移動(dòng)炒灰機(jī)的可行性研究
劉順強(qiáng)
周有智
2013年4月24日
中國(guó)·重慶
移動(dòng)炒灰機(jī)的可行性研究
劉順強(qiáng) 深圳合知?jiǎng)?chuàng)行管理咨詢有限公司
周有智 重慶大江美利信壓鑄有限責(zé)任公司
【摘要】
隨著環(huán)保節(jié)能的要求，汽車輕量化需求已成為大勢(shì)所需，鋁作為汽車輕量化需求的首選材料被廣大汽車設(shè)計(jì)和制造者廣泛接受；鋁也是一種重要的戰(zhàn)略金屬,鋁工業(yè)是我國(guó)的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè),近年來(lái)我國(guó)鋁工業(yè)取得了長(zhǎng)足發(fā)展,原鋁產(chǎn)量和消耗量已穩(wěn)居世界第一位。然而,鋁工業(yè)又是典型的高能耗產(chǎn)業(yè), 隨著世界能源供應(yīng)的日趨緊張和環(huán)境壓力的增大，鋁工業(yè)面臨節(jié)能降耗的緊迫任務(wù)，對(duì)鋁渣的有效回收利用也是鋁工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
本文主要以提高壓鑄行業(yè)熔煉爐炒灰的出水率為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)移動(dòng)炒灰機(jī)和傳統(tǒng)炒灰機(jī)的作業(yè)方式作對(duì)比，研究移動(dòng)炒灰機(jī)的可行性，以提升炒灰的出水率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力，為企業(yè)創(chuàng)造更大的價(jià)值。
關(guān)鍵詞：輕量化需求；熔煉爐；扒鋁渣；炒灰機(jī)；出水率；
移動(dòng)炒灰機(jī)使用的背景及目的
2011年7月 德國(guó)寶馬公司采購(gòu)部負(fù)責(zé)人赫爾伯特·蒂埃斯（Herbert Diess）接受《歐洲汽車新聞》采訪時(shí)講，汽車輕量化材料對(duì)寶馬汽車公司的重要性正在日益增長(zhǎng)。蒂埃斯表示，寶馬汽車公司目前已經(jīng)成為了全球汽車產(chǎn)業(yè)中最大鋁金屬采購(gòu)商，目前寶馬5系和7系車型分別含有230千克和300千克鋁金屬。（來(lái)自《寶馬：汽車輕量化材料需求將出現(xiàn)增長(zhǎng)》（參考來(lái)源：http://auto.gasgoo.com/News/2011/07/190435383538348168470.shtml）
無(wú)獨(dú)有偶，2012年，奇瑞汽車和捷豹路虎新成立的合資公司宣布，將在2014年建成后可生產(chǎn)包括全鋁車身轎車在內(nèi)的高檔車型。如今，用鋁材替代鋼材，生產(chǎn)更多輕質(zhì)、節(jié)能的汽車已是大勢(shì)所趨。100多年以來(lái)，汽車工業(yè)的發(fā)展與鋁合金的應(yīng)用密切相關(guān)，而汽車制造業(yè)的繁榮，正在推動(dòng)鋁消費(fèi)量的增長(zhǎng)。
有關(guān)研究表明，以鋁代替鋼制造汽車，可使整車重量減輕30％～40％，制造發(fā)動(dòng)機(jī)可減重30％，制造輪轂可減重30％。此外，鋁質(zhì)散熱器比相同的銅制品輕20％～40％，而鋁制車身比鋼制車身輕40％以上。在車輛運(yùn)行周期中，其自身質(zhì)量每下降1000kg，就可以減少燃油消耗4800L，降低溫室氣體排放11.2噸。這是一組令人振奮的數(shù)據(jù)。（參考來(lái)源http://fund.cnfol.com/121227/105,2025,14053075,00.shtml）
目前，鋁在汽車中的用量?jī)H次于鋼與鑄鐵，居第三位，而在全鋁轎車中的用量則上升到第二位。美利信壓鑄公司作為國(guó)際汽車及通信市場(chǎng)的壓鑄供應(yīng)商，鋁是公司最主要的生產(chǎn)材料，每天消耗的鋁錠用量近50噸，公司熔煉爐采用火焰反射爐熔煉鋁合金，由于爐料不同，渣量為爐料量的0.5%～10%。鋁渣的主要成分是氧化鋁和一些非金屬夾雜，鋁渣通過(guò)扒渣工藝從爐內(nèi)扒的同時(shí)會(huì)有夾雜的金屬鋁被帶出，而渣中的含鋁量為渣量的30-70%左右，再生鋁熔煉鋁渣中的鋁含量更是高達(dá)50%~80%，但是公司鋁渣炒灰出水率（鋁合金重量/鋁渣重量）卻比較低，因此找到正確的處理鋁渣工藝和設(shè)備，提高鋁渣的出水率對(duì)公司成本的降低具有非常重要的意義。
鋁渣回收處理方法分析
1．鋁渣基本組成及性質(zhì)
基本組成：金屬鋁(占渣量的40-60%)，Al2O3，Fe/Si/Mg的氧化物及K/Na/Ca/Mg等的氯化物等；
