鋁渣處理的研究

1、鋁渣處理的研究摘要：鋁渣是熔化鋁金屬的副產(chǎn)品，它是鋁金屬和含有少量其他成分的鋁氧化物的混合物。鋁渣的類(lèi)型和性質(zhì)取決于熔化的方式、初始時(shí)加入的原料、熔化溫度、攪動(dòng)情況，它與 熔化過(guò)程中的變化關(guān)系不大。本文將研究當(dāng)前普遍采用的鋁渣處理的常規(guī)做法以及實(shí)驗(yàn)性和建議性的處理方法， 同時(shí)討論將來(lái)如何處理鋁渣及其副產(chǎn)品剩余物， 檢驗(yàn)工廠(chǎng)按常規(guī)方法回收金屬鋁的效果。 著重討論 “鋁金屬回收總量 ”。鋁渣不是廢物，而是一種有重要價(jià)值的副產(chǎn)品。簡(jiǎn)單討論了使鋁渣使用價(jià)值最大化 的可靠高效的處理工藝和操作方法。從金屬鋁第一次被熔化開(kāi)始，鋁渣就是不可避免的副產(chǎn)品。熱力學(xué)表明只要有氧氣 存在暴露的鋁表面附近，鋁就會(huì)氧化，

2、產(chǎn)生各種成分的鋁氧化物。在大部分的鋁渣中仍 剩余足夠的可提煉的含金屬的鋁，以適當(dāng)增加經(jīng)濟(jì)利益。在許多地方，鋁混合物和其他 成分的鋁氧化物被混為一談，統(tǒng)稱(chēng)為 “鋁渣 。為使命名法合乎標(biāo)準(zhǔn)，鋁業(yè)協(xié)會(huì)出版了一 本說(shuō)明和定義鋁渣不同成分的小冊(cè)子。小冊(cè)子使用四種重要的鑒別特性：鋁渣發(fā)生變化的根源 熔爐的類(lèi)型，例如反射爐，旋轉(zhuǎn)爐等鋁渣中鹽化合物的含量 鋁渣中存在多少及什么類(lèi)型的含鹽化合物熔劑鋁渣中含鋁的量 再處理前鋁渣中鋁的含量是什么 ?對(duì)這一點(diǎn)的重要性需要認(rèn)真 詳細(xì)的說(shuō)明，因?yàn)閷?duì)鋁含量的不同分析方法會(huì)得出不同的可獲得的鋁或游離的鋁的數(shù)量。尤其是非常小的鋁珠可以通過(guò)化學(xué)分析被顯示和計(jì)量，但是可能由于它們太

3、小，以至于 在傳統(tǒng)的回收過(guò)程中無(wú)法再生。鋁渣的組成 鋁渣的物理尺寸和外形是什么，例如厚塊，薄塊，結(jié)渣，或塊料一鋁渣的主要成分1白色鋁渣白色鋁渣是金屬含量在 15 80之間變化的鋁氧化物和鋁金屬的混合物。它是鋁在 爐子的爐床內(nèi)熔化期間，熔化的鋁在爐子或坩堝之間運(yùn)輸期間產(chǎn)生的。鋁渣通過(guò) “扒渣 ”的操作被收集， 手工操作者從爐子中撈出漂浮的混合物， 或者在現(xiàn)代 化的大爐子的環(huán)境下用自動(dòng)化的設(shè)備撇去漂浮的鋁渣。在這兩種情況下鋁渣的混合物都 被從爐子中撈出放入 “渣箱 ”中存放并冷卻，在后面將更詳細(xì)地討論從爐子中撈出的鋁渣 同隨后的送到加工廠(chǎng)的鋁渣可能是不一樣的成分和性質(zhì)。除了鋁金屬和鋁氧化物兩種重要

4、的鋁渣成分之外，根據(jù)爐內(nèi)的條件處理金屬材料和 合金（除鋁渣箱外 ）可能產(chǎn)生少量其他化合物， 包括氮化鋁 （AlN） ，碳化鋁（A14 C3），也可能 有冰晶石 （Na3 A1F6）。最后一種化合物常常與來(lái)自電解槽的原鋁有關(guān)系， 而前兩種化合物 的成分與發(fā)生在爐子內(nèi)或鋁渣箱中的鋁熱劑反應(yīng)有關(guān)。鋁熱劑反應(yīng)是發(fā)生在金屬鋁和空氣中的氣體之間的無(wú)法控制的化學(xué)反應(yīng)。鋁熱劑反 應(yīng)產(chǎn)生極高的溫度 （1 500或更高 ） ，這個(gè)溫度讓氧、氮、二氧化物同鋁發(fā)生快速的化學(xué) 反應(yīng)，形成前面提到的化合物。鋁熱劑反應(yīng)中的化學(xué)反應(yīng)包括：（1）2Al+3 2 O2（氣體） A12O3（固體）（2）2 Al+N 2（氣體） A

