Переработка алюминия
Переработка алюминия — это процесс, при котором вторичный коммерческий алюминий создается из лома или других форм алюминия с истекшим сроком службы или непригодного для использования по другим причинам алюминия. [1] Он предполагает переплавку металла, что дешевле и энергоэффективнее, чем производство первичного алюминия электролизом глинозема (Al 2 O 3 ), очищенного из сырого боксита по процессам Байера и Холла-Эру .
Переработка алюминиевого лома требует всего 5% энергии, используемой для производства нового алюминия из сырой руды. [2] В 2022 году в США было произведено 3,86 тонны вторичного алюминия на каждую метрическую тонну произведенного первичного алюминия. За тот же период на долю вторичного алюминия пришлось 34% от общего объема новых поставок алюминия, включая импорт. [3] Использованная тара для напитков является крупнейшим компонентом переработанного алюминиевого лома, и большая часть его перерабатывается обратно в алюминиевые банки. [4]
Процесс переработки
[ редактировать ]Сбор и сортировка
[ редактировать ]Первым шагом в переработке алюминия является сбор и сортировка алюминиевого лома из различных источников. [5] Алюминиевый лом поступает в основном либо из производственного лома, либо из алюминиевых продуктов с истекшим сроком эксплуатации, таких как транспортные средства, строительные материалы и потребительские товары. [5] Производственный лом включает в себя куски, стружку, обрезки и другие остатки алюминия от производственных процессов. Постпотребительский лом состоит из устаревших или выброшенных алюминиевых изделий. Алюминиевые банки, [6] в частности, являются основным источником вторичного алюминиевого лома. После сбора алюминиевый лом сортируется по типу сплава, марке, уровню примесей и другим факторам. [6] Сортировка может осуществляться вручную или с использованием таких технологий, как вихретоковые сепараторы, воздушные классификаторы и сепараторы плотности. [7] Лом сортируется по таким категориям, как лом деформируемых сплавов, лом литейных сплавов, использованные банки для напитков, автомобильный лом и смешанный лом. Правильная сортировка необходима для производства высококачественного переработанного алюминия.
Предварительная обработка
[ редактировать ]После сортировки лом может пройти предварительную обработку, чтобы подготовить его к переплавке. [8] Они могут включать прессование, измельчение, дробление, гранулирование, удаление покрытия и размагничивание. [9] Измельчение и дробление уменьшают размер частиц лома и освобождают его от других материалов, а при гранулировании образуются мелкие частицы, идеально подходящие для плавления. [10] Термическое удаление покрытия удаляет покрытия, такие как краска и пластик, с алюминиевых поверхностей. [7] Размагничивание удаляет частицы железа, прилипшие к алюминиевому лому. Предварительная обработка повышает плотность загрузки лома и удаляет загрязнения, что приводит к более быстрому плавлению, более чистому металлу, уменьшению образования окалины и снижению энергопотребления. [11]
плавление
[ редактировать ]После предварительной обработки алюминиевый лом подвергается плавке и обработке жидким металлом для получения рафинированного алюминиевого сплава, пригодного для литья или повторной обработки. [11] В зависимости от типа лома, желаемого качества металла и экономических показателей используются разные типы печей. Мелкий лом обычно перерабатывается во вращающихся или отражательных газовых печах, тогда как отдельные крупные куски лома можно загружать непосредственно в реверберационные печи через боковые колодцы. [10] Также используются электрические индукционные печи. По мере плавления лома добавляются флюсы для связывания и поглощения примесей, которые соскабливаются с его поверхности в виде окалины. Газообразный хлор также может вводиться для удаления примесей посредством флотации. Затем расплав может подвергаться процессам очистки, например, впрыскиванию флюса для дальнейшего снижения содержания водорода и примесей. Дегазация удаляет растворенный водород, а химическая фильтрация удаляет твердые примеси и включения. Конечным результатом является расплавленный алюминиевый сплав, готовый к литью. [12]
Кастинг
