銅包鋁線纜再生利用的現(xiàn)狀及建議

戴雅康 劉丕家

我國在1997年開發(fā)成功銅包鋁線，其初衷是用于制造傳輸高頻信號的同軸電纜的內導體，以節(jié)省銅材并代替進口。二十多年來，隨著人們對銅包鋁線在線纜行業(yè)貫徹“以鋁節(jié)銅”方針以及在創(chuàng)建資源節(jié)約型社會中的戰(zhàn)略意義的認識逐漸加深，使銅包鋁線在線纜中獲得廣泛的應用。此后，科研人員將其用作工頻電線電纜導體，開發(fā)出諸如電力電纜、電氣裝備電纜、通信電纜、建筑布線、阻燃電纜、控制電纜等產品；此外，還開發(fā)了銅包鋁鎂合金線、鍍錫銅包鋁線、銅包鋁漆包線等產品，用作線纜的屏蔽線、高頻變壓器線圈、電動機和變壓器繞組等產品，使銅包鋁線在電線電纜及電器設備中獲得廣泛的應用。

為適應銅包鋁線在線纜行業(yè)中的不同用途，一些不同形狀的品種被開發(fā)出來。例如，用于直徑較粗（7.00～13.10mm之間）的射頻同軸電纜內導體的銅包鋁管；用于電控和配電設備等領域的銅包鋁母排（又稱“銅鋁復合排”）的矩形導體。其中銅包鋁母排的年產量可達幾十萬噸。

對于上述銅包鋁線纜產品以及各企業(yè)生產中的邊角余料、切頭和廢次品，如何再生利用，這是我國循環(huán)經濟建設中的一個重要課題，受到國家的高度重視和社會的普遍關注。上海電纜研究所黃祟祺院士早在2007年就指出，銅包鋁線的回收利用是“電線電纜行業(yè)規(guī)模使用銅包鋁線的前提”[1]?？梢哉J為，銅包鋁線纜的再生利用已成為決定我國銅包鋁行業(yè)發(fā)展前景的關鍵問題。

目前我國銅包鋁線纜再生利用的研究和實施己取得初步成效。但要在我國建成一個生產規(guī)模較大、具有先進工藝與設備和管理精良的銅包鋁線纜再生利用產業(yè)基地，還需舉全銅包鋁行業(yè)之力、協(xié)同創(chuàng)建。

本文主要從工藝方法和設備方面介紹我國當前銅包鋁線纜再生利用的現(xiàn)狀，并對今后的發(fā)展前景提出建議。

1 再生銅包鋁線纜預處理方法的研究

報廢銅包鋁線纜的再生利用，首先要將銅包鋁導體與絕緣外皮分開。這一工序稱為“預處理”。一般可參照銅導體線纜的機械分離法[2]來處理。其工藝流程如圖1所示。對于很長而雜亂的線纜可先將其切斷至90mm以下的長度。然后將物料送入第一臺破碎機中進行粗碎。利用一對正、反向旋轉的切刀進一步將其切碎至10mm以上，減小線纜的尺寸。粗碎后的物料通過磁選法，剔除混在線纜中的銅包鋼線。然后將粗碎的物料進行篩分，篩上的物料返回到粗碎機中再次破碎。篩分后的物料送入細碎機中，將其長度破碎到6mm以下，此時絕大部分銅包鋁線已與絕緣外皮脫開，通過分選使銅包鋁導體與絕緣外皮分離。

至于分選的方法，對于銅導體線纜，由于塑料或橡膠的密度較?。ㄒ话阈∮?g/cm3），而銅的密廢較大（為8.9g/cm3），可采用重力分選法將其分離，獲得的細碎銅導體稱為“銅米”。但是對于銅包體導體，根據其銅層體積比不同，其密度為3.32～3.94g/cm3之間，與塑料或橡膠的密度相差不大，采用重力分選法能否將兩者徹底分離，尚待試驗評定。如果重力分選法滿足不了要求，可采用渦流法等其他分選方法進行分離。分選出的細碎銅包鋁導體可稱之為“銅包鋁米”。

目前我國對于廢銅線纜的機械分離法預處理設備，已有規(guī)格不同的“銅米機”供應。但根據銅包鋁線纜的特點進行改造后的預處理設備，可稱之為“銅包鋁米機”，其工作原理與結構尚待研制。

2 銅包鋁導體再生利用的方法

通過前處理獲得的銅包鋁米以及銅包鋁導體企業(yè)生產中的邊角余料、切頭及廢次品，雖然設有絕緣層，但銅層與鋁芯線緊密結合在一起，難以用機械方法分離，其再生利用方法有直接熔煉法和電解分離回收法2種。

2.1 直接熔煉法

直接熔煉法不是將銅和鋁分離，而是將其直接投入熔煉爐中熔化，調整其化學成分后，澆注成“銅鋁中間合金”。用作熔煉含銅的鋁合金（如硬鋁）或含鋁的銅合金（如鋁青銅）配料之用。直接熔煉法所用設備較為簡單；主要配備一臺中頻感應爐或坩堝爐及一臺爐前化學成分快速分析儀。此外還需配備一臺壓塊機，用于將雜亂、松散的銅包鋁導體壓成塊狀，便于投入熔煉爐中。專利[3]介紹了這種回收利用方法。

