鋁及鋁合金渣處理設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

何向問(wèn)

(洛陽(yáng)有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院，河南 洛陽(yáng) 471039)

1 鋁及鋁合金渣處理設(shè)備的應(yīng)用背景

在鋁及鋁合金熔煉過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生鋁渣。根據(jù)原料、熔煉工藝和設(shè)備的不同，鋁渣(一次鋁渣，以下除非特殊說(shuō)明均指一次鋁渣[1])占投料量的0.5％～10％不等，鋁渣中鋁含量一般為30％～70％。最早人們只是對(duì)鋁渣進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，即將熱鋁渣攤開(kāi)，冷卻后人工分揀鋁塊或者在坩堝內(nèi)對(duì)鋁渣進(jìn)行翻炒得到鋁液[2]，再將剩余的鋁灰渣外售。這種方法不但人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，危險(xiǎn)系數(shù)高，而且金屬燒損大，回收效率低，對(duì)環(huán)境污染也很嚴(yán)重。近年來(lái)國(guó)內(nèi)鋁及鋁加工行業(yè)跨越式發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，鋁渣的產(chǎn)生量和對(duì)生產(chǎn)效益的影響不容小覷。另一方面，環(huán)境保護(hù)、職業(yè)健康安全的要求也不斷提高，對(duì)鋁渣科學(xué)有效的處理和回收成為金屬回收方面面臨的一大課題。

在這種背景下，國(guó)內(nèi)鋁渣處理方面經(jīng)過(guò)近十來(lái)年的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了幾種具有代表性的渣處理工藝及其配套設(shè)備。

2 鋁渣處理的幾種典型工藝及其配套設(shè)備

鋁渣處理的方式較多[1]，本文介紹的只是目前國(guó)內(nèi)工廠中應(yīng)用較多的幾種典型鋁渣處理工藝。根據(jù)鋁渣的特性，利用不同的原理[2]達(dá)到減少金屬鋁的燒損并和鋁灰渣(主要成分為Al2O3)分離的目的。幾種典型渣處理工藝原理、優(yōu)缺點(diǎn)及設(shè)備組成簡(jiǎn)要描述如下。

2.1 熱渣壓制冷卻工藝

將熱渣裝入渣箱中，壓頭通過(guò)一定的壓力擠壓渣箱內(nèi)的熱渣，一部分鋁水由渣箱底部流出，匯集到鋁液收集箱內(nèi)，同時(shí)鋁渣內(nèi)另一部分鋁水富集到渣的四周，經(jīng)壓頭、渣箱以及壓頭冷卻系統(tǒng)迅速降低溫度，形成金屬殼，阻止空氣進(jìn)入鋁渣內(nèi)部，從而阻止渣中金屬的進(jìn)一步氧化燒損，最大限度的保存渣中的鋁。

這種方法具有占地面積小、金屬燒損率低、能源消耗少、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，但經(jīng)這種方法處理后的渣塊仍需進(jìn)一步處理，如需完全分離出渣塊中的鋁，則需要再通過(guò)破碎分選或再熔化等后續(xù)工作完成。

熱渣壓制冷卻工藝的主要設(shè)備有壓渣機(jī)及其配套的除塵罩、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等。

2.2 攪拌—冷卻(破碎)—篩分聯(lián)合處理工藝

將熱渣加入鋁液回收機(jī)(灰攪機(jī)、搓灰機(jī))攪拌，由于鋁液和鋁渣狀態(tài)不同，鋁液集中到下部，通過(guò)攪拌機(jī)下方的回收孔流入鋁液收集箱，鋁灰渣則集中在上部，阻止鋁液進(jìn)一步氧化。待大部分鋁液分離出來(lái)后，將鋁灰渣裝入破碎機(jī)中冷卻(破碎)、篩分，最終對(duì)篩分出的不同大小的鋁灰顆粒進(jìn)行收集和利用。

這種方法一次金屬回收率高、不需要對(duì)鋁渣進(jìn)行二次處理、綜合處理效率高，但在攪拌和破碎的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量煙塵。為滿足環(huán)保和職業(yè)健康安全的要求，需要增加除塵系統(tǒng)對(duì)其煙塵進(jìn)行處理，這樣其占地及投資相對(duì)來(lái)說(shuō)也會(huì)偏大。

攪拌—冷卻(破碎)—篩分聯(lián)合處理工藝的主要設(shè)備有鋁液回收機(jī)(灰攪機(jī)、搓灰機(jī))、冷卻破碎機(jī)(超級(jí)冷卻機(jī)、破碎篩分機(jī))、除塵系統(tǒng)及其配套的電控系統(tǒng)等。另外還有一些可選裝置如翻轉(zhuǎn)機(jī)、傳輸帶等輔助設(shè)施。

2.3 熱渣惰氣冷卻工藝

將熱渣裝入鋁液冷卻箱內(nèi)，迅速密封并充入惰性氣體對(duì)其進(jìn)行冷卻。鋁渣在惰性氣體氛圍中不會(huì)燃燒，隨著冷卻箱內(nèi)氧氣耗盡，熱渣逐漸冷卻，渣中的金屬不會(huì)再有燒損，最大程度的減少了金屬燒損。

這種方法具有環(huán)境污染小、金屬燒損率低、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但其生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)效率較低，冷卻后的渣也需要二次處理才能分離出鋁塊和鋁灰渣[3]。

