Как расплавить алюминиевые банки в домашних условиях проще всего

Простая банка, из которых мы пьем «спрайт», «кока-колу» или «фанту» является недооцененным источником алюминия. Дело в том, что их производят из высококачественного алюминия с небольшой примесью олова, которое является незаменимым в пищевой промышленности.

Источник practicalsurvivalist.com

От лома алюминиевых банок к новым банкам

Переработка лома алюминиевых банок в новые банки считается замечательным примером почти безотходного производственного процесса. Именно переработка лома алюминиевых банок сыграла главную роль в бурном росте рынка алюминиевых банок для пива и газированных напитков.

При производстве алюминия из алюминиевого лома потребляется на 95 % меньше энергии, чем при его выплавке из ископаемых руд. Процесс переработки алюминиевого лома дает только 5 % из вредных выбросов, которые уничтожают земной озоновый слой, чем при производстве первичного алюминия [4].

Во всем мире продается более 350 миллиардов алюминиевых банок. При этом в лом поступают не все банки. Доля лома во в общем объеме алюминиевых банок составляет:

• в Швеции – 90 % алюминиевых банок,
• в США – до 70 %,
• в Австралии, Канаде, Японии и Китае – около 80 %,
• в целом в мире – немногим более 50 %.

В 2022 году в Европе было переработано 74,5 % использованных алюминиевых банок из-под пива и напитков. Как это было в различных европейских странах см. на графике рисунок 1 [4]. Типичный завод по переработке алюминиевых банок в слитки для прокатки алюминиевого листа, который идет на изготовление новых банок, показан на рисунке 2.

Рисунок 1 – Доля переработанных алюминиевых банок по европейским странам [4]

Рисунок 2 – Завод по переработке лома алюминиевых банок в прокатные слитки для изготовления новых банок [3]

Небольшую часть лома алюминиевых банок переплавляют в обычных или роторных плавильных печах и она идет, в основном, на изготовление литейных сплавов.

Простой переплав отходов алюминиевых банок дает в среднем такой состав алюминия [2]:

• Si – 0,26 %
• Fe – 0,40 %
• Cu – 0,20 %
• Mn – 0,86 %
• Mg – 1,22 %
• Ti – 0,04 %
• остальное – Al.

“Алюминий” такого химического состава вполне укладывается в интервалы химического состава сплавов 3004 и 3104 (см. таблицу ниже), которые применяют для изготовления корпуса банки. Поэтому подавляющая часть металла из лома алюминиевых банок – около 80 % – возвращается к производителям новых банок.

Ниже излагаются общие подходы к переработке лома алюминиевых банок, когда его применяют опять же для изготовления банок. Аналогичные, иногда весьма сложные, технологии применяют на многих заводах в США и Западной Европе.

Можно ли расплавить алюминий на костре

Алюминий весьма распространенный металл как в промышленности, так и бытовой сфере. Не редко при поломке какой-либо детали возникает потребность в выплавке замены.

Плавка алюминия в домашних условиях привлекательна тем, что возможна при сравнительно невысокой температуре.

Чтобы провести операцию своими руками необходимо знать характеристики металла при воздействии температуры и физико-химические свойства.

Характеристики

Температура плавления алюминия всегда зависима от того, насколько чист металл. В среднем она равна 660 градусам, при точке кипения в 2500 градусов.

Легкость и пластичность позволяют прекрасно обрабатывать различными технологическими операциями.

Металл при нормальной и повышенной температуре активно взаимодействует с кислородом из воздуха. При этом поверхность покрывается оксидной пленкой, которая служит защитой от дальнейших окислительных процессов. Это необходимо учесть, так как при плавлении состав и структура сплава заметно меняется.

Еще одной важной характеристикой является то, что резкое охлаждение может привести к возникновению внутренних напряжений и усадке полученного металла.

Особенности технологического процесса

По большому счету переплавка алюминия в домашних условиях должна моделировать промышленное литье. Подготовленное к плавке сырье необходимо очистить от загрязнений, посторонних примесей и возможных наполнителей. Крупные заготовки должны быть размельчены до необходимых размеров.

