鋁灰擠壓冷卻回收技術(shù)的新方向

□編譯/蘇鴻英/

鋁灰擠壓冷卻回收技術(shù)的新方向

□編譯/蘇鴻英/

Dros Press Cooling Technology Takes a New Direction

鋁灰是不可避免的鋁工業(yè)副產(chǎn)品，通常鋁灰重量能占到電解鋁廠的總產(chǎn)量的1%～5%之間，裝備有各種壓制機(jī)頭/盤選擇方案的ALTEK TARDIS第二代鋁灰壓制機(jī)能有效處理所有顆粒的鋁灰，其原理引導(dǎo)著鋁熔煉過(guò)程中回收鋁的新方向，這種裝置對(duì)于從灰渣中回收鋁和降低環(huán)境污染有著明顯的節(jié)能效果。

當(dāng)從一臺(tái)爐中撇渣時(shí)，鋁灰中含有80%的鋁，如果這些鋁被忽略，經(jīng)過(guò)氧化可能很快消逝，并從鋁水中消失掉。一些鋁業(yè)專家已經(jīng)確定：未冷卻的鋁灰暴露在空氣中，每分鐘有1%的鋁被氧化，如果撇渣后鋁灰不能很快冷卻，這可能造成哪怕是小型鋁生產(chǎn)商，每年也會(huì)損失上千萬(wàn)歐元。現(xiàn)在實(shí)施更加嚴(yán)格的壞境立法迫使公司來(lái)重新評(píng)估他們的鋁灰處理技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，環(huán)保要求并不提供商業(yè)優(yōu)勢(shì)，這對(duì)于底線有負(fù)面影響，然而和鋁灰相關(guān)的環(huán)境項(xiàng)目不僅僅滿足減少?gòu)S內(nèi)污染物的排放指標(biāo)，還能通過(guò)回收提供相對(duì)快的投資回報(bào)。

現(xiàn)代的鋁灰壓制技術(shù)和早期系統(tǒng)幾乎完全不一樣了：經(jīng)過(guò)多年的嬗變發(fā)展能夠通過(guò)Tardis和Altek兩大主要鋁灰壓制技術(shù)的合并滿足現(xiàn)代化鑄造廠和最新環(huán)境法規(guī)的要求。新一代鋁灰壓制機(jī)的開(kāi)發(fā)克服了早期鋁灰壓制機(jī)系統(tǒng)的弱點(diǎn)和局限性。特定強(qiáng)化和新的開(kāi)發(fā)技術(shù)目前已經(jīng)促進(jìn)了各種類型的鋁灰更加廣泛的冷卻，包括了來(lái)自回轉(zhuǎn)爐渣鹽的熱鋁熱劑。最新一代的鋁灰壓制機(jī)早已推出。這些裝備具有許多新功能，向用戶提供了更多用途，這種可靠而廣受好評(píng)的鋁灰壓制機(jī)，與其他技術(shù)相比，二次回收鋁的量最大。

新用戶和現(xiàn)有用戶對(duì)于最新一代技術(shù)和鋁灰壓制機(jī)的接受程度相當(dāng)積極，他們希望采用最新的技術(shù)改造較老的TARDIS和ALTEK鋁灰壓制機(jī)。

鋁灰壓制機(jī)的原理

鋁灰壓制機(jī)的原理是液體置于一定壓力之下將與固體分離并流向壓力最小的區(qū)域。壓力機(jī)系統(tǒng)有一鋼框架、液體裝置、壓力頭和一組撇渣盤構(gòu)成，鋁灰被撇進(jìn)鑄造合金鋼制鋁灰盤中，該盤設(shè)計(jì)具有冷卻鋁灰和最大限度地排放鋁撇渣后，鋁灰盤進(jìn)入壓制機(jī)，壓力頭緩慢降下進(jìn)入鋁灰，擠壓捕獲的鋁進(jìn)入撇渣盤下面的鋁錠模，如圖1所示，這一排出的鋁和正在爐內(nèi)加工的鋁為同一合金，如有需要，這些鋁液甚至可以直接回爐。

圖1 鋁灰壓制機(jī)