5、IN（固體 ）（3）8Al+3CO 2（氣體） A14 C3（固體）+2A1 2 O3（固體）當(dāng)冷卻的鋁渣與濕氣反應(yīng)時(shí)鋁渣中這些化合物的存在是顯而易見(jiàn)的。同水、游離氨 和乙炔氣體的反應(yīng)很容易通過(guò)它們特殊的氣味分辨出來(lái)。白色鋁渣可能包含不是直接在爐子內(nèi)生成的氧化物，例如從冷卻的流槽中拿出的含 金屬的渣子，坩堝中結(jié)殼，片狀物。最后，白色鋁渣包含少量的或不含鹽化合物熔劑。2黑色鋁渣許多鋁廢料回收廠(chǎng)使用爐外部帶有凸出的加料池的反射爐進(jìn)行裝料。通過(guò)加料池把 廢料加入爐子內(nèi)的金屬熔池中是一個(gè)普通的操作。這個(gè)加料池內(nèi)通常有一個(gè)含鹽化合物 熔劑層用來(lái)幫助保護(hù)熔化的鋁液不被氧化，并提高廢料的金屬鋁再生利用。在處

6、理規(guī)格 小或比表面積大 (例如鋁屑或 UBC) 的廢料時(shí)這種類(lèi)型的爐子特別常見(jiàn)。通常使用氯化鈉 (NaCI)和氯化鉀 (KCl) 熔劑及有可能加入氟化鹽的混合物組成，氯化物熔劑是用來(lái)降低熔 劑的熔點(diǎn)。這種在熔化過(guò)程中形成的含有熔劑的鋁渣被稱(chēng)為 “黑色鋁渣 ”，因?yàn)樗奶卣?是黑色。黑色鋁渣由含鹽化合物的混合物、氧化物和金屬組成。含鹽混合物熔劑在其熔 點(diǎn)以上的溫度時(shí)，黑色鋁渣由兩種不能相溶的鋁金屬和含氧化物顆粒的液體以及片狀含 鹽化合物的液體組成。當(dāng)含鹽化合物溶劑中的氧化物含量增加時(shí)，混合物粘度變大，流 動(dòng)性變差。熔劑對(duì)含氧化合物的捕集非常有效。黑色鋁渣的金屬含量根據(jù)加入的廢料類(lèi)型和處理?xiàng)l件而變

7、化，但變化范圍是735，特殊情況下會(huì)高達(dá) 50。黑色鋁渣的氧化物含量與熔劑含量幾乎相等。3含鹽化合沉積物因?yàn)榍懊嫣岬降南嗤脑?，利用旋轉(zhuǎn)爐熔煉廢料和用含鹽溶劑捕集溶渣，但是在 生成的副產(chǎn)品中含鹽化合物溶劑所含的氧化物的比率是不同的。這是兩種典型的回收方 法： “濕法”和“干法 ”。不同之處是加入的含鹽化合物溶劑的數(shù)量和熔化的黑色鋁渣熔液 粘度。在 “濕法 ”中，加入足夠的含鹽化合物熔劑，以形成一個(gè)流動(dòng)性很好的熔化的含鹽 化合物液體熔池。在 “干法 ”生產(chǎn)中，加入較少的熔劑，含鹽化合沉積物流動(dòng)性不好，含 鹽化合沉積物中的鋁含量通常比黑色鋁渣鋁含量要低。二鋁渣的金屬氧化及其形成由于白色鋁渣的性質(zhì)

8、決定它是一種易變的原材料。形成的鋁渣的數(shù)量和類(lèi)型受回收 工藝和原材料兩方面的影響。兩者都很重要，而且結(jié)果相互關(guān)聯(lián)。供給的材料在熔化的過(guò)程中是暴露的，這樣的爐子環(huán)境將對(duì)鋁渣形成有很大影響；不同類(lèi)型的爐子會(huì)有不同的環(huán)境，會(huì)形成不同類(lèi)型的鋁渣；氧化性氣氛將會(huì)形成更多的鋁氧化物；高溫通過(guò)增加運(yùn)動(dòng)加速氧化；直接的火焰沖擊可引起局部的高溫并伴隨高速氧化；高熔化率可能引起局部區(qū)域的高溫。靜止的金屬熔池存在熱層化和表面溫度高，也就是說(shuō)，鋁渣被長(zhǎng)時(shí)間留在爐內(nèi)，鋁 渣中的金屬將被氧化的可能性增大。加入鋁的物理性質(zhì)不同，在熔化過(guò)程中也可能造成 不同的鋁渣組成。重要的變量有鎂含量、鋁片的大小和厚度、有機(jī)物涂層。幾種研