Технология отливки предполагает выполнение нескольких операций. При подготовке лом плавится удобным способом. После достижения текучести с поверхности расплава необходимо снять шлак. Финальной стадией является заполнение подготовленной формы расплавленным составом. Одноразовые формы разбиваются по остыванию.

На предварительном этапе необходимо определиться, что предстоит переплавлять и что должно получиться. Даже если алюминиевый сплав предполагается растопить в качестве эксперимента, нужно приготовить какую-либо форму. За счет этого можно оценить результат. Слиток покажет свой внешний вид, степень пористости и чистоты. Любой эксперимент способен пойти на пользу.

Какой источник тепла использовать?

Для того, чтобы в домашних условиях выплавлять алюминий можно применять:

• Самодельную муфельную печь. Довольно действенный способ, позволяющий легко расплавлять алюминий.
• Обычную самодельную печь. Температуры природного газа будет достаточно для плавки.
• Газовую горелку/плиту или паяльную лампу. Вполне приемлемый способ при небольших объемах оплавки.
• Газовый резак или ацетиленовый генератор, при их наличии, также способны обеспечить необходимую температуру.

Использование самодельной печи для плавки

Самым простым способом является укладка нескольких огнеупорных кирпичей в форме очага. Удобно в качестве каркаса использовать металлическую емкость. На боку следует сделать отверстие для присоединения трубки с подачей воздуха. Подойдет подходящая металлическая труба. К ней нужно подключить пылесос, фен или иной прибор, подающий воздух.

В очаг помещается древесный уголь, разводится огонь и подается воздух. Емкость, в которой будет расплавляться алюминий, помещается в печь. По бокам необходимо также обложить уголь. Оптимальным вариантом будет создание крышки, чтобы зря не терять тепло. Можно сделать только проход для дыма.

Применение кухонной плиты

Для штучного плавления не обязательно создавать свою печку. Достичь необходимой температуры можно даже на бытовом газу. При массе заготовок алюминия для плавки сама процедура не займет более 0,5 часа.

Емкость можно взять любую подходящую, например жестяную банку. В ней размещается измельченный и почищенный алюминий. Однако переплавить алюминий, просто поставив банку на огонь не получится, нужная температура не достигается. Для сохранения тепла придумана следующая схема.

Банку с ломом помещают внутрь еще одной, большего размера, на подпорках так, чтобы сохранялся зазор до 10 мм. В большей банке подготавливаются отверстия 30-40 мм для того, чтобы подходило пламя. При этом рассекатель на горелке снимать не надо.

Полученную конструкцию устанавливают над горелкой. Горящее пламя будет проходить во внутрь большей банки и прогревать емкость с металлом. В этом случае большая жестянка будет играть роль своеобразной оболочки, удерживающей тепло. помещается подходящая крышка, но оставляется зазор, чтобы выходили продукты горения. При нагреве интенсивность пламени нужно регулировать.

Использование тигеля и вспомогательного оборудования

Предыдущий способ хорош, но банка больше одного раза не способна выдержать и может прогореть. В этом случае есть риск разлития металла на горелку.

Чтобы несколько раз работать в печи рекомендуется подготовить особую емкость – тигель. Он выполняется из стали. Вполне можно пользоваться отрезком трубы, у которой заварено дно.

Неплохое устройство получается если использовать обрезанный огнетушитель или небольшой кислородный баллон с овальным профилем.

При этом стоит предусмотреть наличие бокового желоба для сливания расплавленного алюминия.

При этом может потребоваться вспомогательное оборудование, например, пассатижи. Идеальным случаем будет использование боковых зажимов и нижних фиксированных упоров – аналогов промышленных установок. Также потребуется длинная ложка, чтобы снимать шлак.

Как сделать форму для отливки

К числу основных задач при плавлении алюминия относится подготовка формы, в которой будет размещаться жидкий металл. Заливать расплав можно различными способами, но основными считаются открытая и закрытая форма отливки.

