CN1006904B

CN1006904B - 从废铝熔渣中回收金属的熔剂

Info

Publication number: CN1006904B
Application number: CN87107133A
Authority: CN
Inventors: 向世芬; 刘勇立
Original assignee: XI'AN AIRPLANE PRODUCTION Co MINISTRY OF AVIATION INDUSTRY
Current assignee: XI'AN AIRPLANE PRODUCTION Co MINISTRY OF AVIATION INDUSTRY
Priority date: 1987-10-27
Filing date: 1987-10-27
Publication date: 1990-02-21
Also published as: CN87107133A

Abstract

从废铝熔渣中回收金属的熔剂，特别透用于从铝渣中回收金属铝(铝合金)，本发明熔剂包括由NaNO₃，Na₂SiF₆和NaCl，KCl的预熔混合物等组成，使用它，可以在各种不同情况下回收铝，方法简单，使用量少，回收率高。

Description

从废铝熔渣中回收金属的熔剂，特别适用于从废铝熔渣中回收金属铝（铝合金），属于金属处理或回收技术领域。

在冶炼或重熔金属铝或铝合金的生产过程中，从熔化到成锭或浇注零件，包括反射炉，坩埚炉等各种熔炼炉在内，炉中总会产生一定量的浮渣-废铝熔渣和浇注废料，它是任何熔炼过程中必定会生成的副产品，但不能直接利用，只能作为废物处理。分析表明，这种废料，特别是废铝熔渣主要是由金属铝（合金）和各种氧化物、氮化物、熔盐生成物等构成的混合物。根据炉子类型，实际操作条件，合金牌号的不同，生成的废铝熔渣数量也不同，一般约占配料重量的2～8%，渣和废料中的含铝量可以从30%到90%。典型的熔渣成分组成是：金属铝50～70%，氧化物、氮化物20～40%，其它杂质10～20%。

废铝熔渣和废铝中含有相当数量的金属铝（合金），它是一种有资源价值的物质，在铝及铝合金用途日益广泛、再生铝工业不断发展的今天，将它们予以合理回收，具有很大经济价值。然而特别是从废铝熔渣中回收金属铝，有一定的难度，回收率低、成本高、条件差，使人们不愿意进行这项工作。

传统的从废铝熔渣中回收金属铝的方法是：将收集的铝熔渣，首先分出大的金属碎块，剩余熔渣团块采用机械或人工方法砸散，使其成为粒料，过筛除去灰粉，其次将过筛后的粒料送入辗磨机进一步破碎，直至除金属粒以外的杂质呈粉状，再进行第二次过筛，去除经细筛后的粉尘和经粗筛后的大粒料，第三步将筛选出的一定粒度的含铝金属粒料（约占总重量的70%），分批装入坩埚炉，进行加热重熔，温度820℃左右时，铝从熔渣中析出，略加搅拌后，金属铝液就可舀出成锭被回收，铝液上部的浮渣扒出冷却，它仍是带有金属铝的熔渣。可重复以上操作，反复回收。采用这种方法，由于金属铝在回收过程中浪费和耗损，因此只能回收熔渣中全部含铝的40～50%。

在US4386956“从铝渣中回收金属工艺”的专利文献中阐述了一种采用楔形流槽构件收集熔渣，然后在流槽中加压，使熔渣中的金属铝充分析出，流入收集槽中回收金属铝的方法。据说该方法可以从含铝大约为70%的熔渣中回收出90～95%的金属铝，但回收不能在一次性的压缩流槽熔渣中全部实现，还必须进行分离处理和特殊的熔化处理，另外该回收方法是在熔化炉或保温炉正常生产过程中收集熔渣进行回收，容易造成生产过程的混乱。

在US4451287“在反射炉中回收铝的熔剂”的专利文献中提供了一种固态粒状熔剂，组成为40～60%KCl和40～60%NaCl的固溶混合物和大于3%的冰晶石（Na₃AlF₆），它用于从反射炉的熔池浮渣中回收金属铝，熔剂的使用量与熔渣中惰性组分的比率为0.3～0.4，它的直接作用是提高金属的回收量。这种熔剂只限于直接从反射炉熔池的浮渣中回收金属铝，使用温度高熔剂用量比较大。