基本性質(zhì)：鋁渣的溫度較高，遇空氣可發(fā)生氧化反應(yīng)，在鋁渣冷卻的過(guò)程中，會(huì)造成大量的金屬因?yàn)檠趸療龘p而損耗，同時(shí)鋁渣對(duì)接觸物腐蝕性強(qiáng)（吸入危害健康）
2．減少鋁渣的處理措施
鋁合金熔煉過(guò)程中，隨著渣量增加，鋁燒損及扒渣時(shí)帶出的金屬鋁也會(huì)增多，我們進(jìn)行鋁渣處理的目的不是造出大量的鋁渣進(jìn)行回收處理，而是在保證鋁液品質(zhì)的前提下減少鋁渣量，因此如何采取措施減少鋁渣量也是至關(guān)重要的。渣量多少與熔煉溫度、爐料狀態(tài)、生產(chǎn)工藝等因素有關(guān)。正常生產(chǎn)中可從以下幾方面減少渣量：
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合理的爐子幾何尺寸及加料順序，先加廢料，再加鋁錠；
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嚴(yán)格控制熔煉溫度，防止過(guò)熱，火焰噴射應(yīng)有一定的角度，以便縮短熔煉時(shí)間。
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合適的熔劑量和精煉時(shí)間，攪拌要平穩(wěn)，不破壞熔體表面氧化膜，適時(shí)對(duì)鋁熔體覆蓋；
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對(duì)廢雜鋁分類、清洗，對(duì)比表面積大的細(xì)碎爐料用壓力機(jī)打包；
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扒渣前對(duì)渣進(jìn)行處理。如使用造渣劑使鋁熔體與渣中氧化物的濕潤(rùn)性變小，使混在渣中的顆粒狀鋁滴脫離而出，回到熔體中；
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合理掌握扒渣時(shí)機(jī)。熔體溫度低時(shí)渣與熔體的浸潤(rùn)性較好，渣中混有相當(dāng)數(shù)量的熔體，若此時(shí)扒渣，隨渣帶出的熔體重量約是渣重量的60%；
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使用專業(yè)的扒渣工具及工藝。
3 鋁渣回收處理技術(shù)
我國(guó)的鋁渣回收處理技術(shù)工藝起步較晚，設(shè)備和工藝較為落后，很多企業(yè)僅僅采用手工分揀冷卻后直接低價(jià)外賣，不但工作勞動(dòng)強(qiáng)度大，污染嚴(yán)重，回收率低浪費(fèi)大，且對(duì)工人的健康造成很多傷害。國(guó)外鋁渣處理技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展和完善，已形成了比較有代表性的技術(shù)和設(shè)備。
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方法
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工藝特點(diǎn)
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特點(diǎn)
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MRM法
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把熱鋁渣直接送入帶有攪拌裝置的設(shè)備中，使鋁液沉積于設(shè)備底部，這時(shí)加入能產(chǎn)生放熱反應(yīng)的熔劑，使渣保持所需溫度。
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剩下的鋁渣還可進(jìn)一步進(jìn)行篩選、粉碎、熔化回收鋁。
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IGDC法
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從熔爐中取出熱鋁渣，放入冷卻渣盤內(nèi)，通入氮?dú)夥乐菇饘傺趸?/span>
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氧化損耗少，操作環(huán)境好，渣量多時(shí)要使用多臺(tái)設(shè)備。金屬回收后的廢渣可進(jìn)行二次回收。該方法總金屬回收率相比MRM稍低。
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AROS法
