CN113165028A

CN113165028A - 铝回收方法

Info

Publication number: CN113165028A
Application number: CN201980080635.8A
Authority: CN
Inventors: 罗伯托·塞诺·尤尼奥尔
Original assignee: Brasilia Aluminium Corp
Current assignee: Brasilia Aluminium Corp
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-07-23
Also published as: WO2020132733A1; AU2019412507A1; CA3124583A1; US20220064758A1; EP3903952A1; EP3903952A4

Abstract

描述了一种铝回收的方法，或再循环的方法，其基于分离包含在无菌纸板箱包装(1)、软包装(2)和用于增材制造的残余铝合金粉末(3)中的铝，通过铝在拜耳液和/或苛性钠溶液中的选择性溶解，产生铝酸钠(液体)和氢气(H₂，气体)产物。两种产品都可以用于氧化铝精炼厂，铝酸钠用于生产氢氧化铝，氢可以用作锅炉，熔炉等的燃料。

Description

铝回收方法

本发明涉及铝回收方法，更具体地，涉及在纸的机械分离和清洁过程之后，对存在于无菌纸板箱包装和软包装中的铝进行再循环。本发明还涉及通过增材制造(例如3D印刷)从部件生产中的铝粉中回收铝。

现有技术

如本领域所熟知的，层压有铝箔的多层包装在减少公司的碳排放方面具有巨大的益处，因为它减少了包装的重量并增加了对食品的保护，以免受到诸如光、湿气和氧气等介质的影响。目前，生产多层层压材料的工业所面临的挑战是处于后消费时代，既要进行逆向物流又要再循环包装。

在这些包装中，有例如由纸、聚乙烯和铝构成的无菌纸板箱包装(如图1A所示)，也有软包装，并且在众多变化中，我们可以在其组合物中发现铝、聚乙烯、聚丙烯、PET、双向拉伸聚酰胺(BOPA)、聚酯、共聚物、双取向聚乙烯(BOPP)。

铝占约5％的无菌纸板箱包装。

已经存在通过机械分离器(称为Hidrapulper)将纸层从聚乙烯膜分离的方法。困难在于分离聚乙烯和铝的副产物(称为PolyAlu)中存在的铝，因为聚乙烯和铝之间存在粘附。

对于PolyAlu的分离，存在化学和热过程。EET/TSL是一种位于皮拉西卡巴市的大型设备，其特征在于伴随热等离子体的热解技术，并存在产生链烷烃化合物和铝薄层的副产物的过程。该设备目前是关闭的，并且它是不具有自持过程的设备，因为它需使用电。

存在其它已知的分离方法，例如：Bioware公司的方法，其与申请人合作开发了热解技术，如在10/30/2018公开的文献BR 102017004348-7中所述，涉及无菌纸板箱包装中铝和聚合物的热解回收方法；Saperatec公司的方法，在文献US2017/0080603A1中提出了一种化学分离方法；芬兰Stora Enso公司的方法，2011年在西班牙开创的热分解设备(在约400℃下运行)，用于从纸板箱中再循环铝和聚乙烯(Marques,2013)；ENVAL公司的方法，提供了通过微波对诱导热解(温度高于1000℃)塑料和铝层压材料和产生有价值液油的热解技术(来源:ENVAL的网站)；Pyral公司的方法，开发了500℃左右温度的热解技术专利(来源:Pyral的网站)；意大利Maim Engineering公司，提供了以RH₂INO为催化剂通过湿法慢速过程的热化学热解技术，实现低成本的能源生产(来源：Maim Engineering的网站)；及其它。

在热解之后获得的产物是化合物或其它有机化合物，以及被聚乙烯污染的铝。在这些分离方法中，可以看出，收益存在于聚合物回收，其已具有消费者市场，使包装塑料可再生。

另一方面，铝的再循环产生了技术和经济的障碍，因为其难以再熔化。来自热解的铝非常细且难以压实。在重熔炉(传统再循环)中，铝氧化发生，同时增加了炉渣的生成。来自分离过程的残余聚乙烯具有相同的炉渣生成效应。所获得的最终铝的纯度通常较低，并且从热解中分离残余物的能量成本较高。这些障碍使得在熔炉中再循环铝成为不可能。

