铝回收加工的“矿”体来自消费后的器件，这不同于用铝矾土矿生产原铝，因为这些器件的成分不明，并且带有附件和涂层。

　　消费后铝废料的三个主要收集领域是包装材料、建筑材料和交通工具。包装饮料容器的铝废料总量有3%的涂层，多年来铝罐的发展趋势是，铝的设计厚度一直在下降，同时涂层厚度也在随之下降，这是事实。一份单独研究了20年铝罐的报告表明，涂层厚度和铝罐厚度之间的比例始终没有改变。

　　用于回收加工铝的二次资源是交通工具，1974年北美汽车平均每辆用铝为36千克，到2007年增加到150千克，按数量每辆汽车铝用量增加在5%~10%之间，其铝废料价值为30%~50%。最大的份额为热交换器和活塞，100%完全是铝，变速箱铸件98%、汽缸头85%和发动机主体65%。

　　在建筑工程中，铝在商业建筑上的应用比居民住宅更多一些，不过南欧和北美所用铝数量上是有差别明显的，除了采用传统的涂层之外，含有非金属隔热条的挤压型材即窗户框架的应用对于重熔厂来讲是个面临着的挑战。

　　在铝回收加工的污染物中例如涂层和有机材料——用于保护表面，是回收和加工的难点。

　　为什么要去涂层?

　　去除涂层是为了除去漆颗粒获得比较干净的铝，达到较高的铝回收率。

　　铝产出率是所回收铝和投入铝之比，回收率是所获得铝和投入的铝废料之比。人们经常不知道所加工处理铝废料的铝含量，所以只能估计铝产出率的数值，在最近的铝回收加工路线图里这样表述最佳去涂层的办法，预先清洁和浸泡式焙化生产实践拥有较高的铝回收率，即使对于薄壁、涂层过多的铝废料，例如用过的饮料罐也是如此。

　　铝产出率取决于熔铝炉和工艺步骤，特别是供料工艺步骤，然而在实验室的规模下，通过同样的方法照样可以说明这一点。采用没有处理的涂层的同样盘管，投料3 000次共6千克，每次在实验里熔化，熔化后撇去渣。当完成取样收集工作，渣和剩余的材料分别称重，计算熔化产出率，见图1。

 

图1 熔化产出率

　　对于没处理过的材料和带有涂层的材料回收率分别为96%和70.5%，这样我们可以观察到表面处理工艺对于熔化产出率的影响是极大的。

　　从没有处理过材料和带有涂层材料在同一炉里进行了铝质量试验，铝水注入到一个砂型模里，让铝水在真空状态下凝固，则会强化孔隙的形成。没有处理过的材料和带有涂层材料的模截面明显表示出带有涂层材料的孔隙数量高一些，这表明铝质量较低，同时带有涂层的铝板还影响到熔体的化学成分。

　　为什么用加热方法去涂层?

　　采用机械方法或直接加热或通过铝溶液都可能去掉涂层。直接加热去涂层的优点是通过蒸发涂层所含水来改进安全性，和铝溶液相比，可以降低水的污染物，空气的污染。如果在一个密闭装置里加热可以控制所排放的空气即可降低空气的污染，如果利用碳氢化合物和燃烧涂层中残留碳的能源则可以改进能源效率。

　　在回收加工的工序里去涂层处于什么位置?第一步你需要收集铝废料，第二步进行分拣，第三步去除涂层，在精炼铝水和处理铝灰和盐饼之前进行重熔，最后把铝进一步加工成产品。去除涂层可能还和分拣工序有关，因为自动化系统仅能探测裸露部件的表面，然而今日的重点则是在到重熔炉之前铝废料的收集。

　　如今的去涂层系统可以分为两类分离装置，或者结合熔炉、回转窑和皮带运输机，带有各种流动系统，直接或间接燃烧是分离装置的范例。竖炉和把污染的铝废料装入高温炉室是综合方案的范例。

　　铝废料回收加工工业通常遇到的问题是：需要优质铝废料，这涉及铝废料能否及时供应、铝废料含水量如何、不可选择的停留时间、高氧化带来的损失、工艺排放污染物的问题、出口气体燃烧和操作的复杂性。因此许多公司不愿意引入这一后处理工序，因为这个成本只能由干净铝废料和带有涂层铝废料之间的价差来支付。今天对铝废料的高度需求已经使带有涂层铝废料和干净铝废料之间的价差变小。从工艺角度来看重要的是考虑需要多少阶段来处理去涂层和熔化，接受污染铝废料，烧掉有机物和不使用盐。

　　一种两步工艺将允许控制涂层和空气之间的放热反应，分析分离的系统和连接的工艺，还考虑到灵活性是重要的。

　　如何用加热方法去涂层?

