發(fā)布時(shí)間：2016-10-08 07:14

1  緒論 

近幾十年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，所需的資源特別是不可再生資源量也在飛速增長(zhǎng)，導(dǎo)致我國(guó)對(duì)進(jìn)口資源的依賴越來(lái)越嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)主要原材料銅鋁鉛鋅四大有色金屬，已分別有60%、50%、40%和15%依靠進(jìn)口，有色資源儲(chǔ)量不足已經(jīng)成為一個(gè)制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素[1]。然而，隨著壽命周期的結(jié)束，越來(lái)越多的廢舊有色金屬資源面臨再利用。截至目前，我國(guó)消費(fèi)領(lǐng)域已積蓄超過(guò)2億噸廢舊金屬，為金屬再生產(chǎn)業(yè)提供了原料，，且與生產(chǎn)原生金屬相比，再生金屬不需要經(jīng)過(guò)采礦、選礦等工序，一般情況下，再生銅、鋁、鉛的綜合能耗分別只是原生的18%、3%和27%，因此廢舊有色金屬的再生，可以節(jié)約大量金屬資源，減少能源消耗，減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，降低生產(chǎn)成本，有利于我國(guó)有色金屬產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)的鋁制易拉罐因回收再利用率高，已成為一種重要的可再生資源。目前，全世界每年消費(fèi)的易拉罐超過(guò)2100億只，消耗鋁近300萬(wàn)噸，約占全球鋁總消耗量的15%。據(jù)調(diào)研，目前我國(guó)廢鋁易拉罐消費(fèi)量達(dá)到230億只。與通過(guò)電解鋁礦石生產(chǎn)3004/3104鋁合金相比，使用再生易拉罐用鋁材只需消耗3%的能源，排放5%的CO2，造成3%的水污染，而且鋁制易拉罐材料一般由3104合金（罐身）、5052H19（罐蓋）和5182H19等[2]等級(jí)較高的合金組成，具有更高的再利用價(jià)值。 

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2  試驗(yàn)條件及方法 

2.1  試驗(yàn)材料 

本試驗(yàn)選用回收的廢舊鋁制易拉罐作為研究對(duì)象。但目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上不同廠家的易拉罐材料在組織結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、重量等方面存在一定的差異，本試驗(yàn)首先在晉西工業(yè)集團(tuán)理化計(jì)量中心測(cè)定除漆后不同品牌易拉罐材料的元素組成和化學(xué)成分[68]，部分結(jié)果如表2.1 所示：從表 2.1 可以看出，不同品牌用罐中各元素含量差別不大，考慮到目前市場(chǎng)上牌占有率的問(wèn)題，本試驗(yàn)最終選擇健力寶、統(tǒng)一、王老吉、雪碧、可口可樂(lè)品牌的鋁制易拉罐罐身作為研究對(duì)象。 

2.2  試驗(yàn)方法及技術(shù)路線 

經(jīng)過(guò)分揀、切割、清洗、干燥等預(yù)處理后的易拉罐材料，要清除其內(nèi)外表面的涂層，本文采用兩種脫漆方法分別進(jìn)行試驗(yàn)并對(duì)比。 (1)  熱脫漆。將 1.5kg 試驗(yàn)材料放入 30kg 坩堝爐除漆，溫度范圍：500～550℃，脫漆時(shí)間：30min，期間不斷攪動(dòng)試驗(yàn)材料，保證其均勻受熱，并使碳化的涂層與鋁材分離。 (2)  超聲脫漆。本試驗(yàn)利用超聲裝置，分別選擇不同目數(shù)的氧化鋁粉末作為磨料置于盛水的容器中與易拉罐碎片摩擦脫漆，氧化鋁粉末目數(shù)分別為 80、240、500、1200目，但試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn) 1200 目的磨粒脫漆效果很差，所以后面的分析中只涉及前三個(gè)參數(shù)；超聲頻率范圍為 18-22KHz，超聲功率選擇 3 個(gè)水平分別選擇 2100W、2250W、2500W。 試驗(yàn)過(guò)程： ①試驗(yàn)材料：廢鋁易拉罐身碎片、Al2O3磨粒、水、超聲發(fā)生器。 ②試驗(yàn)步驟：試驗(yàn)前稱量、記錄試樣的質(zhì)量；將 Al2O3磨粒和分散劑六偏磷酸鈉( NaPO3 )6置于盛有水的容器內(nèi)，攪拌均勻，分散時(shí)間為 5 分鐘。待磨料充分均勻分散后，將待脫漆金屬剪成 10mm*10mm 左右的小塊放入容器內(nèi)，啟動(dòng)超聲發(fā)生器，進(jìn)行超聲脫漆。通過(guò)改變超聲頻率、超聲功率及磨粒目數(shù)，分別試驗(yàn)，最后將試樣取出、清洗、干燥、稱量、記錄。 

3 廢鋁易拉罐超聲脫漆技術(shù)研究 .......... 29

3.1  前言 ............. 29 
3.2  廢雜鋁材的預(yù)處理 ................ 29
3.3  廢舊易拉罐鋁材的熱除漆 ................ 30 
3.4  廢鋁易拉罐鋁材的超聲脫漆 ....... 31
4 廢鋁易拉罐重熔凈化工藝研究 ...................... 39
4.1  前言 ............. 39 
4.2  廢鋁易拉罐材料熔體除雜技術(shù)研究 ................. 39
4.3  廢鋁易拉罐材料熔體除氣技術(shù)研究 ......... 42
5 廢鋁易拉罐材料細(xì)化變質(zhì)處理工藝研究 ............ 54
5.1  前言 ........ 54 
5.2 Al-5Ti-1B-Er 細(xì)化處理對(duì)廢鋁易拉罐鋁材力學(xué)性能的影響 ................ 54

