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1 有色金屬在汽車上的應(yīng)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(fā)展,鋁、鎂合金材料的用量也不斷加大。

汽車重量對燃料經(jīng)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(fù)合材料。表1 所列的是車用典型鋁合金材料的性能及其應(yīng)用領(lǐng)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(jié)構(gòu)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(lǐng)域外,鎂合金并沒有象鋁合金那樣得到廣泛的應(yīng)用。近年來,隨著汽車輕量化的發(fā)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(nèi)上海大眾汽車公司生產(chǎn)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(yīng)用, 無論從零部件數(shù)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(fā)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(yè)發(fā)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?lián)Q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(jīng)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(zhuǎn)向機械化、半自動化回收原材料。現(xiàn)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(nèi)所有液態(tài)物質(zhì)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(tǒng)流水線,先壓扁,然后在多刃旋轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)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(jīng)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(xué)成分和雜質(zhì)元素控制帶來相當(dāng)大的困難,大多數(shù)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(shè)計師和材料工作者分別在車上主要部件設(shè)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(fā)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(jié)劑。當(dāng)報廢車被拆解之后,車身被粉碎以分離鋁和其他材料,當(dāng)廢舊油漆車身被重熔時, 車身上的油漆和粘結(jié)劑經(jīng)高溫?zé)峤饪杀ＷC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(jīng)機械切割、磁選再經(jīng)液化分離裝置, 分離掉涂料和粘結(jié)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(xué)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(chǎn)品是氣體、焦油類和炭類成分。氣體蒸發(fā)后剩下的焦碳和焦油層通過分離器內(nèi)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(fā)出去,達到平衡。

這種裝置比現(xiàn)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(zhuǎn)鼓攪拌,液化倉中殘渣停留時間為2～15min,在液化倉內(nèi)部,廢料與倉中的溶解液混合, 沙石等雜質(zhì)被分離到砂石分離區(qū), 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(qū)與排氣導(dǎo)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(zhì)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(jié)果令人滿意,凈金屬回收率達到98%以上。