上述方法所處理的銅包鋁導體數(shù)量很少，對于導體中高品位的純銅和純鋁來說，是很不經濟的方法。僅適用于銅包鋁生產企業(yè)和個體小型回收企業(yè)，用于回收少量不含絕緣外皮的生產料頭和廢次品之用。對于大量報廢的銅包鋁線纜的回收是不適用的。

2.2電解分離回收法

電解分離回收法是一種用電化學方法將銅包鋁中的銅和鋁分離并回收的方法。其原理是將銅包鋁米或銅包鋁料頭和廢次品放入硫酸銅（CuSO4）和硫酸（H2SO4）混合的電解液中。在直流電作用下，銅（Cu）在陽極上形成銅離子進入到電解液中（即Cu-2e→Cu2+），并與硫酸反應（Cu+H2SO4+1/2O2→2CuSO4+2H2O）轉化為可溶性硫酸銅。與此同時，電解液中的銅離子在直流電作用下在陰極上得到電子（Cu2++2e→Cu），便以金屬銅的形態(tài)在陰極沉積。進入電解液中的鋁由于“陽極氧化”作用，在其表面產生鈍化膜，大大降低了鋁與硫酸的反應速度，在所制取的硫酸銅晶體中鋁的濃度很低，并且鋁為負電性金屬，不可能在陰極析出。通過這些反應過程就可將銅與鋁分離，并回收利用。試驗表明，這種方法的金屬銅回收率可達96%以上，金屬鋁的回收率可達93%以上[4]。

近年來，蘇州華銅復合材料有限公司（以下簡稱“蘇州華銅”）等企業(yè)根據所生產的銅包鋁母線尺寸較大的特點（窄邊尺寸為3～14mm，寬邊尺寸為30～200mm[5]），對生產中的料頭或廢次品，研制了用電解法分離銅和鋁的再生利用方法，取得了可喜的成果，申請了專利[5]，在國內開創(chuàng)了一條新路。該電解回收生產線的結構如圖2所示，由3個用耐酸塑料板焊接而成的電解槽（1、2和3）和循環(huán)過濾熱交換糟（4）構成。這幾個槽的槽底高度依次降低，用高強度耐酸塑料管道相連通。循環(huán)過濾熱交換糟中設有動力泵、電解液熱交換器和過濾器，形成電解液循環(huán)系統(tǒng)并調整電解液溫度和對電解液進行過濾。3個電解槽中設置有數(shù)排懸掛陰極板的陰極導電棒和懸掛銅包鋁母排料頭的陽極導電棒，分別串聯(lián)供電。第一個電解槽中的陰極板用304不銹鋼制成，電解時當不銹鋼鋼板上沉積的銅層厚度達到0.5mm左右時，將其銅層揭下，掛在后面電解槽的陰極棒上，作為繼續(xù)沉積銅層的種板。因此第一個電解槽又稱為“種板槽”。

在隨后的2個電解糟中，當沉積的銅板厚度達到2mm時，取下濾干，放進設置在生產線旁的中和槽里中和并在清洗槽中漂洗，晾干后入庫。陽極上懸掛的銅包鋁母排料頭當銅層全部電離后，取下鋁板，經中和、漂洗、晾干后入庫。整個回收銅、鋁過程連續(xù)進行。

電解工藝參數(shù)如下：電解液由工業(yè)級五水硫酸銅（CuSO4·5H2O）、98%H2SO、鹽酸（HCl）、玻璃水及自來水配制而成。電解液循環(huán)流量為5～10L/min，溫度為15～30℃。所用直流電源為DT-20000-12V型高頻開關電源，槽電壓0.2～0.3V，電流密度為工件200～250A/m2。

該設備分離回收的銅和鋁保持原材料純度不變。銅的回收率大于99.9%，鋁的回收率95%以上。每年可分解回收7.2萬t銅包鋁母排料頭。

但上述電解再生生產線對于直徑較為細?。ê撩准墸┑你~包鋁米則不適用。必須先將其放入溶銅缶中進行溶銅造液，并使之與鋁分離。然后進行電解精煉，在陰極上析出很高純度的銅。甚至可用輥式連續(xù)電解方法制成銅箔[7]，用于印刷電路板的銅層。但我國至今尚未見到銅包鋁線纜預處理及分離銅和鋁進行再生的專用設備和工藝。

3 對我國銅包鋁線纜再生利用的建議

3.1必須重視和推廣新產品的開發(fā)與報廢產品的回收利用相結合的研發(fā)經驗

我國線纜工業(yè)的“以鋁節(jié)銅”是大勢所趨，銅包鋁導體的節(jié)銅效果己獲公認，但至今產業(yè)的發(fā)展卻較為遲緩。筆者認為，主要是對銅包鋁線纜產品如何再生利用還沒有深入的研究和實踐。近年來蘇州華銅等企業(yè)在研發(fā)銅包鋁母排新產品的過程中，遵照工業(yè)和信息化部、中國有色金屬工業(yè)協(xié)會、中國電器工業(yè)協(xié)會及有關專家的指示，將產品的回收利用同時列為研究課題之一。經過幾年來的研究，既獲得了具有“國際領先水平”的銅包鋁母排產品，又取得了生產料頭及報廢產品回收利用的經驗，不僅降低了生產成本，而且促進了新產品的發(fā)展。