熱渣冷卻工藝的主要設(shè)備有盛渣箱、密封箱及其配套的電控、氣控系統(tǒng)等。

2.4 回轉(zhuǎn)爐加熱處理爐渣工藝

將鋁渣加入回轉(zhuǎn)爐內(nèi)加熱，爐內(nèi)鋁渣中的鋁熔化并分離出來(lái)，由于回轉(zhuǎn)爐加料出料口向下傾斜有一定角度，鋁液會(huì)向爐口富集最終流至鋁液收集箱，鋁灰渣則留在回轉(zhuǎn)爐內(nèi)。

這種方法特別適用于鋁渣含鋁量少或鋁渣已經(jīng)完全冷卻等情況，同時(shí)回轉(zhuǎn)爐可以兼用于廢鋁的重熔。但其設(shè)備投資及能耗相對(duì)較大，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)限制了其在渣處理方面的發(fā)展。

回轉(zhuǎn)爐處理爐渣工藝的主要設(shè)備包括加料系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)爐、除塵系統(tǒng)及其配套的電控、氣控系統(tǒng)。

目前以上四種渣處理工藝在國(guó)內(nèi)較具代表性。

3 國(guó)內(nèi)渣處理設(shè)備的應(yīng)用情況及現(xiàn)狀分析

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止到2013年9月底(不包括尚未簽訂設(shè)備合同的在建和擬建項(xiàng)目)各種處理工藝的渣處理設(shè)備在國(guó)內(nèi)企業(yè)的分布情況如表1。

表1 渣處理設(shè)備在國(guó)內(nèi)各企業(yè)的分布情況

(續(xù)表1)

注：表中如無(wú)特殊說(shuō)明，則備注中數(shù)字如1+1表示，1臺(tái)鋁液回收機(jī)(灰攪機(jī)、搓灰機(jī))+1臺(tái)冷卻破碎機(jī)(超級(jí)冷卻機(jī)、破碎篩分機(jī))。

由表1可看出，目前國(guó)內(nèi)渣處理大多采用熱渣壓制冷卻工藝和攪拌—冷卻(破碎)—篩分聯(lián)合處理工藝，在市場(chǎng)中占據(jù)了主導(dǎo)作用，熱渣惰氣冷卻工藝和回轉(zhuǎn)爐加熱工藝是在一些特殊情況下鋁渣處理的一個(gè)很好的補(bǔ)充。熱渣惰氣冷卻工藝適用于處理金屬燒損更為嚴(yán)重的高鎂鋁合金，它能最大限度的減少金屬的損失量，這是其他幾種渣處理工藝所不能相比的。回轉(zhuǎn)爐加熱工藝在處理冷渣時(shí)回收效果明顯優(yōu)于其他幾種渣處理工藝，同時(shí)可對(duì)廢雜鋁進(jìn)行重熔處理，實(shí)現(xiàn)一爐多用。

目前國(guó)內(nèi)的渣處理仍處在降低金屬燒損、增加金屬回收率、提高生產(chǎn)效率階段，節(jié)能、環(huán)保、改善人員作業(yè)環(huán)境仍處在初級(jí)階段，多元化、系統(tǒng)化的渣處理方式還在探索中。

4 渣處理工藝新技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)

目前國(guó)內(nèi)大部分渣處理設(shè)備在降低金屬燒損、提高金屬回收率、提高生產(chǎn)效率方面已經(jīng)取得了較好的成績(jī)，在節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)和改善人員作業(yè)環(huán)境方面也已作出了一定努力。表2是各種渣處理工藝中應(yīng)用的一些新技術(shù)。

表2 渣處理工藝中新技術(shù)的應(yīng)用

表2中各種渣處理設(shè)備雖然做了不少改進(jìn)，但仍只是處在鋁渣處理的初級(jí)階段，還需在實(shí)踐中不斷完善。而其他一些問(wèn)題如熱渣壓制冷卻、熱渣惰氣冷卻后得到的渣塊仍需進(jìn)一步處理[3]，攪拌—冷卻(破碎)—篩分聯(lián)合處理后得到的鋁渣大部分顆粒也只能簡(jiǎn)單外賣處理。如何使鋁渣在鋁的整個(gè)冶煉加工過(guò)程中系統(tǒng)的回收利用，實(shí)現(xiàn)廢渣零排放，同時(shí)作為原料生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品，是渣處理工作中下一步應(yīng)該關(guān)注和努力的方向。

5 結(jié)束語(yǔ)

鋁渣處理是一個(gè)系統(tǒng)工程，它不只是單純追求提高生產(chǎn)效率和渣中金屬的回收率，還需要考慮節(jié)能、環(huán)保、改善人員作業(yè)環(huán)境等一系列問(wèn)題。目前鋁渣處理的主要目標(biāo)就是在這些相關(guān)問(wèn)題中尋求一個(gè)平衡點(diǎn)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境保護(hù)和人員職業(yè)健康安全的和諧發(fā)展。

[1]李菲,鄭磊,冀樹(shù)軍,蘇鵬,郭學(xué)益. 鋁灰中鋁資源回收工藝現(xiàn)狀與展望[J].輕金屬，2009，(12):

[2]鐘華萍,李坊平. 從熱鋁灰中回收鋁[J].鋁加工，2001, 24.(1):

[3]高振鵬，王芳，李鋼林，周在常. 鋁灰處理工藝研究[J].鑄造設(shè)備與工藝, 2011，(3):