Открытая методика

Наиболее простой вариант – это перелив расплавленного алюминия в имеющуюся емкость, к примеру, жестяную банку. После того, как металл застынет, слиток изымается. Для облегчения изъятия по еще не остывшей до конца форме необходимо потихоньку простучать.

Если не нужна определенная четкая форма, то можно просто сливать жидкий сплав на негорючую поверхность.

Закрытый способ

Если предполагается получение более сложных форм или слитков, то в первую очередь должна изготавливаться форма, которая соответствует всем характеристикам детали. Для обеспечения большей точности она изготавливается из нескольких составных частей.

Используемые для форм материалы Если предполагается открытый способ, то в основном применяется наиболее простой ингредиент, который всегда можно найти – кремнезем. Грунт необходимо укладывать, проводя послойную трамбовку. Между пластами закладывается макет формы, оставляющий после трамбования отпечаток. Данный макет впоследствии изымается и вместо нее заливается расплавленный металл.

В некоторых случаях для создания форм используется речной песок, в который добавляется жидкое стекло. Реже цементная смесь и тормозная жидкость.

Когда необходимо создать макет сложной конфигурацией, то зачастую используется гипс. Однако он в основном может использоваться один раз. Когда отливается алюминий в гипсовую форму, то макетом может служить заготовка из парафина или пенопласта.

При использовании парафина заготовка погружается в гипс. При этом необходимо оставить небольшое отверстие, в которое после застывания формы и повторного нагрева выливается воск.

Если предполагается использование пенопласта, то он заливается внутри гипсовой формы, в которой остается до застывания. Впоследствии жидкий металл заливается непосредственно на него.

За счет температуры он расплавляется и испаряется, а освободившуюся полость занимает алюминий.

В этом случае необходимо учесть то, что работу следует проводить в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе, так как испаряемые пары пенопласта вредны для здоровья.

Распространенные ошибки и как их избежать

1. Гипсовая форма очень удобна для отливания необходимой конфигурации, но гипс чувствительно относится к влаге. Если форму сушить обычным способом, то она может оставаться в составе, что снижает качество отливания, так как способствует образованию пузырьков и выбоин. По этой причине сушку нужно проводить на протяжении нескольких суток.
2. Температура расплавленного алюминия должна быть достаточной, чтобы он успел заполнить все пространство формы до того, как начнет застывать. Поэтому после плавления не стоит мешкать с переливом.
3. Не желательно опускать отлитый в форму металл в воду, чтобы ускорить процесс застывания. Это приводит к нарушению структуры алюминия и трещинам.

Меры безопасности

Технология работы сопровождается применением открытого пламени, что приводит к определенным ограничениям. Перед началом работы стоит подготовить средства пожаротушения, проверить работоспособность и исправность газовой аппаратуры и вентиляции.

Операции с расплавленным алюминием являются опасными. Поэтому работу следует проводить с учетом техники безопасности. Обязательно нужно применять специальную одежду, защиту для глаз и органов дыхания.

Приведенные видео покажут необходимые инструкции и помогут разобрать пошаговые алгоритмы действий и операций с расплавленным металлом.

Как отлить деталь из алюминия в домашних условиях

Для многих термин «литейное производство» тесно связано с непосильным трудом и специальными профессиональными умениями и навыками.

На самом деле отлить деталь из необходимого металла реально для самого обычного человека без профессиональной подготовки в домашних условиях. Процесс имеет свои тонкости, но по силам для выполнения в домашних условиях своими руками.

Внешне напоминает изготовление свинцовых грузов для рыбалки. Особенности процесса литья алюминия связаны с техническими характеристиками материала.

Как отлить алюминий

Характеристика алюминия.

Алюминий один из самых распространённых металлов.

Он серебристо-белого цвета, достаточно хорошо поддаётся литью и механической обработке. В силу своих особенностей алюминий оснащён высокой теплопроводимостью и электропроводимостью, а также обладает коррозионной стойкостью.

