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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。鋁渣的類型和性質(zhì)取決于熔化的方式、初始時加入的原料、熔化溫度、攪動情況，它與熔化過程中的變化關(guān)系不大。
本文將研究當前普遍采用的鋁渣處理的常規(guī)做法以及實驗性和建議性的處理方法，同時討論將來如何處理鋁渣及其副產(chǎn)品剩余物，檢驗工廠按常規(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，而是一種有重要價值的副產(chǎn)品。簡單討論了使鋁渣使用價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，鋁就會氧化，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，以適當增加經(jīng)濟利益。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)稱為“鋁渣"。為使命名法合乎標準，鋁業(yè)協(xié)會出版了一本說明和定義鋁渣不同成分的小冊子。小冊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?對這一點的重要性需要認真詳細的說明，因為對鋁含量的不同分析方法會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化學(xué)分析被顯示和計量，但是可能由于它們太小，以至于在傳統(tǒng)的回收過程中無法再生。
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輸期間產(chǎn)生的。
鋁渣通過“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，在后面將更詳細地討論從爐子中撈出的鋁渣同隨后的送到加工廠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+N2(氣體) →AIN(固體)
（3）8Al+3CO2(氣體)→A14 C3(固體)+2A12 O3(固體)
當冷卻的鋁渣與濕氣反應(yīng)時鋁渣中這些化合物的存在是顯而易見的。同水、游離氨和乙炔氣體的反應(yīng)很容易通過它們特殊的氣味分辨出來。
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
許多鋁廢料回收廠使用爐外部帶有凸出的加料池的反射爐進行裝料。通過加料池把廢料加入爐子內(nèi)的金屬熔池中是一個普通的操作。這個加料池內(nèi)通常有一個含鹽化合物熔劑層用來幫助保護熔化的鋁液不被氧化，并提高廢料的金屬鋁再生利用。在處理規(guī)格小或比表面積大(例如鋁屑或UBC)的廢料時這種類型的爐子特別常見。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，氯化物熔劑是用來降低熔劑的熔點。這種在熔化過程中形成的含有熔劑的鋁渣被稱為“黑色鋁渣”，因為它的特征是黑色。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以上的溫度時，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。當含鹽化合物溶劑中的氧化物含量增加時，混合物粘度變大，流動性變差。熔劑對含氧化合物的捕集非常有效。
黑色鋁渣的金屬含量根據(jù)加入的廢料類型和處理條件而變化，但變化范圍是7～35％，特殊情況下會高達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
因為前面提到的相同的原因，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，以形成一個流動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)決定它是一種易變的原材料。形成的鋁渣的數(shù)量和類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程中是暴露的，這樣的爐子環(huán)境將對鋁渣形成有很大影響；
不同類型的爐子會有不同的環(huán)境，會形成不同類型的鋁渣；
氧化性氣氛將會形成更多的鋁氧化物；
高溫通過增加運動加速氧化；
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，鋁渣被長時間留在爐內(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、有機物涂層。
