CN103740948A - 去除废铝再生中镁杂质元素的方法 - Google Patents
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Abstract
一种去除废铝再生中镁杂质元素的方法,属于有色金属再生利用技术领域。步骤:将氯化锰10-30%、氯化钙10-30%、氟化铝10-30%、活性炭5-20%、氧化钙≤20%和碳酸镁5-20%投入搅拌容器中混合,得到除镁熔剂；将废铝投入熔炼炉中熔化为废铝熔体,再加入除镁熔剂，待除镁熔剂加入完毕后静置，得到加有除镁熔剂的废铝熔体；待废铝熔体中的镁氧化物和/或镁化合物浮至废铝熔体表面时以扒渣方式将镁氧化物和/或镁化合物扒除，而后再次静置，静置后出炉浇注，得到去除废铝中镁杂质元素的再生铝合金。不会影响铝的得率，铝熔体的杂质元素镁得以显著降低；无损环境；工艺步骤短、可满足工业化大生产要求。
Description
技术领域
本发明属于有色金属再生利用技术领域，具体涉及一种去除废铝再生中镁杂质元素的方法。
背景技术
废铝也称废杂铝，是废旧铝合金的简称，废铝再生利用可以极大地节约宝贵的有色金属资源并且能够极致地体现循环经济精神，全世界每年约有1200万吨的各种废铝经再生而成为可用铝合金材料。
由于废铝中混杂有其它金属元素（如Mg、Si、Fe、Cu等）乃至非金属类杂物，因而对获得高性能的再生铝合金材料构成一定的制约因素。就镁而言，其在铝合金中的最大作用在于提高铝合金的耐腐蚀性能，并且镁和硅可以形成Mg2Si强化相，对于提高铝合金的强度有益，但是镁含量过大对延伸性不利，使铝合金材料的可加工成形性受到影响，并且腐蚀和焊接裂纹的倾向性增大。尤其，析出的Mg2Si强化相易在晶界处粗化，导致铝制品在阳极氧化过程中出现黑色斑点，而黑色斑点对于铝合金的耐蚀性能是极其忌讳的。因此，在废铝再生过程中，需对镁的含量进行控制，即镁在铝合金中不宜过量（或称过剩）。因为当镁元素的质量%含量达到一定数值时，合金中的粗大Mg2Si便不能溶解到基体中，虽然铝合金材料的抗拉强度变高，但变形抗力也随之增大，合金的塑性下降，加工性能变劣。研究表明：当镁的质量%含量低于0.17%时，强度趋低，延伸率趋高；而当镁的质量%含量在0.17-0.3%时，强度和延伸都较为理想；然而当镁的质量%含量超过3%乃至更高时，虽然强度仍有所提高，但延伸率显著下降，对前述的可加工性产生严重影响并且产生前述的腐蚀和焊接裂纹的倾向性显著增大的不利影响。
另外，由于镁元素对氧的亲和力大于铝，氧化后生成MgO，本身不致密却又能破坏致密的氧化铝薄膜；同时镁含量的增加使铝液的吸氢倾向增加，主要是由于镁是表面活性元素，镁的存在改变了氧化膜的性质，导致晶格发生转变，由致密的、不易吸氢的γ-Al2O3膜转变为疏松的、容易吸氢的α-Al2O3膜。 据相关研究表明，在废铝再生的熔炼过程中，如果铝液中镁含量超过1%，那么表面氧化膜将全部由MgO（氧化镁）组成，MgO的蒸气压较高，且组织疏松对铝液没有保护作用。因此，在熔炼过程中控制镁的含量也是保证熔体质量的重要因素。
目前，去除废铝再生中的镁杂质元素的方法大致有以下几种：一是自然氧化法，即利用高温下镁比铝有更高亲氧性的特征，形成氧化镁，以熔渣的形式去除。在熔炼时，搅拌熔体，使镁充分与氧发生反应，可以提高除镁的效率。这种方法比较简单，容易操作，但铝合金烧损量比较大；二是通入氯气或类似的气体法，氯气和镁在高温下发生反应生成MgCl2，其密度较小，能上浮到铝液表面，以熔渣的形式去除。但是，氯气有毒，污染环境，腐蚀设备，并且烟尘的收集和处理设备较为复杂，成本较高；三是除镁剂除镁法，即采用以AlF3为主要成分的熔剂，经少量、多次、以氮气为载体充入铝液，可将含镁量得到较大程度的下降；四是利用冰晶石与镁反应去除镁；五是吸附法，美国科学家研制与开发一种特制的钛化锂化合物捕集剂装置，能捕集铝合金熔体中的镁离子，可以有效地清除铝废料中的镁；六是添加SiO2除镁法，该法是在高温下由SiO2将镁氧化得到氧化镁，从而以熔渣的形式除去镁。不论采用何种方式去除废铝中的镁杂质元素均存在一个共同的工艺环节，那就是在熔炼过程中将镁杂质元素分离，使熔体的主要合金元素及不可避免的杂质的含量合乎要求，确保再生铝合金材料的品质。此外，随着人们对环境保护意识的不断提高，已有技术中的废铝再生并去除镁杂质元素的方法由于存在对环境污染的影响，因而在渐遭冷遇的同时期望以更为合理的方法取代，所谓的更为合理的方法主要包括以下几个要素：其一，提高铝的回收率以及品质；其二，尽可能减轻乃至避免对环境产生影响；其三，在技术上可行并且废铝再生回收成本低而满足工业化放大生产要求。