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將冷卻、破碎、篩選組合在一起，在低氧化氣氛中處理輸送渣部分要密封。滾筒中氧與熱渣中的金屬反應(yīng)將氧消耗掉后，就能維持低氧狀態(tài)。
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設(shè)備緊湊、適合處理渣量較少的情況。
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SPM法
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在熱鋁渣的上部施加壓力的方法。
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操作環(huán)境好，回收鋁后的渣餅通過(guò)破碎后作為鋼鐵用造渣劑，鋁的回收率在30%～50%，與MRM方法相比稍低些
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現(xiàn)狀調(diào)研
熔煉工段扒渣、炒灰現(xiàn)場(chǎng)工作情況
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熔煉工段現(xiàn)有一臺(tái)炒灰機(jī)，2008年9月在佛山南海蘇粵機(jī)械制造有限公司購(gòu)買，主要參數(shù)如下：
型號(hào)：H-800 外型尺寸：1400*1900*3300
功率：2.2-5.5Kw 工作量：100-150kg/次
回收率：含鋁量的90%（標(biāo)稱）
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公司現(xiàn)有五臺(tái)同型號(hào)熔煉爐，常用四臺(tái)，有一臺(tái)作為定期維護(hù)使用；
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熔煉的作息時(shí)間和壓鑄工段一致，為三班倒，每班交接班時(shí)先扒爐渣、炒灰，每次扒渣，炒灰時(shí)間在60分鐘左右，每個(gè)班都會(huì)產(chǎn)生大約1噸的鋁渣，炒灰過(guò)程如圖1所示；
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經(jīng)過(guò)一周的現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)1#、2#、4#三臺(tái)熔煉爐共產(chǎn)生鋁渣10950千克，出鋁灰8780千克，出鋁水重量約2170千克，出鋁水比例約19.82%； （如表1）。
（表1）原炒灰機(jī)1#、2#、4#熔煉爐炒灰出水率
（圖1）現(xiàn)狀炒灰過(guò)程
炒灰機(jī)問(wèn)題及分析
美利信現(xiàn)有炒灰機(jī)H-800為熱渣處理回收裝置（炒灰機(jī)），是一種在MRM技術(shù)改進(jìn)的設(shè)備，其設(shè)計(jì)理念就是增加了冷卻、破碎、篩分組合，方便操作者最大限度的回收和處理鋁渣。它的工作原理是該設(shè)備由鋁液回收機(jī)和冷卻破碎機(jī)組合而成，通過(guò)對(duì)熱態(tài)鋁渣進(jìn)行碾壓、攪拌來(lái)分離出液態(tài)鋁液，再對(duì)分離完鋁液后的灰渣進(jìn)行冷卻、破碎、篩分，從而得到3種粒度的固體物質(zhì)：鋁液-凝固后可作為原材料直接回爐重熔，中塊-作為攪拌時(shí)的降溫添加料循環(huán)使用，細(xì)灰-可售出他用（作為一種可再生的資源繼續(xù)利用，已經(jīng)在回收鋁、生產(chǎn)硫酸鋁、棕剛玉、合成聚合氯化鋁、合成油墨用氧化鋁以及路用材料等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用）。
應(yīng)該說(shuō)公司的炒灰機(jī)在技術(shù)上是沒(méi)有問(wèn)題的，經(jīng)與設(shè)備、技術(shù)和分廠共同分析，公司炒灰機(jī)出水率低的原因有以下幾方面，
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公司扒渣時(shí)間比較集中。交接班的第一個(gè)小時(shí)，熔煉的操作員工停掉四臺(tái)熔煉爐，在這個(gè)時(shí)間集中扒渣，導(dǎo)致后扒渣的熔煉爐扒出的鋁渣溫度降低，炒灰效果不理想；
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設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。員工操作不規(guī)范，導(dǎo)致熔煉爐內(nèi)產(chǎn)生的鋁渣比較多，需要炒的鋁渣量比較大1噸/班，設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，炒灰效果不理想；
