再生鋁生產(chǎn)與應(yīng)用

第1章概述1

1.1循環(huán)型經(jīng)濟(jì)與再生資源1

1.2鋁資源與再生鋁4

1.2.1鋁的資源4

1.2.2鋁的生態(tài)環(huán)境特征5

1.2.3鋁的再生利用6

1.2.4再生鋁的生產(chǎn)與應(yīng)用10

1.2.5相關(guān)理論與技術(shù)發(fā)展12

第2章鋁和鋁合金基礎(chǔ)15

2.1鋁和鋁合金的基本性質(zhì)15

2.1.1鋁的物理化學(xué)性質(zhì)16

2.1.2鋁的微觀結(jié)構(gòu)18

2.1.3鋁中的雜質(zhì)21

2.2鋁的合金化23

2.3鋁合金的組織、性能與分類24

2.3.1變形鋁合金25

2.3.2鑄造鋁合金39

2.3.3新型鋁合金55

第3章再生鋁的生產(chǎn)與加工59

3.1再生鋁工業(yè)60

3.2再生鋁的資源64

3.2.1再生鋁資源64

3.2.2再生鋁資源的特點(diǎn)68

3.3再生鋁的生產(chǎn)71

3.3.1原料的預(yù)處理72

3.3.2再生鋁的熔煉85

3.3.3熔體處理與組織細(xì)化129

3.3.4再生鋁的鑄造134

3.3.5鋁合金的熱處理156

3.3.6再生鋁生產(chǎn)中的環(huán)境問(wèn)題167

第4章再生鋁的熔煉設(shè)備179

4.1常用再生鋁熔煉爐179

4.1.1坩堝爐179

4.1.2反射爐181

4.1.3感應(yīng)爐183

4.2熔煉爐內(nèi)的氣氛185

4.3再生鋁熔煉設(shè)備耗能186

4.4高效再生鋁熔爐技術(shù)187

4.4.1豎爐及其技術(shù)特點(diǎn)187

4.4.2噴射式熔爐及其技術(shù)特點(diǎn)189

4.5熔鹽回轉(zhuǎn)熔爐190

4.6雙室反射爐192

4.7再生鋁熔煉爐技術(shù)發(fā)展193

4.7.1多室反射爐193

4.7.2雙膛火焰爐熔煉爐195

4.7.3熔劑熔化爐195

4.7.4密閉雙熔池196

4.7.5其他常用工藝裝備197

第5章再生鋁的生產(chǎn)實(shí)例199

5.1鋁渣的處理與再生加工199

5.1.1造渣與出渣200

5.1.2鋁熔渣的保護(hù)200

5.1.3鋁熔渣的處理201

5.1.4鋁渣再生鋁的質(zhì)量203

5.1.5鋁渣的再生利用率203

5.1.6鋁渣再生鋁的應(yīng)用205

5.2鋁制飲料罐的再生加工205

5.2.1易拉罐再生加工過(guò)程207

5.2.2加工技術(shù)的研究與發(fā)展209

5.3汽車廢鋁的再生加工212

5.3.1汽車用鋁合金的主要特點(diǎn)214

5.3.2汽車廢鋁的回收與再生利用216

5.3.3汽車的閉環(huán)生產(chǎn)系統(tǒng)217

5.3.4汽車廢鋁生產(chǎn)鋁鑄件221

5.4建筑領(lǐng)域廢鋁的再生加工221

5.4.1面板廢鋁材222

5.4.2門窗鋁廢料222

5.4.3其他廢鋁件222

5.5廢鋁箔加工鋁粉222

5.6非重熔法再生鋁加工技術(shù)224

第6章生產(chǎn)檢驗(yàn)與質(zhì)量控制228

6.1化學(xué)成分分析228

6.1.1比色法或分光光度法230

6.1.2先進(jìn)的快速分析方法232

6.1.3化學(xué)成分分析的取樣234

6.2組織檢驗(yàn)236

6.2.1宏觀組織檢驗(yàn)236

6.2.2顯微組織檢驗(yàn)243

6.3無(wú)損檢測(cè)250

6.3.1X射線探傷法250

6.3.2超聲波探傷法253

6.3.3熒光滲透探傷法和著色滲透探傷法255

6.4力學(xué)性能及測(cè)試257

6.4.1鋁和鋁合金的力學(xué)性能257

6.4.2拉伸試驗(yàn)264

6.4.3硬度試驗(yàn)265

第7章再生鋁的應(yīng)用與發(fā)展267

7.1在交通運(yùn)輸業(yè)的應(yīng)用268