鋁灰壓制機(jī)做了兩件重要的事情，其他系統(tǒng)都完成不了這兩件事情，首先是冷卻鋁灰，停止氧化過(guò)程，讓鋁灰中夾雜的鋁金屬流入底部，更重要的是把分散在鋁灰中的液滴聚集成大的鋁薄片，比起典型的冷卻鋁灰更容易與剩余的氧化物分離開(kāi)來(lái)。如圖2所示。

這些工序?qū)τ趬褐茩C(jī)是獨(dú)有的，它明顯地提高了鋁回收率，比其他工藝技術(shù)可以提高鋁回收率5%～10%。另外，擠壓氧化物使鋁灰容易從渣殼形式中分離出來(lái)，并且可以有限地避免粉塵和煙氣。這易于運(yùn)輸?shù)蕉渭庸S，但最重要的是：在回轉(zhuǎn)鹽浴爐里鋁回收量可以實(shí)現(xiàn)最大化，仍然被認(rèn)為是從鋁灰中回收鋁的最有效、最常用的方法。在這一點(diǎn)上我們看到了鋁灰壓制機(jī)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，在鑄造車間里，對(duì)鋁灰二次加工中具有“中斷”鋁灰產(chǎn)生的能力，在理想狀態(tài)下，直接把熱鋁灰裝入回轉(zhuǎn)鹽熔爐里是最有效的，主要用來(lái)翻轉(zhuǎn)鋁灰和凝聚鋁顆粒，直接加工熱鋁灰有時(shí)候并不太可能，然而由于各種原因包括鑄造車間總圖布置原因或者是叉車運(yùn)輸量最少的情況下，由于回轉(zhuǎn)鹽熔爐位置比較遠(yuǎn)，許多情況下往往是要送到在另外一個(gè)車間，其間隔往往是在幾英里之外。這種情況下往往就會(huì)有一些鋁金屬就由于溫度降低而產(chǎn)生了一些損失。當(dāng)然，我們希望的是，爐子撇渣與能夠裝入鋁灰的回轉(zhuǎn)鹽熔爐之間的周期時(shí)間能夠同步。

如果在等待回轉(zhuǎn)鹽熔爐的時(shí)候，鋁灰仍然還在等待冷卻的話，那么一些有價(jià)值的鋁數(shù)量就極有可能損失掉，由于這些原因，這種壓制機(jī)就成為成為避免這兩種損失的理想工具：這種裝置能夠避免鋁灰快速冷卻并能夠有效地捕獲鋁；遏制燒損，避免鋁的損失，并允許在此后的適當(dāng)時(shí)候加工鋁灰。

這一新系統(tǒng)非常重要的特點(diǎn)是具有完全自動(dòng)化的功能，不需要操作手干預(yù)，撇渣后，操作手把撇渣盤定位在壓制機(jī)里面，一旦傳感器探測(cè)到撇渣盤到位就自動(dòng)關(guān)門；一旦壓制機(jī)工作完畢，門則自動(dòng)打開(kāi)，控制系統(tǒng)通知操作手整個(gè)工作周期完成，移開(kāi)撇渣盤。

環(huán)境控制

沒(méi)有采取適當(dāng)冷卻的鋁灰會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員和環(huán)境都十分有害。與許多冷壓技術(shù)不同，鋁灰壓制機(jī)沒(méi)有污染排放或增加污染物的排放。鋁灰可能繼續(xù)排放煙氣直到加工周期結(jié)束（一般為五分鐘左右）在此點(diǎn)鋁灰已經(jīng)充分冷卻，氧化物被壓縮到一個(gè)金屬夾層里。最新一代壓制機(jī)的設(shè)計(jì)滿足了全球環(huán)境法規(guī)的要求，其系統(tǒng)完全封閉，并裝備有一個(gè)小型的煙氣過(guò)濾器，可以捕獲99%的污染物，系統(tǒng)還為用戶提供與現(xiàn)有過(guò)濾設(shè)備連接的功能。