9、究已經(jīng)注意到熔化損失和廢料的物理性質(zhì)。熔化損失被定義為爐膛的金屬損 失。它通常是鋁渣中的金屬和金屬氧化成的鋁氧化物的混合物。研究的目的是為了測(cè)定 金屬損失的數(shù)量，了解金屬為什么損失和怎樣把損失降低到最小。了解這些損失對(duì)這個(gè) 討論是非常重要的，因?yàn)檫@些損失的金屬變成了鋁渣。隨之發(fā)生的，對(duì)復(fù)查他們的結(jié)果 有指導(dǎo)意義。Stewart和 Me Cubbin 研究片狀料的厚度范圍，鎂含量和有機(jī)物涂層在一個(gè) 22Kg 的 燃?xì)鉅t中對(duì)熔化損失的影響。 他們證明厚度減少對(duì)熔化損失有極大的影響 （見(jiàn)圖 1）。厚度 在 2mm 以下， 熔化損失以指數(shù)倍增加。 這種上升可歸于幾種因素。 當(dāng)鋁片開(kāi)始加熱熔化 時(shí)，形成

10、緊密粘附的氧化膜。當(dāng)氧化膜內(nèi)的鋁熔化時(shí)，由于重力的原因它將會(huì)流走，較 大的鋁滴可以流出，而較薄的片中的鋁滴由于表面張力的平衡力量而不能流出。根據(jù)第 一定律測(cè)量其物理性質(zhì)， Van Linden 和Vild 經(jīng)過(guò)計(jì)算并用機(jī)器制造出重力和表面張力相 等情況下的鋁片厚度， 在 Stewart和 Me Cubbin 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上， 他們發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵厚度 是 tcrit=1 5mm。在這個(gè)厚度以下的范圍，單獨(dú)的重力作用不能將鋁從氧化膜中釋放出 去。Stewart 和 McCubbin 也發(fā)現(xiàn)了鎂含量在鋁熔化損失中的作用， 對(duì)于厚片 （l5mm）鎂含 量增加在鋁熔化損失中作用很小。 然而，對(duì)于薄片 （0

11、5mm）將鎂含量由 0 增加到 25， 熔化損失翻了一倍。這是因?yàn)楹V鋁合金氧化膜比純鋁的氧化膜更厚而造成的。最后， Stewart和 MeCubbin 分析了在熔化損失中油漆和涂層的作用，在任何情況下， 有涂層的地方熔化損失就會(huì)增加。把廢料浸沒(méi)在金屬熔池中熔化將導(dǎo)致熔化損失最大。 因?yàn)榻](méi)的廢料釋放出易揮發(fā)的化合物而使熔化金屬表面形成鋁渣。 在另一熔化實(shí)驗(yàn)中， 涂層也不通過(guò)改善氧化膜的厚度有效地阻止它們的結(jié)合。最近， Rossel 提供了熔化損失中類(lèi)似的研究結(jié)果，他的實(shí)驗(yàn)在一個(gè)燃?xì)獯矤t內(nèi)進(jìn)行， 裝廢料 200Kg ，他檢查了四種變化：廢料的幾何條件、金屬溫度、熔化時(shí)間、成分 （Mg 和 Zn

12、） 。他發(fā)現(xiàn)了廢料厚度， Mg 含量和熔化損失之間相似的相互關(guān)系。他還發(fā)現(xiàn)在與不含 Mn 的合金的比較， Mn 的存在只有很少或沒(méi)有影響。 Rossel 也證明了溫度越高和熔化暴 露時(shí)間越長(zhǎng)，熔化損失也就越大。溫度對(duì)較小塊廢片影響非常重要，如圖 2 所示的工業(yè) 純鋁。溫度對(duì)含鎂鋁合金的影響是非常鮮明的。三鋁渣處理的歷史從回顧鋁工業(yè)歷史的著述中來(lái)看 （1940年之前 ），早些年處理鋁渣再生金屬含量沒(méi)有引起人們的注意。原因可能是在那個(gè)時(shí)期有限的鋁產(chǎn)品只產(chǎn)生少量的浮渣。雖然按百分比 計(jì)算，鋁渣應(yīng)該與目前一樣或更多。在有限的資料中， l930 年的一篇文章闡明了從鋁渣 中再生金屬的兩種方法：一種是白色

13、鋁渣通過(guò)篩選除去氧化材料。這個(gè)過(guò)程將含鋁量較高的材料與大部分氧 化物材料分開(kāi)，從而獲得含鋁較高的材料。這種含鋁量高的材料被送回反射爐中用于金 屬再生。另一種是將鋁渣加入到含鹽化合物溶劑完全覆蓋的金屬熔化池中。典型的含鹽化合 物溶劑由氯化鋅或氯化鋅和冰晶石的混合物組成。 采用人工或機(jī)器攪拌 （機(jī)器攪拌鋁渣和 化合物熔劑便于使金屬小滴從氧化膜中脫離 ）。在很多情況下，白色鋁渣原料經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的積聚后除去氧化物而不必考慮它的金屬含 量。在二戰(zhàn)之后，鋁產(chǎn)量開(kāi)始增加，利用鋁渣再生鋁的數(shù)量也開(kāi)始增加。到 1967 年美國(guó) 的鋁供給比 l945年增加了 7成。但是鋁渣處理方法與 l930 年相比似乎沒(méi)有很大的發(fā)

