鋁爐渣處理技術(shù)

曾宏凱

(中色科技股份有限公司，河南洛陽471039)

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鋁爐渣處理技術(shù)

曾宏凱

(中色科技股份有限公司，河南洛陽471039)

文章介紹了鋁合金熔鑄車間生產(chǎn)中鋁爐渣的形成、熱鋁爐渣的處理現(xiàn)狀以及渣中金屬的回收率，繼而指出了經(jīng)初步處理后冷鋁爐渣處理新技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向。

鋁爐渣；進(jìn)一步處理；回收率

金屬鋁在熔化過程中，因液態(tài)金屬在高溫下與氧接觸，不可避免的發(fā)生氧化形成氧化鋁渣。熔煉過程中，在熔鋁爐內(nèi)加入覆蓋劑，對(duì)鋁熔體進(jìn)行保護(hù)；加入精煉劑對(duì)鋁熔體精煉進(jìn)行精煉，其與熔融金屬的氧化物一起形成鋁渣。無論是人工扒渣還是機(jī)械扒渣，都不可避免的包裹一定量的液態(tài)金屬鋁進(jìn)入渣箱。這些鋁渣和液態(tài)金屬鋁混雜在一起形成鋁熔煉行業(yè)常說的熱鋁爐渣。需要采取適當(dāng)?shù)拇胧t渣中的金屬鋁保護(hù)下來，防止其繼續(xù)氧化，并采用經(jīng)濟(jì)高效的方法將金屬鋁從爐渣中分離出來。簡(jiǎn)單的將其外賣或廢棄，不但會(huì)降低企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，更會(huì)造成資源的浪費(fèi)。

1 鋁爐渣的形成及影響因素

鋁爐渣的量和形式是由生產(chǎn)工藝和合金成分共同影響的。主要影響因素有以下幾點(diǎn)[1]：

(1)金屬熔化過程中，爐內(nèi)環(huán)境使金屬暴露在空氣中的程度會(huì)明顯影響爐渣的形成；

(2)不同類型的熔煉爐有不同的環(huán)境，會(huì)形成不同類型的爐渣；

(3)氧化性氣氛會(huì)形成更多的氧化鋁渣；

(4)高溫會(huì)加速金屬氧化，火焰直接沖擊金屬液面會(huì)造成局部超溫，從而提高氧化速率；

(5)金屬流動(dòng)性差的熔池會(huì)有熱分層，表面溫度高，爐渣在表面更容易停留，使空氣更容易長(zhǎng)時(shí)間與金屬液面接觸而加劇金屬氧化；

(6)合金鎂含量、固體料尺寸、是否有有機(jī)物涂層都會(huì)影響鋁渣的形成。

2 熱鋁爐渣處理方法現(xiàn)狀

隨著資源節(jié)約型社會(huì)建設(shè)的推進(jìn)，生產(chǎn)成本的增加，各鋁加工企業(yè)對(duì)如何挖掘生產(chǎn)內(nèi)部潛力、降本增效越來越重視。如何從熱鋁爐渣中盡可能多得回收金屬鋁，是當(dāng)前新建和已經(jīng)投產(chǎn)的擁有鋁熔鑄生產(chǎn)線的企業(yè)著重關(guān)注的方向[2]。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于熱鋁渣的一次處理，多采用熱鋁爐渣直接攤開自然冷卻法、攪渣法、旋轉(zhuǎn)冷卻法、壓渣法、惰性氣體保護(hù)冷卻法[3]和回轉(zhuǎn)爐直接處理法。

2．1 直接攤開自然冷卻法

該法是最早開始使用的，也是正在大量使用的熱鋁爐渣冷卻方法。它是將從熔煉爐內(nèi)扒出的熱鋁爐渣，直接攤晾在平地上，讓其暴露在空氣中自然冷卻。當(dāng)爐渣完全冷卻后，人工從渣中揀出較大塊的金屬鋁，剩余的氧化渣外賣。此方法會(huì)產(chǎn)生大量煙塵，生產(chǎn)環(huán)境非常惡劣。

目前也有部分企業(yè)把熱鋁爐渣平攤在鋁錠或鋼錠平面上，加速熱鋁爐渣的冷卻，減少熱鋁爐渣暴露在空氣中的時(shí)間，以減少金屬的燒損。這種方法大概能回收渣中金屬的30%。

