废铝再生预处理过程中的杂质分离和分类分选技术研究

高安江，王刚，曲信磊，刘璐

（1.丛林集团有限公司，山东龙口265705；2.山东丛林铝资源再生研究中心，山东龙口265705）

废铝再生预处理过程中的杂质分离和分类分选技术研究

高安江1，王刚1，曲信磊2，刘璐2

（1.丛林集团有限公司，山东龙口265705；2.山东丛林铝资源再生研究中心，山东龙口265705）

预处理是废铝再生的第一个工序，对后续的熔炼影响很大。良好的预处理需要将杂质进行分离，并按铝合金的成分牌号进行分类，对目前比较先进的杂质分离技术和废铝分类分选技术进行重点介绍，为再生铝预处理技术的研究及发展提供参考。

废铝再生；预处理；杂质分离；分类分选

铝是世界上用量排名第二的金属，仅次于钢铁，应用领域也非常广泛，包括建筑、机械、交通运输、电子电器、五金、包装等领域。目前我国是全球最大的铝生产和消费国之一，近11年来我国原铝消费以平均每年16.6%的速度增加，至2011年我国的原铝消费已达到1 800万t。当各类铝产品的使用寿命周期到来时，必须要考虑如何处理这么庞大的废铝资源，其中发展再生铝是最为有效的途径，并具有显著的优点，与原铝生产相比，废铝再生利用可节能（水、电等）达95%，因而铝合金制品的生产成本得以降低，且对环境的污染也大大降低，因此发展再生铝具有巨大的经济效益和社会效益。

发展再生铝首先要面对三大技术难题：废铝原料的预处理、成分的精确控制和熔体的精炼。其中废铝原料的预处理作为再生铝生产的第一步，其意义重大，完成质量更是直接决定了后续工序能否顺利进行。通常的预处理过程需要实现以下目的：（1）去除废铝中混有的其他金属及杂质；（2）去除废铝表面的油污、漆层及氧化皮等；（3）将废铝按接近某种牌号铝合金的成分进行分类。为实现以上目的，需对废铝料进行杂质分离、分类分选、清洗、烘干和打包等预处理工序，最终的结果是将废铝处理成符合入炉条件的炉料，其中对废铝再生后续工艺影响最大的工序就是废铝的杂质分离和分类分选。

目前我国的预处理技术与设备大多比较落后，特别是废铝的杂质分离和分类分选技术，这是制约我国再生铝产业发展的一个重要因素，因此对这些预处理工序进行充分了解，掌握国内外先进技术并加以创新，对推动我国再生铝产业发展具有重大意义。

1 废铝的分类及作用

废铝可分为新废铝与旧废铝两类。新废铝主要是指铝及其合金在生产过程中产生的废铝。旧废铝主要是指使用期满后报废的铝及铝合金零部件或整个产品。前者成分清晰，利用价值很高，一般做法是按照牌号分类保存，由生产企业自行回炉熔炼成原牌号合金；后者就是通常所说的废铝，在经过回收后需要进行分类分选处理。

按国家标准（GB/T13586-2006），将废铝分为变形铝及铝合金废料、铸造铝合金废料、铝及铝合金屑、铝及铝合金碎片和铝灰渣等五大类。将废铝进行分类具有很大的实际生产意义，可将成分单一、杂质含量较低的优质废料用于熔炼特定成分的铝合金，如废1350铝电线电缆可大量用于熔炼1350合金，废铝门窗则可用于熔炼6063铝合金，而熔炼3004合金则可直接利用铝易拉罐，但需要说明的是，为了精确调定成分，熔炼中必须添加一定量的原铝或合金元素添加剂。

2 废铝的杂质分离及分选技术

目前国内废铝的分选主要是靠人工，利用磁铁、钢锉等，凭经验进行分选，这种方法不但效率低、质量差，而且生产成本高；国外对废铝的分选已基本实现机械化、自动化，其特点是高效和精确分选，甚至可以做到按合金牌号分类，这使得废铝的再生价值得到很大提升，效益更高。下面介绍一些目前比较先进的分选技术。

2.1分离轻质量杂质技术

原料中夹杂的杂质应在熔炼前去除，因为原料中夹杂的尘土会增大熔炼过程中各种添加剂的消耗量，浪费能源；废纸、废塑料等会加大对环境的污染。目前应用较为广泛的分离轻质量杂质的方法有以下两种。

