-
一、对再生铝的再认识
废杂铝再生是
21
世纪铝工业生产发展中的一个热点。
它是随着铝工
业的诞生
逐步壮大起来的。西方国家在上世纪
30
年代中期开始形成一个独立的行业，中国则
是在上世纪
70
年代初期开始受到关注。再生铝本身是自然资源的再利用，具有很强
的生命力。再生铝在铝生产总量中的比例越来越高，如日本达
99.5%
，压铸行业用
再生铝已是一种必然的趋势。与生产原铝相比，用废铝
料生产再生铝，可节约
95
％
的能源，
二氧化碳排放量比用水电生产原铝减少
91
％，比用燃油发电生
产原铝减少
97
％以上。每生产
1
吨再生铝节约用水
10.5
吨、少排放二氧
化碳
0.8
吨、少排放
二氧化硫等有害
气体
0.06
吨。在产量相同条件下，生产再生铝的建厂投资仅
仅为生
产原生铝的十分之一。显然具有重大节能、环保和经济优势。
< br>由于再生铝的原材料主要是废杂铝料，废杂铝中有废铝铸件（以
Al-
Si
合金
为主）、废铝锻件（
Al-
Mg-Mn
、
Al-Cu-
Mn
等合金）、型材（
Al-
Mn
、
Al-Mg
等合金）废电缆线（
以纯铝为主）等各种各样废料，有时甚至混杂入一些非铝合金的
废零件（如
Zn
、
Pb
合金等），这就
给再生铝的配制带来了很多隐患。如何把多种成
分复杂的废铝料配制成成分与性能均合格
的再生铝锭，既是再生铝生产的核心问题，
也是作为使用再生铝材料的压铸厂家必需关注
的问题。事实证明，对再生铝的了解越
深入，我们对再生铝的使用和控制就越科学。
1
）
废铝料的来源
国外进口的混杂废铝料成分复
杂，除废杂铝外，还含有一定数量的废钢铁、废
铅、废锌等金属和废橡胶、废木料、废塑
料、石子等，有时部分废铝和废钢铁机械结
合在一起。还有一些是焚烧后的含铝碎铝料，
档次较低，主要是各种报废家用电器等
的粉碎物，分选出一部分废钢后再经焚烧形成的物
料。这类含铝废料一般铝含量在
40%
～
60%
左右，其余主要是垃圾（砖块石块）、废钢铁、极少量的铜（铜线）等
有色金属。铝的块度一般在
10
厘米以下，在焚
烧的过程中，一些铝和熔点低的物质
如锌、铅、锡等都熔化，与其他物料形成表面玻璃状
的物料，难以辨别和分选。
国内回收的废杂铝大多较纯净，即常说的废熟铝，废生铝和
废合金铝。废生铝
主要是废铸造铝和废合金铝。
多以废机器零件
（如废汽车零件、
废模具、
废铸铝锅盆
、
内燃机活塞等）。废熟铝一般指铝含量在
99%
以上的废铝（如废电缆、废家用餐具、
水壶等）。废合金铝如废飞机铝、铝框
架等。
生产企业产生的废铝料一般称为新废料，
< br>主要包括铝合金在生产及加工过程中
产生的浇冒口，
边角
料、
废次材、
铝屑末及废品等。
这些新
废料除粘有油污及屑末外，
都是档次较高的废铝料，如果在企业产生废料时能清晰的分类
保存，利用价值极高。
熔炼铝过程中必然产生浮渣，即常说的铝灰。废杂铝的成分复杂，
杂质越多，表面污
染越严重，铝灰就越多。铝灰的含铝量与所选用的覆盖剂和熔炼技术有
关，一般含铝
量在
10%-20%
。<
/p>
总之，废杂铝的组成相对比较复杂，含有较多外来杂质，包括各种有机质如塑
料类物质、水分等，熔炼之前如不清理干净，会造成合金熔体严重吸气，在随后的凝
固过程中产生气孔、疏松等缺陷。此外一些非铝金属的混入，导致材料成分不合格，
性能恶化。各种非金属矿物的混入造成的非金属夹杂，也会使材料的性能品质下降。
因此，再生铝生产流程第一重要环节就是废杂铝的预处理，以尽可能地净化原料，把
不利
于再生铝质量的因素减少到最低程度。只有这样，压铸厂才能用上放心铝锭。
2
）废杂铝的预处理
废杂铝预处理的目的一是去除废杂铝中夹杂的其他金属和杂质，
