Warszawa, 30.12.2014r.

Praca zaliczeniowa z przedmiotu:

Systemy recyklingu samochodów

Temat:

Materiały aluminiowe do obróbki plastycznej i odlewania podatne na recykling

Opracował:

Maciej Bylinka

Nr: 237611

AWANS

WKPI, studia niestacjonarne

Udziały procentowe recyklingu dla różnych materiałów:

Ciekawostki na temat produkcji aluminium:

Zużycie energii przy produkcji aluminium:

• Z rudy (boksytu) – 235 [GJ/t]

• Ze złomu aluminiowego – 13 [GJ/t]

Wykorzystanie złomu aluminiowego pozwala zaoszczędzić 95% energii zużywanej przy produkcji aluminium z rudy.

Do wyprodukowania 1kg aluminium potrzeba około 4kg boksytu.

Aluminium wytwarza się w 17 gatunkach, o stopniu czystości od 99,99 do 99,0%. Aluminium otrzymywane jest z rudy – boksytu, w której sk³ad wchodz¹ g³ównie: hydraragilit, bemit, diaspor oraz zanieczyszczenia w postaci krzemionki i tlenków żelaza.

Typowymi źródłami złomu aluminiowego są: złom technologiczny, zużyte puszki po napojach (UBC), folie, złom po wyciskaniu, złom przemysłowy, wióry oraz stary walcowany i odlewany metal. Ponadto, aluminium odzyskuje się również z żużli solnych

i zgarów. Występować tu mogą różne zanieczyszczenia, które należy wziąć pod uwagę przy dobieraniu wstępnego przetwarzania oraz przy projektowaniu pieca

Budowa samochodu pod względem materiałowym:

Samochód zawiera olbrzymie ilości różnorodnych materiałów, a od ich składu i udziału w masie samochodów złomowanych zależy przebieg recyklingu oraz jego koszty, a co za tym idzie rentowność oraz konsekwencje dla środowiska.

Określenie składu materiałowego samochodów jest trudne, ponieważ pojazdy każdego z producentów mają inną strukturę.

Średni udział materiałów w masie samochodów przedstawia się następująco:

– 70% – metale,
– 17% płyny, szkło, gumy, tkaniny i inne surowce,
– 13% tworzywa sztuczne.

Zmiany zachodzące w składzie materiałowym zastosowanym w budowie samochodów, które są spowodowane przepisami uwzględniającymi ochronę środowiska i bezpieczeństwo, wymaganiami nabywców mających na uwadze ich komfort, jakoś wykonania, trwałość, zużycie paliwa i tym podobne, a także z zasadami konkurencyjności. Wraz z rozwojem motoryzacji i postępem technicznym zmienia się skład masy poszczególnych części samochodowych. Z ekonomicznego punktu widzenia bardziej opłacalne jest zastąpienie stopów żelaza i metali ciężkich tworzywami sztucznymi i aluminium. Właśnie z tego powodu udział stali w budowie pojazdu spadł z 76% w latach 60. do 63% w latach 90., a udział tworzyw sztucznych w tym czasie wzrósł z 2% do 14%.

Stal jest surowcem, który można w 100% odzyskać. Również wysoki wskaźnik – 90% odzyskiwalności, cechuje aluminium i inne metale nieżelazne.
Pozostałe materiały to jest około 25% masy złomowanego pojazdu można odzyskać jedynie w 25% – 35%. Materiały umiarkowanie nadające się do recyklingu to głównie: tworzywa sztuczne, szkło, elastomery czyli guma, tkaniny, płyny i oleje.
Rozwój recyklingu powinien opierać się na opracowaniu nowych technologii dotyczących przerobu tych właśnie surowców.

Mimo korzyści wynikających z recyklingu materiały łatwo odzyskiwalne zastępowane są tymi, które temu procesowi nie podlegają. Sytuacja taka wymusza opracowanie nowych technologii oraz znalezienie nowych rynków zbytu.
W przeciwnym wypadku wskaźnik recyklingu będzie spadał.

Elementy aluminiowe znajdujące się w samochodzie:

W nowoczesnych samochodach osobowych i ciężarowych aluminium wypiera stale. Powodem jest oczywiście oszczędność w zużyciu energii i obniżenie masy pojazdu. Przekłada się to bezpośrednio na zmniejszenie średniego zużycia paliwa, a co za tym idzie - emisji substancji szkodliwych spalin, przy zachowaniu wysokich wymogów bezpieczeństwa.

Aluminium jest używane przede wszystkim jako stop np. z innymi metalami. Wynika to z jego własności. Stop aluminium jest materiałem plastycznym, ale o przeciętnej wytrzymałości porównywalnej z blisko 3-krotnie cięższym żeliwem, także molibdenowym, ale ok. 2−2,5-krotnie gorszej wytrzymałości od stali o podwyższonej wytrzymałości. Przeważnie jest ono mieszane z takimi pierwiastkami jak Si, Cu oraz z dodatkami Mg i Mn dla lepszej obróbki plastycznej. Z różnych względów stopy aluminium są droższe w produkcji od stali, ale jeśli rozważyć ich wady i zalety, są w użyciu korzystniejsze. W pojeździe łączna masa części wykonanych ze stopów lekkich na bazie aluminium to obecnie ok. 150 kg, a szacuje się że do 2012 roku będzie to 200 kg. Stopy aluminium mają też coraz częstsze zastosowanie przy elementach poszycia samochodów, autobusów czy użytkowych samochodów ciężarowych.