2.1.1风选法分离废纸、废塑料和尘土

风选法是利用材料密度的不同，通入一定压力的风将密度低于铝的杂质吹走，主要目的是去除废纸、废塑料和尘土等杂质。此法工艺简单，能高效地分离密度小的轻质夹杂物。但风选法必须配备良好的收尘系统和相对密闭的工作区域，以免灰尘造成环境污染及人体伤害。分选出来的废纸、塑料等一般可做燃料用[1]。

2.1.2浮选法分离轻质杂质

浮选法是利用材料的密度差来分离不同材料。该法简单易行，尤其是在欧美国家，应用非常广泛，根据使用浮选介质的不同分为两类：干式和湿式。干式浮选法采用干砂为介质，并通入高压空气以产生气泡和对流作用，而后将其流化，废料经烘干、脱油后进入流化床分离。湿式浮选采用水或水溶体为介质，利用螺旋式推进器，将废塑料、橡胶、木头等密度低于水的杂质分离，之后推出废铝料，将污水排入沉淀池，以便重复利用。湿式浮选法能够将废铝中大部分的物质进行分离，是目前应用最为广泛的浮选分离技术，但此法投资较大，需要较大的分离容器及较好的封闭回路净化系统来保证介质密度不变。此外，这种方法对于一些空心料的杂质分离效果并不理想。

2.2分离涂层及有机非金属杂质技术

对于一些带有涂层或有机包装的废铝原料，如废旧易拉罐、牙膏皮等表面都有一层保护涂层和装潢油漆，铝导线表层都覆有塑料表皮，应先将这些杂质分离，减少对铝的烧损，降低熔体处理费用。

2.2.1湿、干法分离涂层

目前先进的除膜工艺主要有湿法与干法。湿法是用某种溶剂浸泡废铝，使漆层脱落或被溶剂溶掉；干法是在回转炉中焙烧，因此又称火法，回转炉缓缓旋转，使炉内废料相互摩擦碰撞，最后碳化物从废铝上脱落，一部分在回转炉的一端回收，还有一部分在收尘器中回收。前者的废液量大，一般不宜采用。后者可利用废料上漆膜碳化释放的有机物气体作为燃料，热效率较高。

2.2.2流化床法除漆

流化床法主要用于除漆，即脱除废铝上的有机涂层，是由加拿大铝业公司（Alcan）开发的。其作用原理如下：将流化床中的介质加热到一定温度（介于有机物完全分解温度450℃与废铝熔点之间），细小的流化粒子在上升气流作用下悬浮，类似于沸腾液体，当把废杂铝加入流化床中后，其表面上的有机涂层与介质及流化气体接触，并在加热温度下开始分解。由于废料处于运动状态，热交换速度比常规除漆装置内的快5～10倍，再加上温度均匀，即使是很薄的铝箔都不会熔化，铝的氧化少，因而此法具有效率高、氧化少、回收率高等特点。

2.2.3加热与机械混合处理法分离表层杂质

对于导线类废铝上的有机绝缘体杂质，一般可用机械研磨、剪切、加热、化学溶解等手段去除，目前国内企业最常用的是高温烧蚀的办法，但是烧蚀过程中会产生大量的有害气体，对空气造成了严重的污染。若采用低温加热与机械剥离相结合的方法，先通过低温加热使有机绝缘体软化，强度降低，然后利用机械揉搓剥离，这样既避免了对空气的污染，又可将绝缘体材料回收利用。

2.3分选金属杂质技术

目前回收的铝合金零件中很多都是与铜、铁等其他金属的组合体，因此原料中大多含有含量较高的其他元素，如Fe的含量一般会达到0.8%，Cu的含量也都超过1%。因此，为了保证生产出化学成分符合标准要求的铝合金产品，在分选阶段将这些金属杂质分离出来就变得尤为重要。

2.3.1磁选法分选废钢铁等磁性废料

铁是铝及铝合金中的最有害的杂质元素之一，应在预处理阶段最大限度地去掉。磁选法主要用于分离铁及磁性材料，其工艺简单，设备投资少，分离效果显著。按照磁源的不同，磁分离可分为永磁和电磁两类。其中永磁分离其结构简单、质量轻，不需要整流及其他控制装置，磁场均匀，分离效率高，维修方便，并能在低于70℃环境下连续工作，相比于电磁分离要求的工作温度不高于40℃而言，永磁分离技术应用更广泛[2]。应用于传送带十字交叉法的磁选设备比较简单并且投资较少，其工作原理是废铝料首先在传送带上沿横向传送，当进入磁场时，铁及磁性材料被吸起而离开横向带，并随着纵向带运动，当纵向带离开磁场后，铁及磁性材料随即自动落入收集箱。需要注意的是，利用此法对大块废料的分离效果并不理想，因此大块废料必须在破碎后方可进行磁选。

