【文章內(nèi)容簡介】 水平是世界再生鋁行業(yè)的主要發(fā)展趨勢。目前發(fā)達國家已形成完善的廢雜鋁收集、管理、分檢系統(tǒng)，適應不斷擴大的市場需求，發(fā)達國家在生產(chǎn)中不斷推出新的技術創(chuàng)新舉措，如低成本的連續(xù)熔煉和處理工藝，使低品位廢雜鋁升級的工藝等，用廢雜鋁已能大量制造供鑄造、壓鑄、軋制產(chǎn)品等用的再生鋁錠；廣泛開展高回收率、低燒損先進鋁再生工藝的研究 與開發(fā)，其中比較有代表性的有流化床法和脈沖霧化回收法。流化床法由加拿大鋁業(yè)公司開發(fā)，可以處理各種廢雜鋁，并且回收效率高、節(jié)約能源、排放物少。脈沖霧化回收法主要用于回收廢汽車件，其優(yōu)點是成本低廉，能耗與霧化氣體消耗量低，適合于高合金化的復雜鋁合金的再生。 目前，世界再生鋁的產(chǎn)品主要是鑄造件。提高深加工能力，向終端產(chǎn)品靠攏已成為各國家再生鋁企業(yè)的追求目標。如日本新菱鋁回收公司建成了從廢鋁罐到扁坯的聯(lián)合工廠，該廠年生產(chǎn)能力為 6 萬噸，廢易拉罐就可直接變成生產(chǎn)易拉罐用的板卷；美國通用汽車公司和加鋁建立起鋁廢料回收再生 系統(tǒng)，將汽車沖壓件廠的 6111 鋁合金廢料全部送到加鋁在美國 Oswego 鋁加工廠直接入爐重熔，再軋制汽車用板返回至汽車沖壓件廠。這樣，通用汽車公司沖壓件廠每年節(jié)省資金 250 萬美元。 我國廢鋁回收技術 還存在明顯的差距 目前我國廢鋁再生的生產(chǎn)技術與世界發(fā)達國家相比，差距是非常明顯的，主要體現(xiàn)在： （ 1）再生鋁企業(yè)規(guī)模 較 小，技術力量 相對 薄弱。據(jù)調(diào)查，目前我國大大小小的再生鋁生廠約有 2022 多家，大部分鋁再生企業(yè)是家庭作坊式小企業(yè)，鋁再生企業(yè)規(guī)模小，沒有形成規(guī)模化的產(chǎn)業(yè)群。同國外再生鋁企業(yè)平均年產(chǎn) 5 萬噸的 規(guī)模相比，中國目前再生鋁企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模確實小，平均年產(chǎn)只有 500 噸左右；工藝落后，技術力量薄弱，我國好多廢鋁回收企業(yè)采用 “土法 ”熔煉，技術含量低，工人勞動強度大，生產(chǎn)率低，鋁燒損大，實收率低。鋁的實際收得率只有 70～ 80％，有的還不足 60％，而發(fā)達國家則在 90％以上，有的高達 98％；另外， 國家 在再生鋁科研方面投入少，從事這方面的研究人員 很 少。 （ 2） 整體 裝備水平低，生產(chǎn)成本相對較高。目前，我國大多數(shù)再生鋁生產(chǎn)企業(yè)所普常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 3 遍采用的鋁熔煉設備是普通的反射爐 (燃油或燃氣 )。由于此類設備使用明火對鋁進行接觸式的加熱熔化 。熔煉過程中金屬燒損現(xiàn)象嚴重．特別是熔煉薄壁、廢屑等廢鋁金屬，鋁的回收率相當?shù)?(普遍低于 90％ )。由于熔煉技術落后，產(chǎn)品能耗很高，以燃輕柴油為例，目前國內(nèi)的再生鋁企業(yè)其噸產(chǎn)品油耗一般在 80Kg 以上，有的甚至超過 100Kg(目前世界先進水平在 45～ 50Kg 左右 )。 （ 3） 廢鋁表面 預處理技術水平很低， 再生 產(chǎn)品質量較差。