Jednym z przykładów coraz większego używania stopów aluminiów przy produkcji samochodów jest nowy model Jaguara XE (następcy modelu X-Type) zaprezentowanego podczas Paris Motor Show 2014.

Konstrukcja auta oparta jest na zupełnie nowej modularnej platformie wykorzystującej stopy aluminium. Opracowano ją we własnym zakresie. Dzięki niej najmniejsza limuzyna Jaguara waży mniej od konkurencji.

Części aluminiowe w samochodzie:

• Bloki silników

• Felgi

• Tłoki

• Zaciski hamulcowe

• Głowice silnika

Recykling aluminium:

Podstawową własnością produkcji aluminium wtórnego jest różnorodność spotykanych surowców. Pozyskanie tego metalu z surowców wtórnych wymaga stosowania wielu skomplikowanych operacji metalurgicznych. Dobór technologii przetwarzania różni się w zależności od instalacji.

Proces produkcji aluminium oraz jego stopów z surowców wtórnych dzieli się na kilka faz:

1. Mechaniczne przygotowanie złomu

• Identyfikacja zanieczyszczeń

• Oddzielenie zanieczyszczeń obcych (piasek, wilgoć)

• Sortowanie materiału

1. Termiczne usuwanie powłok lakierowych i zanieczyszczeń organicznych

2. Topienie wraz korekta wsadu

3. Rafinowanie i odlewanie

Rys. Schemat otrzymywania aluminium z surowców wtórnych

Złom i odpady często są zanieczyszczone lakierami i tworzywami sztucznymi, a także charakteryzują się dużą wilgotnością (np. wióry z obróbki mechanicznej), co powoduje konieczność poddania ich obróbce termicznej przed przetopieniem. Po tym etapie odzysku należy usunąć stałe produkty spalania z powierzchni, co pozwala na zmniejszenie zanieczyszczenia ciekłego metalu. W aluminium wtórnym może występować magnez, który może wymagać redukcji. Do usuwania magnezu stosowane jest wprowadzenie do ciekłego aluminium mieszanin chloru gazowego.

Proces topienia złomów i odpadów z aluminium oraz jego stopów może być prowadzony w piecach obrotowych, komorowych, indukcyjnych.

W piecach obrotowych korzystne jest stosowanie mechanizmu przechylania, który pozwala na obniżenie ilości potrzebnego topnika.

Przetapiane aluminium wtórne zawiera domieszki dodatków stopowych oraz wtrącenia metaliczne (Na, K, Ca), które obniżają właściwości użytkowe aluminium.

Z pieców do wytapiania i pieców do przetwarzania mogą pochodzić potencjalne emisje do atmosfery takich substancji jak pyły, związki metali, chlorki, HCl i produkty złego spalania, takie jak dioksyny i inne związki organiczne.

Rys. Piec obrotowy

Ostatnim etapem obróbki ciekłego metalu jest proces odgazowania, który prowadzony jest w urządzeniach do rafinacji gazowej. Obecnie w przemyśle aluminiowym stosuje się wiele różnych sposobów rafinacji, jednak najczęściej jest to rafinacja metodą barbotażu, a gaz rafinujący wprowadzany jest poprzez porowate kształtki oraz różnego rodzaju rotory (wirujące dysze).

Proces rafinacji ciekłego metalu kończy się filtracją.

Większość złomu aluminium wtórnego przerabia się we wlewki do produkcji odlewów dodając zwykle takie dodatki stopowe jak krzem, miedź czy magnez. Produkowany jest również odtleniacz aluminiowy dla przemysłu stalowniczego. Niektóre zakłady dostarczają do leżących w pobliżu odlewni metal płynny, co pozwala zaoszczędzić na kosztach przetopu.

Wartość aluminium metalicznego jest tak duża, że opłacalna jest nawet przeróbka zgarów tworzących się na powierzchni ciekłego metalu. Technologia recyklingu aluminium osiągnęła taki etap rozwoju, że z wybranych partii złomu można uzyskać metal wtórny, który nie różni się jakością od metalu pierwotnego.

BIBLIOGRAFIA

• „Wybrane aspekty recyklingu w eksploatacji maszyn i pojazdów”; P. Gomoliński

• „Aluminium. Metody otrzymywania oraz odzysku z materiałów odpadowych”; M. Litwińczyk Kwaśnicka

• „Kierunki zmian materiałowych w motoryzacji w świetle wymogów ekologii”; M. Idzior; Instytut Silników Spalinowych i Transportu, Politechnika Poznańska; MOTROL 2007

• „Materiały konstrukcyjne w nowoczesnych pojazdach samochodowych”; AutoKult.pl