1 有色金属在汽车上的应用
汽车使用的有色金属材料主要有铝、铜、镁合金和少量的锌、铅及轴承合金等。随着汽车轻量化运动的不断发展,铝、镁合金材料的用量也不断加大。
汽车重量对燃料经济性起着决定性的作用,车重每降低100kg,油耗可减少0.7L/100km。铝合金是最佳的汽车轻量化用材。汽车用铝主要是铝合金,一些车上采用了少量的铝基复合材料。表1 所列的是车用典型铝合金材料的性能及其应用领域。从铝合金零件看,以铸件为主(约占70%) ,以变形加工件为辅(约占30%)。
镁的密度为1.74,只有铝的2/3,是一种最轻的结构材料。镁合金强度不高但比强度很高, 加工性能好。以往除了在航天航空领域外,镁合金并没有象铝合金那样得到广泛的应用。近年来,随着汽车轻量化的发展,人们将目光投向了镁合金。目前,镁合金零件主要用于小汽车与赛车。国外用镁合金制造的零件有:离合器盒、变速箱、制动器盒、踏板架、仪表板等。
国内上海大众汽车公司生产的桑塔纳轿车的手动变速箱壳体也是用镁合金压铸的。汽车上广泛使用的镁合金是AZ91D,另外还有AM50、AM60、AZ81 等。镁合金在汽车上的应用, 无论从零部件数量还是重量上看,目前都远低于铝合金。但是,由于其比铝合金更轻,因此,将来进一步降低汽车重量的理想材料,也是铝合金的有力竞争对手,实际上近几年来镁合金在轿车上的用量也趋于上升。汽车上使用的铜主要是纯铜、黄铜和青铜。纯铜用来制造制动管、散热管、油管和电器接头。铜合金则广泛用于其它零部件。由于铜及铜合金比较重,不符合汽车轻量化的发展方向,因此,一些铜件逐渐被铝合金取代,如散热器。欧洲铝化率已达90%～100%,美国达到60%～70%,日本达到25%～35%,我国在这方面也已开始起步。
2 废汽车中有色金属的回收利用
一般认为, 最理想的有色金属回收方法是原零件的重用,这是一种人工为主的回收方法,即人工分解汽车, 然后将各种材料和零部件分类放置。这样,铝、镁、铜等合金零部件可按变形或铸造合金,或者按不同合金系进行回收再生。但是,目前工业发达国家用人工拆卸旧车已不再是唯一的方法, 并且在逐年减少。原因有:
(1)人工拆卸的费用高；
(2)拆卸下来的零部件直接利用性不大,特别是轿车更新换代很快,拆卸下的互换性不大；
(3)市场上对零部件的需求量很小。这样,经人工拆卸下的汽车零部件还需重熔回收, 而拆卸费加重熔回收费促使总费用很高。
目前回收旧车上的材料, 已从回收零部件的旧模式向回收原材料的新模式, 即从人工拆卸零部件转向机械化、半自动化回收原材料。现在已较多采用切碎机切碎旧车主体后再分别回收不同的原材料,方法如下：①将旧车内所有液态物质排放后用水冲洗干净;②先局部地将易拆卸下来的大件(车身板、车轮、底盘等)拆卸下来;③将旧车拆卸下的大件和未拆卸的旧车剩余体,分别进入切碎机系统流水线,先压扁,然后在多刃旋转切碎装置上切成碎块;④流水线对碎块进一步处理,
其顺序是:全部碎块通过空气吸道, 利用空气吸力吸走轻质塑料碎片;通过磁选机,吸走钢和铁碎块;通过悬浮装置,利用不同浓度的浮选介质分别选走密度不同的镁合金和铝合金;由于铅、锌和铜密度大,浮选方法不太适用,利用熔点不同分别熔化分离出铅和锌, 最终余下来的是高熔点铜。这种回收方法流程合理,成本相对不很高,但对回收铝、镁合金也并非完美无缺,最大的缺点是轿车上用的铝、镁合金属于不同的合金系,既有变形合金又有铸造合金,经破碎和浮选后,不能再进一步分离,成为不同合金的混合物, 这就给随后重熔再生合金的化学成分和杂质元素控制带来相当大的困难,大多数情况下仅能作为重熔铸造合金使用, 降低了使用价值和广泛性。
为了解决铝、镁合金重熔回收后成分混杂、使用价值低的问题,汽车设计师和材料工作者分别在车上主要部件设计以及材料选用上进行了努力。另外,新的分离方法也在不断被开发出来,如铝废料激光分离法、液化分离法等。下面是铝合金液化分离法的简要介绍。
2.3 铝合金液化分离装置
铝合金材料含量很高的汽车会大量使用铝板类材料,主要是为了减轻重量而使用铝合金车身,铝制车身表面会有大量的油漆、涂料和粘结剂。当报废车被拆解之后,车身被粉碎以分离铝和其他材料,当废旧油漆车身被重熔时, 车身上的油漆和粘结剂经高温热解可保证彻底分开, 对去除油漆和涂料的废车身及铝制零件再分成不同种类的铝合金, 有利于提高废旧铝料的回收价值。
废旧铝料经机械切割、磁选再经液化分离装置, 分离掉涂料和粘结剂中的大部分成分和大部分涂料及残渣, 这时的废旧铝料用激光光学探测谱进行分类。液化分离装置具有很高的热分解效率, 高温去除附着在铝制车身上的有机涂料,温度必须在450℃以上,这种情况下得到的产品是气体、焦油类和炭类成分。气体蒸发后剩下的焦碳和焦油层通过分离器内部的氧化装置去除。液化装置有一个可允许气体微粒通过的过滤装置,使用时,在液化层的铝沉积到底部,而其中的有机成分分解。选择合适的温度可保证有机材料的彻底分解而不溶化任何气体成分。传输过来的热量用于废旧铝料的分解之后, 通过燃烧有机材料而散发出去,达到平衡。
这种装置比现有的对流式热传输装置效率高5～10 倍。在液化分离装置中,废料通过旋转鼓搅拌,液化仓中残渣停留时间为2～15min,在液化仓内部,废料与仓中的溶解液混合, 沙石等杂质被分离到砂石分离区, 被废料带出的溶解液通过溶解液回收螺旋桨送回液化仓。氧化区与排气导管相连接,氧化那些游离的炭氧化物并防止液化仓底部物质损失。使用该装置对涂料板材样品进行试验, 试验条件温度为550℃,时间10min,试验结果令人满意,净金属回收率达到98%以上。