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炒灰機(jī)距離熔煉爐較遠(yuǎn)，每次扒渣后都要經(jīng)過(guò)鋁渣車周轉(zhuǎn)再轉(zhuǎn)移到炒灰機(jī)里，鋁渣溫度降低，炒灰效果不佳；
因此經(jīng)過(guò)研討，決定選用小型的可直接放在熔煉爐旁進(jìn)行炒灰的小型化設(shè)備。
移動(dòng)炒灰機(jī)使用效果驗(yàn)證
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移動(dòng)炒灰機(jī)參數(shù)：
型號(hào)：MS-1200 外型尺寸：800*810*1150
功率：0.75kw 工作量：100-120kg/次
回收率：鋁渣的50%-75%（標(biāo)稱）
設(shè)備主要配置：減速機(jī) 三相電380V 0.75Kw，坩堝，底蓋，攪拌桿、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
設(shè)備主要尺寸下圖2：
（圖2）
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移動(dòng)炒灰機(jī)使用要求：
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必須把溶解爐中，經(jīng)過(guò)除渣劑處理后的高溫（700度-750度）的鋁渣投入到回收機(jī)中，被放置的已冷卻的鋁渣投入到回收機(jī)也無(wú)法回收。
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鋁溶液溫度700度的時(shí)候，進(jìn)行除渣處理。由于除渣劑的發(fā)熱作用溫度上升到750度，這時(shí)迅速將鋁渣投入回收機(jī)。
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鋁渣少的時(shí)候，回收率會(huì)下降，要有回收機(jī)坩堝50%以上的鋁渣，才能高效回收。
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移動(dòng)炒灰機(jī)操作順序
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將底蓋扣住坩堝（圖3）
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將接收鋁溶液的槽放入機(jī)體下方。（圖3）
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插上電源
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打開(kāi)馬達(dá)開(kāi)關(guān)，使攪拌機(jī)旋轉(zhuǎn)。
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投入除渣處理后發(fā)熱狀態(tài)的（700度-750度）鋁渣
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全部投入后再攪拌幾分鐘。如果底部孔里流出的鋁溶液成滴狀，回收結(jié)束
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把接鋁槽取出，把接渣槽放入機(jī)體底部，根據(jù)需要投入10L左右冷灰攪拌使溫度下降。
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把下蓋解開(kāi)，讓鋁渣落入接灰槽中。（圖4）
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關(guān)閉馬達(dá)開(kāi)關(guān)，把付著在腔體內(nèi)部的灰清除干凈。（圖4）
（圖3） （圖4）
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移動(dòng)炒灰機(jī)的使用效果
以5#熔煉爐扒渣炒灰為研究對(duì)象，經(jīng)過(guò)兩周實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，5#熔煉爐共產(chǎn)生鋁渣重量約6929千克，出鋁灰重量約2632千克，出鋁水重量約4297千克，出鋁水比例約62.0%（如表2）。