二是把废杂铝
按其成分分类，使其中的合金成分得到最大程度的利用。三是将废杂铝表面的油污、
氧化物及涂料等处理掉。预处理最终的结果是将废铝处理成符合入炉条件的炉料，四
是使含铝废料中的铝（含氧化铝）得到最经济最合理的利用。
目前发达国家已形成完善的废杂铝收集、管理、分检系统，适应不断扩大的市
场需求，<
/p>
实现了废杂铝分选的机械化和自动化，最大限度地去除金属杂质
和非金属
杂质，并按主合金成分把废铝分成几大类，如合金铝，铝镁合金、铝铜合金、铝
锌合
金、铝硅合金等。这样可以减轻熔炼过程中的除杂技术和调整成分的难度，并可综合
利用废铝中的合金成分，尤其是含锌，铜，镁高的废铝，都要单独存放，可作为熔炼
铝合金调整成分的中间合金原料。目前先进的废杂铝预处理技术主要有：
A
、风选法分离废纸、废塑料和尘土。
B
、采用磁选设备分选出废钢等磁性废料
C
、以水为介质的浮选法分选轻质杂质
D
、用抛物选矿法从废铝中分选铜等重有色金属
E
、溶剂浸泡废铝或回转窑焙烧法处理废铝表面涂层
。
F
、对报废汽车等大型设备采用机
械拆解的高效率流水线。
由于采用先进技术对废铝进行有效的分选，
在资源的最佳配置上获取了利润的
最大化。
我国对废杂铝的回收预处理在观念及认识程度上，
与发达国家相比，
差距比较
明显。再生铝企业数量虽然庞大，但生产高质量再生铝的厂家不多，还有许
多作坊式
的家庭企业；采用混炼的方式生产，技术水平低，依靠手工分拣，预处理水平可
想而
知，能源与资源浪费大；环境污染严重；回收与最终销售价格扭曲，处于粗放经营管
理的水平上。如对表面有涂层或油污的废料一般不作任何预处理就直接熔炼，使部分
铝氧化，
并增加了铝中的杂质和气泡，
其后
患无穷。
因此压铸厂家在选择再生铝料时，
不光要比价格，还需
要对供应商知己知彼，既看
“
前店
”<
/p>
，也要看
“
后厂
”
。
3
）废杂铝的熔炼
废杂铝合金熔炼的基本任务是获得符合规定成分
（包括主要组元或杂质元素含
量）和性能要求的铝合金液。并在熔炼过程中采取相应的措施控制气体及氧化夹杂物
的含量，保证铸锭得到适当的晶粒细化的组织。铝合金熔炼过程一般如下：
装炉
→
熔化（同时按需加铜、锌、硅等）
→
扒渣
→
取样
→
调整成分
→
搅拌
< br>→
精
炼
→
扒渣
→
铸锭。
由于铝元素的特性，
铝合金有强烈的产生气孔的倾向，
同时也极
易产生氧化夹
杂。因此，防止和去除气体和氧化夹杂就成为铝合金熔炼过程中最突出的问
题。发达
国家在生产中不断推出新的技术创新举措，如低成本的连续熔炼和处理工艺，使
低品
位废杂铝升级，用废杂铝已能大量制造供压铸、轧制及作母合金用的再生铝锭。在铝
熔炼技术上，开发了高效、节能并且符合环境保护要求的侧井反射炉和双室反射炉、
用于铝屑回收的多室熔炼炉；处理铝渣的倾斜式回转炉；类似
LAR
S
技术（
Liquid
Aluminum Refining System
—
是目前国际最先进铝液精炼系统之一）的除杂除气
装置。推广并应用了
一些高效的精炼净化技术，现代化自动控制的铸造结晶技术，高
效燃烧技术和根据铝合金
的成分要求电脑自动控制的物料配比系统软硬件。
有的大型
汽车
公司还计划和铝业公司建立闭环铝废料回收再生系统。我国曾相继引进
SNIF
，
MINT
，
ALPU
R
，
RDU
等先进铝熔体在线净化技术
，并自主研制了
DDF
等技术，
但除氢
水平仍有较大差距。目前我们已是世界第一再生铝生产大国，面对再生铝行业
的快速发展
和诸多不成熟，
从现实应用的角度，
我们更应重视再生铝的产品
质量问题；
品种结构问题；质量检验问题；市场无序竞争问题等，压铸工作者对进一步提