目前我國尚沒有形成比較完善的廢鋁回收系統(tǒng)，廢鋁的回收處理很原始，管理比較混亂，不同品質、不同類型的廢舊金屬材料相互混雜的現(xiàn)象十分普遍。我國目前廢鋁破碎、篩分、挑選、分類等預處理技術水平很低。大部分 靠人工挑選與分類，甚至有些鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)和個體企業(yè)，不挑選，不分類，只要是鋁廢料就一起往爐子里裝。這使再生鋁的成分變的極為混雜，污染嚴重，大大降低了再生鋁的利用價值。 （ 4）生產(chǎn)過程氣體、固體廢棄物污染 較為嚴重。由于在熔煉生產(chǎn)過程中，企業(yè)沒有對廢鋁進行科學的預處理，加上熔煉設備及煙塵處理技術落后，對于鋁廢料所限帶的油污、塑料、包裝紙等外來雜物的處理能力不強。廢料中的油污、塑料等雜質在高溫下裂解，產(chǎn)生大量有毒物質，不僅造成對鋁液的二次污染，同時也對周邊環(huán)境造成嚴重的污染。 目前 易拉罐 表面漆料的去除 工藝 發(fā)展狀 況 除漆是廢舊鋁易拉罐回收利用的核心技術，它使廢舊易拉罐的再生利用具有生產(chǎn)率高、能耗低、燒損小、制成品合金成分容易控制等優(yōu)點，因此獲得了廣泛的重視。 除漆 方法 簡介 用洗滌劑清洗除去廢舊鋁罐表面的灰塵等固體雜質后，再用自來水沖洗干凈，晾干后將罐體從整罐上切割下來，并將罐體剪成若干個質量相近的小鋁合金片，在內(nèi)層標注順序號以區(qū)分樣品，用分析天平稱重后備用。除漆率是指經(jīng)過除漆層處理后鋁合金片表面漆層的減少量和未除漆之前漆層量的百分比。 （ 1）噴砂除漆是用砂紙打磨的方法除去易拉罐表面的漆層，砂紙粒度 ～ ，使用過的砂粒用稀鹽酸過濾回收二氧化鈦。用砂紙打磨可以除掉漆層，通過質量分析很容易除掉質量的 %。但是用砂紙打磨后去除率達到 100%的鋁合金片，在馬福爐內(nèi)加熱500℃ 以上并保溫 10 分鐘，發(fā)現(xiàn)仍然有質量損失，說明打磨并不能保證完全除掉漆層，并且砂紙打磨也有可能除掉部分內(nèi)層鋁合金，使鋁合金的合金成分改變以及回收率降低。另外，采用砂紙打磨的方式處理時，耗時長而且去除率也不能保證穩(wěn)定地達到 100%，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 4 （ 2）熱除漆在 500℃ ～ 540℃ 間，隨著溫度的升高，除漆率明顯增加，但是溫度升 至540℃ 后則變化不明顯。因此，選用 540℃ 作為較好的除漆溫度，進一步考察時間對除漆率的影響。開始，隨著時間的增加，除漆率顯著增加， 20 分鐘左右達到最大值約 93%。繼續(xù)延長時間除漆率變化不明顯，并有下降的趨勢。由于漆層主要是有機烴類，加熱后烴類與氧發(fā)生反應，生成 CO、 CO2 以及少量的氮、硫、磷等的氧化物揮發(fā)掉，當除漆率達到最大值時，繼續(xù)加熱則鋁合金片發(fā)生氧化而使質量增加，出現(xiàn)除漆率下降的現(xiàn)象。處理過程要在高溫爐內(nèi)進行，設備成本高，能量消耗大，有有害氣體放出，會污染環(huán)境。 （ 3）有機溶劑除漆是根據(jù)有機物間的 “相似相溶 ”原理，采用有機溶液溶解有機漆，而不和鋁合金片發(fā)生反應。溶液濃度對除漆率的影響從試驗中可以看出，隨溶液濃度的增加，除漆率顯著增加，當溶液濃度 90%時，除漆率就達到了 100%。