У технического алюминия температура плавления равна 658 градусам, у алюминия высокой чистоты — 660, температура кипения алюминия составляет 2500 градусов.

Для отливки алюминия домашние нагревательные приборы вряд ли будут полезны и обеспечат нужной температурой. Нужно расплавить алюминий, нагревая его до температуры свыше 660 градусов.

Сплавы алюминиевых банок

Полезно знать, что алюминиевые банки изготавливают из нескольких различных алюминиевых сплавов и только из них (таблица):

• В корпусе банки применяют алюминиевый сплав 3004 или алюминиевый сплав 3104, которые очень близки по химическому составу: марганца и магния в среднем по 1 %, меди – до 0,25 % и железа – до 0,7-0,8 %.
• Крышку банки делают из сплава 5182. В этом сплаве магния уже 4-5 %, а марганца – 0,20-0,50 %.
• Ключ для открывания банки дает самый малый вклад в общую массу банки. Его изготавливают из сплава 5042 с содержанием магния 3-4 % и марганца – 0,20-0,50 %.

Механизм открывания пивной банки

Задача ушка и лепестка (его называют еще и “язычком”), добиться хлопка выходящего углекислого газа при усилии на ушке около 3 килограммов и полного проталкивания лепестка (язычка) внутрь банки при усилии до 7 килограммов, причем лепесток должен остаться висеть внутри банки.

Это достигается выполнением по периметру лепестка специальных насечек такой глубины, что остается только 0,085 мм металла вблизи заклепки и 0,110 мм на противоположной стороне (рисунок 6). В то же время, материал на насечках достаточно прочен, чтобы не разрушаться в ходе технологического процесса или при разгрузке в магазине.

Внутри лепестка можно заметить еще один, внутренний ряд насечек. Они не такие глубокие и служат, как утверждают, для направленного течения металла на основных насечках и предотвращения разрывов основных насечек при их формировании.

Рисунок 6 – Хитроумные насечки обеспечивают надежное открывание банки в два этапа: сначала выпуск газа, затем проталкивание лепестка внутрь банки [1]

Еще:

The Ingenious Design of the Aluminum Beverage Can

Измельчение лома алюминиевых банок

Обычно алюминиевые банки поступают на переплавку в виде брикетов весом до 400 кг и плотностью не более 500 кг/м3. Эти брикеты удобны для транспортировки, но не годятся для прямой загрузки в печь для переплавки в материалы, которые пойдут на изготовление новых банок. Поэтому эти брикеты подвергают измельчению и сортировке, чтобы убедиться, что в них нет жидкостей или взрывоопасных материалов. Это очень важно для обеспечения безопасности литейщиков и сохранности литейного оборудования. Для этого применяют специальные измельчающую машину – шредер.

Расходы и окупаемость бизнеса

По словам владельцев мощностей, рентабельность выпуска алюминиевой тары выше доходности бизнеса по производству упаковочных материалов, проката из алюминия. Средняя непроверенная рентабельность по рынку составляет 22%. Рентабельность участники рынка рассчитывают, исходя из многолетнего опыта работы, который предполагает стабильность производственных связей на каждом этапе.

Советуем прочитать:

• изготовление биокаминов как бизнес –
• как организовать производство электродов для сварки –
• как организовать завод по производству полиэтилена –
• производство поролона –
• производство стеклопластиковой арматуры –
• изготовление пенопласта –

Примерный расчет производственных затрат и расходов при запуске бизнеса выглядит таким образом:

• приобретение, монтаж производственной линии мощностью 10 тыс. банок за смену: $60.000.
• Ремонт, дооборудование помещения, приобретение оргтехники: $15.000.
• Создание запаса сырья: $15.000.
• Государственная регистрация, оформление разрешительной документации, сертификация производства: $6.000.
• Заработная плата: $3.000.
• Коммунальные расходы: $1.500.
• Оборотные средства, страховой запас: $15.000.

