CN101629244B - 一种用废铝-锌-铁-硅合金再生金属铝锌的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用废铝-锌-铁-硅合金再生金属铝锌的方法，一种以废Al-Zn-Fe-Si合金为原料，锌为熔剂，原料经锌熔、真空蒸馏再生金属铝、锌的方法。在温度450～750℃、搅拌速度160～310r/min、熔解时间1～5h条件下进行熔解使合金中的铝进入锌液中形成锌铝合金液，Fe、Si及其它成分不熔或微熔形成浮于液面的熔渣，再将锌铝合金液与熔渣分离。锌铝合金用真空蒸馏法分离铝和锌，得到金属铝和锌，熔渣用真空蒸馏法将渣中的锌进行回收，最终实现将废Al-Zn-Fe-Si合金中的金属铝、锌的再生。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种用废铝-锌-铁-硅合金再生金属铝锌的方法，特别是提供了一种先用锌液熔解废Al-Zn-Fe-Si合金分离渣中的铝得到锌铝合金和熔渣，再用真空蒸馏法分别将锌铝合金中铝、锌和熔渣中的锌及铁、硅分离得到金属铝、锌和铁、硅渣，最终实现金属铝、锌再生的方法。属于再生金属技术领域。
二、技术背景
钢铁是工业上应用最广泛的金属材料，它具有诸多的优良性能，但也有弱点，它在大气、海水、土壤或其他介质中使用时均会发生不同程度的腐蚀，世界上每年因腐蚀而损失的钢铁材料约占其总产量的1/3，仅在中国每年因钢铁腐蚀造成的直接经济损失就达上千亿元。钢铁的腐蚀不仅带来巨大的经济损失，还会造成惨重的人员伤亡。伴随着钢铁工业的发展研究工作者便积极研究钢铁的防腐蚀措施，热浸镀锌是钢铁保护最直接、最有效的方法之一。但是，随着钢铁材料的发展以及人们对镀层耐腐蚀性有更苛刻的要求，利用传统热浸镀锌技术已经不能得到符合要求的镀层。解决此问题较好的方法是向锌浴中添加合金元素形成锌合金镀层。
铝是锌池中最常加入的合金元素，由此形成了热浸镀Al-Zn合金镀层体系。目前，研究比较成熟的Al-Zn合金镀层有两种：一种是上世纪70年代，美国伯利恒公司研制的商品名为“Galvalume”的合金镀层。它的成分为：55％Al-43.4％Zn-1.6％Si；另外一种是由比利时研究中心于1978开发的5％Al-0.1％Re-Zn合金镀层，商品名为“Galfan”。近年来，以Al-Zn合金镀层体系为基础衍生出多种新型合金镀层，如：热浸镀锌铝硅镀层，热浸镀锌铝硅稀土镀层等。也出现了专门生产热浸镀用锌合金的企业。但是，无论是在对钢铁件进行热浸镀锌合金生产，还是生产用于热浸镀用锌合金，它们在生产的过程都会产生大量的以铝、锌、铁、硅为主要成分的渣。该渣与传统热浸镀锌产生的锌含量高的渣不同。一般此渣铝、锌、铁、硅四种成分的总含量＞90％，而且其中铝含量一般比较高，多数渣中铝含量＞50％。当前，处理传统热浸镀锌渣可采用真空蒸馏法将渣中金属锌回收，此法可以实现该渣的高效、综合利用。但是此法并不适用于处理这种主要成分为铝、锌、铁、硅的渣，真空蒸馏法只能将该渣中的锌进行再生，而采用真空蒸馏法来处理这种渣，无论是从经济角度还是资源综合利用方面考虑都是不合理的。在铝、锌一次资源的日以匮乏及国家大力提倡循环经济的今天，综合回收此渣已刻不容缓。
纵观国内外，国外文献报道在1250℃，6.7Pa条件下对Al-Fe-Si渣进行蒸馏，可得到95.50％粗铝。另有报道称Alcan等从1961年开始用在真空中生产铝的低价化合物，再分解提铝的方法来处理Al-Fe-Si渣，产量达7000t/a，因经济上的原因，该厂在1967年停产。国内专利91101840公开了一种以热镀锌渣为原料采用真空蒸馏提锌的方法和设备，该发明在一卧式、圆筒形真空炉内实现、炉内分蒸发区和冷凝区固体进料和出渣，液体出金属。间断操作、发热体为三组板状星形联接的石墨电极在蒸发区的上部加热。控制炉温700～1000℃，真空度133.3×10至133.3×10-1帕。蒸馏产品据原料含杂质而定，可以得1、2号锌。但是，至今为止，没有关于再生废Al-Zn-Fe-Si合金中金属的报道。
