廢舊空調(diào)換熱器回收處理技術(shù)研究

                         廢舊空調(diào)換熱器回收處理技術(shù)研究
                 潘曉勇1　郅慧1　薛松2　劉勇1　李中良1
    (1.四川長虹工程技術(shù)中心　四川綿陽621000;　2.西南科技大學(xué)制造學(xué)院　四川綿陽621010)　　
    摘要：廢舊家電的回收處置是人類經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展過程面臨的一個(gè)重要的環(huán)境與資源的問題。廢舊空調(diào)換熱器的回收處置具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。對廢舊空調(diào)換熱器回收處理工藝技術(shù)進(jìn)行了研究探討。在工藝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,獲得了適合我國國情的廢舊空調(diào)換熱器處置工藝技術(shù)方法。
    關(guān)鍵詞：廢舊空調(diào)　換熱器　回收處置
    我國是電子產(chǎn)品的使用和生產(chǎn)大國,目前各種家電的社會保有量超過10億臺,每年有3 000多萬臺電子產(chǎn)品進(jìn)入報(bào)廢期。我國家電產(chǎn)品在20世紀(jì)90年代經(jīng)歷了一次銷售高峰期,經(jīng)過十多年的使用,包括空調(diào)在內(nèi)的一些家電已經(jīng)接近或超過了設(shè)計(jì)使用壽命,使我國逐漸進(jìn)入家電產(chǎn)品更新?lián)Q代的高峰期[1]。特別是2009年提出的“家電下鄉(xiāng)政策”進(jìn)一步加速了廢舊家電的淘汰進(jìn)程。根據(jù)國家發(fā)改委有關(guān)數(shù)據(jù),2009年電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)、電腦5類家電報(bào)廢量近9 000萬臺,其中空調(diào)器估計(jì)在200萬臺以上。廢舊家電產(chǎn)品屬于固體廢物,如果處置不當(dāng)不但會造成資源的浪費(fèi)也會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染[2]。
    發(fā)達(dá)國家非常重視廢舊物資的回收利用,建立了一套完整有效的廢舊物資回收利用體系,有力地保護(hù)生態(tài)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用。發(fā)達(dá)國家對于廢舊電子電器的回收處理均制定了嚴(yán)格的政策和技術(shù)要求,在很大程度上控制了廢舊電子電器回收利用過程中可能的環(huán)境污染與資源浪費(fèi)[3]。家用空調(diào)器中銅、鋁等金屬占總質(zhì)量的30%左右。對廢舊家用空調(diào)器的金屬進(jìn)行有效的分離和處置能夠獲得良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益[4]。
    1·國內(nèi)外廢舊家電拆裝處置現(xiàn)狀
    目前我國廢舊家用電器的處理主要有兩種方式:一種是將尚有使用價(jià)值的舊電器拆解、拼裝后銷售給城鄉(xiāng)低收入群體或流動群體;另一種是將完全喪失使用功能的廢電器采用化學(xué)、物理等方式進(jìn)行人工拆解和分選,僅對其中很小部分資源(如廢鋼鐵、部分廢有色金屬等)再生利用,其他廢棄物就地堆放、填埋或焚燒。既造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi),又對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞。有礙于我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施[5-6]。
    歐盟各國的廢舊電子產(chǎn)品處理與再利用業(yè)比較發(fā)達(dá)。由于歐洲國家的人工費(fèi)用較高,普遍采用高度機(jī)械化的技術(shù)來處理廢舊家用電器,普遍采取整機(jī)破碎、機(jī)械分選處理的技術(shù)路線[7]。其基本處理方法主要包括廢舊電子產(chǎn)品的拆解、粉碎、分選(便于玻璃、鋼鐵、有色金屬和塑料再利用)和危險(xiǎn)廢棄物處理與處置,主要采用物理粉碎、物理分離和物理分選,不采用化學(xué)處理技術(shù),沒有燃燒工藝,盡量減少對環(huán)境的影響。日本考慮到本國自然資源匱乏的國情和充分提高資源回收率、提高回收材料純度等原因,同歐洲國家的處理工藝相比,在以機(jī)械處理為主的流程中相對較多地加入了人工拆解、分選工序[8-10]。
    2·廢舊家用空調(diào)器換熱器處置工藝研究及試驗(yàn)
    換熱器是空調(diào)關(guān)鍵部件之一,主要由鋼、銅和鋁等幾種材料組成,其包括固定在翅片端板上的若干根排布有翅片的U形管,翅片端板為鋼板,翅片為鋁片,U形管為銅管,U形管與外接銅管連通,U形管與翅片經(jīng)特殊工藝加工后,相互結(jié)合非常緊密,不易分離。因廢銅、鋁材料價(jià)格高,為最大限度實(shí)現(xiàn)廢舊空調(diào)回收處理價(jià)值,需要對換熱器銅、鋁材料實(shí)現(xiàn)高純度分離。因此研究合理的分離分選技術(shù)有利于提高廢舊空調(diào)換熱器的處置效率和效益。
    2.1　廢舊空調(diào)器換熱器處置技術(shù)方案
    在參照了有關(guān)國家廢舊空調(diào)處理方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國的實(shí)際國情和技術(shù)應(yīng)用水平,對換熱器的處置采用了人工拆卸和機(jī)械分離、篩選相結(jié)合的總體技術(shù)路線:
    廢舊空調(diào)→人工拆卸→廢舊換熱器→機(jī)械分離→篩選分離銅、鋁→分類包裝。
    為達(dá)到高純度分離鋁、銅的目的,提出了兩種技術(shù)方案。一種方案是采用機(jī)械抽拔方式,將U形管從鋁翅片中拔出(如圖1所示),這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)在于可以將銅管完整保留,有利于再制造;另一種方案是采用機(jī)械剖切分離工藝方法。通過機(jī)械切割U形管,使其沿軸線剖分從而達(dá)到鋁、銅分離的目的(如圖2、圖3所示)。
            