2.3.2抛物分选法分选不同密度的金属

抛物分选法主要用于分选体积基本相同、密度不同的各类物体，其原理是当它们受到相同力被抛出后最终落点不同而进行分选的。利用此法可从废铝中分选出密度大的重有色金属，如铅、锌、铜、锡等。此工艺目前在日本、美国已经获得应用，但由于设备价格昂贵，国内尚未采用。

2.3.3涡流法分选各类非铝物质

涡流法的原理是利用不同物质的不同电导率和密度，在同一个磁场内所受到的洛伦兹力也不同，在此力的作用下做平抛运动后，最终其抛出的距离也不同来实现各物质的分选。涡流分离设备投资大，分离效率高，既能将铝与非金属，如塑料、橡胶、玻璃等进行分离，也能将铝和其他有色金属，如锌、镁、铜等进行分离。但此法对于小颗粒（10 mm以下）的分离效果不好，因为小颗粒产生的洛伦磁力很小，难以实现将它们分离[3]。

2.3.4静电法分离绝缘体类

静电法主要用于分离开导体与绝缘体。其原理是：由于任何处于电场中的物体都会带有电荷，电荷的多少取决于电机的极性和物体的自身特性，一般来讲在电场相同的情况下导体获得的电荷多于绝缘体。当带电物体同接地导体接触时会释放电荷，对于导体来讲由于其电阻低，电荷会被立即释放，因此不会被吸附，而绝缘体由于自身特性，能够将电荷保持较长的时间，因此会被吸附。静电法正是利用了两者的这种差异采用静电分选机将其区分开来，分选机滚筒会吸附所有电场中带有电荷的物体，然后导体会瞬间释放自身电荷而失去吸附力，落入料桶中，绝缘体则由于保持电荷而被吸附于滚筒表面并一起转动，之后落入另一个料桶。

2.4废铝的成分分选技术

对于铝合金中非铝物质的除杂、分选，采用以上方法就能实现，然而对于不同成分的铝合金如何进行分类分选，是预处理技术里最难的问题之一。最理想的分选方法是按合金成分把废铝分成几大类，如铝铜合金、铝镁合金、铝硅合金等，甚至按接近某一铝合金牌号成分分类，这样既可降低熔炼过程中除杂和成分调整的难度，又能综合利用废铝中的合金元素。近年来国外开发出很多的相关技术，主要有以下几类。

2.4.1颜色分选技术

颜色分选技术是利用不同金属颗粒的颜色在计算机图形分析过程中所处的范围不一样，进行自动检测，并且在现有的计算机技术上能够实现对废料进行实时的分析和控制。此技术不受颗粒大小和形状的限制，而且分离效率很高，20世纪90年代，HVS公司正是利用这项技术来分离铜、锌、黄铜、不锈钢，得到的各金属纯净度大于98%。不仅如此，此技术还能实现对废铝按照合金系来分类。首先需要对废料进行腐蚀，不同成分的合金腐蚀后，呈现出来的颜色不同，如6系铝合金含高镁、硅，呈灰白色，而7系铝合金含高锌、铜，则呈黑色。但这种技术也有一定的局限性，它无法实现按照合金牌号分类，这是因为同一系列的合金显示的颜色差不多，如高锌、低铜合金和低锌、高铜合金，此外它对表面粗糙度、温度、腐蚀时间等因素比较敏感。在进行分类处理时，还需配备特殊的光源系统和强大数据处理能力的单元来分析结果[4]。

2.4.2X射线荧光分析技术（XRF）和光发射光谱分析技术（OES）

XRF分析技术是采用X射线照射金属材料表面，产生荧光后对其进行光谱分析确定其波长，就可以鉴别检测样中的元素[5]。OES分析技术则是采用电弧、火花照射样品表面，使其被激发到原子基态之上，并释放出光谱，然后利用光敏探测器读取光谱，进而确定样品成分。

