Зачем сортировать алюминиевый лом?

Обычно алюминиевый лом поступает на предприятие по сортировке металлического лома в составе лома цветных металлов, который может включать кроме алюминия и его сплавов, такие цветные металлы, а также их сплавы, как: вольфрам. кобальт, магний, медь, бронза, латунь, молибден, никель, олово, свинец, титан и цинк.

Первичная сортировка алюминиевого лома

Первичная сортировка цветного лома производится вручную непосредственно при приемке партии лома. Она заключается в разделении его по различным металлам и их сплавам: алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы и т. д.

Алюминиевый лом обычно является смесью различных алюминиевых сплавов – деформируемых и литейных. Деформируемые и литейные сплавы можно легко разделить – отсортировать – вручную по внешнему виду тех изделий и деталей, из которых они изготовлены.

Сортировать сплавы по цинку и меди

Однако уже отсортированные деформируемые и литейные сплавы еще очень сильно различаются друг от друга по химическому составу. Например, алюминиевый сплава 7029, из которого сделан автомобильный бампер, содержит большое количество цинка, тогда как алюминиевый сплав 2036, из которого изготавливают обшивку автомобильного кузова, имеет повышенное содержание меди.

Сортировать сплавы по содержанию кремния и меди

Если «тупо» переплавить смесь литейных и деформируемых сплавов, то мы наверняка получим «сплав» к высоким содержанием кремния. Часто это не является проблемой для вторичных литейных сплавов, но может быть неприемлемым для деформируемых сплавов. Те же литейные алюминиевые сплавы, которые применяются в автомобилях, могут сильно различаются по содержанию меди, которая является желательной далеко не во всех алюминиевых сплавах, как деформируемых, так и литейных. Например, популярные у автомобилестроителей литейные сплавы А356 и А380 имеют среднее содержание кремния соответственно 7 и 8,5 %. С другой стороны, среднее содержание меди в сплаве А380 составляет около 3,5 %, а в сплаве А356 содержание меди должно быть не более 0,1 %.

Сортировать «самолетные» алюминиевые сплавы

Такие сплавы как 7050 и 7075 принадлежат к одной серии алюминиевых сплавов. Однако, небольшое различие в химическом составе, например, присутствие циркония в сплаве 7050, обеспечивает им различные физические свойства, которые необходимы им в работе. Другие, из так называемых «самолетных» сплавов, такие как, 2014, 2024, 7055 и 7449, также требуют предварительной сортировки.

Минимум цинка для сплавов 6061 и 6063

Алюминиевые сплавы 6061 и 6063 (отечественные АД33 и АД31) являются едва ли не самыми популярными во многих промышленных областях, особенно в строительстве и автомобилестроении. Основными легирующими элементами в сплавах 6061 и 6063 являются магний и кремний, а максимальное содержание цинка должно держаться ниже 0,25 и 0,10 %, соответственно, а лучше – еще ниже. Поэтому шихта для выплавки этих сплавов должна быть тщательно отсортирована: в ней категорически не должно быть профилей или листов из сплавов серии 7ххх, у которых цинк является основным легирующим элементом.

Контроль содержания свинца и висмута

Кроме того, в партии алюминиевого лома из сплавов 6ххх могут быть, например, изделия из таких сплавов, как 6262 и 6033. Эти сплавы содержат добавки свинца и висмута для улучшения механической обработки резанием. Если на этих деталях нет какой-либо маркировки, то визуально отличить их среди другого лома просто невозможно.

Сортировать сплавы по содержанию магния

Еще одной важной причиной для сортировки деформируемых и литейных сплавов по их «родным» сериям, а также на отдельные сплавы, является скрытая повышенная цена некоторых сплавов, которая прячется внутри их химического состава. Например, сплавы 2014 и 2024 являются аналогичными, но с различным содержанием магния. Различие содержания магния в смеси этих сплавов может составлять от 0,4 до 1,6 %. Некоторые бизнесмены считают, что, если учитывать, то, что магний легче и дороже алюминия, то сплав 2024 должен стоить дороже сплава 2014. На больших объемах это может составлять приличную сумму.

