铜包铝线缆再生利用的现状及建议

戴雅康 刘丕家

我国在1997年开发成功铜包铝线，其初衷是用于制造传输高频信号的同轴电缆的内导体，以节省铜材并代替进口。二十多年来，随着人们对铜包铝线在线缆行业贯彻“以铝节铜”方针以及在创建资源节约型社会中的战略意义的认识逐渐加深，使铜包铝线在线缆中获得广泛的应用。此后，科研人员将其用作工频电线电缆导体，开发出诸如电力电缆、电气装备电缆、通信电缆、建筑布线、阻燃电缆、控制电缆等产品；此外，还开发了铜包铝镁合金线、镀锡铜包铝线、铜包铝漆包线等产品，用作线缆的屏蔽线、高频变压器线圈、电动机和变压器绕组等产品，使铜包铝线在电线电缆及电器设备中获得广泛的应用。

为适应铜包铝线在线缆行业中的不同用途，一些不同形状的品种被开发出来。例如，用于直径较粗（7.00～13.10mm之间）的射频同轴电缆内导体的铜包铝管；用于电控和配电设备等领域的铜包铝母排（又称“铜铝复合排”）的矩形导体。其中铜包铝母排的年产量可达几十万吨。

对于上述铜包铝线缆产品以及各企业生产中的边角余料、切头和废次品，如何再生利用，这是我国循环经济建设中的一个重要课题，受到国家的高度重视和社会的普遍关注。上海电缆研究所黄祟祺院士早在2007年就指出，铜包铝线的回收利用是“电线电缆行业规模使用铜包铝线的前提”[1]。可以认为，铜包铝线缆的再生利用已成为决定我国铜包铝行业发展前景的关键问题。

目前我国铜包铝线缆再生利用的研究和实施己取得初步成效。但要在我国建成一个生产规模较大、具有先进工艺与设备和管理精良的铜包铝线缆再生利用产业基地，还需举全铜包铝行业之力、协同创建。

本文主要从工艺方法和设备方面介绍我国当前铜包铝线缆再生利用的现状，并对今后的发展前景提出建议。

1 再生铜包铝线缆预处理方法的研究

报废铜包铝线缆的再生利用，首先要将铜包铝导体与绝缘外皮分开。这一工序称为“预处理”。一般可参照铜导体线缆的机械分离法[2]来处理。其工艺流程如图1所示。对于很长而杂乱的线缆可先将其切断至90mm以下的长度。然后将物料送入第一台破碎机中进行粗碎。利用一对正、反向旋转的切刀进一步将其切碎至10mm以上，减小线缆的尺寸。粗碎后的物料通过磁选法，剔除混在线缆中的铜包钢线。然后将粗碎的物料进行筛分，筛上的物料返回到粗碎機中再次破碎。筛分后的物料送入细碎机中，将其长度破碎到6mm以下，此时绝大部分铜包铝线已与绝缘外皮脱开，通过分选使铜包铝导体与绝缘外皮分离。

至于分选的方法，对于铜导体线缆，由于塑料或橡胶的密度较小（一般小于2g/cm3），而铜的密废较大（为8.9g/cm3），可采用重力分选法将其分离，获得的细碎铜导体称为“铜米”。但是对于铜包体导体，根据其铜层体积比不同，其密度为3.32～3.94g/cm3之间，与塑料或橡胶的密度相差不大，采用重力分选法能否将两者彻底分离，尚待试验评定。如果重力分选法满足不了要求，可采用涡流法等其他分选方法进行分离。分选出的细碎铜包铝导体可称之为“铜包铝米”。

目前我国对于废铜线缆的机械分离法预处理设备，已有规格不同的“铜米机”供应。但根据铜包铝线缆的特点进行改造后的预处理设备，可称之为“铜包铝米机”，其工作原理与结构尚待研制。

2 铜包铝导体再生利用的方法

通过前处理获得的铜包铝米以及铜包铝导体企业生产中的边角余料、切头及废次品，虽然设有绝缘层，但铜层与铝芯线紧密结合在一起，难以用机械方法分离，其再生利用方法有直接熔炼法和电解分离回收法2种。

2.1 直接熔炼法

直接熔炼法不是将铜和铝分离，而是将其直接投入熔炼炉中熔化，调整其化学成分后，浇注成“铜铝中间合金”。用作熔炼含铜的铝合金（如硬铝）或含铝的铜合金（如铝青铜）配料之用。直接熔炼法所用设备较为简单；主要配备一台中频感应炉或坩埚炉及一台炉前化学成分快速分析仪。此外还需配备一台压块机，用于将杂乱、松散的铜包铝导体压成块状，便于投入熔炼炉中。专利[3]介绍了这种回收利用方法。