處理所有類型的鋁灰

在許多專門敘述鋁灰處理的文章中曾說(shuō)，各個(gè)鋁廠產(chǎn)生的鋁灰都不一樣，但不外乎三大類：白鋁灰，黑鋁灰和鹽渣。傳統(tǒng)的鋁灰壓制機(jī)往往對(duì)于“好的”白鋁灰處理效果較好，但對(duì)熱的鋁熱劑材料，效果不一樣，這種熱的鋁熱劑材料更適合于采用回轉(zhuǎn)冷卻器和惰性主體加工處理，最新一代壓制機(jī)現(xiàn)在則能夠壓制所有類型的鋁灰，可采用許多不同的壓制頭（加筋強(qiáng)化壓制頭等），相匹配的鋁灰盤已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)以應(yīng)對(duì)最具有挑戰(zhàn)的應(yīng)用場(chǎng)合，結(jié)合注冊(cè)專利的強(qiáng)制空氣頭冷卻裝置，允許極熱的材料在回轉(zhuǎn)爐加工處理和快速冷卻。

當(dāng)看到鋁熱劑鋁灰或鹽渣的狀況，方便看看火焰三角（圖2），它可以幫助了解鋁灰里發(fā)生了什么，一種簡(jiǎn)單的火焰需要三個(gè)條件:熱量、燃料和氧氣，撤出或限制三角形中的任和一個(gè)元素都將使火停下來(lái)，同樣的基本火焰三角原理可以用于鋁熱劑鋁灰。

圖2 火焰三角形

1. 撤出燃料或鋁顆粒，使鋁熱反應(yīng)降低

通常鋁灰里鋁顆粒不能完全除去，鋁熱反應(yīng)繼續(xù)直到鋁氧化為止。 這一鋁氧化過(guò)程也許需要幾天的時(shí)間才能完成，事實(shí)是鋁灰槽會(huì)長(zhǎng)期保持熱狀態(tài)。對(duì)鋁顆粒的壓制力來(lái)凝聚鋁或使大多數(shù)鋁聚集到一起，從而避免進(jìn)一步氧化。

2. 減少熱量以抑制鋁灰的鋁熱反應(yīng)

鋁熱劑鋁灰通過(guò)使用鋁灰壓制機(jī)，設(shè)備通過(guò)足夠的前置冷卻能力可以得到部分抑制。

從鋁灰中撤走熱量這樣其一是可以減少多余的能量以降低鋁氧化反應(yīng)程度；其二是提高鋁的回收率；其三是節(jié)約提取出鋁金屬之后的鋁灰渣傾倒之前的存放時(shí)間。

3. 隔絕氧氣以停止鋁灰的鋁熱反應(yīng)

其一是通過(guò)對(duì)鋁灰施加具有足夠壓制力以停止鋁熱反應(yīng)。其二是提高了鋁的回收率；在擠壓期間，顆粒被緊緊地?cái)D壓在一起，從而消除了鋁灰中的氣泡。在擠壓過(guò)程中，鋁被粘附在冷卻器鋼板表面，形成了使鋁免受氧化的保護(hù)層。

鹽渣冷卻案例研究

鹽渣管理面臨的最大挑戰(zhàn)之一是能否采用有效快速的方法冷卻鹽渣的能力，以避免下述幾種現(xiàn)象的發(fā)生：過(guò)度的鋁熱反應(yīng)和后來(lái)的燒損；往往鹽渣中包裹著鋁顆粒；如何避免由于鹽渣中鋁灰的流動(dòng)，并使加工中產(chǎn)生的煙氣和顆粒對(duì)環(huán)境的影響最小。通常采用傾斜回轉(zhuǎn)爐處理鹽渣的傳統(tǒng)實(shí)踐是讓鹽渣在加工的渣箱槽里自然冷卻，這需要較長(zhǎng)的時(shí)間（最多48小時(shí)，某些情況下時(shí)間更長(zhǎng)）才能獲得冷卻的鋁灰，還要大量?jī)?chǔ)存渣盤（最好是下蓋式）避免水侵入和最終氣態(tài)污染物如氨氣的排放。此外這些過(guò)程中還存在著灰渣復(fù)燃以及繼續(xù)燒損數(shù)日的危險(xiǎn)。

