廢舊易拉罐處理工藝

楊立民,劉 暢

(山東南山鋁業(yè)股份有限公司 龍口南山鋁壓延新材料有限公司，山東 龍口 265706)

廢舊易拉罐是回收循環(huán)使用較高的包裝材料，在國外已有部份鋁加工廠做到從罐到罐(Can to Can)的循環(huán)使用。中國的廢罐回收率是世界最高的，達(dá)99.5%以上[1]，回收廢舊易拉罐從罐到罐沒有得到有效的循環(huán)使用，而是用于生產(chǎn)其它鋁加工產(chǎn)品。有效循環(huán)利用廢舊易拉罐，可以減少對(duì)鋁土礦的開采，節(jié)省氧化鋁和電解鋁對(duì)能源的消耗，減少環(huán)境污染，同時(shí)滿足消費(fèi)者對(duì)“綠色包裝”的需求。

1 國內(nèi)易拉罐回收現(xiàn)狀

截至2018年12月底，國內(nèi)易拉罐生產(chǎn)企業(yè)51家，共計(jì)生產(chǎn)線88條，罐身生產(chǎn)能力超過650億只/a，罐蓋生產(chǎn)能力超過850億只/a。2018年國內(nèi)罐體料需求量超過55萬t，罐蓋和拉環(huán)料需求量超過25萬t。肇慶市大正鋁業(yè)有限公司實(shí)現(xiàn)了年處理1.5萬t廢鋁易拉罐綠色環(huán)保級(jí)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用[2]，產(chǎn)品是以3104合金重熔錠的形式存在，屬于再生鋁錠。國內(nèi)生產(chǎn)罐料的企業(yè)主要有西南鋁、美鋁渤海、宏橋鋁業(yè)、中孚實(shí)業(yè)和中鋁瑞閩，目前還沒有建設(shè)廢舊易拉罐回收處理專線。國內(nèi)易拉罐市場(chǎng)占有量最大的企業(yè)，山東南山鋁業(yè)股份有限公司旗下的龍口南山鋁壓延新材料有限公司充分利用雙室爐回收部分廢舊易拉罐循環(huán)使用，按目前的發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)的需求，在未來還需要建設(shè)一條更先進(jìn)的廢舊易拉罐處理裝備。

2 回收易拉罐的組成

2.1 制罐廠易拉罐的組成

(1)單片罐和二片罐廠廢料的組成，制罐廠在制罐過程中所有的邊角料和未經(jīng)過彩印線產(chǎn)生的廢棄易拉罐稱為白料。通過彩印后廢棄的易拉罐稱為彩料。單片罐罐身由純鋁系列和3104合金生產(chǎn)，罐蓋有3105合金、5151合金和8011合金。二片罐罐身由3104鋁合金生產(chǎn)，罐蓋有5042合金、5052合金和5182合金。目前市場(chǎng)還有一部分二片罐身是由塑料制成，罐蓋是5052合金、5042合金和5182合金。(2)三片罐的組成較為復(fù)雜，罐身使用的是馬口鐵，底蓋有3104合金、5052合金和馬口鐵，面蓋有5042合金、5182合金和馬口鐵。(3)食品罐的組成，罐身3104和罐蓋3104合金組成、罐身3104和罐蓋5042合金組成、罐身5352和罐蓋5042合金組成。(4)目前罐蓋上的拉環(huán)主要使用5182合金和部分馬口鐵。

2.2 社會(huì)上回收廢舊易拉罐的組成

消費(fèi)者使用完后拋棄的罐，主要有單片罐、二片罐、三片罐和其它的容器罐。廢料組成主要有鋁、鐵、銅、鋅等金屬和部分塑料罐等有機(jī)物。

3 回收廢舊易拉罐處理工藝

3.1最早的生產(chǎn)工藝

上世紀(jì)60年代美國的廢舊易拉罐生產(chǎn)工藝，是將散裝的廢罐直接入爐融化，但燒損較大，進(jìn)而把廢罐打包，提高密度，減少表面積，金屬回收率有所提高，但產(chǎn)品仍是再生鋁錠[3]。

3.2 從打包塊到打包塊工藝

廢舊易拉罐打包(打包塊)→打包塊破碎→破碎散料裝入廢料斗→人工挑選→磁鐵挑選→空氣分離器→多功能破碎機(jī)→渦電流磁選機(jī)→純鋁片→純鋁片打包(打包塊)。