[ редактировать ]Расплавленный переработанный алюминий разливают в твердые формы, такие как слитки, заготовки, или непосредственно в листы или экструзионные заготовки. Литье в прямое охлаждение обычно используется для затвердевания жидкого алюминия в больших цилиндрических заготовках для экструзии или прокатки. [7] Метод прямого охлаждения распыляет воду на горячий металл при выходе из формы, быстро охлаждая его до твердого состояния заготовки. [13] Для слитков часто используют книжные формы, в которых получают слябовые слитки, пригодные для переплавки или прокатки. [14] Непрерывное литье непосредственно формирует из алюминия прокатные слябы без промежуточного этапа литья слитков. При двухленточном или двухвалковом литье полос получают полосы сплава толщиной 6-7 мм непосредственно из расплава для последующей прокатки. Метод литья зависит от последующей обработки и использования переработанного алюминиевого сплава. [15]
История
[ редактировать ]
Хотя алюминий в чистом виде начали производить еще в 1825 году, [16] Производство вторичного алюминия, или его переработка, увеличилось в объеме с внедрением промышленно жизнеспособных процессов получения первичного алюминия, а именно комбинации процессов Байера и Холла-Эру. Процесс Холла-Эру для производства алюминия из глинозема был изобретен в 1886 году Шарлем Холлом и Полем Эру . [17] Карл Йозеф Байер в 1888 году разработал многоэтапный процесс преобразования сырого боксита в глинозем. [18] По мере роста производства алюминия за счет использования этих двух процессов росла и переработка алюминия. В 1904 году в США были построены первые два завода по переработке алюминиевых банок; один завод по переработке отходов был построен в Чикаго, штат Иллинойс, а другой — в Кливленде, штат Огайо. [19] Переработка алюминия наиболее значительно увеличилась в объеме, когда металлические ресурсы были ограничены во время Первой мировой войны, поскольку правительство США проводило кампанию за то, чтобы гражданские лица жертвовали старые продукты, такие как алюминиевые кастрюли, сковородки, лодки, транспортные средства и игрушки, для переработки для строительства алюминиевых планеров. [19]
Преимущества
[ редактировать ]Алюминий — это материал, который можно перерабатывать бесконечно, и для его переработки требуется на 95 процентов меньше энергии, чем для производства первичного алюминия, что также ограничивает выбросы, включая парниковые газы. Сегодня около 75 процентов всего произведенного в истории алюминия, почти миллиард тонн, все еще используется. [20]
Переработка алюминия обычно обеспечивает значительную экономию средств по сравнению с производством нового алюминия, даже если принять во внимание стоимость сбора, разделения и переработки. [21] В долгосрочной перспективе экономия на национальном уровне будет еще большей, если принять во внимание сокращение капитальных затрат, связанных со свалками , шахтами и международной доставкой необработанного алюминия.
Экономия энергии
[ редактировать ]При переработке алюминия используется около 5% энергии, необходимой для создания алюминия из боксита ; [22] Количество энергии, необходимое для превращения оксида алюминия в алюминий, можно наглядно увидеть, если процесс обратить вспять во время сгорания термита или композитного топлива на основе перхлората аммония .
Экструзия алюминия в штампе представляет собой специфический способ получения многоразового материала из алюминиевых отходов, но не требует больших энергетических затрат на процесс плавки. В 2003 году половина продукции, изготовленной из алюминия, была изготовлена из переработанного алюминиевого материала. [23]
Экологическая экономия
[ редактировать ]Выгода в отношении выбросов углекислого газа частично зависит от типа используемой энергии. Электролиз можно проводить с использованием электроэнергии из источников неископаемого топлива, таких как ядерная, геотермальная, гидроэлектрическая или солнечная энергия. Производство алюминия привлекают источники дешевой электроэнергии. Канада, Бразилия, Норвегия и Венесуэла имеют от 61 до 99% гидроэлектроэнергии и являются крупными производителями алюминия. Однако аноды, широко используемые в процессе Холла-Эру, изготовлены из углерода и расходуются при производстве алюминия, выделяя большое количество углекислого газа, независимо от источника электроэнергии. [24] В настоящее время предпринимаются усилия по устранению необходимости в угольных анодах. [25] Использование переработанного алюминия также снижает потребность в добыче и переработке бокситов.