因此，本领域中一直探索着技术上合理、经济上可行和生态上负责的在纸的机械分离之后从无菌纸板箱和软包装中回收铝的方法。

此外，对具有复杂和不同几何形状部件增材制造的研究近年来已增长了很多，这产生了对提高质量和降低成本的更有效方法的探索。因此，3D印刷方法是针对其应用研究的方法，并且已在铝合金中得到应用。

在增材制造中，铝合金正在被研究以创造需要低密度和良好机械抗性的新产品。有许多通过快速原型成型进行部件制造的技术，包括基于粉末的加工，例如选择性激光烧结(SLS)和选择性激光熔合(SLM)，其中在机床上沉积一层，并且根据工件的设计，激光在腔室内逐层地选择性激光烧结，直到物体被构建并冷却。

加工之后，在这些方法中使用的部分粉末最终失去其物理特性，并且可能冷凝并保持结块，这导致部件的缺陷和机械性能的损失。研究表明，当使用再循环的粉末加工新部件时，会发生机械性能的损失。因此，在部件的原型成型之后粉末的再使用仅由粉末的一部分完成。被激光射击的部分被丢弃。

目前没有再循环这种材料的途径，这导致它以不正确的方式被处理。因此，考虑到不久将来，在用铝合金进行部件的增材制造的地方，这种粉末也应该被再循环。

发明目的

本发明的主要目的是一种碱性湿法冶金的方法，优选使用NaOH和/或拜耳法溶液(铝酸钠)，用于将先前通过机械、化学或热分离加工过的再循环无菌纸板箱或软包装中的铝转化成铝酸钠，同时产生氢气。

本发明的进一步目的是用于从增材制造过程中再循环铝粉的方法。

发明概述

这些和其它目的通过从含铝的再循环材料中回收铝的方法来实现，例如无菌纸板箱包装、软包装、铝粉或类似物，所述方法包括以下步骤：溶解，经由碱性溶解将含铝的原料溶解在拜耳液和/或NaOH中，产生铝酸钠和氢气；将铝酸钠通过拜耳法生产氧化铝，然后生产铝。此外，该方法还包括在氧化铝精炼厂的燃烧单元中使用在碱性溶解步骤中产生的氢气作为燃料的附加步骤。

碱性溶解包括在反应器中处理后的原料与苛性钠的反应，苛性钠的加入量最高达重量的50％。或者，处理后的原料与拜耳液反应，所述拜耳液以100g/l至1,000g/l的浓度(基于Na₂CO₃)加入。或者，碱性溶解包括处理后的原料与包含苛性钠和拜耳液的混合物的反应。

在碱性溶解步骤之后，进行液/固分离的附加步骤可预见，以便将铝酸钠(液体)与聚合物残余物(固体)分离。固体聚合物废料应进行清洁过程和随后的再循环。清洁固体废料的方法包括用水洗涤固体废料以消除残留的铝酸钠，然后使固体废料干燥并通过挤制、压制、注射及其它方式进一步处理聚合物。

最后，本发明的方法还提供了在碱性溶解之前制备含铝原料的方法。因此，当从无菌纸板箱包装中获得含铝的再循环材料时，清洁过程包括以下步骤：除去纸，优选通过水力碎浆机，产生铝-聚合物层压副产物(PolyAlu)；以及处理副产物(PolyAlu)，来自：清洁程序，以产生适于碱性溶解步骤的原料；或伴随脱炭处理的热解过程，以产生适于碱性溶解步骤的原料；或化学分离过程，以产生适于碱性溶解步骤的原料。当从软包装中获得含铝的再循环材料时，该方法包括以下步骤：使软包装经历伴随脱炭处理的热解过程，以产生适于碱性溶解步骤的原料；或研磨软包装或软包装碎片，以产生适于碱性溶解步骤的原料。最后，当含铝的再循环材料是铝粉时，直接进行碱性溶解，而不需要任何先前的处理。本发明的方法提供了碱性溶解可以使用上述原料中的一种或组合。