在室溫下采用甲酰銨 乙基酮（ 1︰ 1）與水配制成濃度為 90%的溶液來浸泡鋁合金片，考察浸泡時間對除漆率的影響，隨著時間的延長，除漆率明顯增加， 15 分鐘就可以除去表面的全部漆層。但是隨著溶液中溶入的雜質含量增加，漆層去除率就會明顯降低。因此可以通過過濾除去雜質，蒸發(fā)提純后得到較純的溶液，重復利用，以降低成本。 （ 4）濃硫酸除漆是 利用濃硫酸鈍化的特性來去除鋁罐表面的漆層。濃硫酸與漆層中的有機物和氧化物反應，不與鋁合金中的成分反應，即鈍化效應。室溫下當鋁合金片在濃硫酸中的質量百分比，即濃度＜ 54%時，除漆率都為 100%。而＞ 54%時，除漆率則顯著降低。 54%是鋁合金片上的漆層能被濃硫酸完全清除的最高濃度。由于鋁合金片質量輕而體積相對大，一定量的濃硫酸能覆蓋的鋁合金片的質量有限，因此選取比例大約為 %來做浸泡時間對除漆率的影響實驗。 %是實驗中濃硫酸能將鋁合金片完全浸沒的最高比例。 表 11 不同除漆方法對除漆率的影響 除漆方法 噴砂除漆 熱除漆法 溶劑除漆法 濃硫酸除漆法 除漆率 100% 約 93% 100% 100% 優(yōu)點 除漆率較高，污染少 方法簡單，工藝性好 除漆率高，回收合金中雜質含量低 成本低，除漆率高，合金中雜質含量低 缺點 除漆率不穩(wěn)定，內(nèi)層鋁損失高，不適宜大規(guī)模生產(chǎn) 污染嚴重，回收合金中雜質含量高，成本高，能耗高 除漆率受溶液濃度影響明顯，工藝復雜 工藝復雜，消耗大量鋁 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 5 國內(nèi)外 熔煉 除漆工藝現(xiàn)狀與分析 廢舊罐料表面涂有一些有機物、無機物等作為漆層防護材料，國外目前一般有兩種處理方式：一是將廢舊罐 料直接裝入熔煉爐中熔煉，漆皮在熔煉過程被完全燃燒掉。但此類廢罐都是薄壁制品，漆層在燃燒過程中部分鋁被氧化，還增加了回收鋁中的雜質和氣泡；二是采用回轉窯焙燒法，回轉窯可以分為同流法和逆流法，它們的主要組成部分基本相似，主要不同是窯內(nèi)鋁片流動方向與熱煙氣流動方向相反?；剞D窯以一定速度旋轉，廢鋁表面的漆層在一定的溫度下逐漸炭化，由于回轉窯的旋轉，使得物料之間相互摩擦和震動，最后炭化物從廢鋁上脫落。其優(yōu)點是熱效率高，會使表層油漆在一定溫度下熔化，從而與罐體分離。但該工藝采用加熱的方式，仍會出現(xiàn)鋁被氧化的事實，同時表 層的碳化物顆粒會殘余，對廢舊罐料的熔體造成不小的質量影響。 圖 同流法回轉窯示意圖 圖 逆流法回轉窯示意圖 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 6 對于廢鋁中經(jīng)常含有油漆、油類、塑料、橡膠等有機非金屬雜質，目前國內(nèi)企業(yè)常用高溫燒蝕的辦法去除絕緣體，即在脫漆爐內(nèi)以 500℃ 以上的溫度對廢鋁料進行加熱與足夠時間的保溫，能夠清除干凈一般的油類和涂層均。但燒蝕過程中將產(chǎn)生大量的有害氣體，嚴重地污染空氣。也有企業(yè)嘗試采用低溫烘烤與機械剝離相結合的辦法，即先通過熱能使絕緣體軟化，機械強度降低，然后通過機械揉搓剝離下來，這樣既能達到凈化目的 ，同時又能夠回收絕緣體材料，但這種工藝方法的工作效率較低，而且對設備提出了一定的要求。另外一種處理廢鋁表面涂層、油污等污染物的方法是，采用丙酮等有機溶劑清洗，但缺乏對所形成廢液的處理，又造成了新的污染。 