Огромное количество используемого алюминия означает, что даже небольшие процентные потери представляют собой большие расходы, поэтому поток материала тщательно контролируется и учитывается по финансовым причинам. Эффективное производство и переработка также приносят пользу окружающей среде. [26]
Влияние
[ редактировать ]Относящийся к окружающей среде
[ редактировать ]Поскольку многие страны продолжают полагаться на угольную электроэнергию для производства алюминия, на алюминиевую промышленность приходится 2% мировых выбросов парниковых газов, около 1,1 миллиарда тонн углекислого газа. [27] Многие страны сейчас стремятся обезуглероживать алюминий не только потому, что это второй наиболее используемый металл в мире, но и потому, что это позволит серьезно сократить общие выбросы парниковых газов в попытке замедлить изменение климата. [28]
Алюминий, один из наиболее поддающихся переработке и переработке материалов, используемых сегодня, может перерабатываться практически бесконечно. Поскольку на переработанный алюминий уходит 5% энергии, используемой для производства нового алюминия, около 75% произведенного алюминия продолжает использоваться сегодня. [29] По данным Алюминиевой ассоциации, на промышленных рынках, таких как автомобилестроение и строительство, алюминий перерабатывается до 90%.
С 1991 года выбросы парниковых газов из алюминиевых банок снизились примерно на 40%, что соответствует уровню спроса на энергию. Это можно объяснить снижением углеродоемкости производства первичного алюминия, повышением эффективности производственных операций и облегчением банок. [30] Хотя первичный алюминий составляет лишь 26,6% банки, он является основным источником углеродного следа банки. Например, по состоянию на 2020 год 86% производства алюминия в Китае в основном зависит от электроэнергии, вырабатываемой из угля. С другой стороны, Канада обеспечивает примерно 90% своего производства первичного алюминия за счет гидроэлектроэнергии, считая ее самой устойчивой в мире. [28]
Алюминий и его области применения широки и многочисленны – от оборонного строительства и передачи электроэнергии до ключевой роли в производстве товаров, сокращающих выбросы (электромобили и солнечные панели). Таким образом, страны начали декарбонизировать алюминий для борьбы с глобальным изменением климата.
Экономический
[ редактировать ]Переработка алюминия имеет несколько экономических преимуществ, если все сделано правильно. Фактически, Агентство по охране окружающей среды считает переработку «критической» частью экономики Соединенных Штатов, способствующей налоговым поступлениям, заработной плате и созданию рабочих мест. [31] Упрощая обработку лома и повышая его эффективность – от лома, вышедшего из эксплуатации, до повторного использования лома на этапе производства («собственный» лом) – переработка алюминия помогает в достижении целей экономики замкнутого цикла. [32] Этот тип экономики ориентирован на минимизацию добычи природных ресурсов, что приводит к сокращению потребительских и промышленных отходов. Несколько примеров стран, которые перешли к экономике замкнутого цикла, включают Европейский Союз, Финляндию, Францию, Словению, Италию, Германию и Нидерланды. [33]
Недавнее исследование, проведенное в Соединенных Штатах, выявило некоторые аспекты экономической выгоды переработки алюминия, в том числе:
- Создание рабочих мест: содействие созданию более 100 000 рабочих мест в сфере переработки в экономике США.
- Экономическая деятельность: Продайте материалы на сумму около 1,6 миллиарда долларов.
- Повышение заработной платы: Увеличение заработной платы в сфере управления отходами и в перерабатывающей промышленности с 2,1 миллиарда долларов до 5 миллиардов долларов.
- Энергосбережение: сэкономьте достаточно энергии, чтобы обеспечить электроэнергией 1,5 миллиона домов в год.
- Управление отходами: Ежегодно удаляйте со свалок более 1 миллиона тонн отходов.
Поскольку страны принимают к сведению различные экономические и экологические преимущества переработки алюминия, ожидается, что активизируются усилия по повышению эффективности этого процесса.