幾種研究已經(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。了解這些損失對這個討論是非常重要的，因為這些損失的金屬變成了鋁渣。隨之發(fā)生的，對復(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，鎂含量和有機物涂層在一個22Kg的燃氣爐中對熔化損失的影響。他們證明厚度減少對熔化損失有極大的影響(見圖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。當鋁片開始加熱熔化時，形成緊密粘附的氧化膜。當氧化膜內(nèi)的鋁熔化時，由于重力的原因它將會流走，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)第一定律測量其物理性質(zhì)，Van Linden和Vild經(jīng)過計算并用機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的實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，他們發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵厚度是tcrit=1．5mm。在這個厚度以下的范圍，單獨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，對于厚片(>l5mm)鎂含量增加在鋁熔化損失中作用很小。然而，對于薄片(0．5mm)將鎂含量由0增加到2．5％，熔化損失翻了一倍。這是因為含鎂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增加。把廢料浸沒在金屬熔池中熔化將導(dǎo)致熔化損失最大。因為浸沒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。在另一熔化實驗中，涂層也不通過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似的研究結(jié)果，他的實驗在一個燃氣床爐內(nèi)進行，裝廢料200Kg，他檢查了四種變化：廢料的幾何條件、金屬溫度、熔化時間、成分(Mg和Zn)。
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有影響。Rossel也證明了溫度越高和熔化暴露時間越長，熔化損失也就越大。溫度對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)歷史的著述中來看(1940年之前)，早些年處理鋁渣再生金屬含量沒有引起人們的注意。原因可能是在那個時期有限的鋁產(chǎn)品只產(chǎn)生少量的浮渣。雖然按百分比計算，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：
一種是白色鋁渣通過篩選除去氧化材料。這個過程將含鋁量較高的材料與大部分氧化物材料分開，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。采用人工或機器攪拌(機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)過簡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)量開始增加，利用鋁渣再生鋁的數(shù)量也開始增加。到1967年美國的鋁供給比l945年增加了7成。但是鋁渣處理方法與l930年相比似乎沒有很大的發(fā)展。另外一個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。
在上個世紀70年代早期，美國鋁的回收開始增加時，旋轉(zhuǎn)爐變得更加流行。最普通的旋轉(zhuǎn)爐類型是一個固定的軸線，帶“濕”熔鹽池，單個燃燒嘴的爐子，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，以使鋁渣浸沒在熔池內(nèi)含鹽溶劑的液體里，爐子兩端開口，燃燒器設(shè)在一端，而廢氣從另一端排出。由于爐子在一個固定的軸線上操作，熔化的鋁通過放鋁口從爐子中流出。當放鋁口在液體線之上時，爐子旋轉(zhuǎn)使放鋁口在金屬下面，當金屬鋁流干時，含鹽化合沉積物才開始通過放鋁口，這時將爐子旋轉(zhuǎn)使放鋁口在液體線之上。通常第二個較大的開口被用來放出含鹽化合沉積物。這些爐子通過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)爐在上個世紀80年代初期更加流行。這些爐子通過不定的傾斜的軸線，裝有兩個燃燒器，和一個“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
在北美，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)濟和環(huán)境控制兩種因素制約推出新的設(shè)計和方法。對全球所有地方來說大部分的經(jīng)濟因素是平等的，而環(huán)境控制不一樣。對于處理鋁副產(chǎn)品的方法控制，特別是含鹽化合沉積物，歐洲國家與美國相比是非常不同的。大部分歐洲國家已經(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。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)境控制促使不同國家的公司采取不同的技術(shù)方法。這部分論文將論述主要試驗?zāi)Ｊ胶蜕虡I(yè)性的嘗試。