　　在考虑如何去涂层之前你必须先考虑到涂层的构成。干涂层是由树脂加上颜料和添加剂构成的，添加剂分布在树脂上面，树脂是涂层的最主要成分，也可以有其他材料，例如聚脂，聚胺脂，环氧树脂或这些材料的组合和颜料。主要作用是按照要求提供表面外观，例如颜色，可以是无机物，例如氧化物、硫化物、铬酸盐、硅酸盐、硝酸盐和碳酸盐，二氧化钛具有白颜色。添加剂用来产生一个特殊表面，例如蜡。除了复杂性之外，涂层通常由几种不同的涂层构成。然而我们主要的观点是在加热过程的作用可以描述成两个不一样的区段——裂变和燃烧，在图2中示出了一种铝试样在加热过程中发生了什么的示意图。

 

图2 去涂层的做法示意

　　建议去涂层的做法是首先在涂层分解时发生裂变，释放碳氢化合物，留下燃料、填充剂、碳残渣，接着燃烧，当表面残留碳在有O2状态下燃烧，无机物仍留在表面。

　　加热去涂层的裂变和燃烧区域的叙述是基于通过测量重量变化、焓变化、释放气体的广泛特点，采用高温显微镜来进行的，针对去除涂层和对工艺模拟后剩余残渣的特点。

　　在一台热解重量炉里分析涂层，同时测量有差动热解重量(DTG)曲线和采用质谱仪测量所释放的气体，一个具有代表性的结果在图3中示出。

 

图3 带有CO2和C2H2质谱仪强度的差动热解重量曲线

　　重量损失有两个截然不同的峰值，对应于裂变区和燃烧区。对于裂变区观察到碳氢气体与第一个重量损失峰值同步，这表明了涂层的化学分解，证明了图3中的“裂变区”的定义。采用典型的碳氢C2H2(m/Z=26)示出，还有燃烧气体用CO2示出，都在裂变区释放出来。然而可以看到和差动热解重量曲线不同CO2曲线有一个不同的形状，在裂变区之后CO2讯号达到最低，然后有一个新的峰值，相当于燃烧区，这里只释放燃烧气体。

　　在裂变区之后发现有一个清晰的燃烧区，采用氩气作为基准惰性气体材料，没有放热的焓变化。

　　对铝和镁的去涂层之后的残渣分析，确认了残渣为普通颜料，例如二氧化钛、三氧化二铁和填充剂，比如二氧化硅。

　　采用高温显微镜记录所观察到的颜色变化如下：在裂变区涂层变成黑色，黑色材料是木炭或带有无机颗粒的焦油，在燃烧区之后能够看到表面重新获得了一个浅颜色分解工艺的动力学还进行了模拟。

　　加热速度和重量变化峰值温度之间的关系由动力学所决定，所以通常计算动力峰值参数要估计在不同的常温下、气压下涂层的生命周期，结果在表1中示出。

表1 对于气压和温度两种变量在裂变阶段的时间

 

　　表中还显示在同一气压下氧含量越多反应速度越快。表1还表明较高的温度和预想的一样，减少了生命周期，请注意这些值用于裂变区。同样更重要的研究还应当用于燃烧区，也许采用一个简化的系统，例如仅仅在表层的碳。总之，不考虑到金属基材的涂层，可以把加热去除涂层描述为两个截然不同的区域即裂变和燃烧。

　　去涂层的指南

　　需要挑战的是，哪怕是采用复杂的、不同的、甚至可能是低质量的铝废料回收值达到高附加值。所以在采用一种最佳方式回收加工铝，需要一个强化的后加工工序，它包括除去铝中有机物，除去影响焙体的无机物、燃料和填充剂，避免氧化，利用燃烧产生的热能。

　　需要挑战的是，控制燃烧区以便不会造成铝的烧损。控制燃烧区最为关键，可以通过监控和控制CO2讯号来实现。

　　(译自《今日国际铝》2011年7/8月号。本文获得了2011年TMS的Vittorio de Nora Prize论文奖。)