14、展。另外一個(gè)參考資料論述了磨碎除去氧化物，用水洗去雜質(zhì)處理方法。在上個(gè)世紀(jì) 70 年代早期，美國(guó)鋁的回收開(kāi)始增加時(shí)，旋轉(zhuǎn)爐變得更加流行。最普通 的旋轉(zhuǎn)爐類(lèi)型是一個(gè)固定的軸線(xiàn)，帶 “濕”熔鹽池，單個(gè)燃燒嘴的爐子，例如在 Barmet 使 用的爐子。這些爐子隨著鋁渣的加入要使用大量的含鹽化合溶劑，以使鋁渣浸沒(méi)在熔池 內(nèi)含鹽溶劑的液體里，爐子兩端開(kāi)口，燃燒器設(shè)在一端，而廢氣從另一端排出。由于爐 子在一個(gè)固定的軸線(xiàn)上操作，熔化的鋁通過(guò)放鋁口從爐子中流出。當(dāng)放鋁口在液體線(xiàn)之 上時(shí)，爐子旋轉(zhuǎn)使放鋁口在金屬下面，當(dāng)金屬鋁流干時(shí)，含鹽化合沉積物才開(kāi)始通過(guò)放 鋁口，這時(shí)將爐子旋轉(zhuǎn)使放鋁口在液體線(xiàn)之上。通常第二個(gè)

15、較大的開(kāi)口被用來(lái)放出含鹽 化合沉積物。這些爐子通過(guò)能夠處理鋁渣和各種其他難以處理的廢料顯示出它的多用途。第二種形式的旋轉(zhuǎn)爐在上個(gè)世紀(jì) 80 年代初期更加流行。這些爐子通過(guò)不定的傾斜的 軸線(xiàn)，裝有兩個(gè)燃燒器，和一個(gè) “干”化合物熔池。采用傾斜的爐子使含鹽化合沉積物更 容易排出， 含鹽化合沉積物不必是液態(tài)。 這允許加入鋁渣時(shí)使用較少的含鹽化合物溶劑。 采用傾斜的爐子，燃燒器和排氣口必須裝在旋轉(zhuǎn)爐的同一端。裝有兩個(gè)燃燒器的燃燒器 系統(tǒng)供給的熱量大，使得爐子熱效率更高。減少含鹽化合沉積物的數(shù)量以減少含鹽化合 物沉積物中的金屬損失總量，從而獲得較高的金屬再生利用。四推薦鋁渣再生利用方法和研究趨勢(shì)在北美，

16、旋轉(zhuǎn)含鹽旋轉(zhuǎn)化合物爐是處理鋁渣的主要方式。它通常使用天然氣燃料加 熱。但是，不同規(guī)模的其他爐型也在工業(yè)上占有一席之地。經(jīng)濟(jì)和環(huán)境控制兩種因素制 約推出新的設(shè)計(jì)和方法。對(duì)全球所有地方來(lái)說(shuō)大部分的經(jīng)濟(jì)因素是平等的，而環(huán)境控制 不一樣。對(duì)于處理鋁副產(chǎn)品的方法控制，特別是含鹽化合沉積物，歐洲國(guó)家與美國(guó)相比 是非常不同的。大部分歐洲國(guó)家已經(jīng)制訂了政策，含鹽化合物的副產(chǎn)品，如含鹽化合沉 積物不能送到掩埋式垃圾處理場(chǎng)。但是相反地，含鋁金屬、含鹽成分化合物和氧化物原 料必須再生回收。另一避免化合物副產(chǎn)品送到掩埋式垃圾場(chǎng)的可取之處便是不使用含鹽 化合物溶劑處理鋁渣。在許多例子中，環(huán)境控制促使不同國(guó)家的公司采取不

17、同的技術(shù)方 法。這部分論文將論述主要試驗(yàn)?zāi)Ｊ胶蜕虡I(yè)性的嘗試。由于使用不同的加熱材料，對(duì)于傾斜可旋轉(zhuǎn)爐子作為處理鋁渣的設(shè)備的評(píng)價(jià)，有許 多不同的觀(guān)點(diǎn)：至少提出了圍繞等離子或電弧作為加熱材料的兩種設(shè)計(jì)方案。在這兩種 情況下?tīng)t子都可以被密封，在惰性氣體保護(hù)下使加熱過(guò)程中鋁金屬的氧化最小。 Alcan 處理使用含有氮?dú)饣驓鍤獾牡入x子作為處理氣體。 LTEEHydro Quebec處理使用碳電極 和電弧，這些爐子的好處是沒(méi)有使用含鹽化合物熔劑，沒(méi)有含鹽化合沉積物產(chǎn)生。這種 操作的副產(chǎn)品被稱(chēng)為 NMP 或非金屬產(chǎn)品。 它由開(kāi)始時(shí)生成的氧化物組成， 并伴有預(yù)先存 在的鋁氮化合物和碳化物加其他空氣滲透物或 “