2．2 攪渣法

此法最早于1960～1970年間開始使用。該裝置的工作原理是將熱鋁爐渣直接扒入一個(gè)圓形炒鍋狀的渣箱內(nèi)，渣箱轉(zhuǎn)運(yùn)至一個(gè)帶螺旋槳狀攪拌頭的攪拌器內(nèi)對(duì)熱鋁爐渣進(jìn)行攪拌；因攪拌過程中金屬鋁液滴不斷凝聚，使液態(tài)金屬鋁和固態(tài)氧化鋁渣分離，從而分離收集鋁液。這種方式可在攪拌過程中回收20%～30%的金屬鋁，但因?yàn)閿嚢锜徜X爐渣，加快金屬鋁的氧化，甚至發(fā)生鋁熱反應(yīng)，加大了金屬的燒損。所以這種方法處理后的鋁渣基本只剩氧化鋁，很難進(jìn)一步處理回收其中的金屬。這種方法總的金屬回收率為渣中金屬的40%。

2．3 旋轉(zhuǎn)冷卻法

此法最早出現(xiàn)在1970年。該裝置主要由四部分組成，一個(gè)帶循環(huán)水冷系統(tǒng)的蓋子，一個(gè)加料機(jī)，一個(gè)篩分機(jī)和一個(gè)煙氣收塵裝置。熱鋁爐渣被扒入一個(gè)帶放鋁口的渣盤，先讓熱鋁爐渣中的液態(tài)金屬鋁自然下漏，然后由加料裝置將渣盤扣在蓋子上。蓋子和渣盤在循環(huán)水冷卻的作用下一起旋轉(zhuǎn)，使熱鋁爐渣快速冷卻。這種旋轉(zhuǎn)冷卻法初次回收熱鋁爐渣中的金屬鋁要少于攪渣法，但冷卻的爐渣可二次處理回收渣中殘余的金屬鋁，其渣中金屬總回收率可達(dá)50%～60%。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可減小熱鋁爐渣中金屬鋁的氧化；缺點(diǎn)是設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用高，且因熱鋁爐渣有接觸水的可能，安全性較差。

2．4 惰性氣體保護(hù)冷卻法

此法最早出現(xiàn)在1990年。該裝置由帶放鋁口的鑄鋼渣盤和冷卻站組成。冷卻站內(nèi)由氬氣或者氮?dú)馊〈h(huán)境中的空氣，以阻止熱鋁爐渣中的金屬鋁進(jìn)一步氧化。這種方法的熱鋁爐渣基本依靠自然冷卻，一個(gè)冷卻周期約12～24h。用戶需要足夠的渣盤和冷卻站才能滿足生產(chǎn)使用要求，渣盤需要特殊設(shè)計(jì)，以提高渣盤中液態(tài)金屬鋁的回收率。這種方法渣中金屬初次回收率為5%～10%，二次處理渣中金屬回收率可達(dá)40%～50%。

2．5 壓渣法

此法最早出現(xiàn)在1990年，其工作原理是在壓力作用下，液態(tài)金屬鋁從固體氧化鋁渣中分離出來。該裝置包括框架、液壓系統(tǒng)、壓頭、渣盤。熱鋁爐渣扒入渣盤后，立即運(yùn)入壓渣機(jī)內(nèi)，壓頭下降，將熱鋁爐渣中的液態(tài)金屬鋁從渣盤底部的放鋁口壓出。同時(shí)，熱鋁爐渣表面的金屬鋁液滴在壓力作用下凝聚，并逐漸凝固形成金屬外殼，使渣盤內(nèi)部的熱鋁爐渣與空氣隔絕，阻止金屬鋁進(jìn)一步氧化。壓渣法是第一種重塑熱鋁爐渣的方法，具有較好的工作環(huán)境和二次處理回收率。渣中金屬總的回收率可達(dá)60%～70%。

2．6 回轉(zhuǎn)爐直接處理法

該方法在亞洲應(yīng)用范圍最廣，在歐洲和美國(guó)也有使用。該方法是將剛扒出的熱鋁爐渣立即加入回轉(zhuǎn)爐內(nèi)，爐渣在爐內(nèi)攪拌，使小的金屬鋁液滴凝聚與固體氧化鋁渣分離。一段時(shí)間后，鋁液從回轉(zhuǎn)爐內(nèi)倒出，同時(shí)因?yàn)檫@些鋁液的合金牌號(hào)與正在熔鋁爐生產(chǎn)的產(chǎn)品相同，可直接加入熔鋁爐內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，以減少能耗。也可在處理熱鋁爐渣時(shí)，加入少量的干凈金屬鋁碎屑，以減少加入熔鹽，降低熔體溫度，減少金屬鋁的燒損。該方法渣中金屬總回收率可達(dá)70%～75%。

各種熱鋁爐渣處理方法的渣中金屬回收率統(tǒng)計(jì)，見圖1。

圖1 各種熱鋁爐渣處理方法渣中金屬回收率

3 冷鋁爐渣進(jìn)一步處理技術(shù)發(fā)展方向

從前面的論述可以看出，除回轉(zhuǎn)爐直接處理法外，其余經(jīng)熱鋁爐渣處理方法處理冷卻后的爐渣中，都可以進(jìn)一步回收渣中金屬，而且很多處理方法冷卻后爐渣中回收的金屬比熱鋁爐渣初步處理過程中回收的金屬更多。所以，如何對(duì)經(jīng)過初步處理后的爐渣進(jìn)行進(jìn)一步處理，盡量充分回收渣中金屬，是鋁熔鑄生產(chǎn)企業(yè)和研究者需要重點(diǎn)研究的問題[4]。