Портативные анализторы для сортировки алюминиевого лома

В последние 10 лет рентгено-флуоресцентная спектроскопия (РФ-спектроскопия) (по-английски – XRF-spectroscopy) является стандартным методом для оперативного определения химического состава металлов и сплавов во многих странах по всему миру. РФ-анализаторы применяются для сортировки металлов, а также входного контроля химического состава металлов и сплавов.

Входной контроль химического состава металлов и сплавов является необходимым элементом системы обеспечения качества на различных промышленных предприятиях. Такой контроль необходим для контроля соответствия поступающих материалов согласованным техническим требованиям и для того, чтобы избежать нежелательного смешения различных материалов.

Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия (LIBS) – это довольно новый метод, который демонстрирует хорошие возможности для анализа химического состава металлов и сплавов. Этот метод имеет явные преимущества в определении содержания так называемых «легких» химических элементов, таких как, бериллий, литий, магний, алюминий и кремний.

Портативный рентгеновский анализатор

РФ-анализатор направляет на поверхность металлического образца миниатюрный рентгеновский луч, который вызывает ионизацию внутренней оболочки атомов, из которых состоит металл. В результате этого металл испускает фотоны, которые характерны для присутствующих в металле элементов. Эти фотоны улавливаются кремниевым датчиком прибора. Для определения «тяжелых» металлов, таких как титан и свинец, анализатору нужно несколько секунд, а для более легких металлов анализ длится от 10 до 60 секунд.

Портативный лазерный анализатор

Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия – это вариант оптико-эмиссионной спектроскопии, в котором эмиссия вызывается лазером. Импульс лазера ударяет в поверхность образца и испаряет некоторое количество материала порядка одной миллиардной доли грамма и генерирует плазменный щлейф при температуре 5000-20000 градусов Кельвина. Энергия лазера не велика, но она сфокусирована в микроскопическую точку на поверхности образца, чтобы образовать плазму. В этой плазме вещество, из которого состоит образец, распадается на атомы и частично ионизируется. Эти возбужденные атомы и ионы при своем возвращении на более низкие орбиты испускают линии, характерные для каждого химического элемента.

Почти все химические элементы, которые обычно содержатся в металлах, могут быть обнаружены методом лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии:

  • Чувствительность по щелочным металлам (литий, натрий и т. д.) и щелочноземельным металлам (бериллий, магний и т. д.) является очень высокой.
  • Чувствительность по переходным металлам является высокой. Это относится, в том числе, к цинку, марганцу, железу и меди. Тугоплавкие металлы, такие как ниобий, молибден, вольфрам или тантал, с трудом поддаются определению.
  • Чувствительность для углерода, фосфора и серы является обычно недостаточной для анализа этих элементов, но это обстоятельство имеет значение для сталей, а не для алюминиевых сплавов.

Выбор анализатора для сортировки алюминиевых сплавов

Считается, что рентгеновский анализатор дает более стабильные, повторяемые и воспроизводимые результаты, чем лазерный анализатор. Вместе с тем, лазерный анализатор дает новые возможности по сравнению с рентгеновским. Например, он может выявлять литий в алюминиевых сплавах, которые применяются в аэрокосмической технике. Более того, чувствительность лазерного анализатора по магнию и алюминию намного выше, чем у рентгеновского. Поэтому он может сортировать алюминиевые сплавы намного быстрее, чем рентгеновский – за несколько секунд по сравнению с 30-60 секундами для рентгеновского анализатора.

Для быстрой сортировки алюминиевых сплавов, которые состоят в основном из «легких» химических элементов, лазерный анализатор является предпочтительным выбором. Для разделения различных алюминиевых сплавов в смешанном алюминиевом ломе по какому-нибудь химическому элементу – меди, цинку или кремнию – важно не точное его содержание, а его порядок – много или мало.

Нужно принять во внимание и то, что с разрешительной точки зрения, применение рентгеновского анализатора требует оформления многих бумаг и лицензирования, а также обычно длительного обучения персонала безопасному обращению с рентгеновским оборудованием. У лазерного анализатора нечего подобного нет.

Источник: John I.H. Patterson, Ph.D., Portable Analytical Technologies LLC, 2015