上述方法所处理的铜包铝导体数量很少，对于导体中高品位的纯铜和纯铝来说，是很不经济的方法。仅适用于铜包铝生产企业和个体小型回收企业，用于回收少量不含绝缘外皮的生产料头和废次品之用。对于大量报废的铜包铝线缆的回收是不适用的。

2.2电解分离回收法

电解分离回收法是一种用电化学方法将铜包铝中的铜和铝分离并回收的方法。其原理是将铜包铝米或铜包铝料头和废次品放入硫酸铜（CuSO4）和硫酸（H2SO4）混合的电解液中。在直流电作用下，铜（Cu）在阳极上形成铜离子进入到电解液中（即Cu-2e→Cu2+），并与硫酸反应（Cu+H2SO4+1/2O2→2CuSO4+2H2O）转化为可溶性硫酸铜。与此同时，电解液中的铜离子在直流电作用下在阴极上得到电子（Cu2++2e→Cu），便以金属铜的形态在阴极沉积。进入电解液中的铝由于“阳极氧化”作用，在其表面产生钝化膜，大大降低了铝与硫酸的反应速度，在所制取的硫酸铜晶体中铝的浓度很低，并且铝为负电性金属，不可能在阴极析出。通过这些反应过程就可将铜与铝分离，并回收利用。试验表明，这种方法的金属铜回收率可达96%以上，金属铝的回收率可达93%以上[4]。

近年来，苏州华铜复合材料有限公司（以下简称“苏州华铜”）等企业根据所生产的铜包铝母线尺寸较大的特点（窄边尺寸为3～14mm，宽边尺寸为30～200mm[5]），对生产中的料头或废次品，研制了用电解法分离铜和铝的再生利用方法，取得了可喜的成果，申请了专利[5]，在国内开创了一条新路。该电解回收生产线的结构如图2所示，由3个用耐酸塑料板焊接而成的电解槽（1、2和3）和循环过滤热交换糟（4）构成。这几个槽的槽底高度依次降低，用高强度耐酸塑料管道相连通。循环过滤热交换糟中设有动力泵、电解液热交换器和过滤器，形成电解液循环系统并调整电解液温度和对电解液进行过滤。3个电解槽中设置有数排悬挂阴极板的阴极导电棒和悬挂铜包铝母排料头的阳极导电棒，分别串联供电。第一个电解槽中的阴极板用304不锈钢制成，电解时当不锈钢钢板上沉积的铜层厚度达到0.5mm左右时，将其铜层揭下，挂在后面电解槽的阴极棒上，作为继续沉积铜层的种板。因此第一个电解槽又称为“种板槽”。

在随后的2个电解糟中，当沉积的铜板厚度达到2mm时，取下滤干，放进设置在生产线旁的中和槽里中和并在清洗槽中漂洗，晾干后入库。阳极上悬挂的铜包铝母排料头当铜层全部电离后，取下铝板，经中和、漂洗、晾干后入库。整个回收铜、铝过程连续进行。

电解工艺参数如下：电解液由工业级五水硫酸铜（CuSO4·5H2O）、98%H2SO、盐酸（HCl）、玻璃水及自来水配制而成。电解液循环流量为5～10L/min，温度为15～30℃。所用直流电源为DT-20000-12V型高频开关电源，槽电压0.2～0.3V，电流密度为工件200～250A/m2。

该设备分离回收的铜和铝保持原材料纯度不变。铜的回收率大于99.9%，铝的回收率95%以上。每年可分解回收7.2万t铜包铝母排料头。

但上述电解再生生产线对于直径较为细小（毫米级）的铜包铝米则不适用。必须先将其放入溶铜缶中进行溶铜造液，并使之与铝分离。然后进行电解精炼，在阴极上析出很高纯度的铜。甚至可用辊式连续电解方法制成铜箔[7]，用于印刷电路板的铜层。但我国至今尚未见到铜包铝线缆预处理及分离铜和铝进行再生的专用设备和工艺。

3 对我国铜包铝线缆再生利用的建议

3.1必须重视和推广新产品的开发与报废产品的回收利用相结合的研发经验

我国线缆工业的“以铝节铜”是大势所趋，铜包铝导体的节铜效果己获公认，但至今产业的发展却较为迟缓。笔者认为，主要是对铜包铝线缆产品如何再生利用还没有深入的研究和实践。近年来苏州华铜等企业在研发铜包铝母排新产品的过程中，遵照工业和信息化部、中国有色金属工业协会、中国电器工业协会及有关专家的指示，将产品的回收利用同时列为研究课题之一。经过几年来的研究，既获得了具有“国际领先水平”的铜包铝母排产品，又取得了生产料头及报废产品回收利用的经验，不仅降低了生产成本，而且促进了新产品的发展。