炒灰機(jī)炒出的鋁灰質(zhì)量對(duì)比，原炒灰機(jī)炒出的鋁灰有明顯的鋁塊，移動(dòng)式炒灰機(jī)炒出的鋁灰是很細(xì)的顆粒，炒灰效果對(duì)比鮮明，由圖5、圖6可明顯看出。
每年按300個(gè)工作日，鋁錠單價(jià)按1.8萬(wàn)元/噸,鋁灰單價(jià)按0.3萬(wàn)/噸計(jì)算，按此計(jì)算移動(dòng)炒灰機(jī)年增加效益（折算四臺(tái)熔煉爐）：
原炒灰機(jī)每天炒出鋁水：2170*4/3/7=413（千克）
原炒灰機(jī)每天炒出鋁灰：8780*4/3/7=1672（千克）
原炒灰機(jī)每天產(chǎn)生效益：（413*18+1672*0.3）=0.7936（萬(wàn)元）
移動(dòng)炒灰機(jī)每天炒出鋁水：4297*4/14=1228（千克）
移動(dòng)炒灰機(jī)每天炒出鋁灰：2632*4/14=752（千克）
移動(dòng)炒灰機(jī)每天產(chǎn)生效益：（1228*18+752*0.3）=2.233（萬(wàn)元）
移動(dòng)炒灰機(jī)每年增加效益：（2.2330-0.7936）*300=431.82（萬(wàn)元）
（表2）移動(dòng)炒灰機(jī)5#熔煉爐炒灰出水率
（圖5）原炒灰機(jī)炒出的鋁灰 （圖6） 移動(dòng)炒灰機(jī)炒出的鋁灰
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使用移動(dòng)炒灰機(jī)的注意事項(xiàng)
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注意投入鋁渣時(shí)不可混入塊狀物體。
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最先腔體是冷的，熱量容易失去，要投入較多的鋁渣，最好把腔體裝8成滿。
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鋁渣量少，溫度低的時(shí)候，腔體底部的孔可能被塞住，導(dǎo)致鋁液出不來(lái)。如遇這種情況，先把馬達(dá)停下，把接收鋁渣的箱子放入機(jī)體下方，解開(kāi)下蓋，取出鋁渣。遇到其他機(jī)械停止的情況（如跳閘，鏈條脫落）也一樣處理。
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請(qǐng)?jiān)诔幚砗螅杆偻度脘X渣。除渣處理后，如果不及時(shí)將鋁渣投入，就會(huì)持續(xù)發(fā)生發(fā)熱反應(yīng)，這樣表面溫度可能達(dá)到800度以上，鋁燃燒起來(lái)，發(fā)生鋁熱劑反應(yīng)（溫度可高達(dá)3000度）。把發(fā)生鋁熱劑反應(yīng)的鋁渣投入的話，攪拌桿會(huì)被熔化。
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如果不慎將高溫的（800度以上）鋁渣投入，在腔體內(nèi)發(fā)生鋁熱劑反應(yīng)，請(qǐng)將冷的鋁渣加入使溫度下降。
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請(qǐng)常時(shí)保留一根備用攪拌桿。
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鏈條會(huì)由于發(fā)熱伸長(zhǎng)，所以，設(shè)備在使用4-5次以后要調(diào)整，以保持張力。
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使用后每天在攪拌軸上相應(yīng)部位注入潤(rùn)滑油，請(qǐng)使用一般機(jī)械用的潤(rùn)滑油（不可使用潤(rùn)滑脂）
結(jié)論
移動(dòng)炒灰機(jī)因?yàn)樵O(shè)備較小，轉(zhuǎn)移方便，出水率高，每年產(chǎn)生的效益比較可觀，并且可隨時(shí)靈活轉(zhuǎn)移、使用，更加符合MRM技術(shù)使用的要求，非常適合熔煉扒渣后的鋁渣炒灰工作; 使用移動(dòng)鋁渣處理設(shè)備，不但可大幅降低勞動(dòng)強(qiáng)度，灰渣分離后均可回爐或售出，并且在扒渣炒灰過(guò)程中不再成粉塵，避免了排放污染，社會(huì)效益顯著。
隨著全球性能源匱乏及環(huán)境污染問(wèn)題的凸顯，以及鋁加工行業(yè)日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)格局的形成，今后鋁加工行業(yè)必然向著降低能耗，減少排放方向發(fā)展，相信鋁渣的回收處理會(huì)顯得更加重要。
參考文獻(xiàn)：
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