Ставки переработки
[ редактировать ]По данным Международного института алюминия за 2020 год, глобальный уровень эффективности переработки составляет 76%. Около 75% из почти 1,5 млрд. тонн когда-либо произведенного алюминия до сих пор продуктивно используется. [34]
Бразилия перерабатывает 98,2% производимых алюминиевых банок, что эквивалентно 14,7 миллиардам банок для напитков в год. [35] Японии занимает первое место в мире, более чем 82,5% скорости восстановления . Бразилия возглавляет рейтинг по переработке алюминиевых банок восемь лет подряд. [36]
Европа
[ редактировать ]| Страна | 2021 [37] |
|---|---|
 Австрия |
71% |
 Бельгия |
94% |
 Болгария |
83% |
 Хорватия |
80% |
 Кипр |
28% |
 Чешская Республика |
51% |
 Дания |
84% |
 Эстония |
89% |
 Финляндия |
97% |
 Франция |
48% |
 Германия |
99% |
 Греция |
60% |
 Венгрия |
42% |
 Исландия |
91% |
 Ирландия |
62% |
 Италия |
90% |
 Латвия |
49% |
 Литва |
87% |
 Люксембург |
82% |
 Мальта |
50% |
 Нидерланды |
82% |
 Норвегия |
92% |
 Польша |
79% |
 Португалия |
36% |
 Румыния |
35% |
 Словакия |
58% |
 Словения |
64% |
 Испания |
67% |
 Швеция |
90% |
 Швейцария |
92% |
 Великобритания |
82% |
 Европа |
76.1% |
Проблемы
[ редактировать ]Помимо переработанных алюминиевых банок для напитков, большая часть переработанного алюминия представляет собой смесь различных сплавов. Эти сплавы обычно имеют высокий процент кремния (Si) и требуют дополнительной очистки в процессе измельчения, сортировки и рафинирования для уменьшения примесей. Из-за большого количества примесей, обнаруживаемых после рафинирования, применение переработанных алюминиевых сплавов ограничивается литьем и экструзией. Аэрокосмическая промышленность часто ограничивает уровень примесей Si и Fe в сплавах максимум 0,40%. Контролировать появление этих элементов становится все труднее, чем чаще металл подвергается вторичной переработке, и требуются более дорогостоящие операции, чтобы сплавы соответствовали эксплуатационным требованиям. [38]
Побочные продукты
[ редактировать ]Белый шлак, остаток от первичного производства алюминия и операций по вторичной переработке, обычно классифицируемый как отходы. [39] все еще содержит полезные количества алюминия, который можно извлечь промышленным путем. [40] В результате этого процесса производятся алюминиевые заготовки вместе с очень сложными отходами. С этими отходами трудно справиться. Он реагирует с водой, выделяя смесь газов (включая, среди прочего, водород , ацетилен и аммиак ), которая самопроизвольно воспламеняется при контакте с воздухом; [41] контакт с влажным воздухом приводит к выделению большого количества газообразного аммиака. Однако, несмотря на эти трудности, отходы нашли применение в качестве наполнителя асфальта и бетона . [42]
См. также
[ редактировать ]- Экологические проблемы горнодобывающей промышленности
- Переработка черных металлов
- Реверсивный торговый автомат
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уоллес, Г. (01.01.2011), Ламли, Роджер (редактор), «4 - Производство вторичного алюминия» , «Основы металлургии алюминия » , серия публикаций Woodhead по металлам и технологии поверхности, Woodhead Publishing, стр. 70– 82, номер домена : 10.1533/9780857090256.1.70 , ISBN 978-1-84569-654-2 , получено 6 ноября 2023 г.
- ^ «Цена добродетели» . Экономист . ISSN 0013-0613 . Проверено 6 ноября 2023 г.
- ^ «Статистика и информация по алюминию | Геологическая служба США» . www.usgs.gov . Проверено 6 ноября 2023 г.
- ^ «Темы земли, отходов и очистки» . Агентство по охране окружающей среды США .