Потребители готовы покупать алюминиевую банку по средневзвешенной цене $0.05 или 5 центов, в которой $0.025 – себестоимость сырья. Соответственно, две рабочие смены принесут валовый производственный доход $500 или $12.000 ежемесячно при 24 рабочих днях. Таким образом, срок окупаемости бизнеса составит 9-10 месяцев без учета базы налогообложения. Размер налоговых отчислений соразмерно увеличат это время. При этом рентабельность до уплаты налогов равняется 17,5%.

Бизнес по производству алюминиевой банки опасен для дилетантов. Владелец бизнеса обладает опытом по развитию аналогичного по объемам производства, деловой репутацией, связями. Профессионализм менеджмента, профессиональные знания, понимание рынка – неотъемлемые критерии при решении о запуске производства.

Алюминиевый рынок характеризуется высокой долей монополий с определенной частью государственных интересов. Сотрудничество с монопольными производителями отличается отсутствием гибкости, лояльности по отношению к партнерам. Поэтому ответственность и риски при решении о вхождении в бизнес высоки.

«Делакирование» лома алюминиевых банок

Применяют два подхода непрерывного термического удаления лака. Один основан на относительно длительном выдерживании измельченного алюминиевого лома при определенной температуре, а другой – на коротких циклах нагрева с постепенным повышением температуры до чуть ниже температуры плавления алюминиевого лома.

В первом случае применяют конвейерную печь, в которой измельченные алюминиевые банки проходят через камеру при температуре около 520 °С. Эта камера содержит продукты сгорания лака, которые разбавляют воздухом для создания благоприятной для удаления лака атмосферы.

При втором подходе применяют роторную печь со сложной системой рециркуляции продуктов сгорания. Температура последней стадии – около 615 °С, что очень близко к температуре начала плавления в алюминиево-магниевых сплавах, из которых обычно изготавливают крышки (сплав 5182) и ключи для открывания (сплав 5054) пивных банок.

Обе системы могут иметь проблемы, которые приводят к неполному удалению лака. Если температура слишком низкая или длительность обработки слишком короткая, то на поверхности алюминия остается черное смолянистое покрытие. Это приводит к возгоранию лома при его плавлении и чрезмерным потерям металла за счет угара. Если же температура слишком высока или длительность обработки слишком велика, то это приводит к значительному окислению лома и также приводит к повышенным потерям металла.

Маркетинг и каналы сбыта продукции

Как отмечалось, сбыт готовой продукции до момента старта производства ориентируется как минимум на одного надежного покупателя. Долгосрочный договор на поставку минимизирует возможные риски по качеству, объемам поставляемой продукции. Если мощности превышают текущие объемы поставок, производство работает стабильно, можно переходить к поиску новых партнеров.

Маркетинговая составляющая бизнеса проста: представительский сайт компании с подробным описанием технологических характеристик продукции, номенклатуры – достаточное средство для продвижения. Периодические способы продвижения – отраслевые, тематические выставки. В перечень входят металлургические выставки и экспозиции, на которых представлены производители продуктов питания, бытовой химии, напитков. Традиционные виды рекламы неуместны, и только увеличат затратную часть.

В остальном маркетинговый отдел компании руководствуется подробной, составленной собственными силами, базой данных потребителей банок. Совершаются холодные контакты потребителям, при малейшем спросе на продукцию происходит знакомство, налаживание связей. Со временем такие связи приводят к поставкам небольших опытных партий, заключению контрактов на крупные объемы.

Разделение алюминиевых сплавов

Горячий, «делакированный» алюминиевый лом поступает затем в термомеханическую камеру-сепаратор. В этой камере поддерживается заданная температура и неокислительная атмосфера. В ней крышки банок из сплава 5182, а также ключей из сплава 5054, подвергают легкому механическому воздействию, в результате которого они разбиваются на мельчайшие фрагменты по границам зерен. Весь процесс основан на том, что под воздействием узкого интервала температуры размягчаются только границы зерен. Эти мелкие фрагменты из сплавов 5181 и 5054 непрерывно отсеивают и направляют в печь для переплавки крышек, а оставшийся алюминиевый лом – в печь для переплавки корпусов банок.