(1)廢舊易拉罐包裝。回收后的廢舊易拉罐通過打包機(jī)壓實(shí)打包成規(guī)則的形狀。壓實(shí)的主要目的是將裝有液體或流質(zhì)固體的易拉罐進(jìn)行壓碎，讓液體或流質(zhì)固體從易拉罐流出，便于后序的處理。在冶煉過程中有液體進(jìn)入熔煉爐是非常危險(xiǎn)，所以廢料在入熔煉爐前必須保持干燥。廢舊易拉罐壓成規(guī)則的形狀，也便于運(yùn)輸和儲(chǔ)放。(2)塊狀廢舊易拉罐破碎。鋁加工廠對(duì)回收的廢舊易拉罐打包塊要進(jìn)行破碎。回收的廢舊易拉罐組成較為復(fù)雜，在此工序是將打包壓實(shí)的廢舊罐進(jìn)行簡單機(jī)械的單體分割，便于機(jī)械手裝料。(3)人工挑選廢料。通過機(jī)械手將分割的廢舊易拉罐裝入廢料斗。廢料通過料斗進(jìn)入破碎機(jī)把塊狀的廢舊易拉罐進(jìn)行個(gè)體分離，人工把塊狀的非金屬物和其它異常的物體挑選出來。(4)廢舊易拉罐料磁選。通過磁鐵機(jī)將帶有磁性的金屬篩選出來，主要是含鐵金屬，此工序?qū)?0%～95%的鐵篩選出來，還有一小部分鐵未篩選出來，主要是在易拉罐分割時(shí)，有一小部分鐵殘留在鋁與鋁的縫合之間。(5)空氣分離器。已通過磁選部分的廢料，運(yùn)輸?shù)娇諝夥蛛x器對(duì)重金屬篩選，主要是對(duì)密度超過鋁密度的金屬進(jìn)行篩選，如紫銅、黃銅、鋅等，同時(shí)也篩選出5%～6%的鐵。(6)多功能破碎機(jī)。經(jīng)過篩選后的廢料，運(yùn)輸?shù)蕉喙δ芷扑闄C(jī)，將易拉罐破碎成小片的金屬，同時(shí)也能將鋁片上的有機(jī)物進(jìn)行剝離。(7)渦電流磁選機(jī)。將破碎的小片金屬運(yùn)輸?shù)綔u電流磁選機(jī)，主要從鋁片中篩選出有機(jī)物及其它雜質(zhì)，通過篩選后的鋁片純度能達(dá)到98%。(8)處理好的廢鋁片打包。經(jīng)過多次處理后的廢舊易拉罐鋁片打包，進(jìn)行壓實(shí)打成長方體打包塊，并將打包塊進(jìn)行包裝存放。

此廢舊易拉罐處理工藝，是將回收后的廢舊易拉罐進(jìn)行篩選和有機(jī)物的處理，這也是廢舊易拉罐處理的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。雖然是以打包塊到打包塊的形式存在，但是此時(shí)的打包塊含鋁純度已提高到98%。此工藝雖沒有與熔煉爐和雙室爐配套使用，但使用性更加靈活，隨時(shí)可以以固態(tài)純鋁的形式加入到熔煉爐。

3.3 雙室爐生產(chǎn)工藝

廢舊易拉罐→上料機(jī)→廢料室爐橋預(yù)熱并干燥→廢料室熔化→

雙室熔化爐包括兩個(gè)室，一個(gè)為廢料室，一個(gè)為加熱室，這種設(shè)計(jì)可以有效熔化帶雜質(zhì)的廢料和塊料(圖1)。雙室爐主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)是緊湊，避免了入爐廢料的預(yù)處理，廢料室的低氧，廢料雜質(zhì)的熱分解氣，作內(nèi)部二次燃燒并熱量重復(fù)利用，即直接將雜質(zhì)中可熔物的熱量用于工藝處理。

圖1 雙室爐Fig.1 Dual-chamber furnace

(1)上料機(jī)。通過叉車或裝料車將松散的廢料裝入料斗，裝入廢料的比例取決于料的成分。上料機(jī)移到廢料室門前，上料機(jī)的密封罩與爐門罩對(duì)接，裝料時(shí)逸出的所有煙氣被爐門煙罩收集并送到煙氣處理單元，同時(shí)將廢料放到廢料室的爐橋上，所有廢料進(jìn)入熔池前在爐橋上被預(yù)熱并干燥。

(2)廢料室。廢料進(jìn)入廢料室后開始預(yù)熱干燥，隨著雜質(zhì)被熱分解，通過循環(huán)風(fēng)機(jī)將熱氣流直接導(dǎo)向爐橋上的廢料堆。為了減少金屬的燒損，廢料室處于弱氧環(huán)境，該室弱氧通過廢料室的附加燒嘴控制。廢料室的爐橋主要用于薄料的預(yù)熱和干燥，屬于間接加熱。