由于使用不同的加熱材料，對于傾斜可旋轉(zhuǎn)爐子作為處理鋁渣的設(shè)備的評價，有許多不同的觀點：至少提出了圍繞等離子或電弧作為加熱材料的兩種設(shè)計方案。在這兩種情況下爐子都可以被密封，在惰性氣體保護下使加熱過程中鋁金屬的氧化最小。Alcan處理使用含有氮氣或氬氣的等離子作為處理氣體。LTEE／Hydro Quebec處理使用碳電極和電弧，這些爐子的好處是沒有使用含鹽化合物熔劑，沒有含鹽化合沉積物產(chǎn)生。這種操作的副產(chǎn)品被稱為NMP或非金屬產(chǎn)品。它由開始時生成的氧化物組成，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“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)濟價值在目前還沒有被意識到。電加熱通常比天然氣的花費更大。當與燃氣傾斜旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的化合物相比較時，電加熱爐再生利用都較低，這兩方面因素在經(jīng)濟上是不合算的。等離子爐在美國是允許使用的，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看，等離子處理的經(jīng)濟生長力判斷看來沒有把握。除北美之外，LTEE／Hydro方法已經(jīng)有兩個爐子在使用。
AGA和Hoogovens已經(jīng)發(fā)展了ALUREC，另一種無鹽化合物旋轉(zhuǎn)爐處理方法。這種方法使用OXY燃料燃燒器加熱。作者稱在密封的爐子內(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，對于高回收率來說更為經(jīng)濟。
在使用可傾旋轉(zhuǎn)爐時，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提供必須的處理熱量的構(gòu)想。當大家同意這個鋁是在再生中損失的時，這個理論的提出者會爭辯說只有純凈的鋁粒子燃燒，而且它們不再復(fù)原。一種情況是冷卻的浮渣被一個空氣或OXY燃料燃燒器加熱到燃點溫度，一旦達到自給的溫度，控制氧氣(或空氣)的加入量來控制處理溫度。一旦鋁聚集，氧氣停止，就放出金屬鋁。實驗室試驗表明再生利用可與使用含鹽化合物溶劑的試驗相比。這種方法還沒有商業(yè)化。關(guān)于這個題目的不同變量已經(jīng)被Pyro Genesis推薦并稱之為DROSRITE。
在這個方法中一個已加熱的旋轉(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，準備進行下一次生產(chǎn)。目前只有小型試驗在進行。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，沒有特殊控制含鹽化合沉積物送至掩埋式垃圾處理場的情況。購買含鹽化合物溶劑將增加成本，用天然氣體成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。
在上個世紀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。他們使用修改過的主要由氯化鉀組成的含鹽化合物溶劑。KCL(氯化鉀)可以在過后普遍需要鉀肥的地區(qū)被用作土壤改良。土地實驗顯示殘渣用作農(nóng)業(yè)鉀來源的效果與普通的KCl相比效果一樣或更好。這個處理方法還沒有被商業(yè)化，因為含富KCI的溶劑成本太高，也就是說，使用這種含鹽化合溶劑再生利用鋁渣只是一種趨勢。只要掩埋式垃圾處理場對含鹽化合物能接收，這種方法就不會被使用。
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。至少兩個公司進行商業(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，而另一個公司用剩下的含金屬的材料加入爐內(nèi)進行熔煉。幾家公司通過濕法碾碎來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。一些公司賣掉鹽水或再生含鹽化合物溶劑的成分。一些公司賣洗過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行了小規(guī)模電滲析試驗。另一個公司——帝國化學(xué)公司，用硫酸處理白色鋁渣，為化學(xué)工業(yè)制造硫酸鋁。
哪一種處理方法將會盛行?在這點上似乎旋轉(zhuǎn)含鹽化合物溶劑在北美是“國王”。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)濟的處理方法。所有其他的問題都相同，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)濟方面不能同使用旋轉(zhuǎn)含鹽化合物溶劑相比較。與此同時在歐洲，限制化合物副產(chǎn)品送至掩埋式垃圾處理場的法規(guī)已經(jīng)出臺，這個法規(guī)有利于效能低的金屬再生利用處理方法，但當最后分解成本處理時，整體費用較低。
五．其它重要概念