更具体地，本发明提出了新途径，用于在聚合物层的机械、热或化学分离之后产生的再循环包装中再循环材料中包含的铝(称为PolyAlu)，即使它仍然具有聚合物或链烷烃化合物的污染。本发明还提出了这种用于再循环包含在软包装中的铝以及通过增材制造处理后存在于粉末中的铝的再循环途径。

附图的简要说明

本发明将从其优选的实现方式的详细描述中得到更好的理解，所述优选的实现方式以附图为参考，这些附图被认为是说明性的而非对本发明限制性的，其中：

图1A和1B示出了适用于本发明方法的再循环铝的两种可能来源，具体地，图1A示出了限定无菌纸板箱或长寿命包装的层，而图1B是处理前的铝粉的图；

图2A和2B示意性地示出了本发明的方法；

图3是拜耳液的组成的示意图；

图4是根据本发明的不同原料生产过程的流程图：(1)水力碎浆机处理后的PolyAlu (1.a)清洁处理后的PolyAlu (1.b)热解后的PolyAlu (1.c)化学分离后的PolyAlu (2)软包装 (2.a)热解后的软包装 (3)3D印刷后的铝粉；

图5是分成4个阶段的生产过程的流程图：(步骤1)原料的制备；(步骤2)铝的碱性溶解；(步骤3)碱性溶解后分离和清洁；(步骤4)聚合物的再循环；

图6是根据该方法的步骤1的PolyAlu清洁过程的示意图；

图7是根据该方法的步骤2的碱性溶解方法的流程图；

图8是根据步骤3的固液分离过程的流程图；

图9是根据本发明方法的步骤3的清洁过程的流程图；

图10是清洁过程后PolyAlu的FTIR分析图；

图11是清洁过程后的PolyAlu的DSC分析图；

图12是铝溶解温度的曲线图；

图13是铝溶解过程之后来自PolyAlu的聚合物的FTIR分析图；

图14是铝溶解过程之后来自PolyAlu的聚合物的DSC分析图；

图15是清洁过程之后的PolyAlu的DSC和铝溶解过程之后来自PolyAlu的聚合物的比较图；

图16A和16B分别是在碱性溶解过程之前和之后的PolyAlu的照片；

图16C是在溶解过程、热压实(熔融)和研磨之后的聚合物的照片；

图16D是挤制的聚合物的照片；

图16E和16F是将拉伸试样注入模具后的聚合物的照片；

和

图17是溶解过程之后的聚合物的应力和应变的曲线图。

图18是搅动和温度控制实验的照片；

发明的详细描述

如预期的，本发明包括一种从无菌纸板箱包装的再循环中回收铝的方法。本发明还包括从软包装和增材制造铝粉中回收铝的方法。

更具体地，本发明包括一种将铝转化成铝酸钠和产生氢气的湿法冶金方法，允许其引入拜耳法用于氧化铝生产。该方法出现如下产物：铝酸钠，其也在拜耳法中产生，用于生产氧化铝；以及氢气，是一种热能大的气体，且燃烧不会产生温室效应气体。如果氢气与煅烧炉或锅炉中的天然气或燃烧空气混合，则氢气可用作精炼厂中的燃料。本发明还在降低铝土矿和NaOH消耗、减少废料产生和提高能量效率方面易于为精炼厂带来收益。

拜耳法已知是生产氧化铝(Al₂O₃)的技术，氧化铝也被称为矾土，作为铝生产的原料。该方法可简单地描述为：通过加入苛性钠(NaOH)及温度和压力控制系统消化铝土矿，即含氧化铝的矿石。碱对氧化铝的侵蚀可以由以下反应定义：

