銅包鋁線纜再生利用的現(xiàn)狀及建議

戴雅康 劉丕家

我國(guó)在1997年開發(fā)成功銅包鋁線，其初衷是用于制造傳輸高頻信號(hào)的同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體，以節(jié)省銅材并代替進(jìn)口。二十多年來(lái)，隨著人們對(duì)銅包鋁線在線纜行業(yè)貫徹“以鋁節(jié)銅”方針以及在創(chuàng)建資源節(jié)約型社會(huì)中的戰(zhàn)略意義的認(rèn)識(shí)逐漸加深，使銅包鋁線在線纜中獲得廣泛的應(yīng)用。此后，科研人員將其用作工頻電線電纜導(dǎo)體，開發(fā)出諸如電力電纜、電氣裝備電纜、通信電纜、建筑布線、阻燃電纜、控制電纜等產(chǎn)品；此外，還開發(fā)了銅包鋁鎂合金線、鍍錫銅包鋁線、銅包鋁漆包線等產(chǎn)品，用作線纜的屏蔽線、高頻變壓器線圈、電動(dòng)機(jī)和變壓器繞組等產(chǎn)品，使銅包鋁線在電線電纜及電器設(shè)備中獲得廣泛的應(yīng)用。

為適應(yīng)銅包鋁線在線纜行業(yè)中的不同用途，一些不同形狀的品種被開發(fā)出來(lái)。例如，用于直徑較粗（7.00～13.10mm之間）的射頻同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體的銅包鋁管；用于電控和配電設(shè)備等領(lǐng)域的銅包鋁母排（又稱“銅鋁復(fù)合排”）的矩形導(dǎo)體。其中銅包鋁母排的年產(chǎn)量可達(dá)幾十萬(wàn)噸。

對(duì)于上述銅包鋁線纜產(chǎn)品以及各企業(yè)生產(chǎn)中的邊角余料、切頭和廢次品，如何再生利用，這是我國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的一個(gè)重要課題，受到國(guó)家的高度重視和社會(huì)的普遍關(guān)注。上海電纜研究所黃祟祺院士早在2007年就指出，銅包鋁線的回收利用是“電線電纜行業(yè)規(guī)模使用銅包鋁線的前提”[1]?？梢哉J(rèn)為，銅包鋁線纜的再生利用已成為決定我國(guó)銅包鋁行業(yè)發(fā)展前景的關(guān)鍵問題。

目前我國(guó)銅包鋁線纜再生利用的研究和實(shí)施己取得初步成效。但要在我國(guó)建成一個(gè)生產(chǎn)規(guī)模較大、具有先進(jìn)工藝與設(shè)備和管理精良的銅包鋁線纜再生利用產(chǎn)業(yè)基地，還需舉全銅包鋁行業(yè)之力、協(xié)同創(chuàng)建。

本文主要從工藝方法和設(shè)備方面介紹我國(guó)當(dāng)前銅包鋁線纜再生利用的現(xiàn)狀，并對(duì)今后的發(fā)展前景提出建議。

1 再生銅包鋁線纜預(yù)處理方法的研究

報(bào)廢銅包鋁線纜的再生利用，首先要將銅包鋁導(dǎo)體與絕緣外皮分開。這一工序稱為“預(yù)處理”。一般可參照銅導(dǎo)體線纜的機(jī)械分離法[2]來(lái)處理。其工藝流程如圖1所示。對(duì)于很長(zhǎng)而雜亂的線纜可先將其切斷至90mm以下的長(zhǎng)度。然后將物料送入第一臺(tái)破碎機(jī)中進(jìn)行粗碎。利用一對(duì)正、反向旋轉(zhuǎn)的切刀進(jìn)一步將其切碎至10mm以上，減小線纜的尺寸。粗碎后的物料通過磁選法，剔除混在線纜中的銅包鋼線。然后將粗碎的物料進(jìn)行篩分，篩上的物料返回到粗碎機(jī)中再次破碎。篩分后的物料送入細(xì)碎機(jī)中，將其長(zhǎng)度破碎到6mm以下，此時(shí)絕大部分銅包鋁線已與絕緣外皮脫開，通過分選使銅包鋁導(dǎo)體與絕緣外皮分離。

至于分選的方法，對(duì)于銅導(dǎo)體線纜，由于塑料或橡膠的密度較?。ㄒ话阈∮?g/cm3），而銅的密廢較大（為8.9g/cm3），可采用重力分選法將其分離，獲得的細(xì)碎銅導(dǎo)體稱為“銅米”。但是對(duì)于銅包體導(dǎo)體，根據(jù)其銅層體積比不同，其密度為3.32～3.94g/cm3之間，與塑料或橡膠的密度相差不大，采用重力分選法能否將兩者徹底分離，尚待試驗(yàn)評(píng)定。如果重力分選法滿足不了要求，可采用渦流法等其他分選方法進(jìn)行分離。分選出的細(xì)碎銅包鋁導(dǎo)體可稱之為“銅包鋁米”。