既然有這樣大的經(jīng)濟牽連，每一個鋁渣的生產(chǎn)廠都應(yīng)考慮他們的鋁渣在鋁渣處理加工廠的金屬再生利用率。在工業(yè)中，再生利用率被定義為：
再生利用率(％)=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。那個再生利用率，我們稱之為“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)
第一個再生利用率定義使用便利，因為了解或測量當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，一個重物塊到另一個重物塊不斷變化。
為了了解在浮渣加工廠的金屬再生利用率，至少了解三種操作對最后再生利用率的影響是必要的。這種操作的關(guān)系如圖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型的容器(通常稱為渣箱)。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，小鋁滴將開始強烈的氧化并形成發(fā)熱劑反應(yīng)。通過這一反應(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)中公認的難題，現(xiàn)在可以通過增加系統(tǒng)來阻止撈渣后繼續(xù)氧化。這樣的系統(tǒng)包括鋁渣壓縮器、惰性氣體冷卻器和旋轉(zhuǎn)壓縮機轉(zhuǎn)子冷卻器等。
最后，在鋁渣加工廠，由于再次加熱過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，會有一些金屬損失。在整個鋁渣處理過程中的困難是對爐子產(chǎn)生的鋁渣中的金屬含量或鋁渣送到加工廠時冷卻的鋁渣中的金屬含量缺乏真實了解，顯而易見，努力方向應(yīng)該放在得出最大的金屬再生利用收益上。但是通常沒有足夠的信息可以適用這個結(jié)論。
幸運的是有辦法可以測定每一步驟金屬含量或損失，雖然每件工作都很費事。當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，但是這樣總可以給出一個在特定的撈渣過程中可獲得的鋁含量的簡要印象。將從爐子中撈出的熱渣馬上稱量，然后在它冷卻之后再次稱量重量的方法可以用來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1．889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算出來，這是得出在撈渣之后在鑄造廠房中發(fā)生的金屬損失大小的一種非常便利的方法。
一個現(xiàn)代的傾斜旋轉(zhuǎn)化合爐通常有一組標準操作。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)，它可能在爐子周圍完成一個質(zhì)量平衡。所有加入原料(鋁渣和含鹽化合物溶劑)事先稱重后加入爐中，生成的金屬被稱重，如果含鹽化合沉積物和其他副產(chǎn)品也被稱重，質(zhì)量平衡可能會完成(假設(shè)最少的原料被運出爐子送到裝袋處)。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量錯誤或來自“爐壁的沒有積聚或熔化”的假設(shè)的偏差，由此而導(dǎo)致錯誤。盡管如此，改變?nèi)詫⒔o出一個在鋁渣處理過程中氧化發(fā)生程度(和這階段處理中的金屬損失)的強有力的指標。
在IMCO Recycling，有三種不同的美國操作方法處理含鹽化合沉積物以再生殘余的鋁。這些設(shè)備給了計算鋁渣中夾帶的鋁數(shù)量的機會。雖然沒有慣例可循，從單獨的重塊或多個重物中分離含鹽化合沉積物來單獨處理是可能的。把注意力集中在原料上以確保整個處理過程中重物的匯集，運送和處理的步驟(包括濃縮金屬的分離和后來的爐子再生兩個步驟)得到再生金屬是可能的。由于沒有任何一種處理方法能達到l00％的效率，對系統(tǒng)損失運用修正量因素是必需的。修正量因素確定以廣泛的試驗為基礎(chǔ)，有了它可以計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，估算在鋁渣加工廠得到的初始時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，可得到以真實的金屬含量為基礎(chǔ)的冶金再生利用率的測定。如果隨后的步驟都完成，測定初期鋁渣重金屬和氧化物的含量是可能的。
1．在熔化處理的開始，鑄造廠房立刻稱量從爐中出來的鋁渣重量。
2．鋁渣在冷卻后再次稱重。
3．在運送和鋁渣加工廠期間，鋁渣存放處分開保存。
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)生的損失是一個非常有用的工具。最重要的是這些知識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量。原料中加入的金屬和生成的金屬不同之處只是處理中金屬的各種簡單損失，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。通常我們認為從鋁渣加工廠要獲取最大金屬再生利用的觀點來看，任何一個先期的處理步驟都會影響再生利用。它可能確實有利于產(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。為使有效熔化損失最小或總金屬再生率最大，一個更加全面的觀點將被運用。這就導(dǎo)致與鋁渣加工廠的合作會取得很好的利益。