目前對(duì)爐渣的進(jìn)一步處理，國(guó)內(nèi)多數(shù)企業(yè)直接將其外賣給爐渣處理企業(yè)。爐渣處理企業(yè)對(duì)爐渣進(jìn)行篩分，以得到含鋁量較高的渣塊和氧化物粉末，含鋁量較高的渣塊再用坩堝爐熔化以回收其中的金屬鋁。但該方法處理過程多采用燃煤或重油加熱坩堝，工作環(huán)境惡劣，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。且因熔煉過程中，熔體與空氣、火焰直接接觸，增加了渣中金屬鋁的燒損，減少了金屬的回收率。

國(guó)外對(duì)經(jīng)過初步處理后的爐渣，多采用回轉(zhuǎn)爐重熔以回收渣中金屬。熔化過程中，爐渣由熔鹽覆蓋劑覆蓋，且燃燒系統(tǒng)可控制爐膛內(nèi)氣氛的氧含量，盡量減少金屬鋁的燒損。同時(shí)添加精煉劑以加快金屬鋁液滴的凝聚，與固體氧化鋁渣分離，從而提高渣中金屬的回收率。但每噸爐渣熔煉過程需要消耗天然氣約45Nm3，氧氣約91Nm3。所以，該方法有增加金屬二次燒損，增加燃?xì)庀模a(chǎn)生固體廢料鹽等一系列資源、環(huán)境問題。

采用惰性氣體保護(hù)、冷卻的熱鋁爐渣，可盡量減少渣中金屬鋁的氧化，以保存金屬。得到的冷鋁渣也是相對(duì)松散的廢料。對(duì)其進(jìn)一步處理可采用攪拌、破碎、分選的機(jī)械處理法，將渣中的金屬、氧化物分離，以進(jìn)一步回收渣中金屬鋁。該方案的優(yōu)點(diǎn)是熱鋁爐渣一次處理時(shí)金屬氧化燒損最小，冷鋁渣二次處理時(shí)能耗最小，理論金屬綜合回收率高，且不產(chǎn)生含鹽的二次固體廢料，環(huán)境影響小。

目前國(guó)外推出一種機(jī)械旋轉(zhuǎn)破碎分選裝置，專門用于處理經(jīng)初步處理后的含鋁冷鋁渣[5]。該裝置的設(shè)備剖面圖見圖2。

圖2 機(jī)械旋轉(zhuǎn)破碎分選裝置剖面圖

該裝置由冷鋁渣初級(jí)破碎區(qū)、旋錘破碎區(qū)、冷鋁渣終極破碎分選區(qū)組成。其工作原理是在冷鋁渣初級(jí)破碎區(qū)內(nèi)，松散的冷鋁渣被旋轉(zhuǎn)的破碎桶攪拌，且破碎桶內(nèi)腔安裝有經(jīng)特殊設(shè)計(jì)布置的齒片，增強(qiáng)對(duì)冷鋁渣的攪拌、破碎能力，盡可能使冷鋁渣中大塊金屬和氧化物分離。旋錘破碎區(qū)內(nèi)，經(jīng)初步分離的冷鋁渣在一個(gè)外表面安裝了齒片的梭形旋錘旋轉(zhuǎn)破碎作用下，進(jìn)一步分離包覆在金屬鋁塊表面的氧化物。冷鋁渣終極破碎分選區(qū)內(nèi)，經(jīng)前面多道次破碎、分離的金屬鋁塊、氧化鋁粉，經(jīng)旋轉(zhuǎn)、分選，落入各自的收集容器內(nèi)，最終充分回收冷鋁渣中的金屬鋁。

機(jī)械旋轉(zhuǎn)破碎分選裝置相對(duì)于坩堝爐、回轉(zhuǎn)爐處理冷鋁渣，具有以下優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用低；安裝、操作簡(jiǎn)單；金屬鋁的收回率高；無含鹽的二次固體廢料，環(huán)境影響??；冷鋁渣無二次熔化過程，能耗小。

4 結(jié)論

鋁加工廠熔鑄生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的熱鋁爐渣，初步處理采用惰性氣體保護(hù)、冷卻的方法，可回收鋁爐渣中10%～15%的渣中金屬。經(jīng)過初步處理的冷鋁爐渣，再利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)破碎分選裝置對(duì)其進(jìn)行攪拌、破碎、分選，進(jìn)一步回收渣中的金屬鋁。經(jīng)過兩步處理后，鋁加工廠熔鑄生產(chǎn)產(chǎn)生的鋁爐渣渣中金屬綜合回收率可達(dá)到60%～65%，有效提高了鋁爐渣的金屬回收率，并降低了回收處理過程的綜合能耗。

[1] 張正國(guó)，張孟林，劉金貴. 我國(guó)再生金屬熔煉設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 工業(yè)爐， 2008，30(5)：15～18.

