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废旧空调换热器回收处理技术研究

点击:959 日期:[ 2014-04-26 21:39:23 ]
bsp;              废旧空调换热器回收处理技术研究                  潘晓勇1 郅慧1 薛松2 刘勇1 李中良1     (1.四川长虹工程技术中心 四川绵阳621000; 2.西南科技大学制造学院 四川绵阳621010)       摘要:废旧家电的回收处置是人类经济和社会发展过程面临的一个重要的环境与资源的问题。废旧空调换热器的回收处置具有良好的社会和经济效益。对废旧空调换热器回收处理工艺技术进行了研究探讨。在工艺试验的基础上,获得了适合我国国情的废旧空调换热器处置工艺技术方法。     关键词:废旧空调 换热器 回收处置     我国是电子产品的使用和生产大国,目前各种家电的社会保有量超过10亿台,每年有3 000多万台电子产品进入报废期。我国家电产品在20世纪90年代经历了一次销售高峰期,经过十多年的使用,包括空调在内的一些家电已经接近或超过了设计使用寿命,使我国逐渐进入家电产品更新换代的高峰期[1]。特别是2009年提出的“家电下乡政策”进一步加速了废旧家电的淘汰进程。根据国家发改委有关数据,2009年电视机、电冰箱、洗衣机、空调、电脑5类家电报废量近9 000万台,其中空调器估计在200万台以上。废旧家电产品属于固体废物,如果处置不当不但会造成资源的浪费也会对环境造成严重污染[2]。     发达国家非常重视废旧物资的回收利用,建立了一套完整有效的废旧物资回收利用体系,有力地保护生态环境,实现资源的可持续利用。发达国家对于废旧电子电器的回收处理均制定了严格的政策和技术要求,在很大程度上控制了废旧电子电器回收利用过程中可能的环境污染与资源浪费[3]。家用空调器中铜、铝等金属占总质量的30%左右。对废旧家用空调器的金属进行有效的分离和处置能够获得良好的社会和经济效益[4]。     1·国内外废旧家电拆装处置现状     目前我国废旧家用电器的处理主要有两种方式:一种是将尚有使用价值的旧电器拆解、拼装后销售给城乡低收入群体或流动群体;另一种是将完全丧失使用功能的废电器采用化学、物理等方式进行人工拆解和分选,仅对其中很小部分资源(如废钢铁、部分废有色金属等)再生利用,其他废弃物就地堆放、填埋或焚烧。既造成了资源的严重浪费,又对当地的生态环境造成严重的破坏。有碍于我国可持续发展战略的实施[5-6]。     欧盟各国的废旧电子产品处理与再利用业比较发达。由于欧洲国家的人工费用较高,普遍采用高度机械化的技术来处理废旧家用电器,普遍采取整机破碎、机械分选处理的技术路线[7]。其基本处理方法主要包括废旧电子产品的拆解、粉碎、分选(便于玻璃、钢铁、有色金属和塑料再利用)和危险废弃物处理与处置,主要采用物理粉碎、物理分离和物理分选,不采用化学处理技术,没有燃烧工艺,尽量减少对环境的影响。日本考虑到本国自然资源匮乏的国情和充分提高资源回收率、提高回收材料纯度等原因,同欧洲国家的处理工艺相比,在以机械处理为主的流程中相对较多地加入了人工拆解、分选工序[8-10]。     2·废旧家用空调器换热器处置工艺研究及试验     换热器是空调关键部件之一,主要由钢、铜和铝等几种材料组成,其包括固定在翅片端板上的若干根排布有翅片的U形管,翅片端板为钢板,翅片为铝片,U形管为铜管,U形管与外接铜管连通,U形管与翅片经特殊工艺加工后,相互结合非常紧密,不易分离。因废铜、铝材料价格高,为最大限度实现废旧空调回收处理价值,需要对换热器铜、铝材料实现高纯度分离。因此研究合理的分离分选技术有利于提高废旧空调换热器的处置效率和效益。     2.1 废旧空调器换热器处置技术方案     在参照了有关国家废旧空调处理方法的基础上,结合我国的实际国情和技术应用水平,对换热器的处置采用了人工拆卸和机械分离、筛选相结合的总体技术路线:     废旧空调→人工拆卸→废旧换热器→机械分离→筛选分离铜、铝→分类包装。     