Al₂O₃(s)+2NaOH→2NaAlO₂(sol)+H2O(liq)

这种侵蚀形成NaAlO₂(l)铝酸钠。存在于铝土矿中的其它矿物质对该方法是惰性的，并保持固体形式，以“赤泥”的形式被丢弃，即拜耳法的残余物。该溶液，被称为拜耳液，铝酸钠存在其中，根据以下等式继续沉淀氢氧化铝(Al₂O₃·3H₂O)，也称为水合物：

2NaAlO₂(sol)+4H₂O(l)+seeds→Al₂O₃·3H₂O(s)+2NaOH(sol)

溶液返回到消化过程，并且水合物进行煅烧，其中操作温度达到约1000℃，除去结晶水的分子。该阶段由以下等式表示：

Al₂O₃.3H₂O(s)→Al₂O₃(s)+3H₂O(v)

所生产的氧化铝继续进行电解还原处理，用于主要的铝的生产，称为Hall-Heroúlt。

反之，拜耳液具有复杂的组成。但是通常可以声明它由如下组成：铝酸钠，其它钠化合物和过量的苛性钠组成，如图3所示(来源：湿法冶金-来自爱思唯尔的国际期刊)。

因此，回到发明本身，本发明由包括反应1和2(如下文)的氧化铝生产过程组成，允许从发明的详细描述的第一段落中提到的材料中再循环铝。反应1溶解材料中所含的铝，产生氢气和铝酸钠。氢气通过反应2被利用，使得精炼厂中能量增加和燃料消耗减少。所产生的铝酸盐用于拜耳法，就像在精炼厂中定期产生的铝酸钠一样。因此，减少了铝土矿和NaOH的消耗，并且也减少了废料的产生，所述废料称为“赤泥”。然后将来自初始材料的剩余聚合物分离、洗涤和干燥，用于随后的再循环。

反应1：用于生产氢气的金属铝和氢氧化钠的反应

以下反应是用于产生铝酸钠和铝酸氢盐的已知反应：

2NaOH(aq)+2Al(s)+2H₂O(aq)→2NaAlO₂(aq)+3H₂(g)(反应1)

能量释放：ΔH＝-1133.2kJ/mol

该反应是放热的且释放大量的热，并促进该过程中铝酸盐在溶液中的溶解和释放氢气。

铝生产氢气有许多的研究。例如，南里约热内卢联邦大学在Scielo中公开的在NaOH或KOH存在下由铝和水的反应产生氢气的研究(Porciúncula等，2011)，其结论是该方法产生高纯度的氢气。

反应2：氢燃烧

氢气的燃烧可以通过以下反应来描述：

2H₂(g)+O₂(g)→2H₂O(l)+572kJ(286kJ/mol)(反应2)

在所使用的燃料中，氢气每单位质量具有最高的能量。例如，大约是天然气热值的三倍。其竞争力的困难在于生产，因此氢不是主要燃料，并且对于其产生，有必要将氢气从该来源的联合产物中提取出来。

发明阶段的描述：

在拜耳法中，上述反应1和2的使用遵循所提出的路径，如图4所示，由原料中存在的铝在铝酸钠和铝酸氢盐中的碱性溶解组成。包含铝的原料可以来自不同的来源：(1)水力碎浆机处理后的PolyAlu；(1.a)清洁过程后的PolyAlu；(1.b)热解后的PolyAlu；(1.c)化学分离后的PolyAlu；(2)软包装；(2.a)热解后的软包装；或(3)3D印刷后的铝粉。在该路径的最后，存在聚合物的分离，其经过清洁和随后的再循环阶段。