国家发展和改革委员会早在2004年就明确指出，“今后国家投资的重点将向具有循环经济特色的产业或企业倾斜”。铜包铝母排的研发成功受到国家有关部委、行业协会及研究机构的密切重视与大力支持，充分体现了国家对资源循环利用政策的引导和示范意义。

铜包铝线缆的研发和生产虽历经二十余年历史，如果对报废的铜包铝线缆不能再生利用，不仅浪费了大量优质的铜和铝金属，而且這种线缆极易混入废铜线缆中，大大增加了铜回收的难度，“以铝节铜”岂不成为一句空话。当前铜包铝线缆的大量应用倒逼其再生利用技术的出台，给铜包铝行业增添了很大压力。因此，整个铜包铝行业应重视苏州华铜等企业研制新产品的经验，立即开展铜包铝线缆再生利用工艺和设备的研究，大力发展循环经济，实现可持续发展。

3.2 建设具有一定规模的铜包铝线缆再生利用基地

铜包铝线缆的再生利用比铜线缆的要复杂得多，除要将线缆导体与绝缘外皮分开外，还要把导体中的铜与铝分开，所用设备和工艺的较为复杂。一般个体企业无论在技术上或资金上都难以满足要求。为此，必须吸取多年来建设金属循环利用基地的经验，打造一个生产自动化、管理信息化、流程智能化的智慧型和服务型大型企业，使我国铜包铝线缆的再生行业向着现代化方向快速发展。

在我国铜包铝行业中，苏州华铜己筹建了具有一定规模的铜包铝母排再生企业。希望能在此基础上吸纳铜包铝行业的企业投资，增添铜包铝行业的研究人员，进一步扩展业务范围，使之成为整个铜包铝行业再生多种铜包铝线缆的基地，积累生产经验后，向全国推广。

3.3发挥科技创新引领作用，开展铜包铝线缆再生技术与管理的研究

目前我国对废铜线缆的回收工艺与设备基本成熟，获得推广应用。但将其转用到铜包铝线缆的前处理和铜、铝的电解分离，还必须针对铜包铝性能及产品的特点进行研究。铜包铝线缆产品的种类繁多、导体形状和尺寸不一，还有经过表面处理过的镀锡铜包铝线及铜包铝漆包线等产品，必须发挥科技创新的引领作用，在再生利用的理论、工艺和设备等方面要进行深入探讨和试验。研制出一套专业化的再生利用生产线。

作为一个现代化企业，必须制定一套完整的技术标准，如废铜包铝导体标准、再生工艺和装备标准及再生产品标准，作为管理法规的技术依据。

当今为互联网时代，作为铜包铝线缆再生回收企业，应健全基于物联网的再生资源的收运系统，推动新型再生资源交易平台建设。

通过技术和管理方面的研究和创新，一定能建成一个具有一定生产规模、集约化程度高、技术精良、管理先进的铜包铝线缆再生利用产业基地。

4 结语

我国线缆工业的“以铝节铜”是大势所趋，铜包铝线缆的节铜效果己获公认。但能否真正发挥“以铝节铜”的作用，有待报废的铜包铝线缆如何再生利用来衡量。

近年来，苏州华铜等企业对生产的铜包铝母排料头及废次品采用电解分离进行回收利用的方法取得可喜的成果。但铜包铝线缆的预处理及电解分离的工艺与设备，尚待进一步试验研究。

苏州华铜等企业在研发铜包铝母排的同时研究母排的回收方法值得重视。今后铜包铝行业在苏州华铜等企业的协同配合下，通过铜包铝线缆回收技术与管理的研究，一定能在我国建成一个生产规模较大、具有先进工艺与设备和管理精良的铜包铝线缆回收利用产业基地。

参考文献

[1] 黄崇祺.论中国电缆工业的废杂铜直接再生制杆和以铝节铜[M]//2007年中国电线电缆行业大会报告集.中国电器工业协会电线电缆分会，上海电缆研究所，2007：46-62.

[2] 王成彦，王忠.铜的再生与循环利用[M].长沙：中南大学出版社，2010.

[3] 戴雅康用废铜包铝导线熔炼铝铜中间合金的方法：中国，CN103045883A[P].2013-04-17.

[4] 张金涛，壮亚峰，曹桂萍.从铜包铝线废料中回收铜和铝的方法以及该方法的电解设备所用的阳极装置：中国， CN100585015C[P].2010-01-27.

[5] 国家能源局.中华人民共和国电力行业标准：输变电设备用铜包铝母线：DL/T247-2012[S].北京：中国电力出版社.

[6] 张坚华.铜铝复合汇流排的回收工艺设备：中国，CN2014465670U[P].2010-05-12.

[7] 金荣涛，电解铜箔生产[M].长沙：中南大学出版社，2010.