18、惰性 ”氣體組成的相似的化合物。 NMP 被 寄期望于在另一領(lǐng)域可以用作原材料。這方面的發(fā)展比較副產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值在目前還沒(méi) 有被意識(shí)到。電加熱通常比天然氣的花費(fèi)更大。當(dāng)與燃?xì)鈨A斜旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的化合物相比較 時(shí)，電加熱爐再生利用都較低，這兩方面因素在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。等離子爐在美國(guó)是 允許使用的，但用這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品已經(jīng)停止使用。由 Alcan 在加拿大的鋁渣的處理 生意來(lái)看，等離子處理的經(jīng)濟(jì)生長(zhǎng)力判斷看來(lái)沒(méi)有把握。除北美之外， LTEE Hydro 方 法已經(jīng)有兩個(gè)爐子在使用。AGA 和 Hoogovens已經(jīng)發(fā)展了 ALUREC ，另一種無(wú)鹽化合物旋轉(zhuǎn)爐處理方法。 這種 方法使用 OXY 燃料

19、燃燒器加熱。 作者稱(chēng)在密封的爐子內(nèi)的氣氛可以控制而使鋁的氧化最 小。這種方法也產(chǎn)生 NMP。在歐洲使用這種方法，對(duì)于高回收率來(lái)說(shuō)更為經(jīng)濟(jì)。在使用可傾旋轉(zhuǎn)爐時(shí)，另一種鋁渣處理的可取之處是避免了含鹽化合物溶劑，包括 允許以可控制的鋁的氧化來(lái)提供必須的處理熱量的構(gòu)想。當(dāng)大家同意這個(gè)鋁是在再生中 損失的時(shí)，這個(gè)理論的提出者會(huì)爭(zhēng)辯說(shuō)只有純凈的鋁粒子燃燒，而且它們不再?gòu)?fù)原。一 種情況是冷卻的浮渣被一個(gè)空氣或 OXY 燃料燃燒器加熱到燃點(diǎn)溫度， 一旦達(dá)到自給的溫 度，控制氧氣 （或空氣 ）的加入量來(lái)控制處理溫度。 一旦鋁聚集， 氧氣停止，就放出金屬鋁。 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明再生利用可與使用含鹽化合物溶劑的試驗(yàn)相比

20、。 這種方法還沒(méi)有商業(yè)化。 關(guān)于這個(gè)題目的不同變量已經(jīng)被 Pyro Genesis推薦并稱(chēng)之為 DROSRITE 。在這個(gè)方法中一個(gè)已加熱的旋轉(zhuǎn)爐加入從爐中扒出的熱鋁渣，然后密封。鋁渣旋轉(zhuǎn) 凝聚成金屬，然后流出。仍然剩余的部分可經(jīng)控制氧氣的注入量，鋁渣中的部分含金屬 的鋁氧化產(chǎn)生熱量，爐子通過(guò)氧化剩余鋁渣被再次加熱；爐子從鋁渣中獲取熱量而被加 熱，倒出渣子，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次生產(chǎn)。目前只有小型試驗(yàn)在進(jìn)行。兩種處理工藝都產(chǎn)生 NMP。目前在北美，大量的鋁渣仍然在旋轉(zhuǎn)爐中使用含鹽化合物溶劑處理。在美國(guó)，沒(méi)有 特殊控制含鹽化合沉積物送至掩埋式垃圾處理場(chǎng)的情況。購(gòu)買(mǎi)含鹽化合物溶劑將增加成 本，用天然氣體成

21、本較低和金屬再生利用率的提高使得這一種處理方式更可取。在上個(gè)世紀(jì) 80年代末， IMCO 發(fā)展了一種含鹽化合物溶劑，如果環(huán)境法規(guī)改變，它 可以不用送到掩埋式垃圾處理場(chǎng)。他們使用修改過(guò)的主要由氯化鉀組成的含鹽化合物溶 劑。KCL（氯化鉀 ）可以在過(guò)后普遍需要鉀肥的地區(qū)被用作土壤改良。 土地實(shí)驗(yàn)顯示殘?jiān)?作農(nóng)業(yè)鉀來(lái)源的效果與普通的 KCl 相比效果一樣或更好。 這個(gè)處理方法還沒(méi)有被商業(yè)化， 因?yàn)楹?KCI 的溶劑成本太高，也就是說(shuō)，使用這種含鹽化合溶劑再生利用鋁渣只是一 種趨勢(shì)。只要掩埋式垃圾處理場(chǎng)對(duì)含鹽化合物能接收，這種方法就不會(huì)被使用。白色鋁渣的處理選擇包括物理或化學(xué)分離的另一種處理方法。