根据本发明的生产方法(参见图5)可以分为4个阶段，即：

步骤1-原料的制备；

步骤2-铝的碱性溶解；

步骤3-碱性溶解后聚合物的分离和清洁；和

步骤4-聚合物再循环(除了3D印刷后的铝粉)。

步骤1-原料的制备

原料(1)水力碎浆机处理后的PolyAlu

在再循环器中处理消费后无菌包装，其中纸被再利用且PolyAlu残余物被产生和捆包。PolyAlu纸分离系统包括在称为Hidrapulper的设备中混合包装与水。

原料(1.a)清洁后的PolyAlu

为了产生原料(1.a),PolyAlu进行清洁过程，如图6所示。

手工取出捆包的金属条。具有抓取器的小型装载机或其它同能力的设备进行材料的“解包”，并将其装入盒子引导至分离器，所述分离器具有分离纤维和后续将材料送至进行气动输送的风扇序列的功能。一个风扇放置在其他风扇之间，其分离具有较大重量且不想要的残余物。

原料(1.b)热解后的PolyAlu和(2.a)热解后的软包装

原料(1.b)和(2.a)的形成在热解反应器中进行，并且随后进行脱炭步骤。炭是不希望的成分，因为它在碱性溶解阶段污染拜耳液。

热解不是铝从PolyAlu和软包装中碱性溶解过程中所必需的步骤，但其是再循环器从金属化塑料包装中分离原料困难时的替代方案。

原料(1.c)化学分离PolyAlu

原料(1.c)的形成发生在通过化学反应后洗涤来分离各层的罐中。

化学分离在来自PolyAlu的碱性铝溶解过程中不是必需的步骤，但其是铝层暴露的替代方案。这种方法所面临的问题是废料的产生。

原料(2)软包装

适用于本发明方法的软包装(2)包括：不同结构的多层膜和铝层层压的塑料包装，通常用于食品工业、个人卫生、化学工业、化妆品和药品。

来自软包装(2)生产过程的碎片不需要经过清洁步骤，但是它们必须在研磨机中减小尺寸以改进由此产生的原料(2b)的反应。另一方面，软性再循环包装需要先前的清洁步骤并且减少尺寸。

原料(3)3D印刷后的铝粉

铝粉不需要预处理。

步骤2-铝的碱性溶解过程

反应1发生在材料与苛性钠，至多重量的50％，或来自拜耳法的液体(铝酸钠)以100g/l至1,000g/l的浓度(基于Na₂CO₃)，一起添加到反应器中之后。或者，碱性溶解过程可以通过在所述反应器中将含铝材料(原料1a,1b,1c,2,2a或3)加入到苛性钠和拜耳液之间的混合物来进行。在这种情况下，根据上述参数，苛性钠和拜耳液的相对量必须与最大单个量成比例。

如图5所示，向反应器中加入步骤1中所述的原料中的一种，配合风扇序列来进行，从而可以改变来自不同来源的铝供给。在仅具有一种材料来源的设备中，可以连续进行该过程。

反应器的位置应优选接近产生的氢气的消耗处。在供应天然气的精炼厂的锅炉和煅烧炉中，可以混合两种气体并再利用所产生的能源。

在不使用天然气的氧化铝精炼厂中，可以在锅炉、煅烧炉和类似系统中燃烧混合了燃烧空气的氢气，或者将它们储存起来以供后续销售。这两种方法都需要压缩机帮助除去反应器中产生的气体并进行压缩。