高再生
铝质量充满着期待。
二、
再生铝的质量管理
由于压铸业的利润率越来越低
，
一些压铸厂的管理者囿于成本的制约，
加之对
劣质再生铝危害性认识不足，缺乏检测手段，在再生铝锭质量和价格的天平上偏向了
后者，导致出现一系列压铸质量问题，甚至造成直接经济损失。因此，严格再生铝锭
的质量管理已被越来越多的有识之士所重视。
1
）
再生铝质量分析
A
< br>、再生铝原料来源复杂，成分控制难是保证质量的关键问题。回收废铝料中有
20
余种元素（
Cu,Mg,Mn,Si,Ag,Ti,Be,Zn
,Sn,Ni,Cr,Pb,Bi,V,Zr,Co,O
）。对某些牌
< br>号的合金是重要添加元素，对另一些牌号合金则是有害物质。因此再生铝一般要降级
使用。
B
、非金属夹杂是导致废品
的最主要缺陷。由此原因报废的再生铝锭达废品总量的
10-25%
。
这些夹渣来源于高温熔体表面氧化膜破裂形成的碎片和炉渣，
废料本身含
大量氧化物及未处理干净的杂物等随铝液进入铸锭，来自一次合金处理的
钛，硼聚集
夹渣物，来自炉衬的耐火尖晶石颗粒，多元化合沉积物
Al-Fe-Mn-Cu
等。来自油
和水的氢化物杂质，阳极
化和表面涂层造成的夹杂物等。其中以氧化物夹渣最普遍。
氧化夹渣在断口上呈暗褐色或
灰色和金黄色等斑状。
一般要求铸锭低倍试片不得多于
两点夹渣
，且单个面积小于
0.5mm
2
。
C
、在熔炼和转注时因湍流，翻滚，飞溅
引起的氧化膜。它很薄，与基体金属结合紧
密，在低倍组织观察中不易被发现。
D
、用废料重熔会带入较多气体。有资料报导
：从重量
15KG
的铝锭表面析出的水蒸
气和氢气有
373cm
3
，而
15KG
废铝板（
2mm
厚）表面析出量达
6000cm
3
，而
且，
铝合金表面的氧化膜厚度室温下约为
< br>2.5-5.0?
m
；
潮湿环境
下，
成复式氧化膜，
内层为氧化物，外层含羟基化合物。在熔铝
过程中，这些氧化夹杂物是部分气体的载
体，
残存于铝液中。<
/p>
对于长时间在潮湿环境中的铝废料，
其表面有较厚一层
Al(OH)
3
，
内含的
化合态水加热到
300
—
400?C<
/p>
也不能除掉。在
400?C
以上才开始分
解为
γ
-Al
2
O
3
和
H
2
O
。这样的炉料即使预热，熔化后的再生铝锭中氢含量也大为
增加。
大约是原铝的
10
倍。
E
、再生铝锭中出现气孔，起皮，起层，表面
夹杂，裂纹，力学性能不合格的现象，
主要源于铝锭中的偏析，热脆，气体，氧化物夹杂
，缩松，裂纹，晶粒组织不良及化
学成分不合规范要求等因素。
2
）
再生铝的质量检验
目前对再生铝的检验可分为化
学成分检验，
金相组织检验，
表面检验和性能检
验。金属中含气量分析主要以液态金属测氢为主。
A
、化学成分检验：限定在相应牌号的标准成分范围内。此为外限标准或工业标准。
由于大量废料回炉势必增加再生铝锭中的杂质成分，为了确保外限标准所必需的限
度，根据工厂的具体情况应自行制定内限标准，并按此来验收。早期用化学分析，其
< br>结果精确，但操作繁杂，目前多用于校验其它分析方法。现在大都采用光谱分析，其
灵敏度高，速度快，选择性好，成为检验的主流。
B
、组织检验：分为宏观和微观检验。
宏观检验是借助肉眼或低倍放大镜
（小于
30
< br>倍）
观察和判断再生铝锭内部是
否有裂纹，夹杂，气孔，
成分偏析及不良晶粒组织等缺陷。由于铝锭内部缺陷多集中
在近表层，或表皮上，因此特
别要对铝锭的表面从形状，缩孔，气孔，氧化物夹杂和
表面裂纹等方面检验。一般不允许
有拉裂，气泡，腐蚀斑点，缩孔，高出表面的金属
瘤等。