为达到高纯度分离铝、铜的目的,提出了两种技术方案。一种方案是采用机械抽拔方式,将U形管从铝翅片中拔出(如图1所示),这个方案的优点在于可以将铜管完整保留,有利于再制造;另一种方案是采用机械剖切分离工艺方法。通过机械切割U形管,使其沿轴线剖分从而达到铝、铜分离的目的(如图2、图3所示)。                  2.2 实验结果与讨论     针对第一种方案,将换热器外表(散热翅片)夹紧或有倒钩的夹具夹持,通过液力装置对U形铜管进行抽拔。在抽拔的初期还可以使铜管相对翅片产生一定位移,但随后由于翅片集中在一段,这二者再也无法产生相对位移,反而两者结合更加紧密。从测试结果来看,当抽拔一根U型铜管时,抽拔力达到了10 kN也没能最终完成抽拔,对300 mm×300 mm的换热器样件仅将铜管相对拔出近20 mm距离。分析这种方案失败的原因在于,换热铜管与翅片在装配完成之后有一个胀管工艺,目的是使翅片与铜管结合紧密,提高热交换效率。这一工艺过程使得两者之间产生了预紧力,所以无法完成机械抽拔过程。     第二种技术方案是将换热器沿铜管轴线逐个剖切开,实现铜管和铝翅片的分离。采用何种方式将换热器切开是这种工艺方案的关键。铜和铝都是塑性很好的金属材料,虽然剪切强度不高,但是要求较小的剪切间隙,所以在切断过程中容易产生粘连和切不断的现象。同时由于散热翅片很薄,刚性不好,在分切过程中也容易产生失稳现象,导致剪切分离过程无法完成。     在实际实验过程中,试验了2种方法。一种是采用剪板机对换热器进行剖分剪切,在实验过程发现无法达到理想的剪切效果。剪板机的间隙较大,不容易获得理想的剪切断面;剪板机的操作台面不适合进行这类剪切操作,因为零件尺寸规格较小,在剪板机上无法实现较好的定位和压紧。所以采用剪板机进行剖切分离无法达到工艺目的。在试验了多种剪切分离方法后,最终采用了印刷厂用的切纸机作为剪切剖分试验设备,获得了满意的试验效果。换热器经过剪切剖分后,获得了完全分离的铜铝散件,后续分选工作很容易进行。在总结大量实验工作的基础上,获得了比较完善的换热器分离回收处置工艺:①拆卸工序:将废旧空调拆解分类;②平整工序:对于弯曲类换热器首先进行平整工序,获得适合后续工艺需要的平面类工序件;③修边工序:沿翅片端板表面进行切割,将U管的端头、翅片端板与主体分开,分选出钢板与铜管;④剖切工序:以通过至少一根U管轴心线的平面为剖切面对主体进行剖切,形成铝片和剖开的铜管共混物;⑤分选工序:从铝片和剖开的铜管共混物中分选出铜、铝。     该工艺方法同其他几种处置方法对比的情况见表1。                     3·结论     (1)通过试验获得了一种便于实现和操作并且对环境友好的废旧空调换热器铝铜分离技术工艺方法。     (2)该工艺方法生产效率高,铝铜分离率高。通过实验,空调蒸发器、冷凝器的铝铜分离率达到了95%以上。     (3)为提高分离处理效率,剖切面最好是通过铜管轴心形成的平面。 参考文献 [1]黄远湘.我国电子垃圾现状与对策[J].湖南学院学报,2008,29(5):57-59. [2]李丽,刘玉强,王琪.全国废旧电子电器回收处理对策研究[J].环境科学研究, 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]阎利,刘应宗,黄文雄.废旧家用电器的机械破碎与分选技术[J].中国工程科学, 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]孙朋,于云江.电子垃圾中塑料成分的回收利用研究现状[J].环境科学与技术,2008,31(1):51-54. [8]郝应征,梁文萍,许宝兴.世界电子垃圾回收处理动态[J].电子工艺技术,2006,27(1):4-7. [9]刘志峰.废旧家用空调器的回收及关键技术研究[J].中国资源综合利用,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.
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