目前我國(guó)對(duì)于廢銅線纜的機(jī)械分離法預(yù)處理設(shè)備，已有規(guī)格不同的“銅米機(jī)”供應(yīng)。但根據(jù)銅包鋁線纜的特點(diǎn)進(jìn)行改造后的預(yù)處理設(shè)備，可稱之為“銅包鋁米機(jī)”，其工作原理與結(jié)構(gòu)尚待研制。

2 銅包鋁導(dǎo)體再生利用的方法

通過前處理獲得的銅包鋁米以及銅包鋁導(dǎo)體企業(yè)生產(chǎn)中的邊角余料、切頭及廢次品，雖然設(shè)有絕緣層，但銅層與鋁芯線緊密結(jié)合在一起，難以用機(jī)械方法分離，其再生利用方法有直接熔煉法和電解分離回收法2種。

2.1 直接熔煉法

直接熔煉法不是將銅和鋁分離，而是將其直接投入熔煉爐中熔化，調(diào)整其化學(xué)成分后，澆注成“銅鋁中間合金”。用作熔煉含銅的鋁合金（如硬鋁）或含鋁的銅合金（如鋁青銅）配料之用。直接熔煉法所用設(shè)備較為簡(jiǎn)單；主要配備一臺(tái)中頻感應(yīng)爐或坩堝爐及一臺(tái)爐前化學(xué)成分快速分析儀。此外還需配備一臺(tái)壓塊機(jī)，用于將雜亂、松散的銅包鋁導(dǎo)體壓成塊狀，便于投入熔煉爐中。專利[3]介紹了這種回收利用方法。

上述方法所處理的銅包鋁導(dǎo)體數(shù)量很少，對(duì)于導(dǎo)體中高品位的純銅和純鋁來(lái)說(shuō)，是很不經(jīng)濟(jì)的方法。僅適用于銅包鋁生產(chǎn)企業(yè)和個(gè)體小型回收企業(yè)，用于回收少量不含絕緣外皮的生產(chǎn)料頭和廢次品之用。對(duì)于大量報(bào)廢的銅包鋁線纜的回收是不適用的。

2.2電解分離回收法

電解分離回收法是一種用電化學(xué)方法將銅包鋁中的銅和鋁分離并回收的方法。其原理是將銅包鋁米或銅包鋁料頭和廢次品放入硫酸銅（CuSO4）和硫酸（H2SO4）混合的電解液中。在直流電作用下，銅（Cu）在陽(yáng)極上形成銅離子進(jìn)入到電解液中（即Cu-2e→Cu2+），并與硫酸反應(yīng)（Cu+H2SO4+1/2O2→2CuSO4+2H2O）轉(zhuǎn)化為可溶性硫酸銅。與此同時(shí)，電解液中的銅離子在直流電作用下在陰極上得到電子（Cu2++2e→Cu），便以金屬銅的形態(tài)在陰極沉積。進(jìn)入電解液中的鋁由于“陽(yáng)極氧化”作用，在其表面產(chǎn)生鈍化膜，大大降低了鋁與硫酸的反應(yīng)速度，在所制取的硫酸銅晶體中鋁的濃度很低，并且鋁為負(fù)電性金屬，不可能在陰極析出。通過這些反應(yīng)過程就可將銅與鋁分離，并回收利用。試驗(yàn)表明，這種方法的金屬銅回收率可達(dá)96%以上，金屬鋁的回收率可達(dá)93%以上[4]。

近年來(lái)，蘇州華銅復(fù)合材料有限公司（以下簡(jiǎn)稱“蘇州華銅”）等企業(yè)根據(jù)所生產(chǎn)的銅包鋁母線尺寸較大的特點(diǎn)（窄邊尺寸為3～14mm，寬邊尺寸為30～200mm[5]），對(duì)生產(chǎn)中的料頭或廢次品，研制了用電解法分離銅和鋁的再生利用方法，取得了可喜的成果，申請(qǐng)了專利[5]，在國(guó)內(nèi)開創(chuàng)了一條新路。該電解回收生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由3個(gè)用耐酸塑料板焊接而成的電解槽（1、2和3）和循環(huán)過濾熱交換糟（4）構(gòu)成。這幾個(gè)槽的槽底高度依次降低，用高強(qiáng)度耐酸塑料管道相連通。循環(huán)過濾熱交換糟中設(shè)有動(dòng)力泵、電解液熱交換器和過濾器，形成電解液循環(huán)系統(tǒng)并調(diào)整電解液溫度和對(duì)電解液進(jìn)行過濾。3個(gè)電解槽中設(shè)置有數(shù)排懸掛陰極板的陰極導(dǎo)電棒和懸掛銅包鋁母排料頭的陽(yáng)極導(dǎo)電棒，分別串聯(lián)供電。第一個(gè)電解槽中的陰極板用304不銹鋼制成，電解時(shí)當(dāng)不銹鋼鋼板上沉積的銅層厚度達(dá)到0.5mm左右時(shí)，將其銅層揭下，掛在后面電解槽的陰極棒上，作為繼續(xù)沉積銅層的種板。因此第一個(gè)電解槽又稱為“種板槽”。