回顧前面段落所敘述的內(nèi)容，應(yīng)該考慮在鋁渣運輸重量的花費，而過分強調(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，然后有機會令更多的金屬被氧化，使得最終的金屬含量較低。觀察有效熔化損失或金屬總再生利用的值，使我們正確認識總?cè)刍^程是怎樣完成的。
對有效熔化損失或總金屬再生利用兩種觀點，選其中一種方法來尋找再生金屬在系統(tǒng)內(nèi)的成本。通常服務(wù)費用的分配以處理重量或回收金屬為依據(jù)由鋁渣加工廠來付費。處理費用通過再生利用產(chǎn)出率、金屬回收的分數(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。我們必須再次來看整個的鋁渣路徑，以測定發(fā)生在鑄造廠房中的減少金屬再生的反應(yīng)是否增加了金屬回收的費用。使用適當?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。兩種情況對客戶來說都能減少金屬回收的費用。
再生回收之后對客戶來說最重要的問題是再生金屬的化學(xué)成分。大部分客戶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)生在鋁渣工廠或處理廠，來源之一是鋁渣中垃圾的存在。在鋁渣中發(fā)現(xiàn)如下所列的外國材料是正常的：熱電耦、熱電耦保護套、電線；不定的鐵，例如螺釘、螺釘帽、鋼帶和焊接桿；不定的銅，例如電線和陽極連接物；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，有時爐子破壞的內(nèi)襯的瓦礫)；石墨片；地面垃圾；個人防護用具，例如手套和防塵面罩等；垃圾，例如紙片、紙板、木頭和塑料制品。
由于金屬存在于這些有害的污染物中，使得許多再生金屬最后的化學(xué)成分可能發(fā)生改變。但是更重要的是鑄造廠房員工在處理浮渣時缺乏對污染物的注意，這種行為表明他們只是把鋁渣看作廢物，而不是有價值的副產(chǎn)品。使鋁渣的價值最大化，要從教育員工認識他工作的價值開始。作為一個鋁渣加工廠，往往不注意與鋁渣相關(guān)的其它非浮渣材料的額外重量，但我們不可能從這些外國材料中再生鋁金屬。
另一種機理，是通過爐子扒渣后過多的氧化和鋁熱反應(yīng)可能生成的鋁渣與原來合金不同的化學(xué)成分。在鋁合金中，鋁和鎂是最活躍的元素，它們會在其他金屬成分之前氧化，并留在合金中聚集起來。另外，如果合金中任何其他的金屬元素發(fā)生氧化，當氧化物與鋁金屬接觸時，鋁金屬會從中獲取氧氣以減少這些氧化物，使之還原成金屬。如果氧化是劇烈的，可能聚集大量的合金元素，就能產(chǎn)生再生利用較低的大塊鋁渣。
最后，鋁渣處理廠在鋁渣處理過程中如果處理不當可能吸收雜質(zhì)。大部分浮渣加工廠為避免污染物而努力，因為用戶檢查非常嚴密。對浮渣加工廠來說污染物有兩種主要來源：
一是旋轉(zhuǎn)爐壁筑爐材料的熔化。如果爐墻上的筑爐材料隨后熔化而形成合金，可能引起化學(xué)成分的改變，這種情況通過保持一個干凈的爐子和安排對爐墻熔化最小的鋁合金進行熔煉。
二是不良的原材料管理。大部分的鋁渣加工廠對處理前的原材料僅做物理操作和貯藏工作。不良的場地堆放可能導(dǎo)致污染物，例如在裝載新材料之前沒有提前清理料箱，將從一個料箱溢出的材料裝到另一個箱子內(nèi)，或重物放置的區(qū)域不對。
六．總結(jié)
鋁渣處理是構(gòu)成鋁工業(yè)所必需的部分，在美國，35%～40%的金屬供給來自再生材料。鋁渣金屬再生是發(fā)展趨勢。鋁渣處理從簡單的熔化操作生產(chǎn)金屬濃縮物，發(fā)展到用更加精致的含鹽化合物溶劑旋轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)最大量再生金屬。當含鹽化合物旋轉(zhuǎn)爐順利地實現(xiàn)最好的再生利用時，許多其他的鋁渣再生系統(tǒng)也已經(jīng)發(fā)展起來。大部分的新系統(tǒng)都使用一種方法，減少含鹽化合物副產(chǎn)品的成分或避免用天然氣體作為加熱材料。在歐洲，與含鹽化合物的副產(chǎn)品相關(guān)的高昂的處理費用，導(dǎo)致了對無鹽處理方法的偏愛。在北美，含鹽化合沉積物在掩埋式垃圾處理場的處理是競爭性的價格，由于經(jīng)濟的原因，其他技術(shù)不可能競爭。
鋁工業(yè)的利益可能由于對鋁渣的馬虎操作引起金屬損失而造成很大的影響。為使金屬再生利用率和價值最大，鑄造廠房和鋁渣加工廠都必須采取行動以確保最大的再生利用和完善的成分。這些行動包括與操作有關(guān)的程序，用適當?shù)姆绞綇娜刍臓t子中撈出鋁渣，使氧化最小、金屬再生利用最大。這些行動也包括在原料鑄造廠房和鋁渣加工廠操作的失誤和無意的污染。
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