有色金屬材料再生資源利用技術(shù)研究

高順 郭小敏 李有元

摘 要：文章分析了有色金屬材料循環(huán)再生的方法；論述了廢銅、廢鋁、廢鉛、廢金屬基復(fù)合材料等有色金屬材料的循環(huán)再生利用技術(shù)。

關(guān)鍵詞：有色金屬材料；再生資源；循環(huán)利用

材料是社會經(jīng)濟發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，所有材料中使用量最大的材料是金屬材料。金屬材料主要包含鋼鐵材料、有色金屬材料和金屬基復(fù)合材料，提高金屬材料在生產(chǎn)和使用中的資源及能源的利用效率，對保護環(huán)境非常重要[ 1 ]。降低金屬材料對環(huán)境的負(fù)荷，節(jié)約不可再生金屬材料資源是金屬材料發(fā)展方向[ 2 ]。我國有色金屬材料在國民經(jīng)濟發(fā)展中具有重要作用，鋁、銅、鋅、鉛是有色金屬工業(yè)重點發(fā)展的四種主要金屬材

料[ 3 ]，金屬基復(fù)合材料主要應(yīng)用的是有色金屬基復(fù)合材料，可見有色金屬材料在我國的工業(yè)中的重要地位[ 4，5 ]。所以，我們必須改變以往的有色金屬材料生產(chǎn)方式，在減少有色金屬材料廢棄物排放的同時，逐步減少對有色金屬材料礦石資源的依賴性，將有色金屬材料產(chǎn)品的生產(chǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到以利用有色金屬材料再生循環(huán)上來。所以，研究有色金屬材料的再生循環(huán)演變規(guī)律，去除有色金屬材料再生中有害雜質(zhì)，提高有色金屬材料再生資源的利用就成為保證工業(yè)和人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要前提之一，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 有色金屬材料循環(huán)再生的方法

一是有色金屬材料廢棄物原點利用法，原點利用法是有色金屬材料廢棄物在其生命周期內(nèi)，根據(jù)廢棄前用途，可以被用來繼續(xù)完成同樣預(yù)定用途一定次數(shù)的重復(fù)使用過程，也就是以它的原來形式不需要再加工就能再使用一次以上，這是最優(yōu)先的有色金屬材料再循環(huán)方法，循環(huán)利用過程中材料質(zhì)量下降小、節(jié)省能源、價格成本低、物質(zhì)流流程短。

二是循環(huán)再生法，它是有色金屬材料產(chǎn)品失去設(shè)計使用功能，不能再使用的材料的循環(huán)再生方法。與有色金屬材料再使用方式相比，循環(huán)再生價格和能源消耗提高，再生有色金屬材料質(zhì)量比新材料下降，所以材料回收、分離需要一定的技術(shù)。

三是化學(xué)再循環(huán)法，它是有色金屬材料廢棄物采用化學(xué)再循環(huán)方式，經(jīng)過化學(xué)分解來回收原料。同有色金屬材料再循環(huán)方式比較，該回收法受技術(shù)可能性的限制，循環(huán)再生過程中價格和能源消耗均提高。

2 常用金屬材料的循環(huán)再生利用技術(shù)

廢有色金屬的再生產(chǎn)品基本是在降級使用，因此設(shè)計與生產(chǎn)易于回收、拆卸，可以循環(huán)再生的有色金屬材料技術(shù)非常重要。

一是廢銅的回收利用，廢銅的來源有銅加工廠和銅使用單位在生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢銅料，這種廢銅成分穩(wěn)定；社會回收的廢銅含銅量差異很大；廢電線、電纜等銅廢料越來越多。潔凈、含銅量高的廢銅可以直接重熔或用作電解銅的補充原料。廢電線、電纜需要預(yù)處理，去除絕緣物，壓塊和粉碎。含量低的廢銅先用鼓風(fēng)爐生產(chǎn)出粗銅，再送入轉(zhuǎn)爐，再澆鑄成陽極板電解精制。