步骤3-溶解后聚合物的分离和清洁过程

聚合物和铝酸钠的分离过程

为了利用在反应器中产生的铝酸钠，图8中描述的固液分离步骤是必需的。液体在拜耳法中使用，固体继续进行清洁阶段。

碱性溶解后清洁聚合物的过程

在碱性溶解步骤之后的聚合物维持保有的特性，然而，为了可以再循环，需要通过水清洁步骤降低残留的铝酸钠含量，如图9所示。

步骤4-聚合物再循环

固体在干燥步骤中降低了水分，并储存在大袋子中以便后续稠化和使用，例如用于挤制。所产生的聚合物具有近似原料的性质并且可用于生产不同的材料。

材料、方法和结果

基于从上述材料生产铝酸钠和铝酸氢盐所进行的研究和精炼厂过程的知识，进行实验室试验以证实这些产物的产生。

拜耳液的表征

使用05/2011的NBR15944标准作为参考，通过滴定法进行分析，以确定溶液的苛性碱浓度，其是氢氧化钠和铝酸钠组分(NaOH和Na₂AlO₂)的总和，表示为TC(总苛性碱)，氧化铝的浓度，表示为氧化铝(Al₂O₃)的形式，和碳酸钠的浓度，表示为Na₂CO₃。所有这些术语都是拜耳法的典型术语，并且有助于评估该过程的影响。

还进行了离子色谱分析以确定氯化钠、氟化钠、硫酸钠和草酸钠的浓度。分析可在表1中获得。该结果显示拜耳液的组成以证实溶解的氧化铝含量的增加。

表1：拜耳液的组成

PolyAlu的表征

使用解析X射线荧光设备，型号Axios Minerals，对消费和清洁过程后的无菌纸板箱包装材料、热解后的PolyAlu和3D印刷后的铝粉进行分析，以确定铝的百分比，用于定性和定量分析，并使用光谱评估程序来分析扫描。

为了测定聚乙烯的性质，进行差示扫描量热法(DSC)。分析在惰性环境中进行，吹扫气体流量为50ml/min的氩气并且保护装置为100ml/min的氩气。加热以10℃/min的速率从25℃加热至600℃。参考使用空的氧化铝坩埚。

为了测定材料的水分含量，将已经称重的样品置于105℃的烘箱中1小时30分钟。在该步骤之后，将其置于干燥器中冷却并隔绝水分。然后将它们再次称重，并通过下式测定水分值：

分析结果见表2。

表2：组成

碱性溶解前PolyAlu的表征

进行傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析和差示扫描量热法(DSC)分析以识别聚合物的类型。

FTIR分析用于评估聚合物中存在的官能团。碱性溶解前的PolyAlu的FTIR结果，如图10，示出了聚乙烯、化合价或“拉伸”的特征谱带在2950和2850cm^-1之间；摆幅或“弯曲”在1350和1450cm^-1之间；扭转或“摇摆”在约700cm^-1处。它还显示了有机化合物的其他谱带。这样的化合物不能被精确地定义。然而，这些谱带可对应于CO和CX键(X＝F,Cl,Br,I)，表明是来自先前处理的纤维残留。

关于DSC分析，在惰性环境中进行，吹扫气体流量为50ml/min的氩气并且保护气体流量为100ml/min的氩气，在清洁过程之后以10℃/min的加热速率从25℃至600℃加热2.79mg聚合物样品，如图11。参考使用空的氧化铝坩埚。

在DSC曲线中，观察到两个吸热峰(第一个在约115℃，第二个在约485℃)。这样的峰确证了FTIR-ATR分析与聚乙烯的热性，其中第一个峰表示熔融温度，第二个峰表示聚合物降解。在这种情况下，样品显示低密度聚乙烯的热行为，其通常用于膜和包装的制造。

铝的溶解

如图18所示，称量150g原料移入含有1升65℃的拜耳液，并持续搅拌。使用玻璃温度计测量温度，以及测量反应时间。在反应完成后，用150μm筛进行过滤，收集滤液用于化学组成分析。将保留在过滤筛上的聚乙烯用500mL水洗涤，然后将材料在85℃的烘箱中干燥6小时。最后称量聚乙烯的质量。