(3)加熱室。廢料室的煙氣通過循環(huán)風(fēng)機(jī)，一部分被送到廢料室的爐橋上，另一部分被送到加熱室，廢料室的煙氣被引到加熱室的燒嘴中并進(jìn)行二次燃燒處理，利用熱分解氣的熱值—熱分解氣中所有雜質(zhì)的可燃物對(duì)加熱室進(jìn)行加熱，同時(shí)減少雙室的能耗。加熱室的溫度連續(xù)保持在約950℃，并有足夠的滯留燃燒時(shí)間，因而煙氣完全燃燒。加熱室也有預(yù)熱和干燥的爐橋，主要用于潔凈的厚料。

(4)煙氣處理。爐內(nèi)所有二次燃燒后的廢氣，通過換熱器以保證所有煙氣均被急劇冷卻，避免有害物質(zhì)生成，特別是二惡英被重新合成。廢氣被急劇冷卻到250℃以下后，被傳到廢氣處理單元，廢氣主要成分是HCl、HF、SO2等，經(jīng)過布袋除塵器中的活性碳和石灰的混合物添加劑進(jìn)行反應(yīng)，并吸附其它成分以確保煙囪出口獲得符合環(huán)保要求的氣體。

(5)鋁液循環(huán)，廢料室熔化的鋁液一部份通過鋁液包運(yùn)輸?shù)饺蹮挔t，一部份溢到加熱室，加熱室與廢料室的鋁液可以循環(huán)互通。當(dāng)廢料加入廢料室時(shí)再將加熱室的部分鋁液通過金屬循環(huán)泵加到廢料室，讓廢料與鋁液快速接觸，加快熔化過程，從而減少鋁液的燒損。在鋁液與廢料室和加熱室往復(fù)的循環(huán)過程中，不僅起到攪拌的作用，還使鋁液的溫度和化學(xué)成份更加均勻。

雙室爐生產(chǎn)工藝，是將打包塊的廢舊回收易拉罐直接加入廢料室。此工藝缺少對(duì)廢舊易拉罐的磁選和重金屬篩選，為了保證熔化后的成分符合工藝要求，對(duì)回收廢舊易拉罐的要求較高。因設(shè)備的優(yōu)勢(shì)將廢舊易拉罐的有機(jī)物及其它雜質(zhì)進(jìn)行燃燒，使其能量重復(fù)利用。對(duì)于融化后的鋁液需要及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)到熔煉爐，以待新的廢舊易拉罐加入。

3.4 從罐到罐生產(chǎn)流程

社會(huì)廢舊易拉罐回收→回收中心壓塊打包→廢罐處理工廠進(jìn)行破碎、分選→有機(jī)物焙燒→合格的廢舊易拉罐料轉(zhuǎn)熔煉爐熔煉→保溫爐精煉靜置→鑄造大扁錠→均勻化處理→熱軋→冷軋→切邊涂油→制罐廠沖制→生產(chǎn)成品罐→灌裝廠灌裝→消費(fèi)市場(chǎng)→社會(huì)回收廢舊易拉罐[4]。

從罐到罐(Can to Can)不是使用百分之百的廢舊易拉罐來生產(chǎn)易拉罐用鋁帶材，而是按工藝要求使用一定比例的廢舊易拉罐。百分之百的廢舊易拉罐，熔化后的合金成分不能滿足實(shí)際生產(chǎn)工藝要求，需要加入部分其它固體料和中間合金來調(diào)整化學(xué)成份，使化學(xué)成份達(dá)到工藝要求。目前使用廢舊易拉罐比例最高是諾貝麗斯公司獨(dú)創(chuàng)的“EvercanTM”合金，具有里程碑意義，制造 12oz(盎司)啤酒罐的“EvercanTM”合金含70%回收罐，而罐身鋁薄板帶的回收罐料含量卻高達(dá) 90%[1]。

4 結(jié)論

4種廢舊易拉罐處理工藝，每一種工藝都有自己的特點(diǎn)，廢舊易拉罐處理工藝控制的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)在于磁選、重金屬篩選和有機(jī)物處理。不管是哪種生產(chǎn)工藝，要利用好廢舊易拉罐，不可缺少以下工藝過程，廢舊易拉罐打包料破碎—磁選及重金屬篩選—有機(jī)物處理—廢舊易拉罐融化。熔煉爐內(nèi)加入的廢舊易拉罐的鋁液最終需要用LIMCA(液態(tài)金屬潔凈度分析法)來評(píng)價(jià)廢舊易拉罐鋁液加入前后金屬的潔凈度，用PODFA 或 Prefil來評(píng)價(jià)鑄錠中雜質(zhì)的含量，同時(shí)用廢舊易拉罐生產(chǎn)出來的帶材還需要取得制罐企業(yè)和灌裝廠對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的認(rèn)可。