本发明应用于再生废Al-Zn-Fe-Si合金中的铝和锌，填补处理该类型渣的工艺空白，原料经锌熔、真空蒸馏得到金属铝和锌及可以另行处理的铁、硅渣，整个工艺过程安全可控，操作方便，所需设备简单，对环境友好，金属的收得率高。该法还可应用于再生高炉炼铝、电炉炼铝等新法炼铝得到Al-Fe-Si型渣中的铝。
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种用废铝-锌-铁-硅合金再生金属铝锌的方法，以废Al-Zn-Fe-Si合金为原料，原料经锌熔、真空蒸馏再生金属铝、锌的方法，锌为熔剂，在温度450～750℃、搅拌速度160～310r/min、熔解时间1～5h条件下进行熔解使合金中的铝进入锌液中形成锌铝合金液，Fe、Si及其它成分不熔或微熔形成浮于液面的熔渣，再将锌铝合金液与熔渣分离。锌铝合金用真空蒸馏法分离铝和锌，得到金属铝和锌，熔渣用真空蒸馏法将渣中的锌进行回收，最终实现将废Al-Zn-Fe-Si合金中的金属铝、锌的再生。其工艺流程见附图1，主要步骤如下：
1、以废Al-Zn-Fe-Si合金(组成见表1)为原料，1#锌为熔剂；
表1 废Al-Zn-Fe-Si合金质量百分表
2、将废Al-Zn-Fe-Si合金在500～700℃进行预热，将锌在熔解温度下进行加热。待锌完全熔化，将预热好的废Al-Zn-Fe-Si合金加入到锌液中开始进行熔解，熔解过程中控制熔剂与熔质的质量比为2～64，熔解温度450～750℃，搅拌速度160～310r/min，熔解时间1～5h；
3、熔解结束进行捞渣操作，将锌铝合金液与熔渣分离，得到中间产物锌铝合金和熔渣；
4、将锌铝合金液直接送入真空蒸馏炉内在压力5～30Pa、温度700～1100℃的条件下进行锌铝分离，从馏出物中得到金属锌，残留物中得到金属铝。熔渣冷却后以块状形态装入真空蒸馏炉内，在压力5～50Pa、温度700～1100℃的条件下，进行真空蒸馏将熔渣中的锌回收，从馏出物中得到金属锌，残留物中得到铁、硅渣；
5、得到的金属锌部分返回到锌液中进行熔解。
本发明的优点是熔解过程设备简单，操作简易，原料价格低廉、易得，无需加入任何其他添加剂以及煤燃料不产生对环境有污染的物质；蒸馏过程在真空中进行，对人员，产品的纯度高且对环境均无影响。
四、附图说明：图1为本发明工艺流程图
五、具体实施方式
实施例1
将含Al为51.68质量％、Zn为20.59质量％、Fe为19.12质量％和Si为3.47质量％的废Al-Zn-Fe-Si合金作为原料，以Zn质量％≥99.9％为熔剂，废Al-Zn-Fe-Si合金先处理成粒度范围为60～3目的颗粒，在700℃下进行预热，待锌熔化将预热好的渣加入到锌液中，熔剂与熔质的质量比为20，在温度650℃、搅拌速度210r/min、保温时间2h条件下进行熔解，熔解后得到含铝为1.43％、锌为98.46％、铁为0.10％、硅为0.07％的锌铝合金和含铝为2.41％、锌为94.80％、铁为2.04％、硅为0.44％的熔渣；锌铝合金直接以液态形式送入真空蒸馏炉内，在压力5～20Pa、温度800℃，保温60min的条件下进行锌铝分离，从馏出物中得到金属锌，残留物中得到金属铝，锌的纯度99.28％，铝的纯度98.38％。熔渣冷却后以块状形态装入真空蒸馏炉中，在压力15～30Pa、温度900℃，保温40min的条件下，进行真空蒸馏将熔渣中的锌回收，从馏出物中得到金属锌，锌的纯度＞99.00％，残留物为以铁、硅为主要成分的渣。整个工艺铝的收得率78.23％，锌的收得率95.63％。
实施例2