实验结果如下所示：

1.清洁过程后的PolyAlu

如图12所示，铝溶解温度曲线的结果对于确保温度控制和防止聚合物性能的损失是重要的。

表3示出了清洁过程后的PolyAlu样品中的铝溶解过程之前和之后对拜耳液的分析结果。

表3：溶解过程之前和之后拜耳液的分析结果

2.3D印刷后的铝粉

表4示出了铝粉样品中的铝溶解过程之前和之后对拜耳液的分析结果。

表4：溶解过程之前和之后拜耳液的分析结果

3.软包装

表5和6示出了咖啡包装和果汁包装样品中的铝溶解过程之前和之后对拜耳液的分析结果。

表5：咖啡包装中的铝溶解过程之前和之后拜耳液的分析结果

表6：果汁包装中的铝溶解过程之前和之后拜耳液的分析结果

4.热解后

表7示出了热解样品中的铝溶解过程之前和之后对拜耳液的分析结果。

表7：溶解过程之前和之后拜耳液的分析结果

计算以确定溶解效率

溶解过程的效率通过溶液中溶解的铝的质量平衡来实现。

通过质量平衡，我们得出：

样品中的铝的质量：

在拜耳液中Al₂O₃当量：

溶解过程后拜耳液中最大Al₂O₃浓度：

[Al2O3]溶解后的拜耳液＝Al₂O₃质量(g)+[Al2O3 Sol Bayer]

[Al2O3]溶解后的拜耳液＝55,93(g)+100,2g/L＝156,13g/L

计算铝溶解反应的效率给出：

对于所有使用的原料，铝溶解过程之前和之后拜耳液的分析结果表明，溶液中氧化铝(Al₂O₃)浓度显著增加，说明铝溶解是有效的。表8示出了反应效率计算及数据。

表8-反应效率的计算

铝溶解过程的效率可以根据反应时间、溶液中原料的浓度、搅拌强度、颗粒尺寸或甚至用新的液体制备新的溶解批次而变化。碱性溶解后PolyAlu过滤和洗涤过程

材料经过洗涤过程以除去液体并回到中性pH。洗涤后，将材料在85℃的烘箱中干燥6小时。

碱性溶解后PolyAlu的表征

为了证明铝溶解后分离和洗涤的聚合物的再循环潜力，在过程中进行了一系列分析。

干燥后对聚乙烯进行分析，红外光谱及傅里叶变换(FTIR)。结果示于图13中。所涉光谱保持聚乙烯、化合价或“拉伸”的特征谱带在2950和2850cm^-1之间；摆幅或“弯曲”在1350和1450cm^-1之间；扭转或“摇摆”在约700cm^-1处并且去除了其他有机化合物的残留谱带。

还进行DSC分析。分析在惰性环境中进行，吹扫气体流量为50ml/min的氩气并且保护装置为100ml/min的氩气。在氧化铝坩埚中以10℃/min的速率从25℃至600℃加热3.24mg聚合物样品。参考使用空的氧化铝坩埚。

图14的曲线中，观察到两个吸热峰(第一个在约115℃，第二个在约485℃)。其中第二个示出了可能的初始放热分解。这些峰在碱性溶解之前类似于PolyAlu样品，除了这种初始放热分解。

叠加这些图，我们得到图15。观察到与初始样品的DSC曲线相比，这种可能的初始放热分解不显著。其表明该材料没有经历溶解的化学侵蚀。

碱性溶解过程后聚合物拉伸试验和流动指数

图16A和16B直观地证明了溶解后铝的去除。为了显示溶解再循环过程的有效性，在该过程之后，使用压制、熔融和研磨技术处理碱性铝溶解过程后残留的聚合物，如图16C所示，然后被挤出，如图16D，并切割形成丸粒。为了进行拉伸试验，根据ASTM D638标准要求，将丸粒插入具有牵引试样模具的注塑机中，如图16E。拉伸试验在室内进行，并控制湿度在50％，温度在22.5℃，拉伸速度在50mm/min。在图16F中可以观察到仍有小百分比的铝。

图17中的曲线图示出了在实验室中进行的测试。表9示出了拉伸测试的结果。

表9：溶解后聚合物与纯PE拉伸结果的比较。

与纯PE和PolyAlu相比，拉伸强度略微降低。当将溶解后聚合物的形变与纯PE的形变相比较时，观察到这种性质的降低，然而与PolyAlu的形变相比，它呈现更大的值。弹性模量的增加与该工作过程中铝和残余纤维的去除有关。