7.1.1軌道車輛271

7.1.2汽車制造272

7.1.3摩托車和自行車275

7.2在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用277

7.3在航空航天工業(yè)的應(yīng)用278

7.3.1現(xiàn)代飛機(jī)中鋁合金使用量279

7.3.2使用部位280

7.3.3飛機(jī)用材料的變化情況281

7.3.4航空航天工業(yè)發(fā)展對(duì)高性能鋁合金的性能需求281

7.3.5高性能再生鋁的發(fā)展282

7.3.6再生鋁合金在飛機(jī)制造中的應(yīng)用前景283

7.4再生鋁的技術(shù)發(fā)展283

7.4.1相關(guān)理論與技術(shù)發(fā)展284

7.4.2發(fā)展前景291

參考文獻(xiàn)293

隨著廢舊鋁和廢舊鋁合金數(shù)量不斷增加和再生鋁工業(yè)在資源、能源和環(huán)境等方面巨大優(yōu)勢(shì)的顯現(xiàn)，再生鋁工業(yè)發(fā)展非常迅速，已成為現(xiàn)代鋁工業(yè)的重要組成部分。本書針對(duì)再生鋁的資源、生產(chǎn)加工、工藝裝備和質(zhì)量檢測(cè)等方面的特殊性，著重闡述了相關(guān)的理論基礎(chǔ)和工業(yè)技術(shù)，介紹了再生鋁工業(yè)與再生鋁合金的特點(diǎn)與發(fā)展前景。本書適宜從事再生鋁的生產(chǎn)、加工和應(yīng)用的工程技術(shù)人員和管理人員閱讀。

每生產(chǎn)一噸電解鋁需要消耗5噸以上的鋁土礦，530-550kg陽(yáng)極糊，破壞植被1.314平方米。電解鋁生產(chǎn)過(guò)程需要消耗多種生產(chǎn)資源，隨著資源的日益緊張，壞境治理等附加成本的不斷提高，再生鋁的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)日漸凸顯。

再生鋁實(shí)際生產(chǎn)能耗相當(dāng)于制取電解鋁能耗的3%-5%，其對(duì)能源類型的需求較為綜合，擺托了鋁業(yè)“價(jià)隨電漲”的依賴，將再生鋁產(chǎn)業(yè)作為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)更加有利于鋁業(yè)市場(chǎng)的健康穩(wěn)定和長(zhǎng)期發(fā)展。

2005年，我國(guó)再生鋁產(chǎn)量約60萬(wàn)噸，僅次于美國(guó)，位居世界第二位，占全球產(chǎn)量的21.82%；2006年，我國(guó)再生鋁產(chǎn)量74.5萬(wàn)噸，成為全球最大的再生鋁生產(chǎn)國(guó)，占全球產(chǎn)量的21.92%。2010年，我國(guó)再生鋁產(chǎn)量達(dá)到400萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)29%。隨著我國(guó)壓鑄件、鋁型材、汽車、家電等行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)再生鋁的需求將會(huì)不斷增長(zhǎng)，再生鋁行業(yè)發(fā)展前景廣闊。

目前年回收廢舊金屬200萬(wàn)噸，再生各類金屬120萬(wàn)噸，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值150億元，成為我國(guó)中部地區(qū)重要的再生金屬集散地。一旦抓住發(fā)展機(jī)遇，隨之而來(lái)的則是發(fā)展紅利。大周鎮(zhèn)被列入國(guó)家“十二五”規(guī)劃綱要的循環(huán)經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)工程之一，獲得了中央財(cái)政安排的專項(xiàng)資金。此外，省委、省政府也將制定相應(yīng)政策，引導(dǎo)相關(guān)企業(yè)進(jìn)入示范基地，加強(qiáng)再生資源回收體系與示范基地的銜接。