二是廢鋁的回收利用，再生鋁的能耗是生產(chǎn)原鋁能耗的3%，廢鋁回收利用的意義是節(jié)能顯著，經(jīng)濟效益高。我國循環(huán)再生鋁與生產(chǎn)原鋁相比，可節(jié)約投資，降低生產(chǎn)費用，可避免原鋁生產(chǎn)的三廢污染，容易回收利用。廢鋁來源主要汽車，隨著汽車數(shù)量的增加將成為廢鋁的重要來源，還有建筑、包裝和日雜用品中的廢鋁。全鋁易拉罐可回收再生鋁量較大，典型的回收工藝為清洗-除漆-壓扁-第一次磁選除鐵-粉碎-第二次磁選除鐵-壓扁-熔煉-鑄成再生鋁錠-軋制板材。

三是廢鉛的回收利用，在世界范圍內(nèi)，再生鉛占全世界年產(chǎn)鉛量的一半。廢鉛的主要來源是廢鉛蓄電池及工廠廢料，廢鉛進行重熔、精煉后可重新用于制造蓄電池的格柵。

四是其他有色金屬的回收利用，汽車尾氣排氣轉(zhuǎn)化催化劑含有鉑、銠、鈀等貴重元素，石油精煉催化劑含有鎳、鉑、鈷，催化劑的回收再資源化具有相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟效益，廢電池含有銀、鋰、鎳、鈷等。

3 金屬基復(fù)合材料的循環(huán)再生利用技術(shù)

當(dāng)前，面向環(huán)境的復(fù)合材料制備及應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)主要有面向回收的復(fù)合材料產(chǎn)品可拆卸性設(shè)計及評價方法和評價指標(biāo)體系的建立，適合綠色產(chǎn)品設(shè)計的復(fù)合材料環(huán)境指標(biāo)的建立及其規(guī)則。由于金屬基復(fù)合材料基體材料的熔點差別較大，增強相的形態(tài)和尺寸種類繁多，使得金屬基復(fù)合材料的循環(huán)再生利用技術(shù)研究還不充分。目前金屬基復(fù)合材料的循環(huán)再生利用技術(shù)主要有熔融鹽處理技術(shù)、電磁分離技術(shù)和化學(xué)溶解技術(shù)。熔融鹽處理技術(shù)是將金屬基復(fù)合材料中的陶瓷顆粒通過加入熔融無機鹽后形成了浮渣，通過排除浮渣，能夠?qū)⑷廴诘慕饘俜蛛x出來，加以回收再利用。電磁分離技術(shù)是對處于熔融狀態(tài)下的金屬基復(fù)合材料基體，進行施加單方向的電磁場，由于復(fù)合材料中增強體和基體對外加磁場的作用極性有差別，使得兩者產(chǎn)生相對方向的運動，從而將其分離。化學(xué)溶解技術(shù)是通過化學(xué)方法使金屬鹽從溶液中析出，然后以化學(xué)原料的形式加以回收，從而達到循環(huán)再生利用金屬基復(fù)合材料的目的。

總之，有色屬材料再生資源利用具有重要的社會意義和經(jīng)濟價值，政府應(yīng)該制定相應(yīng)的法律法規(guī)以約束和規(guī)范有色屬材料廢棄物循環(huán)再生；推行和開發(fā)先進的有色屬材料回收利用技術(shù)；建立和完善有色屬材料回收利用網(wǎng)絡(luò)和機制；積極提高有色屬材料生產(chǎn)和回收企業(yè)的效益。面對有限的環(huán)境壓力和環(huán)境容量，人類盡量將廢棄物回收到再生產(chǎn)的循環(huán)中去，大大減輕對生態(tài)環(huán)境的破壞。

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作者簡介：

高順（1993-），男，陜西榆林人，本科，主要研究方向是有色金屬材料強韌化處理。