流动指数(MFI)测试在2.16kg的载荷和190℃的温度下进行。材料在注入后被测试。所得结果为6.672g/10min。

原始聚乙烯的流速为6.0至8.0g/10min。这表明材料保持了这种性能。

聚乙烯与拜耳液反应

聚乙烯(PE)在碱性溶液中是稳定的。然而，在高温下PE结构变得多孔，使得难以洗涤和分离。因此，必须控制反应温度以使其不会高达PE降解的温度。故确定了85℃的最大温度。°

重要的是记住，温度控制在100℃以下以使聚乙烯不熔融，因为熔融温度在110℃至130℃的范围内，其取决于聚乙烯的类型。

氢气的混合

氢气与天然气的混合已被欧洲的公司所研究。例如，英国的财团公司，Cadent Gas和Northern Gaz Networks与基尔大学正在研究将氢气与天然气网络混合的可能性，以减少制造的碳排放。

在美国，NREL实验室也进行了5％-15％低浓度的与天然气混合的研究。为此，有必要评估成本、影响和减少量。Gastec团队还为荷兰、德国、意大利、英国和美国的公司进行了研究。

Claims

1.铝回收方法，从含铝的回收材料中，所述回收材料包括：无菌纸板箱包装(1)，软包装(2)，铝粉(3)，或类似物，其特征在于理解以下步骤：

通过碱性溶解，将含铝的原料(1a,1b,1c,2a,2b,3)溶解在拜耳液和/或NaOH中(反应1)，产生铝酸钠和气态氢；和

将铝酸钠进行拜耳法以生产氧化铝和后来的铝。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用在所述碱性溶解步骤中产生的所述气态氢作为氧化铝精炼厂燃烧单元中的燃料(反应2)的附加步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性溶解包括反应器中处理后的原料(步骤1)与苛性钠(NaOH)的反应，所述苛性钠的加入量最高达重量的50％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性溶解包括反应器中处理后的原料(步骤1)与拜耳液的反应，所述拜耳液以100g/l至1,000g/l的浓度(基于Na₂CO₃)加入。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述碱性溶解包括反应器中处理后的原料(步骤1)与包含苛性钠和拜耳液的混合物的反应。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括，在所述碱性溶解步骤之后，进行液/固分离以将铝酸钠(液体)与聚合物残余物(固体)分离的进一步步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述固体聚合物残余物进行清洁和随后的再循环过程(步骤4)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述用于清洁固体废料的方法包括用水洗涤所述固体废料以消除残留的铝酸钠。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述再循环方法(步骤4)包括干燥所述固体废料和后续处理所述聚合物，例如挤制，压制，注射等。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述碱性溶解步骤(反应1)之前的原料(1a,1b,1c,2a,2b)制备步骤(步骤1)。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当从所述无菌纸板箱包装(1)中获得含铝的再循环材料时，其包括以下步骤：

除去纸，优选地通过水力碎浆机，产生层压铝和聚合物副产物(PolyAlu)；和

处理副产物(PolyAlu)，涉及：

清洁过程，以产生适于碱性溶解步骤的原料(1a)；或

热解过程，伴随进行脱炭过程，以产生适于碱性溶解步骤的原料(1b)；或

化学分离过程，以产生适于碱性溶解步骤的原料(1c)。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述含铝的再循环材料从无菌纸板箱包装(2)中获得时，所述方法包括以下步骤：

对软包装(2)进行热解过程，随后进行脱炭过程，以产生适于碱性溶解步骤的原料(2a)；或

研磨软包装(2)，或软包装刨花(2)，以产生适于碱性溶解步骤的原料(2b)。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述再循环的含铝材料是来自3D印刷的铝粉时，其直接进行碱性溶解。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述碱性溶解采用原料(1a,1b,1c,2a,2b,3)中的一种或其组合。