Поиск более просторного помещения

В первую очередь вам потребуется найти хорошее помещение. Следует понимать, что оно должно быть достаточно просторным, так как в нем будет впоследствии устанавливаться оборудование. Кроме того, цех должен быть отапливаем, хорошо освещаем.

Ко всему прочему должна быть налажена качественная система вентиляции. Помимо поиска помещения, также потребуется зарегистрировать свой бизнес снова. Только вместо ИП необходимо выбрать ООО, так как дело вы будете иметь с юридическими лицами. Именно они станут вашими клиентами.

Плавление алюминиевого лома

Для плавления алюминиевых банок обычно применяют специальные печи. При плавлении образуется значительное количество шлака – смеси металла, оксидов и других загрязнений. Этот шлак содержит много газов, поэтому хорошо плавает сверху расплава. Его удаляют и отправляют на восстановление из него металла. Обычно вес шлака составляет около 15 % от начальной загрузки лома. Из этой специальной печей расплав передают в непрерывную плавильную печь, в которую дополнительно загружают крупный алюминиевый лом и первичный нелегированный алюминий для получения нужного объема и приблизительного химического состава заданного сплава.

Интересные факты

• Первые банки были похожи на привычные консервные емкости и открывались консервным ножом. Острые края при этом ранили потребителя.
• В 1963 году банки снабдили отрываемым ушком, подобному тому, которому оснащены современные соки в картонных упаковках. Автор изобретения – Эрмал Клеон Фрейз, изобретатель из Огайо.
• Несъемное ушко, с помощью которого открывается емкость, изобретено через 17 лет после выпуска первой пивной банки – в 1975 году.
• К 1980 году доход Dayton Reliable Tool, компании Фрейза, составлял более полумиллиарда долларов.
• Коллекция банок Джона Аренса из Нью-Джерси состоит из 15.000 экземпляров.
• В австралийском Дарвине каждый год проводится регата на плавучих средствах, изготовленных из пустых банок.

• Борец с мусором и архитектор Майк Рейнолдс строит дома из алюминиевых банок. Строительным материалом выступают банки, скрепленные между собой цементным раствором.
• Японская пивоваренная компания Kirin Brewery выпускает самые легкие алюминиевые банки. Вес 350-миллилитровой емкости – 14 граммов.
• Переработка одной алюминиевой емкости экономит электроэнергию, достаточную для питания телевизора в течение трех часов.
• В плинкинге, развлекательной стрельбе по нестандартным мишеням, алюминиевая емкость – самая популярная мишень.
• Самая дорогая пивная банка Rosalie Pilsner продана в 1981 году за $6000.

Производство алюминиевых банок

Алюминиевые ленты для корпусов и крышек банок поставляют производителям банок. В результате процесса производства алюминиевых банок около 20 % алюминиевой ленты (или 13 % от исходного расплава) возвращается производителю слитков в виде производственных отходов – остатков листов с отверстиями на месте вырезанных заготовок для корпусов и крышек банок. В целом, около 55 % количества исходного расплава в миксере уходит во внутренний, производственный лом. Если бы все банки возвращались в виде алюминиевого лома, то для замыкания цикла переработки старых алюминиевых банок в новые нужно было пополнять только потери алюминия от угара – всего несколько процентов.

Источники: 1. Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1993 2. https://www.icaa-conference.net/ICAA12/pdf/IL-04.pdf 3. TALAT 1102 4. https://www.metalpackagingeurope.org

Меры предосторожности

Для работы с расплавленным алюминием необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты. Все открытые участки тела, руки, лицо должны быть защищены.

СПРАВКА! Лучше всего пользоваться перчатками сварщика, они выдерживают температуру более 600 0С. Это средство защиты является самым основным, так как возможность попадания расплавленного металла на руки очень высока.

Также лучше пользоваться очками и маской во избежание попадания раскаленных элементов на лицо и в глаза. Для защиты всего тела можно найти костюм металлурга, имеющим высокую огнестойкость. При очистке алюминия сварочных флюсом используется химический респиратор.