微观组织检验是利用光学金相显微镜或电子显微镜等从毫米，
微米乃至纳米尺
度来观察，鉴别和分析各种相的形貌，晶体结构和化学组成等。其检验标准在参考国
家标准的同时，应结合自身对压铸件的要求调整。
C
、力学性能检验。铝合金力学性能包括强度，塑性，韧度和硬度，它们与化学成分，
组织结构有密切关系，是压铸前必须确认的。用材料实验机和各种标准的静，动态硬
度测试仪可以完成对力学性能的检验。
D
、断口检验。常用冷、热酸、碱浸蚀后对再生铝锭的断口观察。常有缺陷为裂纹、
夹渣、气孔、疏松、白斑等。也可以根据断口形状用肉眼初步判断质量。质量好的再
生铝锭晶粒较细，断口呈白色丝绒状，没有硅晶粒亮点。质量差的铝锭则晶粒粗大，
断口呈灰暗色或蓝灰色，并有发亮光的硅晶粒可见。
三、
再生铝熔炼工艺特点分析
由于再生铝锭有许多先天不足
的缺陷，加重了压铸厂重熔铝锭时的冶金负担。
因此必须在传统熔炼工艺的基础上，做必
要的调整和给予更多的关注。
1
）熔炼温度控制要合理
一般压铸铝合金熔化温度应控制在
比浇铸温度高出
20-50?C
或
75
0?C
以下。
若再提高
10-40?C
，氧化物含量会增加
2-3%
，这无疑
使本来氧化物含量就高的再
生铝液雪上加霜。若提高
80?C<
/p>
，铝液中的氧化物含量增加
20%
；提高
120?C
，
则增加
200%
。当温度达到
800-900?C
时，铝液表面密度为
3.5g/cm
的
γ
-Al
2
O
3
向密度
4.0g/cm
的
α
-Al
2
O
3
转变，使表面体积发生约
13%<
/p>
的收缩，原来连续致密的
氧化膜收缩出现龟裂，使铝液向深层氧化
。同时大量吸气，造成晶粒粗大。此外，铝
的氧化物对于氢处于
“
活性状态
”
，容易吸附铝液中的氢气
，构成（
Al
2
O
3
）
XH
型络
合物，使铝液越来越不干净。还要注意大熔池中铝液沿高度方向存在明显的温差。
一
般操作条件下每
10mm
厚度的温差
为
1.5
—
2.0?C
，其影响铝液的质量稳定。
2
）铝锭入炉前要干燥
3
3
铝锭入炉前要干燥，其作业并不复杂，但是若不了解这样做的深层次原因，往往
不被重视，亦可能不被坚持。其实它对于再生铝液的净化和去气非常重要。被水分侵
< br>蚀的炉料熔炼时污染金属最严重，有必要对此做较详细的讨论。
研究表明，铝合金液溶解的气体中
氢气占
85%
以上。而氢含量与水蒸汽直接相
< br>关。氢原子半径
0.046nm
，故易溶于铝液中。氮原
子半径
0.070nm,
结构复杂的
多
元化合气体如
CO
2
,CO,CH
4
等原子半径更大，因此比氢难溶。气体一般以三种形态存
在于铝合金液中：
A
、以分子态吸附在金属裂纹表面和显微疏松处，或形成气泡。
100
克铝液中含氢超
过
0.61cm
就
会形成气孔，即以分子态残留。
3
B
、在铝合金晶体点阵间隙处形成间隙式固溶体。
C
、以氧化物，氮化物和氢化物等金属化合物弥散于晶粒内或晶界上。
氢在铝液中的溶解度符合
Sievert<
/p>
定律：
其中：
S---
氢在铝液中的溶解度
cm
3<
/p>
/(100gAl)
；
m---
常数；
T---
铝液
温度
K
R---
气体常数；
P
H2O
----
铝液面上
水蒸气分压
Pa
；
Es---
氢的溶解热
J/mol
氢在铝液中溶解是吸热反应，
Es>0,
故
P
H2O
越大，
T
越高，则氢的溶解度就越
大。
再生铝的表面和内部的氧化铝含量较原铝高。在
3
万倍电镜下
γ
-Al
2
O
3
膜内层
致
密，外表疏松，有大量
5-10nm
小孔，很易吸附水气，以<
/p>
Al
2
O
3
?nH
2
O
形态存
在。如下图所示