效率高。一般情况下，电耗为380～450千瓦小时/吨，热效率可达70%。电阻炉则相应为430～600千瓦小时/吨和50%;占地少，操作环境好缺点是熔沟式感应炉更换品种时需将熔沟中的铝清除，带来困难。其次是熔沟中耐火材料受熔铝冲刷剥落污染熔体。反射炉是目前使用最多的炉型，辐射式熔铝炉主要是通过火焰加高温炉墙进行高温辐射传热使炉料熔化。这种炉子用辐射热熔铝，炉料吸收的热量有限，热效率才8%。因此，近几年对流式熔铝炉不断得到扩大应用。

　　对流式熔铝炉是以对流传热方式为主的熔化炉。在快速溶铝炉等炉型中普遍采用高速或超高速烧咀。火焰速度高达120～150m/s，使用高速烧咀，传热效率明显提高，其热效率比辐射式高2/3以上。其次，由于炉温降低和强热的炉气对流，使金属烧损大为减少。因此得到了广泛的应用。对流式反射炉有不同的结构，这种炉子的特点是：炉子没有炉膛，铝一边熔化，一边顺着斜炉底流出炉子，进入静量炉。冷却启动时，能在熔化5～10min后即可出铝水。停炉后，铝水在1～2分钟内即可出完。操作方便，可连续出铝水。烧咀燃烧速度可调，采用这种炉子能耗少。这种炉子可专门用于熔化废饮料罐，熔化挤压型材废料等。这种炉在处理熔化73%返料和27%铝锭时，金属损耗仅1.5%。炉料从炉顶下降过程中，不断干燥、预热、软化、下沉，易挥发物、水汽等一并随烟气排出烟道，一些油漆之类物质也可在熔化前燃烧排除。因此熔铝的质量也可提高。目前在一些小型企业中应用电阻炉，因其热效率低，熔化速度慢等缺点，大型炉子已逐步被反射炉和感应炉代替。

　　我国废铝再生利用主要采用火法熔炼，产生废气并有可能对环境造成影响的工序主要是熔炼过程。在熔炼过程中，采用的燃料主要有煤、焦炭、重油、柴油、煤气、天然气等，燃料在燃烧之后，产生的废气中含有大量的烟尘和含硫、碳、磷和氮的氧化物等气体;炉料(废铝)加热之后，废料本身的油污及夹杂的可燃物会燃烧，也会产生大量含硫、碳和氮的氧化物;在熔炼过程，为了减少烧损、提高铝的回收率并保证铝合金的质量，要加入一定数量的覆盖剂、精炼剂和除气剂，这些添加剂与铝熔液中的各种杂质进行反应，产生大量的废气和烟尘，这些废气和烟尘中含有各种金属氧化物和非金属氧化物，同时还可能含有有害物质，这些都可能对环境产生污染。烟尘治理目的一是最大限度地使烟气中的尘得到收集，使有害气体转化为无害的和稳定的物质，达到国家排放标准。对环境的治理，首先要从源头进行控制，对再生铝而言，就是要加强废料的预处理和分类，尽量使各种废物综合利用，减少污染物的产生量;二是尽量选用无污染的添加剂;三是提高熔炼技术，减少废物的产生量。

　　再生铝的主要设备是熔炼炉和精炼净化炉，一般采用燃油或燃气的专用静置炉。我国最大的再生铝企业是位于上海市郊的上海新格有色金属有限公司，该公司有两组50t的熔炼静置炉，一组40t燃油熔炼静置炉;一台12t的燃油回转炉。小型企业可采用池窑、坩埚窑等冶炼。近年来，发达国家在生产中不断推出了一系列新的技术创新举措，如低成本的连续熔炼和处理工艺，可使低品位的废杂铝升级，用于制造供铸造、压铸、轧制及作母合金用的再生铝锭。最大的铸锭重13.5t,其中，重熔的二次合金锭(RSI)可用于制造易拉罐专用薄板，薄板的质量已使每支易拉罐的质量下降到只有14g左右;某些再生铝，甚至用于制造计算机软盘驱动器的框架。

　　在废铝的再生过程中，对于再生铝的熔炼及熔体的处理是保证再生铝冶金质量关键工序。铝熔体的变质与精炼净化，不仅可以改变铝硅合金中硅的形态，净化了铝熔体，而且能够大大改善铝合金的性能。铝熔体的精炼变质与净化，目前多采用Nacl、NaF、KCI及Na3AIF6等氯盐和氟盐处理，也有的采用C12或C2C16进行处理。

　　采用含氯物质精炼废铝熔体，虽然效果较好，但其副产物AICI3、HCl和Cl等会对人体、环境及设备都造成严重损害。近年来，人们正在力图改进处理工艺，选用无毒、低毒的精炼变质材料来解决环境污染问题，如选用N2、Ar等作为精炼剂，但效果不尽如人意。市售的所谓“无公害”精炼剂，其基本成分为碳酸盐、硝酸盐及少量的C2C16，因仍有少量氮氧化物、氯气排出，也不能完全消除环境污染。

　　最近几年，新发展起来的用稀土合金对再生铝进行变质、细化和精炼的工艺，有望使废铝回收冶炼业的环境污染问题得到彻底解决。该工艺充分运用稀土元素与铝熔体相互作用的特性，发挥稀士元素对铝熔体的精炼净化和变质功能，能够实现对铝熔体的净化、精炼及变质的一体化处理，不仅简洁高效，而且能够有效地改善再生铝的冶金质量。在处理的全程中均不会产生有害的废气和其他副产品。

　　随着我国原铝消费的迅猛增长，原铝的积累量不断增加，废料回收有着巨大的发展潜力。铝合金的回收及再生是一项十分复杂的技术工作，由于各种铝制品使用范围宽广而且分散，如何回收、集中、分类、实现再生加工是一项十分繁杂庞大的系统工程。全世界不同合金成分、不同性能的铝合金数以百计，其中许多合金中的成分元素相互排斥，互不兼容，如何以最简易的方法、最低廉的成本和最有效的工艺使废铝的再生成分合乎理想合金要求，其性能满足使用需要，质量能达到或接近原生材料的水平，是世界和国正在追求的目标。目前发达国家已形成了较为完善的废杂铝收集、熔炼、管理、分检系统，适应不断扩大的市场需求。