目前我國(guó)廢鋁企業(yè)的環(huán)境現(xiàn)狀看，對(duì)環(huán)境造成污染的主要污染物是廢煙氣。

再生鋁廢氣來(lái)源

我國(guó)廢鋁再生利用主要采用火法熔煉，產(chǎn)生廢氣并有可能對(duì)環(huán)境造成影響的工序主要是熔煉過(guò)程。在熔煉過(guò)程中，采用的燃料主要有煤、焦炭、重油、柴油、煤氣、天然氣等，燃料在燃燒之后，產(chǎn)生的廢氣中含有大量的煙塵和含硫、碳、磷和氮的氧化物等氣體；爐料（廢鋁）加熱之后，廢料本身的油污及夾雜的可燃物會(huì)燃燒，也會(huì)產(chǎn)生大量含硫、碳和氮的氧化物；在熔煉過(guò)程，為了減少燒損、提高鋁的回收率并保證鋁合金的質(zhì)量，要加入一定數(shù)量的覆蓋劑、精煉劑和除氣劑，這些添加劑與鋁熔液中的各種雜質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生大量的廢氣和煙塵，這些廢氣和煙塵中含有各種金屬氧化物和非金屬氧化物，同時(shí)還可能含有有害物質(zhì)，這些都可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。

再生鋁廢氣分類和成分

1．廢鋁行業(yè)廢氣的分類

根據(jù)環(huán)保部門之規(guī)定，工業(yè)部門產(chǎn)生的廢氣可以分為：含顆粒物廢氣和含氣態(tài)污染物廢氣兩大類。由于再生鋁行業(yè)的原料復(fù)雜，在生產(chǎn)過(guò)程中同時(shí)存在以上兩種廢氣，既有含顆粒物廢氣又有含氣態(tài)污染物廢氣，因此在對(duì)廢氣進(jìn)行治理的同時(shí)，要綜合考慮廢氣中的粉塵和有害氣體對(duì)環(huán)境造成的影響。

2．煙氣的主要成分

由于廢鋁行業(yè)原料的來(lái)源渠道不同，廢料的品種不同、受到污染程度的不同，選用的燃料不同、添加劑成分的不同、采用的熔煉技術(shù)的不同，因此，廢氣中的污染物也不同，歸納起來(lái)可以有以下幾種：

（1）顆粒狀廢物 主要是熔煉過(guò)程中產(chǎn)生的金屬氧化物和非金屬氧化物，如：Mg、Zn、 Ca、 Al、 Fe、Na、 Mg、 K 的氧化物和氯化物，還有大量碳?；曳莸龋陨蠘?gòu)成了我們常講的塵。

（2）氣體污染物廢氣的主要成分

再生鋁行業(yè)可能會(huì)存在以下氣體污染物廢氣，CO、

再生鋁煙塵治理

煙塵治理目的一是最大限度地使煙氣中的塵得到收集，使有害氣體轉(zhuǎn)化為無(wú)害的和穩(wěn)定的物質(zhì)，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)環(huán)境的治理，首先要從源頭進(jìn)行控制，對(duì)再生鋁而言，就是要加強(qiáng)廢料的預(yù)處理和分類，盡量使各種廢物綜合利用，減少污染物的產(chǎn)生量；二是盡量選用無(wú)污染的添加劑；三是提高熔煉技術(shù)，減少?gòu)U物的產(chǎn)生量。常用的煙塵處理技術(shù)如下：

1．集塵室

集塵室是煙氣收塵設(shè)備中最簡(jiǎn)單的辦法，其原理是當(dāng)流體的速度突然減慢時(shí)，其中的顆粒由于其自身的重力而沉降下來(lái)。再生鋁產(chǎn)生的煙氣在煙道中以一定的速度流動(dòng)，當(dāng)煙道的空間突然增大時(shí)，氣流的速度也突然減慢，由于顆粒的運(yùn)動(dòng)速度下降，顆粒在自身重力的作用下沉積下來(lái)。集塵室的種類很多。

最簡(jiǎn)單的辦法是用磚砌成，如果在集塵室中內(nèi)制一些擋板，可以提高顆粒的收塵效果，但總的講，集塵室的收塵效果不好。

2．旋風(fēng)收塵器

旋風(fēng)收塵器是一種比較適用的收塵設(shè)置，投資較低，效果較好，在許多企業(yè)被采用。旋風(fēng)收塵器也可稱之為離心除塵器。

當(dāng)氣體沿切線的方向進(jìn)入收塵器時(shí)，氣流會(huì)沿一定的方向在收塵器內(nèi)高速連續(xù)旋轉(zhuǎn)起來(lái)，氣體中的顆粒在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生離心力，向四周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)碰撞在收塵器的壁上時(shí)，因其自身的重力下降到集塵室中，達(dá)到收塵的效果。旋風(fēng)收塵器的效果明顯，在許多產(chǎn)生粉塵的企業(yè)應(yīng)用。

