废旧易拉罐处理工艺

杨立民,刘 畅

(山东南山铝业股份有限公司 龙口南山铝压延新材料有限公司，山东 龙口 265706)

废旧易拉罐是回收循环使用较高的包装材料，在国外已有部份铝加工厂做到从罐到罐(Can to Can)的循环使用。中国的废罐回收率是世界最高的，达99.5%以上[1]，回收废旧易拉罐从罐到罐没有得到有效的循环使用，而是用于生产其它铝加工产品。有效循环利用废旧易拉罐，可以减少对铝土矿的开采，节省氧化铝和电解铝对能源的消耗，减少环境污染，同时满足消费者对“绿色包装”的需求。

1 国内易拉罐回收现状

截至2018年12月底，国内易拉罐生产企业51家，共计生产线88条，罐身生产能力超过650亿只/a，罐盖生产能力超过850亿只/a。2018年国内罐体料需求量超过55万t，罐盖和拉环料需求量超过25万t。肇庆市大正铝业有限公司实现了年处理1.5万t废铝易拉罐绿色环保级产业化应用[2]，产品是以3104合金重熔锭的形式存在，属于再生铝锭。国内生产罐料的企业主要有西南铝、美铝渤海、宏桥铝业、中孚实业和中铝瑞闽，目前还没有建设废旧易拉罐回收处理专线。国内易拉罐市场占有量最大的企业，山东南山铝业股份有限公司旗下的龙口南山铝压延新材料有限公司充分利用双室炉回收部分废旧易拉罐循环使用，按目前的发展趋势已经不能满足市场的需求，在未来还需要建设一条更先进的废旧易拉罐处理装备。

2 回收易拉罐的组成

2.1 制罐厂易拉罐的组成

(1)单片罐和二片罐厂废料的组成，制罐厂在制罐过程中所有的边角料和未经过彩印线产生的废弃易拉罐称为白料。通过彩印后废弃的易拉罐称为彩料。单片罐罐身由纯铝系列和3104合金生产，罐盖有3105合金、5151合金和8011合金。二片罐罐身由3104铝合金生产，罐盖有5042合金、5052合金和5182合金。目前市场还有一部分二片罐身是由塑料制成，罐盖是5052合金、5042合金和5182合金。(2)三片罐的组成较为复杂，罐身使用的是马口铁，底盖有3104合金、5052合金和马口铁，面盖有5042合金、5182合金和马口铁。(3)食品罐的组成，罐身3104和罐盖3104合金组成、罐身3104和罐盖5042合金组成、罐身5352和罐盖5042合金组成。(4)目前罐盖上的拉环主要使用5182合金和部分马口铁。

2.2 社会上回收废旧易拉罐的组成

消费者使用完后抛弃的罐，主要有单片罐、二片罐、三片罐和其它的容器罐。废料组成主要有铝、铁、铜、锌等金属和部分塑料罐等有机物。

3 回收废旧易拉罐处理工艺

3.1最早的生产工艺

上世纪60年代美国的废旧易拉罐生产工艺，是将散装的废罐直接入炉融化，但烧损较大，进而把废罐打包，提高密度，减少表面积，金属回收率有所提高，但产品仍是再生铝锭[3]。

3.2 从打包块到打包块工艺

废旧易拉罐打包(打包块)→打包块破碎→破碎散料装入废料斗→人工挑选→磁铁挑选→空气分离器→多功能破碎机→涡电流磁选机→纯铝片→纯铝片打包(打包块)。

(1)废旧易拉罐包装。回收后的废旧易拉罐通过打包机压实打包成规则的形状。压实的主要目的是将装有液体或流质固体的易拉罐进行压碎，让液体或流质固体从易拉罐流出，便于后序的处理。在冶炼过程中有液体进入熔炼炉是非常危险，所以废料在入熔炼炉前必须保持干燥。废旧易拉罐压成规则的形状，也便于运输和储放。(2)块状废旧易拉罐破碎。铝加工厂对回收的废旧易拉罐打包块要进行破碎。回收的废旧易拉罐组成较为复杂，在此工序是将打包压实的废旧罐进行简单机械的单体分割，便于机械手装料。(3)人工挑选废料。通过机械手将分割的废旧易拉罐装入废料斗。废料通过料斗进入破碎机把块状的废旧易拉罐进行个体分离，人工把块状的非金属物和其它异常的物体挑选出来。(4)废旧易拉罐料磁选。通过磁铁机将带有磁性的金属筛选出来，主要是含铁金属，此工序将90%～95%的铁筛选出来，还有一小部分铁未筛选出来，主要是在易拉罐分割时，有一小部分铁残留在铝与铝的缝合之间。(5)空气分离器。已通过磁选部分的废料，运输到空气分离器对重金属筛选，主要是对密度超过铝密度的金属进行筛选，如紫铜、黄铜、锌等，同时也筛选出5%～6%的铁。(6)多功能破碎机。经过筛选后的废料，运输到多功能破碎机，将易拉罐破碎成小片的金属，同时也能将铝片上的有机物进行剥离。(7)涡电流磁选机。将破碎的小片金属运输到涡电流磁选机，主要从铝片中筛选出有机物及其它杂质，通过筛选后的铝片纯度能达到98%。(8)处理好的废铝片打包。经过多次处理后的废旧易拉罐铝片打包，进行压实打成长方体打包块，并将打包块进行包装存放。