- ^ Перейти обратно: а б Фальде, Натан (16 августа 2018 г.). «Как перерабатывается алюминий? Шаг за шагом | Greentumble» . Проверено 6 ноября 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Переработка алюминия» . Американское химическое общество . Проверено 6 ноября 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Капуцци, Стефано; Тимелли, Джулио (апрель 2018 г.). «Подготовка и плавка лома при переработке алюминия: обзор» . Металлы . 8 (4): 249. дои : 10.3390/met8040249 . ISSN 2075-4701 .
- ^ Поставщик комплексных решений для алюминиевого оборудования. «Семь фактов, которые ваши конкуренты знают о процессе предварительной обработки алюминиевого лома» . Брайтстар Алюминиевое оборудование . Проверено 6 ноября 2023 г.
- ^ Вальехо-Оливарес, Алисия; Хёгасен, Сольвейг; Квитильд, Энн; Транелл, Габриэлла (01 декабря 2022 г.). «Предварительная обработка термическим удалением покрытия рыхлого или уплотненного алюминиевого лома и последствия переработки солевого флюса» . Журнал устойчивой металлургии . 8 (4): 1485–1497. Бибкод : 2022JSusM...8.1485V . дои : 10.1007/s40831-022-00612-x . HDL : 11250/3029143 . ISSN 2199-3831 .
- ^ Перейти обратно: а б «Эффективное восстановление и улучшение качества алюминиевого лома • STEINERT» . steinertglobal.com . Проверено 6 ноября 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Переработка алюминия – процессы» . Международный институт алюминия . Проверено 6 ноября 2023 г.
- ^ Ян, Юнсян; Сяо, Яньпин; Чжоу, Бо; Рейтер, Маркус А. «Переработка алюминия: плавка лома и моделирование процесса» . Исследовательские ворота .
- ^ «Вторичная переработка и вторичная обработка алюминия» . Журнал Light Metal Age . 17 августа 2021 г. Проверено 6 ноября 2023 г.
- ^ долинкастинг (17 августа 2021 г.). «Технологии и процессы литья алюминия» . Долин Алюминиевое литье . Проверено 6 ноября 2023 г.
- ^ Фиоре, С.; Занетти, MC; Руффино, Б. (1 сентября 2005 г.). «Характеристика и переработка отходов на алюминиевом заводе» . Ресурсы, сохранение и переработка . 45 (1): 48–59. doi : 10.1016/j.resconrec.2005.01.006 . ISSN 0921-3449 .
- ^ Кванде, Халвор (1 августа 2008 г.). «Двести лет алюминию… или это алюминий?». ДЖОМ . 60 (8): 23–24. Бибкод : 2008JOM....60h..23K . дои : 10.1007/s11837-008-0102-3 . ISSN 1543-1851 . S2CID 135517326 .
- ^ Реверди, Мишель; Поточник, Винко (2020). «История изобретений и инноваций в производстве алюминия» . Дополнительные материалы 149-го ежегодного собрания и выставки TMS 2020 . Серия «Минералы, металлы и материалы». Чам: Международное издательство Springer. стр. 1895–1910. дои : 10.1007/978-3-030-36296-6_175 . ISBN 978-3-030-36296-6 . S2CID 213788259 .
- ^ Хабаши, Фатхи. «Технологический процесс Bayer для производства глинозема: историческая перспектива» (PDF) . Бык. Хист. Хим .
- ^ Перейти обратно: а б Байерс, Энн (15 декабря 2017 г.). Используйте повторно: история современной переработки . Кавендиш Сквер Паблишинг, ООО. ISBN 978-1-5026-3127-5 .
- ^ АГ, интерструктируй. «Переработка алюминия – устойчивое развитие» . Recycling.world-aluminium.org . Проверено 26 октября 2018 г.
- ^ «Международный институт алюминия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 23 апреля 2022 г. Проверено 9 февраля 2010 г.
- ^ «Устойчивое развитие – переработка | Алюминиевая ассоциация» . www.aluminum.org . Проверено 6 ноября 2023 г.
- ^ «Производство методом литья под давлением: экологически чистый вариант» . НАДКА Дизайн . 21 января 2017 г. Архивировано из оригинала 07 октября 2022 г. Проверено 8 марта 2017 г.