表面除漆工藝中的 定性分析 方法 紅外色譜法原理 當一束具有連續(xù) 波長 的紅外光通過物質，物質 分子 中某個 基團 的振動頻率或轉動頻率和紅外光的頻率一樣時，分子就吸收 能量 由原來的 基態(tài) 振 (轉 )動能級躍遷到能量較高的振(轉 )動 能級 ，分子吸收紅外 輻射 后發(fā)生振動和轉動能級的躍遷，該處波長的光就被物質吸收。所以，紅外光譜法實質上是一種根據(jù)分子內(nèi)部原子間的相對振動和分子轉動等信息來確定物質分子結構和鑒別化合物 的分析方法。將分子吸收紅外光的情況用儀器記錄下來，就得到紅外光譜圖。紅外光譜圖通常用波長 (λ)或 波數(shù) (σ)為 橫坐標 ，表示 吸收峰 的位置，用透光率 (T%)或者吸光度 (A)為 縱坐標 ，表示吸收強度。 紅外光譜是物質定性的重要的方法之一。它的解析能夠提供許多關于官能團的信息，可以幫助確定部分乃至全部分子類型及結構。其定性分析有特征性高、分析時間短、需要的試 樣量少、不破壞試樣、測定方便等優(yōu)點。 傳統(tǒng)的利用紅外光譜法鑒定物質通常采用比較法，即與標準物質對照和查閱標準譜圖的方法，但是該方法對于樣品的要求較高并且依賴于譜圖庫的大小。大多數(shù)化合物的紅外譜圖是復雜的，即便是有經(jīng)驗的 專家 ，也不能保證從一張孤立的紅外譜圖上得到全部分子結構信息，如果需要確定分子結構信息，就要借助其他的分析測試手段，如 核磁 、 質譜 、紫外光譜 等。盡管如此，紅外譜圖仍是提供官能團信息最方便快捷的方法。 紅 外色譜法測試 步驟 聚合物采用溴化鉀壓片法制作測試薄片，具體 紅外光譜儀的使用步驟： ① 打開傅立葉紅外色譜儀，預熱 30min，啟動計算機。 ② 雙擊桌面上 Spectra Manager 圖標打開主界面，進入光譜窗口。 ③ 點擊 Spectra Manager 窗口里的 Spectrum Measurement 圖標，進入光譜測量窗口，常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 7 以進行樣品的光譜測量。 ④ 設置測量參數(shù)，點擊 Measure Parameters。 ⑤ 進行背景的測量，點擊 Background Measurement，測量背景、保存。 ⑥ 放入已制好的樣品，點擊 Measurement 進行樣品的光譜掃描，得到樣品光 譜圖保存、分析。 ⑦ 點擊 Spectra Analysisi 進行光譜分析。 ⑧ 測量完畢后，退出 Spectra Manager 光譜窗口，退出計算機系統(tǒng)。 ⑨ 關閉紅外光譜儀和計算機電源，并做好使用情況的登記。 擬定廢鋁易拉罐除漆的實驗方案 實驗的目的和目標 要選擇工藝簡單，處理過程中內(nèi)層鋁損失最少，除漆率最高、最快和最穩(wěn)定，回收合金中雜質含量最低，成本最低，污染最小的除漆方法。在老師的幫助下，通過查閱文獻，制定出該實驗方案，目的是研究一種化學分離和物理分離相結合的工藝方法，首先設計合理的除漆溶 劑組合來浸泡廢鋁，使漆層脫落或溶掉漆層中的有機烴類粘合劑 ， 再采用物理方法除去漆層的無機物和微量的有機物。研究廢液處理工藝，必須分別處理廢液、固體廢物、廢氣。廢液中主要是有機溶劑和溶解在溶劑中的有機烴類粘合劑，通過儀器分析定性分析，找到處理分離廢液的方法。固體廢物主要是無機物，可以通過一定預處理，就可以作為填充物再利用。廢氣主要是實驗中的溶劑揮發(fā)，在工廠生產(chǎn)中可以采取相應措施回收廢棄中的溶劑，也可以處理其中的有機溶劑，滿足氣體排放標準就可安全排放。