6  復(fù)合熱處理工藝對(duì)廢鋁易拉罐組織和性能的影響  

6.1  引言 

3104 鋁合金具有高強(qiáng)度、耐腐蝕和良好的變薄拉伸性能[86,  87]，所以廣泛用于食品包裝。食品包裝用罐越來(lái)越薄，因此需要鋁合金材料具有良好的綜合性能。許多研究人員通過(guò)控制熱軋、冷軋等成型工藝，發(fā)展建立均勻化、中間退火等熱處理方法，以期精確控制鋁合金的成分和組織結(jié)構(gòu)。在鑄造過(guò)程中，很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的枝晶偏析和非平衡凝固共晶結(jié)構(gòu)，其中 Al6Mn、Al6(Fe，Mn)、Al12(Fe，Mn)3Si 等的存在會(huì)使合金的組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分不均勻，在 3104 鋁合金的形變和結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生有害影響，所以要通過(guò)均勻化處理來(lái)改善偏析，提高鋁合金錠的冶金質(zhì)量。 深冷處理作為一種改善材料性能的工藝方法[88,  89]，可以使材料在可控的低溫環(huán)境下，顯微組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于銅合金、鎂合金、鋼鐵材料及復(fù)合材料的改性中，可以較明顯地提高材料的強(qiáng)度、剛度及耐磨度等。 目前采用深冷處理和均勻化處理相結(jié)合的復(fù)合熱處理工藝優(yōu)化 3104 合金組織性能的報(bào)道很少見(jiàn)，所以本章主要研究先深冷處理后均勻化處理對(duì)再生 3104 鋁合金性能和組織的影響。   

6.2  復(fù)合熱處理工藝 

 本試驗(yàn)所用的材料為已在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)前期處理（脫漆、精煉、細(xì)化變質(zhì)）后澆注所得的再生 3104 鋁合金錠，將試驗(yàn)材料重熔并用 C2Cl6二次精煉，然后進(jìn)行以下四種熱處理。具體處理工藝見(jiàn)表 6.1。 3104 鋁合金初始鑄態(tài)組織（見(jiàn)圖 6.1）主要由樹(shù)枝狀初生 α-Al 體和晶間非平衡凝固態(tài)結(jié)晶組成，包括 Al6(Mn，F(xiàn)e)和 α-Al12(Mn，F(xiàn)e)Si 等第二相，還有少量 Mg2Si[90]。由圖 6.1 可以看出，沿晶界分布的主要是 α-Al12(Mn，F(xiàn)e)Si 顆粒，其形貌既有粗大的骨骼狀，也有塊狀。在鋁易拉罐鋁材的變薄拉深過(guò)程中，這些粗大的第二相粒子對(duì) 3104鋁合金成型性能的不利影響顯得更加明顯，它們是易拉罐成型過(guò)程中針孔、斷罐及漏罐等缺陷產(chǎn)生的主要原因，還會(huì)在熱軋時(shí)促進(jìn)再結(jié)晶形核，影響合金再結(jié)晶，減少立方織構(gòu)，降低力學(xué)性能。 
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7  結(jié)論

本論文系統(tǒng)地研究了易拉罐用 3104 鋁合金再生過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，如超聲脫漆、自制熔劑除雜、旋轉(zhuǎn)噴吹除氣水模擬、Al-5Ti-1B-Er 細(xì)化、調(diào)節(jié) Mn/Fe 質(zhì)量比變質(zhì)及復(fù)合熱處理等工藝，并對(duì)再生 3104 鋁合金溶體處理機(jī)理進(jìn)行深入分析，主要結(jié)論如下： (1)  利用超聲波進(jìn)行易拉罐表面脫漆處理。根據(jù)超聲空化原理，揭示了不同空化泡初始半徑、不同超聲頻率及聲壓幅值對(duì)空化泡動(dòng)力特性的影響規(guī)律。當(dāng)空化泡半徑R0=160μm，聲壓幅值為 0.5MPa 時(shí)氣泡膨脹率最大，潰滅時(shí)釋放的能量最大，傳遞到Al2O3磨粒的能量也最大。根據(jù)超聲脫漆試驗(yàn)驗(yàn)證了前述參數(shù)的正確性，得出了在上述的超聲頻率下，選用 80 目的 Al2O3磨粒脫漆效率最高。超聲脫漆比傳統(tǒng)熱脫漆速度更快，無(wú)污染，廢液排放成本更低。 (2)  自行設(shè)計(jì)的鋁熔體凈化工藝顯著改善了廢鋁易拉罐熔體的冶金質(zhì)量。采用正交實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行熔體凈化除雜試驗(yàn)，通過(guò)回收率和含雜率的比較，確定了 3104 鋁合金熔體凈化除雜的最佳工藝參數(shù)為：熔煉溫度 720℃、自制的熔劑配方 3、熔劑加入量 4%，并測(cè)得該工藝條件下試樣的含雜率及力學(xué)性能：含雜率 0.1065%，抗拉強(qiáng)度 193MPa，伸長(zhǎng)率 21.04%。 (3)  研究了旋轉(zhuǎn)噴吹除氣水模擬工藝參數(shù)對(duì)氣泡狀態(tài)的影響規(guī)律。不使用阻流板時(shí)，噴吹頭轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)桿及噴吹頭周圍形成的漩渦越明顯，引起卷氣；阻流板可以引起邊界突變，阻礙漩渦的形成，當(dāng)阻流板的寬度為 60mm，且阻流板與噴吹頭深度接近時(shí)，溶液中氣泡尺寸最小，分布最均勻。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：133409