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 1 有色金屬在汽車上的應用

汽車使用的有色金屬材料主要有鋁、銅、鎂合金和少量的鋅、鉛及軸承合金等。隨著汽車輕量化運動的不斷發展,鋁、鎂合金材料的用量也不斷加大。

汽車重量對燃料經濟性起著決定性的作用,車重每降低100kg,油耗可減少0.7L/100km。鋁合金是最佳的汽車輕量化用材。汽車用鋁主要是鋁合金,一些車上采用了少量的鋁基復合材料。表1 所列的是車用典型鋁合金材料的性能及其應用領域。從鋁合金零件看,以鑄件為主(約占70%) ,以變形加工件為輔(約占30%)。



        鎂的密度為1.74,只有鋁的2/3,是一種最輕的結構材料。鎂合金強度不高但比強度很高, 加工性能好。以往除了在航天航空領域外,鎂合金并沒有象鋁合金那樣得到廣泛的應用。近年來,隨著汽車輕量化的發展,人們將目光投向了鎂合金。目前,鎂合金零件主要用于小汽車與賽車。國外用鎂合金制造的零件有:離合器盒、變速箱、制動器盒、踏板架、儀表板等。

           國內上海大眾汽車公司生產的桑塔納轎車的手動變速箱殼體也是用鎂合金壓鑄的。汽車上廣泛使用的鎂合金是AZ91D,另外還有AM50、AM60、AZ81 等。鎂合金在汽車上的應用, 無論從零部件數量還是重量上看,目前都遠低于鋁合金。但是,由于其比鋁合金更輕,因此,將來進一步降低汽車重量的理想材料,也是鋁合金的有力競爭對手,實際上近幾年來鎂合金在轎車上的用量也趨于上升。汽車上使用的銅主要是純銅、黃銅和青銅。

      純銅用來制造制動管、散熱管、油管和電器接頭。銅合金則廣泛用于其它零部件。由于銅及銅合金比較重,不符合汽車輕量化的發展方向,因此,一些銅件逐漸被鋁合金取代,如散熱器。歐洲鋁化率已達90%～100%,美國達到60%～70%,日本達到25%～35%,我國在這方面也已開始起步。

2 廢汽車中有色金屬的回收利用

一般認為, 最理想的有色金屬回收方法是原零件的重用,這是一種人工為主的回收方法,即人工分解汽車, 然后將各種材料和零部件分類放置。這樣,鋁、鎂、銅等合金零部件可按變形或鑄造合金,或者按不同合金系進行回收再生。但是,目前工業發達國家用人工拆卸舊車已不再是唯一的方法, 并且在逐年減少。原因有:

(1)人工拆卸的費用高；

(2)拆卸下來的零部件直接利用性不大,特別是轎車更新換代很快,拆卸下的互換性不大；

(3)市場上對零部件的需求量很小。這樣,經人工拆卸下的汽車零部件還需重熔回收, 而拆卸費加重熔回收費促使總費用很高。

目前回收舊車上的材料, 已從回收零部件的舊模式向回收原材料的新模式, 即從人工拆卸零部件轉向機械化、半自動化回收原材料。現在已較多采用切碎機切碎舊車主體后再分別回收不同的原材料,方法如下：①將舊車內所有液態物質排放后用水沖洗干凈;②先局部地將易拆卸下來的大件(車身板、車輪、底盤等)拆卸下來;③將舊車拆卸下的大件和未拆卸的舊車剩余體,分別進入切碎機系統流水線,先壓扁,然后在多刃旋轉切碎裝置上切成碎塊;④流水線對碎塊進一步處理,

其順序是:全部碎塊通過空氣吸道, 利用空氣吸力吸走輕質塑料碎片;通過磁選機,吸走鋼和鐵碎塊;通過懸浮裝置,利用不同濃度的浮選介質分別選走密度不同的鎂合金和鋁合金;由于鉛、鋅和銅密度大,浮選方法不太適用,利用熔點不同分別熔化分離出鉛和鋅, 最終余下來的是高熔點銅。這種回收方法流程合理,成本相對不很高,但對回收鋁、鎂合金也并非完美無缺,最大的缺點是轎車上用的鋁、鎂合金屬于不同的合金系,既有變形合金又有鑄造合金,經破碎和浮選后,不能再進一步分離,成為不同合金的混合物, 這就給隨后重熔再生合金的化學成分和雜質元素控制帶來相當大的困難,大多數情況下僅能作為重熔鑄造合金使用, 降低了使用價值和廣泛性。

為了解決鋁、鎂合金重熔回收后成分混雜、使用價值低的問題,汽車設計師和材料工作者分別在車上主要部件設計以及材料選用上進行了努力。另外,新的分離方法也在不斷被開發出來,如鋁廢料激光分離法、液化分離法等。下面是鋁合金液化分離法的簡要介紹。

2.3 鋁合金液化分離裝置

鋁合金材料含量很高的汽車會大量使用鋁板類材料,主要是為了減輕重量而使用鋁合金車身,鋁制車身表面會有大量的油漆、涂料和粘結劑。當報廢車被拆解之后,車身被粉碎以分離鋁和其他材料,當廢舊油漆車身被重熔時, 車身上的油漆和粘結劑經高溫熱解可保證徹底分開, 對去除油漆和涂料的廢車身及鋁制零件再分成不同種類的鋁合金, 有利于提高廢舊鋁料的回收價值。

   廢舊鋁料經機械切割、磁選再經液化分離裝置, 分離掉涂料和粘結劑中的大部分成分和大部分涂料及殘渣, 這時的廢舊鋁料用激光光學探測譜進行分類。液化分離裝置具有很高的熱分解效率, 高溫去除附著在鋁制車身上的有機涂料,溫度必須在450℃以上,這種情況下得到的產品是氣體、焦油類和炭類成分。氣體蒸發后剩下的焦碳和焦油層通過分離器內部的氧化裝置去除。液化裝置有一個可允許氣體微粒通過的過濾裝置,使用時,在液化層的鋁沉積到底部,而其中的有機成分分解。選擇合適的溫度可保證有機材料的徹底分解而不溶化任何氣體成分。傳輸過來的熱量用于廢舊鋁料的分解之后, 通過燃燒有機材料而散發出去,達到平衡。

這種裝置比現有的對流式熱傳輸裝置效率高5～10 倍。在液化分離裝置中,廢料通過旋轉鼓攪拌,液化倉中殘渣停留時間為2～15min,在液化倉內部,廢料與倉中的溶解液混合, 沙石等雜質被分離到砂石分離區, 被廢料帶出的溶解液通過溶解液回收螺旋槳送回液化倉。氧化區與排氣導管相連接,氧化那些游離的炭氧化物并防止液化倉底部物質損失。使用該裝置對涂料板材樣品進行試驗, 試驗條件溫度為550℃,時間10min,試驗結果令人滿意,凈金屬回收率達到98%以上。