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廢舊空調換熱器回收處理技術的研究

點擊:1510 日期:[ 2014-04-26 21:53:40 ]
                       廢舊空調換熱器回收處理技術的研究                      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中心 四川綿陽621000; 2.西南科技大學制造學院 四川綿陽621010)     摘 要:廢舊家電的回收處置是人類經濟和社會發展過程面臨的一個重要的環境與資源的問題。廢舊空調換熱器的回收處置具有良好的社會和經濟效益。對廢舊空調換熱器回收處理工藝技術進行了研究探討。在工藝試驗的基礎上,獲得了適合我國國情的廢舊空調換熱器處置工藝技術方法。        關鍵詞:廢舊空調 換熱器 回收處置     我國是電子產品的使用和生產大國,目前各種家電的社會保有量超過10億臺,每年有3 000多萬臺電子產品進入報廢期。我國家電產品在20世紀90年代經歷了一次銷售高峰期,經過十多年的使用,包括空調在內的一些家電已經接近或超過了設計使用壽命,使我國逐漸進入家電產品更新換代的高峰期[1]。特別是2009年提出的“家電下鄉政策”進一步加速了廢舊家電的淘汰進程。根據國家發改委有關數據,2009年電視機、電冰箱、洗衣機、空調、電腦5類家電報廢量近9 000萬臺,其中空調器估計在200萬臺以上。廢舊家電產品屬于固體廢物,如果處置不當不但會造成資源的浪費也會對環境造成嚴重污染[2]。     發達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,有力地保護生態環境,實現資源的可持續利用。發達國家對于廢舊電子電器的回收處理均制定了嚴格的政策和技術要求,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境污染與資源浪費[3]。家用空調器中銅、鋁等金屬占總質量的30%左右。對廢舊家用空調器的金屬進行有效的分離和處置能夠獲得良好的社會和經濟效益[4]。     1·國內外廢舊家電拆裝處置現狀     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值的舊電器拆解、拼裝后銷售給城鄉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、物理等方式進行人工拆解和分選,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。既造成了資源的嚴重浪費,又對當地的生態環境造成嚴重的破壞。有礙于我國可持續發展戰略的實施[5-6]。     歐盟各國的廢舊電子產品處理與再利用業比較發達。由于歐洲國家的人工費用較高,普遍采用高度機械化的技術來處理廢舊家用電器,普遍采取整機破碎、機械分選處理的技術路線[7]。其基本處理方法主要包括廢舊電子產品的拆解、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,不采用化學處理技術,沒有燃燒工藝,盡量減少對環境的影響。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·廢舊家用空調器換熱器處置工藝研究及試驗     換熱器是空調關鍵部件之一,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形管與翅片經特殊工藝加工后,相互結合非常緊密,不易分離。因廢銅、鋁材料價格高,為最大限度實現廢舊空調回收處理價值,需要對換熱器銅、鋁材料實現高純度分離。因此研究合理的分離分選技術有利于提高廢舊空調換熱器的處置效率和效益。     2.1 廢舊空調器換熱器處置技術方案     在參照了有關國家廢舊空調處理方法的基礎上,結合我國的實際國情和技術應用水平,對換熱器的處置采用了人工拆卸和機械分離、篩選相結合的總體技術路線:廢舊空調→人工拆卸→廢舊換熱器→機械分離→篩選分離銅、鋁→分類包裝。     為達到高純度分離鋁、銅的目的,提出了兩種技術方案。一種方案是采用機械抽拔方式,將U形管從鋁翅片中拔出(如圖1所示),這個方案的優點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械剖切分離工藝方法。通過機械切割U形管,使其沿軸線剖分從而達到鋁、銅分離的目的(如圖2、圖3所示)。               2.2 實驗結果與討論     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形銅管進行抽拔。在抽拔的初期還可以使銅管相對翅片產生一定位移,但隨后由于翅片集中在一段,這二者再也無法產生相對位移,反而兩者結合更加緊密。從測試結果來看,當抽拔一根U型銅管時,抽拔力達到了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脹管工藝,目的是使翅片與銅管結合緊密,提高熱交換效率。這一工藝過程使得兩者之間產生了預緊力,所以無法完成機械抽拔過程。     第二種技術方案是將換熱器沿銅管軸線逐個剖切開,實現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鍵。銅和鋁都是塑性很好的金屬材料,雖然剪切強度不高,但是要求較小的剪切間隙,所以在切斷過程中容易產生粘連和切不斷的現象。同時由于散熱翅片很薄,剛性不好,在分切過程中也容易產生失穩現象,導致剪切分離過程無法完成。     在實際實驗過程中,試驗了2種方法。一種是采用剪板機對換熱器進行剖分剪切,在實驗過程發現無法達到理想的剪切效果。剪板機的間隙較大,不容易獲得理想的剪切斷面;剪板機的操作臺面不適合進行這類剪切操作,因為零件尺寸規格較小,在剪板機上無法實現較好的定位和壓緊。所以采用剪板機進行剖切分離無法達到工藝目的。     在試驗了多種剪切分離方法后,最終采用了印刷廠用的切紙機作為剪切剖分試驗設備,獲得了滿意的試驗效果。換熱器經過剪切剖分后,獲得了完全分離的銅鋁散件,后續分選工作很容易進行。在總結大量實驗工作的基礎上,獲得了比較完善的換熱器分離回收處置工藝:①拆卸工序:將廢舊空調拆解分類;②平整工序:對于彎曲類換熱器首先進行平整工序,獲得適合后續工藝需要的平面類工序件;③修邊工序:沿翅片端板表面進行切割,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·結論     (1)通過試驗獲得了一種便于實現和操作并且對環境友好的廢舊空調換熱器鋁銅分離技術工藝方法。     (2)該工藝方法生產效率高,鋁銅分離率高。通過實驗,空調蒸發器、冷凝器的鋁銅分離率達到了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。 參考文獻 [1]黃遠湘.我國電子垃圾現狀與對策[J].湖南學院學報,2008,29(5):57-59. [2]李麗,劉玉強,王琪.全國廢舊電子電器回收處理對策研究[J].環境科學研究, 2009,22(1):119-124. [3]GWMR. Waste electrical and electronic equipment (WEEE): Innovatingnovel  recovery and recycling technologies in Japan.[R]G. W. M. Re-port.2005. [4]Wen Xuefeng. An agenda to move forward E-waste recycling and  chal-lenges in China[J].IEEE International Symposium on Electronics  and theEnvironment,2006:315-320. [5]閻利,劉應宗,黃文雄.廢舊家用電器的機械破碎與分選技術[J].中國工程科學, 2005,7(12):24-29. [6]Hsu, E Kuo C-M. Recycling rates of waste home appliances in Taiwan [J].Waste Management,2005,25(1):53-65. [7]孫朋,于云江.電子垃圾中塑料成分的回收利用研究現狀[J].環境科學與技術,2008,31(1):51-54. [8]郝應征,梁文萍,許寶興.世界電子垃圾回收處理動態[J].電子工藝技術,2006,27(1):4-7. [9]劉志峰.廢舊家用空調器的回收及關鍵技術研究[J].中國資源綜合利用,2006,24(1):12-15. [10]Lee, Jae-chun. Present status of the recycling of waste  electrical andelectronic equipment in Korea[J].Resources,  Conservation and Recy-cling June ,2007,5(4):380-397. 作者簡介 潘曉勇,男,1975年生,博士,高級工程師,四川長虹工程技術中心主任,全國綠色制造技術標準化技術委員會委員,中國電子節能技術協會廢舊電子產品綜合利用工作委員會副主任,主要從事綠色制造技術研究工作。
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