22、至少兩個(gè)公司進(jìn)行商 業(yè)性的操作，包括壓碎或碾磨鋁渣以除去氧化物含量。一個(gè)公司將剩下的含金屬的材料 送到鋼鐵工業(yè)作為脫氧劑，而另一個(gè)公司用剩下的含金屬的材料加入爐內(nèi)進(jìn)行熔煉。幾 家公司通過(guò)濕法碾碎來(lái)處理黑色鋁渣和含鹽化合沉積物，得到鋁金屬富集產(chǎn)品、鹽水和 氧化物副產(chǎn)品。一些公司賣(mài)掉鹽水或再生含鹽化合物溶劑的成分。一些公司賣(mài)洗過(guò)的氧 化物給水泥工業(yè)。再生化合物成分的處理需要有效的能量使鹽水或氧化物干燥，除非利 用自然干燥或一些其他可行的鹽水處理的方法。對(duì)于鹽水富集和再生含鹽化合物溶劑成 分的方法用較少的能量進(jìn)行了小規(guī)模電滲析試驗(yàn)。另一個(gè)公司 帝國(guó)化學(xué)公司，用硫 酸處理白色鋁渣，為化學(xué)工業(yè)制造硫酸鋁

23、。哪一種處理方法將會(huì)盛行 ?在這點(diǎn)上似乎旋轉(zhuǎn)含鹽化合物溶劑在北美是 “國(guó)王 ”。在歐 洲由于環(huán)境壓力已經(jīng)被迫采用與北美相比較在某些方面較不經(jīng)濟(jì)的處理方法。所有其他 的問(wèn)題都相同，金屬再生在北美是起步階段，而其他處理方法在技術(shù)上是可行的，但在再生利用和經(jīng)濟(jì)方面不能同使用旋轉(zhuǎn)含鹽化合物溶劑相比較。與此同時(shí)在歐洲，限制化 合物副產(chǎn)品送至掩埋式垃圾處理場(chǎng)的法規(guī)已經(jīng)出臺(tái)，這個(gè)法規(guī)有利于效能低的金屬再生 利用處理方法，但當(dāng)最后分解成本處理時(shí)，整體費(fèi)用較低。五其它重要概念既然有這樣大的經(jīng)濟(jì)牽連，每一個(gè)鋁渣的生產(chǎn)廠(chǎng)都應(yīng)考慮他們的鋁渣在鋁渣處理加 工廠(chǎng)的金屬再生利用率。在工業(yè)中，再生利用率被定義為：再生利用率

24、（ ）= 再生的金屬重量加入的原料重量 100（4）這不是大部分工業(yè)冶金學(xué)者使用的再生利用率的常規(guī)定義。那個(gè)再生利用率，我們 稱(chēng)之為 “冶金學(xué)的再生利用率 ”，它是以加入的原料中含有的金屬重量為基礎(chǔ)定義：冶金學(xué)的再生利用率 （）=再生的金屬重量加入的原料所含的金屬重量100（5）第一個(gè)再生利用率定義使用便利，因?yàn)榱私饣驕y(cè)量當(dāng)初的鋁渣中含金屬量非常困難。 大部分鋁渣原料在規(guī)格和成分方面都非常復(fù)雜，金屬含量根據(jù)產(chǎn)生鋁渣的處理路徑從一 片到另一片，一鏟到另一鏟，一個(gè)重物塊到另一個(gè)重物塊不斷變化。為了了解在浮渣加工廠(chǎng)的金屬再生利用率，至少了解三種操作對(duì)最后再生利用率的 影響是必要的。這種操作的關(guān)系如圖

25、 3 所示：如上所述， 在爐子中產(chǎn)生鋁渣 （包括數(shù)量和金屬含量 ）和鋁錠是隨爐子操作而變化。 爐 子產(chǎn)生的鋁渣被撈出放入各種類(lèi)型的容器 （通常稱(chēng)為渣箱 ）。除非鋁限制接觸空氣中的氧或 者鋁渣的溫度迅速降低，鋁金屬具有繼續(xù)氧化的能力。在特殊情況下，小鋁滴將開(kāi)始強(qiáng) 烈的氧化并形成發(fā)熱劑反應(yīng)。 通過(guò)這一反應(yīng) （或不反應(yīng) ）很容易減少鋁渣中金屬再生。 在渣 箱中形成的鋁渣中正常情況下可以看到發(fā)熱劑厚塊。發(fā)熱劑厚塊在發(fā)熱劑反應(yīng)期間由于 高溫與較重的氧化鋁渣膠合堆積在一起，這便是一個(gè)金屬損失的重要跡象。這種形式的 金屬損失是鋁工業(yè)中公認(rèn)的難題，現(xiàn)在可以通過(guò)增加系統(tǒng)來(lái)阻止撈渣后繼續(xù)氧化。這樣 的系統(tǒng)包括鋁渣