- ^ Хаджи, Халил; Аль Касеми, Мохаммед (2016). «Роль процессов производства анодов в чистом потреблении углерода» . Металлы . 6 (6): 128. дои : 10,3390/мет6060128 .
- ^ Клеманс, Кристофер (2 апреля 2019 г.). «В гонке алюминиевой промышленности за нулевой выброс углерода появляются лидеры» . Алюминиевый инсайдер.
- ^ «Алюминиевая организация: проблемы окружающей среды» . Архивировано из оригинала 6 октября 2010 г. Проверено 28 ноября 2010 г.
- ^ «Почему решение проблемы углеродного следа алюминиевой промышленности имеет ключевое значение» . Всемирный экономический форум . 2020-11-30 . Проверено 6 ноября 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б Рейнш, Уильям Алан; Бенсон, Эмили (25 февраля 2022 г.). «Декарбонизация алюминия: создание более устойчивого сектора» . Центр стратегических и международных исследований .
- ^ «Устойчивое развитие – переработка» . www.aluminum.org . Проверено 6 ноября 2023 г.
- ^ «Обзор отчета об оценке жизненного цикла алюминиевых банок» (PDF) . 2021.
- ^ «Отчет об экономической информации по вторичной переработке (REI)» . Агентство по охране окружающей среды США EPA. 4 августа 2023 г. . Проверено 6 ноября 2023 г.
- ^ Раджив, Викрам (10 августа 2021 г.). «Экономические выгоды и циркулярная экономика приводят к росту популярности переработки алюминия в Азиатско-Тихоокеанском регионе» . Фрост и Салливан . Проверено 6 ноября 2023 г.
- ^ «Какая страна возглавляет переход к экономике замкнутого цикла?» . www.ellenmacarthurfoundation.org . 28 июня 2021 г. Проверено 6 ноября 2023 г.
- ^ «Информационный бюллетень по вторичной переработке алюминия» . Международный институт алюминия. Октябрь 2022 года . Проверено 14 сентября 2022 г.
- ^ «В 2009 году Бразилия снова стала ведущей страной в мире по сбору алюминиевых банок для напитков с уровнем переработки 98,2%» . Alu – алюминий для будущих поколений. 2010 . Проверено 26 марта 2013 г.
- ^ «Безработные катадоры Бразилии поддерживают высокие показатели переработки отходов, одновременно зарабатывая столь необходимые деньги. - Бесплатная онлайн-библиотека» . Thefreelibrary.com. 22 марта 2010 г. Проверено 15 ноября 2012 г.
- ^ «Переработка алюминиевых банок для напитков в 2021 году достигнет нового рекордного уровня в 76%» . www.metalpackagingeurope.org . Проверено 15 мая 2024 г.
- ^ Дас, Субодх К. (2006). «Новые тенденции в переработке алюминия: причины и меры реагирования» (PDF) . Легкие металлы 2006 . TMS (Общество минералов, металлов и материалов).
- ^ «Остатки переработки алюминиевого шлака в цемент» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 августа 2018 г. Проверено 7 июня 2018 г.
- ^ Хван, Дж. Ю., Хуанг, X., Сюй, З. (2006), Извлечение металлов из алюминиевого шлака и солевого кека, Журнал характеристики минералов и материалов и инженерии. Том. 5, № 1, стр. 47-62.
- ^ «Почему окалина и соленая корка вызывают беспокойство?» . Архивировано из оригинала 12 июня 2018 г. Проверено 13 января 2012 г.
- ^ Данстер А.М., Мулинье Ф., Эбботт Б., Конрой А., Адамс К., Видятмоко Д. (2005). Дополнительная выгода от использования новых потоков промышленных отходов в качестве вторичных заполнителей как в бетоне, так и в асфальте. Программа исследований агрегатов DTI/WRAP STBF 13/15C. Программа действий по отходам и ресурсам
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Мировые заводы по производству вторичного алюминия — список компаний, производящих вторичный алюминий (т. е. переработанный или переплавленный из металлолома).