通過實驗逐步形成一種生產(chǎn)效率高、表層材料處理徹底而鋁利用率很高 的罐體預處理工藝技術。 擬定的實驗方案 （ 1）定性分析廢舊罐體表面涂層的成分組合與物理化學特性，研究相應的有機脫漆溶劑，探究較好的反應試劑； （ 2） 采用化學方法和物理方法相結合的方法，溶解漆層的有機烴類粘合劑，再進一步去除漆層的無機填充物； （ 3）對脫漆過程形成的廢液、固體廢物、廢氣進行物理化學特性，進行化學預處理，消除濕法脫漆所造成的二次污染； （ 4）進一步對溶解漆層溶劑的研究，形成一種少污染、生產(chǎn)效率高、回收利用率高的除漆工藝。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 8 實驗具體步驟 （ 1）通過紅外色譜儀設備的使用， 定性分析廢鋁易拉罐表面漆層的元素成分，并根據(jù)成分結果、查閱文獻制定除漆所需要的化學藥品及過程。 （ 2）采用 4～ 5 種化學試劑的結合對廢鋁易拉罐表面進行除漆。 （ 3）再結合物理方法對廢鋁易拉罐表面進行除漆。 （ 4）分析化學方法和物理方法結合對廢鋁易拉罐表面進行除漆的數(shù)據(jù)，調(diào)整實驗中的溶劑種類，溶劑的用量比率，改變鋁罐樣品的用量，加熱的溫度，加熱的時間等條件中單一條件的改變來比較實驗的數(shù)據(jù)結果，來修改和完善制定的實驗方法。 （ 5）在通過實驗儀器分析廢液是否有有機物和固體廢物中是否還殘余有機物。 課題 研究的 意義 本 課題開展了 一種化學分離和物理分離相結合的工藝方法，設計合理的除漆溶劑浸泡廢鋁除去漆層，使漆層脫落或被溶劑溶掉，再通過機械攪拌摩擦除漆，盡量消除除漆工藝工程中的污染問題。通過對廢鋁涂層的預處理，即去除罐體表面漆層，形成一種生產(chǎn)效率高、表層材料處理徹底而鋁利用率很高的罐體預處理工藝技術，改變我國再生鋁行業(yè)企業(yè)的現(xiàn)狀，提高再生鋁企業(yè)的市場競爭力，獲取更多的經(jīng)濟效益，同時加強廢鋁回收與再生技術的科技投入，不斷開展鋁再生技術的研究與開發(fā)，進一步提高我國再生鋁企業(yè)的技術實力，充分發(fā)揮再生鋁在經(jīng)濟發(fā)展中的作用，有 效地提高再生鋁生產(chǎn)高性能鋁合金產(chǎn)品，是再生鋁生產(chǎn)技術的重要提升與進步，具有很高的環(huán)境、資源和經(jīng)濟效益，開發(fā)與應用前景廣闊，對于礦產(chǎn)資源匱乏的我國鋁生產(chǎn)行業(yè)具有非常重要的意義。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 9 2 實驗部分 先 對廢易拉罐表面漆料成分進行 檢測 ，根據(jù) 檢測的 結果 和分析挑選有機 溶劑，比較 單一溶劑 、混合溶劑 的 除漆效果。 在 對比不同溶劑 比 例 、反應時間、反應溫度 下的除漆率值 ，確定 除漆率 較優(yōu) 的除漆 方案 。 實驗使用 溶劑及儀器 N,N二甲基甲酰胺（ N,NDimethylformamide），化學純， 江蘇強盛化工有限公司 N,N二 甲基乙酰胺（ N,NDimethylcetamide）， 分析純， 江蘇強盛 化工 有限公司 二甲基亞砜（ Dimethyl Sulfoxide）， 分析純， 江蘇強盛化工有限公司 正丁醇（ nbutanol）， 分析純， 江蘇強盛化工有限公司 環(huán)己醇（ Cyclohexanol）， 化學純， 上海凌峰化學試劑有限公司 三氯甲烷（ Trichloro