3．噴霧式收塵器

其原理是使某種溶液的液滴在下降過(guò)程中捕獲氣體中的顆粒，顆粒被濕潤(rùn)之后，還會(huì)吸附其他的顆粒，最后由于其自身的重力下降到集塵室被收集。

在一圓筒之內(nèi)設(shè)置若干個(gè)噴頭，控制噴頭的孔度、流量、壓力和角度，使噴下的液體呈霧狀，氣體從下端上升，顆粒被捕獲，噴霧式收塵器是一種簡(jiǎn)單易行的收塵設(shè)置，被廣泛應(yīng)用。

4．撲沫塔

撲沫塔也是一種常用的收塵器，效果要高于以上幾種收塵器，但投資較大，操作比較困難。其原理是在一圓筒之內(nèi)的中間位置設(shè)置一隔板，隔板上有無(wú)數(shù)個(gè)小孔，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，隔板上有一個(gè)溶液層，氣體從塔的下端進(jìn)入，通過(guò)隔板，通過(guò)液層，塵被液體捕獲，潔凈的氣體由液體的上端排除。當(dāng)氣體的壓力等于隔板上液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)時(shí)，氣液兩相靜止，當(dāng)氣體的壓力大于水壓時(shí)，氣流通過(guò)液體，但氣體的壓強(qiáng)和水層的高度是通過(guò)計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)的，氣體的壓力過(guò)大，達(dá)不到收塵的效果，實(shí)際生產(chǎn)中，水面是沸騰的。

5．布袋收塵器

干法收塵主要是布袋收塵器，其原理是使含塵氣體通過(guò)濾袋，達(dá)到收塵的效果，常用的有兩種：

（1）外制式：在除塵器內(nèi)置多個(gè)袋房，袋房的表面有濾布，生產(chǎn)時(shí)，廢氣進(jìn)入收塵器內(nèi)，房?jī)?nèi)是負(fù)壓，含塵氣體進(jìn)入除塵器之后，顆粒被吸附在濾布表面，凈化之后的氣體從袋房中排除。運(yùn)轉(zhuǎn)一定的時(shí)間之后，濾布上的塵灰堆積，透氣性能下降，影響了收塵和排風(fēng)效果，因此，要及時(shí)的清除掉灰塵，辦法是啟動(dòng)壓縮空氣，進(jìn)行反向吹風(fēng)，灰塵脫落之后進(jìn)入積塵室。

（2）內(nèi)制式布袋收塵器：道理與外制式相同，只是含塵氣體進(jìn)入袋房中，袋房外面是負(fù)壓，氣體通過(guò)濾布，塵灰積在袋房之中，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間之后，經(jīng)過(guò)震動(dòng)，灰塵自動(dòng)脫落到積塵室之中，達(dá)到了除塵的效果。

布袋收塵的造價(jià)相對(duì)較高，但是目前經(jīng)常采用的一種除塵器。在選用布袋收塵器時(shí)，一定要注意布袋適應(yīng)的溫度，一般在250度以下。除以上設(shè)備之外，還有電收塵等比較先進(jìn)的收塵設(shè)備，但由于造價(jià)高，目前再生鋁行業(yè)沒有一家企業(yè)采用。

再生鋁廢氣治理

關(guān)于此類廢氣的治理問(wèn)題，目前企業(yè)基本沒有進(jìn)行治理，主要原因是再生鋁工業(yè)產(chǎn)生的有害氣體的種類多，分別處理很困難。但可以看出，這些氣體污染物廢氣還是有共性的，這就是氣體污染物廢氣中的物質(zhì)大部分都是酸性的，這就給廢氣的處理提供了方便。一般情況下，只要加入弱堿性物質(zhì)就可以對(duì)其進(jìn)行有效的治理。一般都加入Na2CO3進(jìn)行中和，最后達(dá)標(biāo)排放。

我國(guó)是鋁產(chǎn)量的大國(guó)，但是和其他的發(fā)達(dá)國(guó)家相比，整個(gè)行業(yè)結(jié)構(gòu)是不合理的，再生鋁產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展落后。發(fā)展再生鋁產(chǎn)業(yè)可以解決我國(guó)鋁行業(yè)的危機(jī)，符合當(dāng)今世界鋁行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展和科學(xué)發(fā)展觀相關(guān)政策的需要，因此我國(guó)鋁行業(yè)結(jié)構(gòu)亟待加大再生鋁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展比例。