26、壓縮器、惰性氣體冷卻器和旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻器等。最后，在鋁渣加工廠(chǎng)，由于再次加熱過(guò)程中鋁渣里面金屬的氧化和副產(chǎn)品含鹽化合 沉積物中夾帶金屬，會(huì)有一些金屬損失。在整個(gè)鋁渣處理過(guò)程中的困難是對(duì)爐子產(chǎn)生的鋁渣中的金屬含量或鋁渣送到加工廠(chǎng)時(shí)冷卻的鋁渣中的金屬含量缺乏真實(shí)了解，顯而易 見(jiàn)，努力方向應(yīng)該放在得出最大的金屬再生利用收益上。但是通常沒(méi)有足夠的信息可以 適用這個(gè)結(jié)論。幸運(yùn)的是有辦法可以測(cè)定每一步驟金屬含量或損失，雖然每件工作都很費(fèi)事。當(dāng)鋁 渣剛剛從爐邊撈出立刻將其取樣收集，并且每步都可能有重大的取樣不準(zhǔn)，但是這樣總 可以給出一個(gè)在特定的撈渣過(guò)程中可獲得的鋁含量的簡(jiǎn)要印象。將從爐子中撈出的熱渣 馬

27、上稱(chēng)量，然后在它冷卻之后再次稱(chēng)量重量的方法可以用來(lái)得出有多少鋁被氧化。根據(jù) 等式（1），氧化鋁的重量比初期的鋁大 1889 倍。量得的不同重量可被換算成鋁的重量， 在加入的原料重量 （不是加入的金屬重量 ）基礎(chǔ)上的損失百分率可以被計(jì)算出來(lái)， 這是得出 在撈渣之后在鑄造廠(chǎng)房中發(fā)生的金屬損失大小的一種非常便利的方法。一個(gè)現(xiàn)代的傾斜旋轉(zhuǎn)化合爐通常有一組標(biāo)準(zhǔn)操作。在處理了給出重量的鋁渣之后， 所有爐子中的材料被倒掉。 如果我們假設(shè)沒(méi)有原料在爐中積聚或用盡 （最初的原料粘附在 墻上或熔化 ），它可能在爐子周?chē)瓿梢粋€(gè)質(zhì)量平衡。 所有加入原料 （鋁渣和含鹽化合物溶 劑）事先稱(chēng)重后加入爐中，生成的金屬被稱(chēng)重

28、，如果含鹽化合沉積物和其他副產(chǎn)品也被稱(chēng) 重，質(zhì)量平衡可能會(huì)完成 （假設(shè)最少的原料被運(yùn)出爐子送到裝袋處 ）。在精確的處理方法下， 重量上很小的增加被觀(guān)察到，它與鋁金屬最少的氧化物相一致。重量改變也包含任何稱(chēng) 量錯(cuò)誤或來(lái)自 “爐壁的沒(méi)有積聚或熔化 ”的假設(shè)的偏差，由此而導(dǎo)致錯(cuò)誤。盡管如此，改 變?nèi)詫⒔o出一個(gè)在鋁渣處理過(guò)程中氧化發(fā)生程度 （和這階段處理中的金屬損失 ）的強(qiáng)有力 的指標(biāo)。在 IMCO Recycling ，有三種不同的美國(guó)操作方法處理含鹽化合沉積物以再生殘余的 鋁。這些設(shè)備給了計(jì)算鋁渣中夾帶的鋁數(shù)量的機(jī)會(huì)。雖然沒(méi)有慣例可循，從單獨(dú)的重塊 或多個(gè)重物中分離含鹽化合沉積物來(lái)單獨(dú)處理是可能的

29、。把注意力集中在原料上以確保 整個(gè)處理過(guò)程中重物的匯集， 運(yùn)送和處理的步驟 （包括濃縮金屬的分離和后來(lái)的爐子再生 兩個(gè)步驟 ）得到再生金屬是可能的。由于沒(méi)有任何一種處理方法能達(dá)到l00的效率，對(duì)系統(tǒng)損失運(yùn)用修正量因素是必需的。修正量因素確定以廣泛的試驗(yàn)為基礎(chǔ)，有了它可以 計(jì)算含鹽化合沉積物中的鋁含量。使用質(zhì)量平衡的化合物測(cè)定氧化物損失和含鹽化合沉積物中夾帶的金屬的量，估算 在鋁渣加工廠(chǎng)得到的初始時(shí)的鋁渣中的金屬含量是可能的。在已知金屬含量的供給材料 中，可得到以真實(shí)的金屬含量為基礎(chǔ)的冶金再生利用率的測(cè)定。 如果隨后的步驟都完成， 測(cè)定初期鋁渣重金屬和氧化物的含量是可能的。1在熔化處理的開(kāi)始，鑄