本发明的目的在于发明一种新的熔剂，用于从废铝熔渣中回收金属铝（铝合金），同时，发明一种使用该熔剂回收金属铝的回收工艺，使熔剂使用量少，操作简单、回收率高。

本发明的熔剂，其中含有Na₂SiF₆（或Na₃AlF₆）、NaCl和KCl的予熔混合物以及主要的发热剂NaNO₃（或KNO₃）。NaNO₃（或KNO₃）是熔剂的主要成分，起主要的发热作用，加入热熔渣中，能瞬时发热，提高熔渣温度，使未熔融状态的熔渣迅速稀释，渣和金属液很好分离，它显著地降低回收过程中的操作温度，它的组成量是熔剂重量的30～60%。Na₂SiF₆（或Na₃AlF₆）对渣中的Al₂O₃起部分吸收和溶解作用，能破坏铝珠表面氧化膜，有利于金属铝液汇集，它的组成占熔剂重量的15～30%。NaCl KCl的予熔混合物，是等量的NaCl，KCl组成的固溶混合物，它能降低熔渣熔点，防止金属铝热态氧化，对减少金属铝的烧损起很好的保护作用。NaCl，KCl单体化合物各自的熔点分别为805℃和772℃，其等量固溶混合物的熔点为652℃左右，因此为了降低使用温度，NaCl，KCl是以共晶固溶状态使用的。NaCl，KCl予熔混合物的制备方法是将约50%NaCl和50%KCl若干，在坩埚炉中加热熔化（850℃左右），使之完全互溶，随后浇注到锭模中，冷却后，手工或机械破碎，并过筛（50～70目）待用。NaCl，KCl予熔混合物加入热熔渣中，在搅拌的作用下，析出的金属铝呈球粒状态，加入这种熔盐愈多，球粒也会愈多，由于这种球粒不是回收的最终产品，因此它的加入量不宜过多，其在熔剂中的组成重量为10～40%。

为了进一步改善本发明熔剂的性能，可以向熔剂中加入下列辅助成分，组成新的熔剂，这些辅助成分包括以下3种：

（1）NaF（或Fe₂O₃）和铝粉（或镁粉）;

（2）CaCl₂（或CaF₂）;

（3）矽藻土。

上述辅助成分可以分别加入熔剂，也可以同时加入其中的2种或3种。

加入NaF（或Fe₂O₃）、铝粉（或镁粉）能显著地增强熔剂的发热作用，它与NaNO₃混合，能在较低的温度下反应，发出更大的热量，使熔渣的温度显著升高，达到在更低的温度下实现金属铝的回收，它们在熔剂中的含量为：NaF（或Fe₂O₃）10～20%，铝粉（或镁粉）8～15%。加入CaF₂或CaCl₂能进一步降低NaCl，KCl予熔混合物的熔点，减少金属铝的热损，起保护作用，同时CaF₂能部分溶解Al₂O₃，减少金属铝形成球粒状态，CaCl₂能防止熔剂在保存和运输过程中潮解，在熔剂中它们的含量为：CaF₂1～5%，CaCl₂1～10%。为了防止熔剂加入热熔渣中产生过于激烈的作用，在熔剂中适量加入矽藻土，起一定的保护作用，其加入量为0～2%。

熔剂各组分规格均采用工业纯。配制熔剂时，根据需要量按百分比称量各组分，将它们用手工或机械方法混合均匀，并置于150～250℃的干燥箱中保温2～4小时，去除水份，为防止随后在运输或保存中吸收水份潮解，熔剂按一定量（例如200克）用塑料袋封装，以备使用。

新熔剂使用时，加入到一定温度的熔融废铝熔渣中，在搅拌的作用下，温度明显上升，加速了金属铝的析出，同时破坏了铝珠表面的氧化膜，使金属液迅速熔合、汇集，随着发热、精炼、搅拌过程的持续，原来是未熔融状态的黑色含铝熔渣，粘度发生了明显地变化，铝液从渣中析出，剩余熔渣变成渣灰，很快（金属）液、渣分明，此时将金属液倒出，浮在金属液表面的渣灰不粘带金属。

使用本熔剂从废铝熔渣中回收金属铝的基本方法是：使废铝熔渣的温度达到熔剂回收温度，待温度均匀后，向熔渣中加入熔剂，加入量为熔渣重量的1～2%，充分搅拌5～8分钟，可边加边搅拌，随后再补充加入少量的Na₂SiF₆（或Na₃AlF₆）其重量为废铝熔渣重量的0.2～1%，继续搅拌2～4分钟，此时渣、（铝）液分明，已完全分离，即可进行扒渣，收集金属铝液，完成回收过程。

回收时使废铝熔渣温度达到熔剂回收温度是必要的。不含NaF（或Fe₂O₃）和铝粉（或镁粉）的熔剂，回收温度为760～780℃含NaF（或Fe₂O₃）和铝粉（或镁粉）的熔剂回收温度为690～730℃。熔剂回收温度是指熔剂在该温度下，加入废铝熔渣中，能较好地对熔渣中的铝和渣灰起分离作用，既使分离作用充分进行，又使分离作用不过于激烈，在低于该温度下，熔剂的分离效果不好，而在高于此温度下，虽同样可以很好地对熔渣完成分离回收过程，然而温度愈高，愈易造成铝的氧化和烧损，且操作条件变坏，浪费能源，因而在保证回收效果或回收率的情况下，熔剂的回收温度愈低愈好。另外，加入熔剂后，必须进行搅拌，搅拌可以使熔剂和熔渣充分混合，互相渗透，增大扩散，较好地产生一系列物理化学作用，达到金属液和渣很好分离的目的。搅拌可以用手工，也可以用机械，用专用搅拌机械装置效果更好。