[2] 鐘華萍，李坊平. 從熱鋁灰中回收鋁[J]. 鋁加工，2001，24(1)：54～55.

[3] 高飛. 鋁渣處理設(shè)備國(guó)產(chǎn)化技術(shù)應(yīng)用[J]. 有色冶金節(jié)能，2013，8(4)：44～47.

[4] James Herbert C.Eng. Describes procedures for maximising dross values and minimising dross generation. [J]. Aluminium Times，2007(4)：44～45.

[5] David J Roth. The Latest Steps in Mechanical Processing and Recovery of Aluminum Drosses[A] . Alusil-MVT[C] .Moscow，Russia ：2013. 4～26.

《有色金屬加工》2015年第3期廣告索引

特殊版

意利克機(jī)械工業(yè)(中山)有限公司

封面

無錫申康機(jī)械設(shè)備有限公司

封二

意大利布萊塞茨擠壓機(jī)公司

封三

天津歐德機(jī)械貿(mào)易有限公司

封底

前 插

奧托容克冶金設(shè)備(上海)有限公司

扉1

上海瑞輕潤(rùn)滑科技有限公司

扉2

石家莊愛迪爾電氣有限公司

扉3

航星鋁材設(shè)備廠

扉4

佛山歐瑪福機(jī)械工程有限公司

扉5

昆山合濟(jì)機(jī)械有限公司

扉6

上海亞爵電工成套設(shè)備制造有限公司

扉7

佛山市禹碩機(jī)械設(shè)備有限公司

扉8

寧波創(chuàng)力液壓機(jī)械制造有限公司

扉9

濟(jì)南森帝潤(rùn)滑技術(shù)有限公司

扉10

宇部興產(chǎn)機(jī)械(上海)有限公司

扉11

佛山市科立工業(yè)設(shè)備有限公司

扉12-13

蘇州新金相金屬材料有限公司

扉14

精細(xì)化學(xué)品集團(tuán)有限公司

扉15

蘇州工業(yè)園區(qū)華?？萍加邢薰?/p>

扉16

洛陽君合復(fù)合材料有限公司

扉17

美鋁北冶工業(yè)(大連)有限公司

扉18

上海方久軋制油凈化技術(shù)有限公司

扉19

高奇工業(yè)爐設(shè)備(北京)有限公司

扉20

佛山市南海葆德機(jī)械設(shè)備廠

扉21

德國(guó)霍科德股份公司北京代表處

扉22

蘇州中門子科技有限公司

扉23

《有色金屬加工》理事會(huì)

扉24

河北優(yōu)利科電氣有限公司

扉25

西格里特種石墨(上海)有限公司

扉26

西安威特電力電子設(shè)備研究所

扉27

蘇州茂騰剪切機(jī)械有限公司

目次對(duì)頁

中 插

遼寧芳綸科技開發(fā)有限公司

中插1

東莞市易合軟件科技有限公司

中插2

蘇州有色金屬研究院有限公司

中插3

蘇州新長(zhǎng)光熱能科技有限公司

中插4

廣州施能燃燒設(shè)備有限公司

中插5

西班牙法格塞達(dá)公司

中插6-7

中色科技股份有限公司

中插8-9

Pesmel Oy

中插10

洛陽軸研科技股份有限公司

中插11

喬格·中國(guó)

中插12

后 插

2015年中國(guó)國(guó)際鋁工業(yè)展覽會(huì)

后插1

達(dá)涅利冶金設(shè)備(北京)有限公司

后插2-3

南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司

后插4

上海森帝潤(rùn)滑技術(shù)有限公司

后插5

鎮(zhèn)江市宏業(yè)科技有限公司

后插6

特浦朗克化工(營(yíng)口)股份有限公司

后插7

上海銳漫能源科技有限公司

后插8

無錫市唐盛機(jī)械制造廠

后插9

大連康豐科技有限公司

后插10

Aluminum Dross Treatment Process

ZENG Hongkai

(China Nonferrous Metals Processing Technology Co., Ltd.,Luoyang 471039, China)

Based on aluminum alloy casting production, the paper described the dross formation, current treatment processes and recovery of metals from dross; it also presented new processing technology and development trend of cold aluminum dross after primary treatment.

aluminum dross; further processing; recovery rate

2015-03-02

曾宏凱(1982 - )，男，工程師，碩士，主要從事有色金屬加工工程設(shè)計(jì)工作。

TG243

A

1671-6795(2015)03-0013-04