國家發(fā)展和改革委員會早在2004年就明確指出，“今后國家投資的重點將向具有循環(huán)經濟特色的產業(yè)或企業(yè)傾斜”。銅包鋁母排的研發(fā)成功受到國家有關部委、行業(yè)協(xié)會及研究機構的密切重視與大力支持，充分體現(xiàn)了國家對資源循環(huán)利用政策的引導和示范意義。

銅包鋁線纜的研發(fā)和生產雖歷經二十余年歷史，如果對報廢的銅包鋁線纜不能再生利用，不僅浪費了大量優(yōu)質的銅和鋁金屬，而且這種線纜極易混入廢銅線纜中，大大增加了銅回收的難度，“以鋁節(jié)銅”豈不成為一句空話。當前銅包鋁線纜的大量應用倒逼其再生利用技術的出臺，給銅包鋁行業(yè)增添了很大壓力。因此，整個銅包鋁行業(yè)應重視蘇州華銅等企業(yè)研制新產品的經驗，立即開展銅包鋁線纜再生利用工藝和設備的研究，大力發(fā)展循環(huán)經濟，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3.2 建設具有一定規(guī)模的銅包鋁線纜再生利用基地

銅包鋁線纜的再生利用比銅線纜的要復雜得多，除要將線纜導體與絕緣外皮分開外，還要把導體中的銅與鋁分開，所用設備和工藝的較為復雜。一般個體企業(yè)無論在技術上或資金上都難以滿足要求。為此，必須吸取多年來建設金屬循環(huán)利用基地的經驗，打造一個生產自動化、管理信息化、流程智能化的智慧型和服務型大型企業(yè)，使我國銅包鋁線纜的再生行業(yè)向著現(xiàn)代化方向快速發(fā)展。

在我國銅包鋁行業(yè)中，蘇州華銅己籌建了具有一定規(guī)模的銅包鋁母排再生企業(yè)。希望能在此基礎上吸納銅包鋁行業(yè)的企業(yè)投資，增添銅包鋁行業(yè)的研究人員，進一步擴展業(yè)務范圍，使之成為整個銅包鋁行業(yè)再生多種銅包鋁線纜的基地，積累生產經驗后，向全國推廣。

3.3發(fā)揮科技創(chuàng)新引領作用，開展銅包鋁線纜再生技術與管理的研究

目前我國對廢銅線纜的回收工藝與設備基本成熟，獲得推廣應用。但將其轉用到銅包鋁線纜的前處理和銅、鋁的電解分離，還必須針對銅包鋁性能及產品的特點進行研究。銅包鋁線纜產品的種類繁多、導體形狀和尺寸不一，還有經過表面處理過的鍍錫銅包鋁線及銅包鋁漆包線等產品，必須發(fā)揮科技創(chuàng)新的引領作用，在再生利用的理論、工藝和設備等方面要進行深入探討和試驗。研制出一套專業(yè)化的再生利用生產線。

作為一個現(xiàn)代化企業(yè)，必須制定一套完整的技術標準，如廢銅包鋁導體標準、再生工藝和裝備標準及再生產品標準，作為管理法規(guī)的技術依據。

當今為互聯(lián)網時代，作為銅包鋁線纜再生回收企業(yè)，應健全基于物聯(lián)網的再生資源的收運系統(tǒng)，推動新型再生資源交易平臺建設。

通過技術和管理方面的研究和創(chuàng)新，一定能建成一個具有一定生產規(guī)模、集約化程度高、技術精良、管理先進的銅包鋁線纜再生利用產業(yè)基地。

4 結語

我國線纜工業(yè)的“以鋁節(jié)銅”是大勢所趨，銅包鋁線纜的節(jié)銅效果己獲公認。但能否真正發(fā)揮“以鋁節(jié)銅”的作用，有待報廢的銅包鋁線纜如何再生利用來衡量。

近年來，蘇州華銅等企業(yè)對生產的銅包鋁母排料頭及廢次品采用電解分離進行回收利用的方法取得可喜的成果。但銅包鋁線纜的預處理及電解分離的工藝與設備，尚待進一步試驗研究。

蘇州華銅等企業(yè)在研發(fā)銅包鋁母排的同時研究母排的回收方法值得重視。今后銅包鋁行業(yè)在蘇州華銅等企業(yè)的協(xié)同配合下，通過銅包鋁線纜回收技術與管理的研究，一定能在我國建成一個生產規(guī)模較大、具有先進工藝與設備和管理精良的銅包鋁線纜回收利用產業(yè)基地。

參考文獻

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[2] 王成彥，王忠.銅的再生與循環(huán)利用[M].長沙：中南大學出版社，2010.

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[7] 金榮濤，電解銅箔生產[M].長沙：中南大學出版社，2010.