熔剂的加入量可根据废铝熔渣中金属铝的含量不同来确定，熔渣含铝量高，熔剂加入量取下限～1%，熔渣中含铝量低，熔剂加入量取上限～2%。另外熔渣中含铝量太低时，例如低于30%，回收时最好先进行分离过筛，去除大部分渣灰提高含铝量后，再予以回收。

根据废铝熔渣是冷态还是热态，可采用不同方法回收。从冷态废铝熔渣中回收铝的工艺过程（冷法回收）是：将冷凝状态的含有金属铝（或铝合金）的废铝熔渣，直接置于冷的或予热到150～300℃的坩埚炉中加热，该坩埚炉可以由任何热源加热，例如焦炭炉，煤气炉、油炉或电炉等，使熔渣温度达到熔剂回收温度，加入熔剂（按上述基本方法）并搅拌，使渣、（铝）液分离，最后扒渣，收集铝液，完成回收过程;从热态废铝熔渣中回收铝的工艺过程（热法回收）是：在大中型铝加工熔化炉近旁设置专用坩埚式回收装置，在回收装置处于热状态的情况下，把从熔化炉中扒出的热熔渣，迅速地转送到回收装置中，在不低于熔剂回收温度下，加入熔剂，充分搅拌，使渣液分离，最后扒渣，收集铝液，完成回收过程。以上两种回收操作过程，可以重复进行，连续回收，适合于大批量回收生产。收集的铝液，可浇注成锭或放回熔化炉使用。

对于断续的铝熔化加工生产过程，可利用熔炉余热从熔渣中回收铝，其工艺过程（熔炉余热回收法）是：在生产过程结束后的熔炉中留少量金属铝液，随后向熔化炉中加入冷的或热的废铝熔渣，使熔渣温度达到熔剂回收温度，均温后，加入熔剂并搅拌，使渣液分离，最后扒渣，收集铝液，完成回收过程。残留铝液量的多少，可根据熔炉的大小来确定，一般可让残留铝液的熔池深度保持在70～110mm。残留部分金属铝液，一方面是生产工艺规定所必需的，另一方面它可以快速地加热熔渣，更容易地收集从熔渣中分离出来的铝，加速回收过程。这样回收的铝锭可同原合金一样，直接用于熔化生产。

这种新的回收金属铝的熔剂和它的回收工艺方法，与专利文献中提供的熔剂和传统的回收方法相比，它有以下优点：（1）回收效果好，新熔剂对氧化铝有吸收、溶解作用，能破坏氧化膜，避免金属铝以珠粒状态出现，熔渣被处理后，金属液和渣分离分明，渣不粘带金属;（2）回收温度低，热损少，本熔剂在690℃下就可进行回收铝的操作，大大减少铝的热态烧损，保护作用好，（3）用量少，处理相同量的熔渣，新熔剂的使用量少得多，仅是熔渣量的1～2%;（4）回收率高，回收率可达85%以上，一般都在90%以上。另外使用新熔剂回收金属;回收方法简单，可适应各种不同情况，进行回收操作，特别对冷态废铝熔渣回收，不用反复粉碎、过筛，减少了操作工序和成本，改善了劳动条件。

下面列举了应用不同成份的本熔剂对废铝熔渣采用不同方法进行回收的实施例。

实施例1、用组成为60%NaNO₃+20%Na₂SiF₆+20%（KCl+NaCl）的熔剂处理铸造铝合金熔渣，熔渣中金属铝的含量为66.2%，用冷法回收，其具体过程和结果如下：在容量为40公斤的SR-40型电阻加热坩埚炉中，加入熔渣10公斤（实际含铝6.62公斤），送电加热，用热电偶控制检测坩埚内温度，当温度达到770℃时，停止加热，保温一段时间，待温度均匀，加入熔剂100克（熔渣的1%），搅拌7分钟，再补充加入Na₃SiF₆50克（熔渣的0.5%）搅拌3分钟，此时渣、液已完全分离、扒渣，把金属铝液浇注成锭，实测得到金属铝6.1kg，这样金属的回收率为：

回收率＝ (回收所得铝的重量)/(原渣中铝的重量) ×100%＝ (6.1（公斤）)/(6.62（公斤）) ＝100%＝92%

实施例2、用组成为45%NaNO₃+25%Na₂SiF₆+30%（KCl+NaCl）的熔剂，处理铸造坩埚炉渣，炉渣中原始含铝量为53.3%，用冷法回收，其过程和结果如下：在SR-40型电阻坩埚炉中，加入炉渣5公斤（实际铝2.66公斤），加热到760℃时，停止加热，待温度均匀，加入熔剂75克，（炉渣的1.5%），边加边搅拌，持续搅拌5分钟，再补充加入Na₃AlF₆25克（炉渣的0.5%）继续搅拌3分钟，扒渣把铝液浇注成锭，实测得到金属铝2.35公斤，这样计算的回收率为：