    2.2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
    針對第一種方案,將換熱器外表(散熱翅片)夾緊或有倒鉤的夾具夾持,通過液力裝置對U形銅管進(jìn)行抽拔。在抽拔的初期還可以使銅管相對翅片產(chǎn)生一定位移,但隨后由于翅片集中在一段,這二者再也無法產(chǎn)生相對位移,反而兩者結(jié)合更加緊密。從測試結(jié)果來看,當(dāng)抽拔一根U型銅管時(shí),抽拔力達(dá)到了10 kN也沒能最終完成抽拔,對300 mm×300 mm的換熱器樣件僅將銅管相對拔出近20 mm距離。分析這種方案失敗的原因在于,換熱銅管與翅片在裝配完成之后有一個(gè)脹管工藝,目的是使翅片與銅管結(jié)合緊密,提高熱交換效率。這一工藝過程使得兩者之間產(chǎn)生了預(yù)緊力,所以無法完成機(jī)械抽拔過程。
    第二種技術(shù)方案是將換熱器沿銅管軸線逐個(gè)剖切開,實(shí)現(xiàn)銅管和鋁翅片的分離。采用何種方式將換熱器切開是這種工藝方案的關(guān)鍵。銅和鋁都是塑性很好的金屬材料,雖然剪切強(qiáng)度不高,但是要求較小的剪切間隙,所以在切斷過程中容易產(chǎn)生粘連和切不斷的現(xiàn)象。同時(shí)由于散熱翅片很薄,剛性不好,在分切過程中也容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象,導(dǎo)致剪切分離過程無法完成。
    在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中,試驗(yàn)了2種方法。一種是采用剪板機(jī)對換熱器進(jìn)行剖分剪切,在實(shí)驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)無法達(dá)到理想的剪切效果。剪板機(jī)的間隙較大,不容易獲得理想的剪切斷面;剪板機(jī)的操作臺面不適合進(jìn)行這類剪切操作,因?yàn)榱慵叽缫?guī)格較小,在剪板機(jī)上無法實(shí)現(xiàn)較好的定位和壓緊。所以采用剪板機(jī)進(jìn)行剖切分離無法達(dá)到工藝目的。在試驗(yàn)了多種剪切分離方法后,最終采用了印刷廠用的切紙機(jī)作為剪切剖分試驗(yàn)設(shè)備,獲得了滿意的試驗(yàn)效果。換熱器經(jīng)過剪切剖分后,獲得了完全分離的銅鋁散件,后續(xù)分選工作很容易進(jìn)行。在總結(jié)大量實(shí)驗(yàn)工作的基礎(chǔ)上,獲得了比較完善的換熱器分離回收處置工藝:①拆卸工序:將廢舊空調(diào)拆解分類;②平整工序:對于彎曲類換熱器首先進(jìn)行平整工序,獲得適合后續(xù)工藝需要的平面類工序件;③修邊工序:沿翅片端板表面進(jìn)行切割,將U管的端頭、翅片端板與主體分開,分選出鋼板與銅管;④剖切工序:以通過至少一根U管軸心線的平面為剖切面對主體進(jìn)行剖切,形成鋁片和剖開的銅管共混物;⑤分選工序:從鋁片和剖開的銅管共混物中分選出銅、鋁。
    該工藝方法同其他幾種處置方法對比的情況見表1。
               
    3·結(jié)論
    (1)通過試驗(yàn)獲得了一種便于實(shí)現(xiàn)和操作并且對環(huán)境友好的廢舊空調(diào)換熱器鋁銅分離技術(shù)工藝方法。
    (2)該工藝方法生產(chǎn)效率高,鋁銅分離率高。通過實(shí)驗(yàn),空調(diào)蒸發(fā)器、冷凝器的鋁銅分離率達(dá)到了95%以上。
    (3)為提高分離處理效率,剖切面最好是通過銅管軸心形成的平面。
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