在渣傾倒出來(lái)許多小時(shí)以后渣槽中心仍然是熱的，當(dāng)渣被破碎開(kāi)來(lái)之后一旦與空氣接觸就會(huì)復(fù)燃。為此，有些公司采用了水冷回轉(zhuǎn)冷卻器，但是在許多廠家那里，基于安全原因這種水冷回轉(zhuǎn)窯已經(jīng)不再使用。在工藝過(guò)程前段還存在著粉塵和環(huán)境問(wèn)題，而熱渣料裝入冷卻器需要較強(qiáng)的煙氣收集能力。一旦灰渣冷卻到某一溫度就將渣倒入大型儲(chǔ)槽或者低開(kāi)口區(qū)域再送至鹽處理裝置之前一步冷卻。在過(guò)去幾年內(nèi)，我們一直在調(diào)研加速這一冷卻過(guò)程和解決在回轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)經(jīng)常出現(xiàn)的處理這種細(xì)顆粒熱鹽渣相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題。

SIMS鋁業(yè)公司，澳大利亞以墨爾本為基地的二次鋁加工公司在其Laverton廠運(yùn)營(yíng)各種回收爐設(shè)備包括16噸回轉(zhuǎn)鹽浴爐，這臺(tái)爐子是2001年由Altek—MDY制造。在2008年，SIMS鋁業(yè)公司開(kāi)始尋找替代方案來(lái)管理回轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)所產(chǎn)生的鹽渣殘?jiān)?。受到澳大利亞環(huán)境保護(hù)因素和法規(guī)的驅(qū)動(dòng)，他們接觸了幾家鋁灰壓制機(jī)供應(yīng)商，以便看看是否這一技術(shù)能夠通過(guò)適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)以滿足特定要求，對(duì)灰渣進(jìn)行快速冷卻并在短期內(nèi)排除煙氣。隨著2009年兩種壓制機(jī)技術(shù)的調(diào)整，提供了一個(gè)極好的機(jī)會(huì)把壓榨機(jī)的歷史經(jīng)驗(yàn)匯集到一起，找到快速冷卻鹽渣的解決方案。2009年訂購(gòu)了2臺(tái)Tardis第二代壓制機(jī)，這種裝置具有特種的Rhino—Cast鋼制渣槽和幾個(gè)鑄鋼的冷卻頭。

SIMS鋁業(yè)公司為其項(xiàng)目向Altek提出了幾個(gè)關(guān)鍵要求，包括：在不影響回轉(zhuǎn)爐周期性的前提下，壓制機(jī)需要能夠處理鹽渣總量的最壞情況下的灰渣；壓制機(jī)工作周期需要少于20分鐘并容易達(dá)到在壓制機(jī)進(jìn)入鑄造車間環(huán)境期間，從壓制機(jī)處理鋁灰的過(guò)程中沒(méi)有煙氣污染物逸散出來(lái)；另外，用這種設(shè)備從鹽渣里回收率在提高鋁回收率上有一個(gè)既定的指標(biāo)。

來(lái)自SIMS生產(chǎn)廠的成果

SIMS還測(cè)量了在壓制/冷卻效率上渣槽的溫度效果，發(fā)現(xiàn)渣槽在15～20分鐘壓制周期內(nèi)，最高熱到200攝氏度，壓制機(jī)第一個(gè)渣槽溫度從180攝氏度上升到380攝氏度，而第二個(gè)渣槽從36攝氏度上升到260攝氏度。

鋁熱劑鋁灰和壓制具有許多優(yōu)點(diǎn)，主要提高了鋁的回收率，減少了對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)，對(duì)鋁灰盤大量需求，鋁灰壓制降低了鋁灰中鋁的氧化趨勢(shì)，提高了鋁的總體回收率，從環(huán)境上看，用這種裝置處理鋁熱劑鋁灰具有主要優(yōu)點(diǎn)，鋁熱劑鋁灰產(chǎn)生煙氣，如果不控制對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，會(huì)引起當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的注意，而鋁灰壓制則有效地抑制了這一過(guò)程。

實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵是盡可能快速冷卻鋁灰；快速冷卻不僅使鋁避免了氧化，還減少了粉塵和煙氣的污染物排放。

鋁灰壓制機(jī)經(jīng)過(guò)了多年的改進(jìn)已經(jīng)滿足現(xiàn)代化鑄造廠需求，業(yè)內(nèi)許多人士評(píng)價(jià)鋁灰壓制機(jī)為現(xiàn)有最佳技術(shù)，研究表明鋁灰壓制機(jī)能明顯的提高二次鋁回收率，如前面所述，鋁灰壓制機(jī)可有效冷卻鹽渣和鋁灰，對(duì)環(huán)境有正面影響且具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

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