鎂廢料的分級與回收

□編譯/蘇鴻英

鎂廢料的分級與回收

□編譯/蘇鴻英

The Classification and Recycling of Magnesium Waste

鎂廢料的回收和二次加工，必須重視鎂合金中的雜質問題。由于低電化學電勢有Fe、Ni和Cu元素存在，會增加部件腐蝕速度，只有Fe較容易從鎂熔體中去除。在高純度鎂合金的技術規范中對上述三種元素的極限值是有明確規定的（見表1），如果其中一個極限值超標，腐蝕速度都會加快。對于一些標準鎂合金來講，已明確規定了最低極限值。但是在儲存或運輸鎂廢料及鑄造嵌入件時，上述三種元素都極易被引入，因此必須考慮雜質的敏感程度，特別是對鎂廢料進行分級時更是如此。

一、鎂廢料的分級

已經建立起來的鎂廢料分級的幾個級別主要由鎂生產商來確定，ISO標準在2005年已經制定出來。鎂廢料的級別通常由材料（結構緊湊件或車削碎料）形狀，潔凈度（干凈、涂層、濕或有油），雜質（無雜質或有Ni、Cu或Si污染)，鎂含量（100%鎂或沒有鎂以外殘留物），焙劑存在（無焙劑或有焙劑）和化學成分（根據合金或混合物分揀）來確定（見表2）。

Brassard等人強調，對于一個有效的回收和二次加工工藝來講，鎂廢料的均質性非常重要，均質性的變化可能會有不利的影響。在燃燒含有油的鎂廢料時，所產生的熱會對熔化速度有影響，當返回料非常小（細）時影響特別明顯。熔化速度還會受到低表面/體積比的影響，即大塊料或鎂錠夾雜。如果表面的鎂氧化物不熔化并形成渣，會產生不理想的高表面/體積比的氧化返回料，返回料的水分再和鎂水反應，會導致氣體（如氫氣）產生并在爐內產生小爆炸。

1級：通常在壓鑄車間見到，1級鎂廢料如泛道、涂料、流道、昌口和溢出物占到每個壓鑄部件的40%～50%，這種干凈、結構緊湊的鎂廢料可以重熔成結構應用材料，這是用于再次鎂合金加工中最常見的鎂廢料。通常根據由單一化學成分構成的合金收集1級鎂廢料。通過合金化或添加純原鎂來調整鋁和鋅的含量。

Franke將回收進一步分為就地（in-cell）、內部（Cin-house）和外部回收 (external recycling)。就地是鎂廢料在鑄造爐里立即重熔，但由于氧化物的進入和模釋放劑的污染，就地回收僅能在有限范圍內進行，同時熔體需要通過化學分析或金相手段認真檢查。根據Franke的觀點，一家鎂廢料公司的年產量可能需要超過1 500萬噸才能保證其穩定的生產過程。

表1 幾種鎂合金的雜質極限值 單位：wt %

表2 鎂廢料分級一覽表

2級：對于2級鎂廢料，從鎂熔體中可以把鋼嵌入件去除，而鐵可溶性相對較低，通過增加錳可以控制鐵的積累。有些嵌入件熔在鎂水里會把Cu、Ni或Si引入熔體，例如黃銅、青銅和一些鋁合金，這類鎂廢料不可以二次加工成高純鎂合金，但是可以用于鋁合金化或鋼脫硫。

3級：3級鎂廢料的有機涂層和油無論采用機械手段或化學手段都可以去除。在燃燒時，要小心在廢氣中生成的二惡烷（Dioxins）。King的觀點是，清潔過的報廢鑄件可以當2級鎂返回料看待。又因為不同的表面積/體積比，有些分類系統會把涂漆/滌層和濕/有油廢料區分開來，而濕/有油鎂廢料經常含有細的材料，具有高表面/體積比，所以按不同的性別分組。

4級：由于這些鎂廢料的高比表面積與鎂的反應性，車削屑需要單獨收集。Westengen和King認為干燥的車削屑可以精煉成高純鎂合金。因為很難采用覆蓋氣體提供足夠的保護，無熔劑重熔鎂廢料碎屑幾乎是不可能的。另一個可選擇的用途就是用于鋼鐵工業的脫硫。而4級鎂廢料回收率比1級鎂廢料的回收率低。

5級：根據Franke和Westengen的觀點，由于油/水乳液能促進氫氣的生成，采用油或油/水乳液加工鎂碎屑的居多數。進而言之，松散的鎂碎屑被列為危險材料并且只能儲存在特殊的鋼筒里運輸，這就是為什么污染的鎂碎屑一定要盡可能壓實。

受潤滑劑污染的鎂屑處理是不成功的。根據King的觀點在清洗離心干燥系統里礦物油潤滑劑可以利用水基堿去脂溶液去除。但是油/水乳液比較難去除，觀點中建議的幾種處理工藝來解決污染碎屑問題，例如采用加熱螺旋裝置的真空蒸餾或蒸發方法從松散碎屑里去除潤滑劑，但并未說明這種處理工藝可適用于工業應用。而且處理潤滑劑污染鎂屑的成本可能超過回收鎂的價值，Franke更偏向于把這些材料回填土地。

6級和7級：6級鎂廢料中含有70%～90%的鎂，7級鎂廢料中含有最多30%的鎂，兩組材料可采用鹽通過重熔和精煉的方法進行回收，這一工藝技術已經在工業上應用，產品是鎂、渣或7級鎂廢料。對于渣的應用已經討論了3種可能性：傾倒、對所有成分的進一步加工和在鋁工業上的應用。

根據Fragner等人的觀點，渣被認為是無毒和吸濕的。鎂在和水接觸時會產生氫氣，而渣就會變得難以處理。Fragner等人通過浸出，把渣分割成鎂金屬、Mg（OH）2和鹽水，Ditze等人通過鹽酸進一步浸出Mg（OH）2。由于加工處理成本較高，他們偏愛傾倒渣或把渣用于鋁工業。Westengen等人稱通過采用離心處理手段，額外誘加鹽稀釋可從渣里分離出鎂金屬。目前鎂含量低的鎂灰和渣用來回填土地，但溶液，包括浸出過程都可能用于生產。在一些出版物里，由于含鹽氧化物的顏色為黑色，含殘留物的焙劑被稱為黑鎂灰。在這種情況下渣的定義是指坩堝底部無焙劑殘留物，而鎂灰則指焙體表面的殘留物。

8級：本級鎂廢料包括大多數的后消費鎂廢料，由于Cu、Ni和Si的進入，不會涉及到不同鎂合金的混合物。8級鎂廢料采用的工業工藝技術不能精煉成高純鎂合金，其用途為鋼脫硫和鋁合金化。（未完待續）

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