在隨后的2個(gè)電解糟中，當(dāng)沉積的銅板厚度達(dá)到2mm時(shí)，取下濾干，放進(jìn)設(shè)置在生產(chǎn)線旁的中和槽里中和并在清洗槽中漂洗，晾干后入庫(kù)。陽(yáng)極上懸掛的銅包鋁母排料頭當(dāng)銅層全部電離后，取下鋁板，經(jīng)中和、漂洗、晾干后入庫(kù)。整個(gè)回收銅、鋁過程連續(xù)進(jìn)行。

電解工藝參數(shù)如下：電解液由工業(yè)級(jí)五水硫酸銅（CuSO4·5H2O）、98%H2SO、鹽酸（HCl）、玻璃水及自來(lái)水配制而成。電解液循環(huán)流量為5～10L/min，溫度為15～30℃。所用直流電源為DT-20000-12V型高頻開關(guān)電源，槽電壓0.2～0.3V，電流密度為工件200～250A/m2。

該設(shè)備分離回收的銅和鋁保持原材料純度不變。銅的回收率大于99.9%，鋁的回收率95%以上。每年可分解回收7.2萬(wàn)t銅包鋁母排料頭。

但上述電解再生生產(chǎn)線對(duì)于直徑較為細(xì)?。ê撩准?jí)）的銅包鋁米則不適用。必須先將其放入溶銅缶中進(jìn)行溶銅造液，并使之與鋁分離。然后進(jìn)行電解精煉，在陰極上析出很高純度的銅。甚至可用輥式連續(xù)電解方法制成銅箔[7]，用于印刷電路板的銅層。但我國(guó)至今尚未見到銅包鋁線纜預(yù)處理及分離銅和鋁進(jìn)行再生的專用設(shè)備和工藝。

3 對(duì)我國(guó)銅包鋁線纜再生利用的建議

3.1必須重視和推廣新產(chǎn)品的開發(fā)與報(bào)廢產(chǎn)品的回收利用相結(jié)合的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)

我國(guó)線纜工業(yè)的“以鋁節(jié)銅”是大勢(shì)所趨，銅包鋁導(dǎo)體的節(jié)銅效果己獲公認(rèn)，但至今產(chǎn)業(yè)的發(fā)展卻較為遲緩。筆者認(rèn)為，主要是對(duì)銅包鋁線纜產(chǎn)品如何再生利用還沒有深入的研究和實(shí)踐。近年來(lái)蘇州華銅等企業(yè)在研發(fā)銅包鋁母排新產(chǎn)品的過程中，遵照工業(yè)和信息化部、中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)及有關(guān)專家的指示，將產(chǎn)品的回收利用同時(shí)列為研究課題之一。經(jīng)過幾年來(lái)的研究，既獲得了具有“國(guó)際領(lǐng)先水平”的銅包鋁母排產(chǎn)品，又取得了生產(chǎn)料頭及報(bào)廢產(chǎn)品回收利用的經(jīng)驗(yàn)，不僅降低了生產(chǎn)成本，而且促進(jìn)了新產(chǎn)品的發(fā)展。

國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)早在2004年就明確指出，“今后國(guó)家投資的重點(diǎn)將向具有循環(huán)經(jīng)濟(jì)特色的產(chǎn)業(yè)或企業(yè)傾斜”。銅包鋁母排的研發(fā)成功受到國(guó)家有關(guān)部委、行業(yè)協(xié)會(huì)及研究機(jī)構(gòu)的密切重視與大力支持，充分體現(xiàn)了國(guó)家對(duì)資源循環(huán)利用政策的引導(dǎo)和示范意義。