30、造廠(chǎng)房立刻稱(chēng)量從爐中出來(lái)的鋁渣重量。2鋁渣在冷卻后再次稱(chēng)重。3在運(yùn)送和鋁渣加工廠(chǎng)期間，鋁渣存放處分開(kāi)保存。4用以上定義的質(zhì)量平衡的方法 （包括分離方法處理含鹽化合沉積物 ）以整批的方式 處理鋁渣。在這些情況下，弄清循環(huán)中每一步驟的金屬損失是可能的。這對(duì)了解鋁渣在熔化循 環(huán)和傳遞處理中發(fā)生了什么損失和在哪里發(fā)生的損失是一個(gè)非常有用的工具。最重要的 是這些知識(shí)允許把主要精力放在最需要的地方。在近期的一篇論文中， Stewart 討論了完全熔化損失研究的方法論。 他將“鋁渣熔化損 失”定義為：在這種情況下， 金屬進(jìn)入爐子和生產(chǎn)的金屬產(chǎn)品 （如鑄錠 ）都可能被很容易地測(cè)量。 原 料中加入的金屬和生成的

31、金屬不同之處只是處理中金屬的各種簡(jiǎn)單損失，例如廢鑄錠， 從流槽中撇出的漂浮物和鋁渣。把它們的渣子送去后處理，更有用的是對(duì)有效熔化損失，也就是考慮到鋁渣處理中 的金屬再生利用。有效熔化損失定義為：在這兩種定義中，鋁渣再生利用百分比沒(méi)有被提到 僅提到鋁渣再生的金屬單位 不論使最小有效熔化損失或是最大金屬總再生利用， 二次再生的金屬重量一定是最大的。 通常我們認(rèn)為從鋁渣加工廠(chǎng)要獲取最大金屬再生利用的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，任何一個(gè)先期的處理 步驟都會(huì)影響再生利用。它可能確實(shí)有利于產(chǎn)生更多有著較低金屬含量的鋁渣，但最后 更多的金屬返回鑄造工廠(chǎng)。為使有效熔化損失最小或總金屬再生率最大，一個(gè)更加全面 的觀(guān)點(diǎn)將被運(yùn)用。這

32、就導(dǎo)致與鋁渣加工廠(chǎng)的合作會(huì)取得很好的利益?；仡櫱懊娑温渌鶖⑹龅膬?nèi)容，應(yīng)該考慮在鋁渣運(yùn)輸重量的花費(fèi)，而過(guò)分強(qiáng)調(diào)再生利 用百分率是不應(yīng)該的。再生利用的百分率可能由于在爐子中充分分解氧化物釋放出鋁小 滴而提高，也可能由于在爐子中發(fā)生鋁熱反應(yīng)或鋁渣出爐后發(fā)生鋁熱反應(yīng)而降低。拙劣 的撈渣操作也可能將鋁渣留在爐子中，然后有機(jī)會(huì)令更多的金屬被氧化，使得最終的金 屬含量較低。觀(guān)察有效熔化損失或金屬總再生利用的值，使我們正確認(rèn)識(shí)總?cè)刍^(guò)程是 怎樣完成的。對(duì)有效熔化損失或總金屬再生利用兩種觀(guān)點(diǎn)，選其中一種方法來(lái)尋找再生金屬在系 統(tǒng)內(nèi)的成本。通常服務(wù)費(fèi)用的分配以處理重量或回收金屬為依據(jù)由鋁渣加工廠(chǎng)來(lái)付費(fèi)。 處理費(fèi)用

33、通過(guò)再生利用產(chǎn)出率、金屬回收的分?jǐn)?shù)形式分配。較高的再生利用率意味著返 回金屬的單位成本低。我們必須再次來(lái)看整個(gè)的鋁渣路徑，以測(cè)定發(fā)生在鑄造廠(chǎng)房中的 減少金屬再生的反應(yīng)是否增加了金屬回收的費(fèi)用。使用適當(dāng)?shù)姆椒p小鋁渣在爐子中和 從爐子中扒出后在渣箱中的氧化將會(huì)有較高的金屬再生利用， 并且使鋁渣處理總量變小。 兩種情況對(duì)客戶(hù)來(lái)說(shuō)都能減少金屬回收的費(fèi)用。再生回收之后對(duì)客戶(hù)來(lái)說(shuō)最重要的問(wèn)題是再生金屬的化學(xué)成分。大部分客戶(hù)希望鋁 渣處理操作中再生的金屬恰恰正是與合金在熔化過(guò)程中使用相同的成分。但這是一般的 情況，化學(xué)成分與最初的合金完全不符是可能的。有不同的成分最大的原因是污染造成 的。污染可能發(fā)生在鋁渣工廠(chǎng)或處理廠(chǎng)，來(lái)源之一是鋁渣中垃圾的存在。在鋁渣中發(fā)現(xiàn)如下所列的外國(guó)材料是正常的：熱電耦、熱電耦保護(hù)套、電線(xiàn)；不定的鐵，例如螺釘、 螺釘帽、鋼帶和焊接桿；不定的銅，例如電線(xiàn)和陽(yáng)極連接物；碎石、土壤和大石頭；用 于清潔而溢出的油；廢軟管和管子；耐火材料 （通常因清爐損毀，有時(shí)爐子破壞的內(nèi)襯的 瓦礫）；石墨片；地面垃圾；個(gè)人防護(hù)用具，