将废Al-Zn-Fe-Si合金含Al为55.55质量％、Zn为23.43质量％、Fe为16.53质量％、Si为2.76质量％作为原料，以锌为熔剂，废Al-Zn-Fe-Si合金先处理成粒度范围为60～3目的颗粒，在700℃下进行预热，待锌熔化将预热好的渣加入到锌液中，熔剂与熔质的质量比为10，在温度600℃、搅拌转速210n/min、保温时间1h条件下进行熔解，熔解后得到含铝为8.12％、锌为91.77％、铁为0.0072％、硅为0.10％的锌铝合金和含铝为15.23％、锌为78.91％、铁为4.96％、硅为0.87％的熔渣；锌铝合金直接以液态形式送入真空蒸馏炉内，在压力5～15Pa、温度850℃，保温60min的条件下温度为进行锌铝分离，从馏出物中得到金属锌，残留物中得到金属铝，锌的纯度99.15％，铝的纯度97.91％。熔渣冷却后以块状形态装入真空蒸馏炉中，在压力15～30Pa、温度900℃，保温40min的条件下，进行真空蒸馏将熔渣中的锌回收，锌的纯度＞99.9％，残余物为以铁、硅为主要成分的渣。整个工艺铝的收得率72.69％，锌的收得率97.52％。
实施例3
将废Al-Zn-Fe-Si合金含Al为52.64质量％、Zn为15.32质量％、Fe为22.56质量％、Si为4.32质量％作为原料，以锌为熔剂，废Al-Zn-Fe-Si合金先处理成粒度范围为60～3目的颗粒，在700℃下进行预热，待锌熔化将预热好的渣加入到锌液中，熔剂与熔质的质量比为60，在温度600℃、搅拌转速210n/min、保温时间2h条件下进行熔解，熔解后得到含铝为4.68％、锌为94.60％、铁为0.0044％、硅为0.05％的锌铝合金和含铝为13.08％、锌为87.07％、铁为7.92％、硅为0.10％的熔渣；锌铝合金直接以液态形式送入真空蒸馏炉内，在压力5～15Pa、温度900℃，保温60min的条件下温度为进行锌铝分离，从馏出物中得到金属锌，残留物中得到金属铝，锌的纯度99.43％，铝的纯度98.65％。熔渣冷却后以块状形态装入真空蒸馏炉中，在压力15～30Pa、温度950℃，保温40min的条件下，进行真空蒸馏将熔渣中的锌回收，从馏出物中得到金属锌，锌的纯度＞99.9％，残余物为以铁、硅为主要成分的渣。整个工艺铝的收得率74.23％，锌的收得率98.22％。
Claims (2)
1.一种用废铝-锌-铁-硅合金再生金属铝锌的方法，其特征在于：其按以下步骤完成，
1)、以废Al-Zn-Fe-Si合金为原料，1#锌为熔剂；
2)、将废Al-Zn-Fe-Si合金在500～700℃进行预热，将1#锌在熔解温度下进行加热，待其完全熔化，将预热好的废Al-Zn-Fe-Si合金加入到1#锌液中开始进行熔解，熔解过程中控制1#锌液与预热好的废Al-Zn-Fe-Si合金的质量比为2～64，熔解温度450～750℃，搅拌速度160～310r/min，熔解时间1～5h；
3)、熔解结束进行捞渣操作，将锌铝合金液与熔渣分离，得到中间产物锌铝合金和熔渣；
4)、将锌铝合金液直接送入真空蒸馏炉内在压力5～30Pa、温度700～1100℃的条件下进行锌铝分离，从馏出物中得到金属锌，残留物中得到金属铝，熔渣冷却后以块状形态装入真空蒸馏炉内，在压力5～50Pa、温度700～1100℃的条件下，进行真空蒸馏将熔渣中的锌回收，从馏出物中得到金属锌，残留物中得到铁硅渣。
2.根据权利要求1所述的用废铝-锌-铁-硅合金再生金属铝锌的方法，其特征在于：所述的原料合金质量百分含量为Al 40～60％，Zn 10～30％，Fe 10～30％，Si＜10％。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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