2.35÷（5×53.3%）×100%＝88.3%

实施例3、用组成为60%NaNO₃+20%Na₂SiF₆+16%（KCl+NaCl）+1.8%CaCl₂+2%CaF₂+0.2%矽藻土的熔剂，处理普通铸造铝合金熔炼炉渣，熔渣中含铝量为66.5%，用冷法回收，其具体过程和结果如下：在容量为40公斤的SR-40型电阻加热坩埚炉中，当炉子予热到200℃时，向炉中加入熔渣10公斤（实际含铝约6.65公斤），继续加热，用热电偶测试坩埚内温度，当温度达到770℃时，停止加热，保持一段时间，待温度均匀，先搅拌2分钟，分批陆续加入100克熔剂（熔渣的1%）边加入边搅拌，熔剂加完后，继续搅拌3分钟，随后再补充加入Na₂SiF₆20克（熔渣的0.2%），搅拌3分钟，扒渣，把金属铝液浇注成锭。得到铝锭重6.1公斤，这样回收率实际为：

6.1/(10×0.665) ×100%＝92%

实施例4、用组成为30%NaNO₃+15%Na₂SiF₆+14%（KCl+NaCl）+20%NaF+15%铝粉+5%CaF₂+1%矽藻土的熔剂，处理普通铸造铝合金熔炼炉渣，熔渣中含铝量为42%，利用熔炉余热回收，其具体过程和结果如下：在容量为270公斤的SR-270型电阻坩埚炉进行铸造熔炼完毕后，坩埚底部留有约100mm深的金属液（约10公斤），此时温度约为660～680℃，将该炉熔炼合金过程中扒出的25公斤熔渣直接放入坩埚中，并压入铝液中，将坩埚加热当温度上升至700℃时，停止加热，搅拌3分钟，分三次撒入375克熔剂（熔渣的1.5%）边撒边搅，熔剂加完后，继续搅拌2分钟，随后再补充加入50克Na₂SiF₆（熔渣的0.2%），搅拌2分钟，扒渣，把金属液浇注成锭，得铝锭重19.5公斤，这样金属的回收率为：

回收率 (铝锭重量-熔炉残留铝液重量)/(原渣中金属铝的含有量) ×100%＝ (19.5-10)/(25×42%) ×100%＝90.5%

所回收的合金铝锭，成份符合合金标准，可直接用于铸造合金熔炼。

另外用符合成份范围的熔剂，

实际回收不同来源和不同含铝量的熔渣，回收结果如下表：

熔渣来源渣中铝含量铝的回收率

1、本厂铸工车间电炉熔渣 80～70% 95～93%

2、本厂铸工车间油炉熔渣 70～50% 93～90%

3、本厂回收站坩埚炉熔渣 50～35% 90～86%

4、渭南某厂坩埚炉熔渣 60～55% 88～90%

5、西安某厂回收经处理后的反射炉熔渣 45% 87～90%

6、徐州铝厂反射炉熔渣 68～52% 91～90%

Claims

1、从废铝熔渣中回收金属铝的熔剂，其中含有Na₂SiF₆(或Na₃AlF₆)、NaCl和KCl的予熔混合物，其特征在于：

(1)主要发热剂是NaNO₃(或KNO₃)

(2)熔剂中各成份的重量百分比为：

NaNO₃(或KNO₃) ″ 30～60%

Na₂SiF₆(或Na₃AlF₆) ″ 15～30%

NaCl，KCl予熔混合物 ″ 10～40%

2、根据权利要求1所述的熔剂，其特征在于：含有增强发热剂NaF（或Fe₂O₃）、铝粉（或镁粉），其含量为：

NaF（或Fe₂O₃） ″ 10～20%

铝粉（或镁粉） ″ 8～15%

3、根据权利要求1、2所述的熔剂，其特征在于：含有助熔剂CaF₂或CaCl₂，其含量为：

CaF₂1～5%

CaCl₂1～10%

4、使用本发明熔剂从废铝熔渣中回收金属铝的方法，使废铝熔渣达到回收温度，其特征在于：

（1）向废铝熔渣中加入熔剂，加入量为废铝熔渣重量的1～2%，充分搅拌5～8分钟，可边加边搅拌，

（2）补充加入废铝熔渣重量0.2～1%的Na₂SiF₆（或Na₃AlF₆）继续搅拌2～4分钟，

（3）扒出表面渣灰，收集金属铝液。