此废旧易拉罐处理工艺，是将回收后的废旧易拉罐进行筛选和有机物的处理，这也是废旧易拉罐处理的关键点和难点。虽然是以打包块到打包块的形式存在，但是此时的打包块含铝纯度已提高到98%。此工艺虽没有与熔炼炉和双室炉配套使用，但使用性更加灵活，随时可以以固态纯铝的形式加入到熔炼炉。

3.3 双室炉生产工艺

废旧易拉罐→上料机→废料室炉桥预热并干燥→废料室熔化→

双室熔化炉包括两个室，一个为废料室，一个为加热室，这种设计可以有效熔化带杂质的废料和块料(图1)。双室炉主要设计特点是紧凑，避免了入炉废料的预处理，废料室的低氧，废料杂质的热分解气，作内部二次燃烧并热量重复利用，即直接将杂质中可熔物的热量用于工艺处理。

图1 双室炉Fig.1 Dual-chamber furnace

(1)上料机。通过叉车或装料车将松散的废料装入料斗，装入废料的比例取决于料的成分。上料机移到废料室门前，上料机的密封罩与炉门罩对接，装料时逸出的所有烟气被炉门烟罩收集并送到烟气处理单元，同时将废料放到废料室的炉桥上，所有废料进入熔池前在炉桥上被预热并干燥。

(2)废料室。废料进入废料室后开始预热干燥，随着杂质被热分解，通过循环风机将热气流直接导向炉桥上的废料堆。为了减少金属的烧损，废料室处于弱氧环境，该室弱氧通过废料室的附加烧嘴控制。废料室的炉桥主要用于薄料的预热和干燥，属于间接加热。

(3)加热室。废料室的烟气通过循环风机，一部分被送到废料室的炉桥上，另一部分被送到加热室，废料室的烟气被引到加热室的烧嘴中并进行二次燃烧处理，利用热分解气的热值—热分解气中所有杂质的可燃物对加热室进行加热，同时减少双室的能耗。加热室的温度连续保持在约950℃，并有足够的滞留燃烧时间，因而烟气完全燃烧。加热室也有预热和干燥的炉桥，主要用于洁净的厚料。

(4)烟气处理。炉内所有二次燃烧后的废气，通过换热器以保证所有烟气均被急剧冷却，避免有害物质生成，特别是二恶英被重新合成。废气被急剧冷却到250℃以下后，被传到废气处理单元，废气主要成分是HCl、HF、SO2等，经过布袋除尘器中的活性碳和石灰的混合物添加剂进行反应，并吸附其它成分以确保烟囱出口获得符合环保要求的气体。

(5)铝液循环，废料室熔化的铝液一部份通过铝液包运输到熔炼炉，一部份溢到加热室，加热室与废料室的铝液可以循环互通。当废料加入废料室时再将加热室的部分铝液通过金属循环泵加到废料室，让废料与铝液快速接触，加快熔化过程，从而减少铝液的烧损。在铝液与废料室和加热室往复的循环过程中，不仅起到搅拌的作用，还使铝液的温度和化学成份更加均匀。

双室炉生产工艺，是将打包块的废旧回收易拉罐直接加入废料室。此工艺缺少对废旧易拉罐的磁选和重金属筛选，为了保证熔化后的成分符合工艺要求，对回收废旧易拉罐的要求较高。因设备的优势将废旧易拉罐的有机物及其它杂质进行燃烧，使其能量重复利用。对于融化后的铝液需要及时转运到熔炼炉，以待新的废旧易拉罐加入。

3.4 从罐到罐生产流程

社会废旧易拉罐回收→回收中心压块打包→废罐处理工厂进行破碎、分选→有机物焙烧→合格的废旧易拉罐料转熔炼炉熔炼→保温炉精炼静置→铸造大扁锭→均匀化处理→热轧→冷轧→切边涂油→制罐厂冲制→生产成品罐→灌装厂灌装→消费市场→社会回收废旧易拉罐[4]。

从罐到罐(Can to Can)不是使用百分之百的废旧易拉罐来生产易拉罐用铝带材，而是按工艺要求使用一定比例的废旧易拉罐。百分之百的废旧易拉罐，熔化后的合金成分不能满足实际生产工艺要求，需要加入部分其它固体料和中间合金来调整化学成份，使化学成份达到工艺要求。目前使用废旧易拉罐比例最高是诺贝丽斯公司独创的“EvercanTM”合金，具有里程碑意义，制造 12oz(盎司)啤酒罐的“EvercanTM”合金含70%回收罐，而罐身铝薄板带的回收罐料含量却高达 90%[1]。

4 结论

4种废旧易拉罐处理工艺，每一种工艺都有自己的特点，废旧易拉罐处理工艺控制的关键点和难点在于磁选、重金属筛选和有机物处理。不管是哪种生产工艺，要利用好废旧易拉罐，不可缺少以下工艺过程，废旧易拉罐打包料破碎—磁选及重金属筛选—有机物处理—废旧易拉罐融化。熔炼炉内加入的废旧易拉罐的铝液最终需要用LIMCA(液态金属洁净度分析法)来评价废旧易拉罐铝液加入前后金属的洁净度，用PODFA 或 Prefil来评价铸锭中杂质的含量，同时用废旧易拉罐生产出来的带材还需要取得制罐企业和灌装厂对产品质量的认可。