銅包鋁線纜的研發(fā)和生產(chǎn)雖歷經(jīng)二十余年歷史，如果對(duì)報(bào)廢的銅包鋁線纜不能再生利用，不僅浪費(fèi)了大量?jī)?yōu)質(zhì)的銅和鋁金屬，而且這種線纜極易混入廢銅線纜中，大大增加了銅回收的難度，“以鋁節(jié)銅”豈不成為一句空話。當(dāng)前銅包鋁線纜的大量應(yīng)用倒逼其再生利用技術(shù)的出臺(tái)，給銅包鋁行業(yè)增添了很大壓力。因此，整個(gè)銅包鋁行業(yè)應(yīng)重視蘇州華銅等企業(yè)研制新產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)，立即開展銅包鋁線纜再生利用工藝和設(shè)備的研究，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3.2 建設(shè)具有一定規(guī)模的銅包鋁線纜再生利用基地

銅包鋁線纜的再生利用比銅線纜的要復(fù)雜得多，除要將線纜導(dǎo)體與絕緣外皮分開外，還要把導(dǎo)體中的銅與鋁分開，所用設(shè)備和工藝的較為復(fù)雜。一般個(gè)體企業(yè)無(wú)論在技術(shù)上或資金上都難以滿足要求。為此，必須吸取多年來(lái)建設(shè)金屬循環(huán)利用基地的經(jīng)驗(yàn)，打造一個(gè)生產(chǎn)自動(dòng)化、管理信息化、流程智能化的智慧型和服務(wù)型大型企業(yè)，使我國(guó)銅包鋁線纜的再生行業(yè)向著現(xiàn)代化方向快速發(fā)展。

在我國(guó)銅包鋁行業(yè)中，蘇州華銅己籌建了具有一定規(guī)模的銅包鋁母排再生企業(yè)。希望能在此基礎(chǔ)上吸納銅包鋁行業(yè)的企業(yè)投資，增添銅包鋁行業(yè)的研究人員，進(jìn)一步擴(kuò)展業(yè)務(wù)范圍，使之成為整個(gè)銅包鋁行業(yè)再生多種銅包鋁線纜的基地，積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)后，向全國(guó)推廣。

3.3發(fā)揮科技創(chuàng)新引領(lǐng)作用，開展銅包鋁線纜再生技術(shù)與管理的研究

目前我國(guó)對(duì)廢銅線纜的回收工藝與設(shè)備基本成熟，獲得推廣應(yīng)用。但將其轉(zhuǎn)用到銅包鋁線纜的前處理和銅、鋁的電解分離，還必須針對(duì)銅包鋁性能及產(chǎn)品的特點(diǎn)進(jìn)行研究。銅包鋁線纜產(chǎn)品的種類繁多、導(dǎo)體形狀和尺寸不一，還有經(jīng)過表面處理過的鍍錫銅包鋁線及銅包鋁漆包線等產(chǎn)品，必須發(fā)揮科技創(chuàng)新的引領(lǐng)作用，在再生利用的理論、工藝和設(shè)備等方面要進(jìn)行深入探討和試驗(yàn)。研制出一套專業(yè)化的再生利用生產(chǎn)線。

作為一個(gè)現(xiàn)代化企業(yè)，必須制定一套完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如廢銅包鋁導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)、再生工藝和裝備標(biāo)準(zhǔn)及再生產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，作為管理法規(guī)的技術(shù)依據(jù)。

當(dāng)今為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，作為銅包鋁線纜再生回收企業(yè)，應(yīng)健全基于物聯(lián)網(wǎng)的再生資源的收運(yùn)系統(tǒng)，推動(dòng)新型再生資源交易平臺(tái)建設(shè)。

通過技術(shù)和管理方面的研究和創(chuàng)新，一定能建成一個(gè)具有一定生產(chǎn)規(guī)模、集約化程度高、技術(shù)精良、管理先進(jìn)的銅包鋁線纜再生利用產(chǎn)業(yè)基地。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)線纜工業(yè)的“以鋁節(jié)銅”是大勢(shì)所趨，銅包鋁線纜的節(jié)銅效果己獲公認(rèn)。但能否真正發(fā)揮“以鋁節(jié)銅”的作用，有待報(bào)廢的銅包鋁線纜如何再生利用來(lái)衡量。

近年來(lái)，蘇州華銅等企業(yè)對(duì)生產(chǎn)的銅包鋁母排料頭及廢次品采用電解分離進(jìn)行回收利用的方法取得可喜的成果。但銅包鋁線纜的預(yù)處理及電解分離的工藝與設(shè)備，尚待進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

蘇州華銅等企業(yè)在研發(fā)銅包鋁母排的同時(shí)研究母排的回收方法值得重視。今后銅包鋁行業(yè)在蘇州華銅等企業(yè)的協(xié)同配合下，通過銅包鋁線纜回收技術(shù)與管理的研究，一定能在我國(guó)建成一個(gè)生產(chǎn)規(guī)模較大、具有先進(jìn)工藝與設(shè)備和管理精良的銅包鋁線纜回收利用產(chǎn)業(yè)基地。

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