目前这两种技术可分为工作台式和手持式两类。工作台式的分析结果准确，但耗时较长，需要几分钟到几个小时；手持式分析速度较快，只要几秒到几分钟就能够对材料进行定量分析，显示出样品各种元素的含量，进而估计出是哪种合金，但是分析结果不如工作台式的准确，目前手持式XRF和OES设备已分别由Niton公司和Spectro公司开发并推向市场。需要注意的是，对于铝的成分分析来讲，OES技术要比XRF技术准确，因为铝受X射线照射后的特征能量很低，很容易被空气吸收。

2.4.3激光致熔光谱分析技术（LIBS）

激光致熔光谱分析技术主要是利用脉冲激光照射金属表面，使原子中电子发生跃迁，产生等离子云团，释放出光谱，经光谱检测器分析后获得化学成分信息。LIBS技术于2001年初美国的汽车铝业联盟报道出来，同年该技术的设备由HVS公司开发出来，该技术不需要和来料进行直接接触，可将铝合金按照牌号进行分类，提高再生铝的附加值，并能用于大规模分选，提高预处理效率。但由于脉冲激光透射能力很差，因此该技术对来料的表面要求较高，必须要做到表面无油污、无涂层、无氧化皮等物质[6]。

3 结语

废铝的预处理工艺是再生铝生产的重要组成部分，随着再生铝技术水平的提高，对预处理技术的要求也越来越高。快速、准确、低成本、连续地使废铝杂质分离，按铝合金牌号分类，以达到废杂铝最有效的综合利用，这正是再生铝预处理技术研究的主要方向，也是未来的发展方向。目前我国在这方面还处于刚刚起步阶段，和发达国家还有一定的差距，这就需要我国在消化国外先进技术的基础上，通过技术创新，积极探索研发相关技术及设备，使我国在废铝预处理技术上达到国际先进水平，届时我国再生铝产业发展的格局很可能会因此而改变，这对推动我国再生铝产业具有非常重大的意义。

[1]肖亚庆.铝加工技术实用手册[M].北京：冶金工业出版社，2005.

[2]王祝堂.废杂铝再生现代预处理技术与冶金处理工艺(1)[J].轻金属，1991(04)：51-55.

[3]P C Rein，P A Leest，A J van den Akker.A model for eddy current separation[J].Inl.J.Miner.Process，1997，49：193-200.

[4]Paul B Schuhz，Rebecca K Wyss.Chemical treatment of aluminum alloys to enable alloy separation：US Pat.6100487 [P].2000-08-08.

[5]Edwad J Somme，Robert H Parrish.High speed materials sorting using x-ray fluorescence：US.761673382[P].2009-11-10.

[6]范超，龙思远，李聪，等.废铝分类分离技术的研究进展[J].轻金属，2012(07):61-64.

The research on impurities separating and sorting technology in the pretreatment process of the aluminum scrap recycling

GAO Anjiang1,WANG Gang1,QU Xinlei2,LIU Lu2
（1.Conglin Group Co.,Ltd.,Longkou 265705,China; 2.Shandong Conglin Aluminum Resources Recycling Research Center,Longkou 265705,China）

Preprocessing is the first step of aluminum scrap regeneration,which has a great influence on the subsequent melting.Excellent pretreatment contains impurities separating and aluminum alloy sorting by grades.This paper introduced some advanced technologies of impurities separating and aluminum scrap sorting,also provided references for the research and development on the pretreatment technology of the aluminum scrap recycling.

aluminum scrap recycling;pretreatment;impurities separating;sorting

X758

A

1674-0912（2015）02-0033-04

2014－12－04）

中再生协会“绿色社区”服务项目再次获得民政部中央财政专项资金支持

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

根据《民政部关于2015年中央财政支持社会组织参与社会服务项目立项的通知》(民函［2015］28号)文，中国再生资源回收利用协会所申报的《全国“绿色社区”服务项目》通过审批并准予立项，该项目继2013年后再次获得民政部中央财政专项资金支持，金额为100万元。

2013年中国再生资源回收利用协会负责运营的首届“绿色社区”服务示范项目以宣传垃圾分类、培养社区环保志愿者为主要目的，在全国8个省市开展了30场技能和知识培训，受益人员超过1 500人。按照立项要求，2015年“绿色社区”项目将重点关注西部地区，计划在江西、云南、四川、贵州、重庆、陕西、甘肃、宁夏等地区结合再生资源回收体系建设工作，开展社区绿色回收站点建设，重点回收废旧纺织品、废电池、废旧手机、废玻璃等低值生活废弃物，与小区物业管理处、街道办事处等机构合作设立固定的绿色回收站，借助协会会员资源，为社区提供收运服务。