关于去除铝合金中杂质元素的技术信息可在公开的中国专利文献中见诸，典型的如公开号CN101086042A推荐的“铝合金中杂质元素硅的去除方法”、公告号CN101603129B提供的“去除铝合金中杂质铁的方法”和公告号CN101619403B介绍的“去除铝合金中硅元素的方法”，等等，但是未见诸关于去除镁杂质元素的技术信息，并且并非限于例举的这些专利文献对于去除废铝熔体中的镁杂质元素不具有可借鉴的意义。
针对上述已有技术，本申请人进行了长期的关注和有益的探索并且还作了反复的实验，终于找到了得以解决上述技术问题的办法，形成了下面将要介绍的技术方案。
发明内容
本发明的任务在于提供一种有助于提高铝的得率并且保障品质而藉以降低回收成本、有利于显著降低污染而藉以保护环境和有益于简化工艺步骤而藉以满足工业化生产要求的去除废铝再生中镁杂质元素的方法。
本发明的任务是这样来完成的，一种去除废铝再生中镁杂质元素的方法，包括以下步骤：
A）制备除镁熔剂，将按质量%数称取的氯化锰10-30%、氯化钙10-30%、氟化铝10-30%、活性炭5-20%、氧化钙≤20%和碳酸镁5-20%投入带有搅拌器的容器中搅拌混合，并且控制搅拌器的搅拌速度和控制搅拌混合的时间，得到除镁熔剂，待用；
B）废铝熔炼，先将废铝投入熔炼炉中熔化为废铝熔体，再在对废铝熔体搅拌状态下加入由步骤A）得到的除镁熔剂，控制加入除镁熔剂时的所述废铝熔体的温度、选择除镁熔剂的加入方式和控制除镁熔剂的加入量以及控制除镁熔剂的加入时间，待除镁熔剂加入完毕后静置，并且控制静置时间，得到加入有除镁熔剂的废铝熔体；
C）吹气精炼，待废铝熔体中的镁氧化物和/或镁化合物浮至废铝熔体表面时以扒渣方式将镁氧化物和/或镁化合物扒除，而后再次静置，再次静置后出炉浇注，得到去除废铝中镁杂质元素的再生铝合金。
在本发明的一个具体的实施例中，步骤A）中所述的控制搅拌器的搅拌速度是将搅拌器的搅拌速度控制为60-240rpm，所述的控制搅拌混合的时间是将搅拌混合的时间控制为2-15min。
在本发明的另一个具体的实施例中，步骤B）中所述的选择加入除镁熔剂时的废铝熔体的温度是将废铝熔体的温度控制为720-780℃。
在本发明的又一个具体的实施例中，步骤B）中所述的选择除镁熔剂的加入方式包括以下两种方式中的任意一种方式：a）先将由所述步骤A）得到的除镁熔剂压制成块，再以块状体的方式加入到废铝熔体中；b）将由步骤A）得到的除镁熔剂借助于喷粉装置并且以气体为载体以粉末方式喷射到废铝熔体中。
在本发明的再一个具体的实施例中，所述的将除镁熔剂压制成块的工艺过程是：将粘结剂和水投入除镁熔剂中混合，再进行烘干，得到多孔状的除镁熔剂块状体；所述喷射的压力为0.5-2MPa；所述的气体为CO2。
在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的除镁熔剂、粘结剂和水三者之间的重量比为1∶0.05-0.2∶0.01-0.2。
在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的粘结剂为硫酸钙。
在本发明的进而一个具体的实施例中，步骤B）中所述的控制除镁熔剂的加入量是将除镁熔剂的加入量控制为所述废铝熔体重量的0.5-2%；所述的控制除镁熔剂的加入时间是将除镁熔剂在5-10min内加入完毕；所述的控制静置时间是将静置时间控制为15-60min。
在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的烘干的温度为100-200℃，烘干时间为15-60min。
在本发明的又进而一个具体的实施例中，步骤C）中所述的再次静置的时间为30-45min。
本发明提供的技术方案由于针对物质主要为氯化镁和氧化镁，因而不会影响铝的得率，而铝熔体的杂质元素镁得以显著降低；由于不会产生有害气体以及有毒颗粒物，因而无损环境；由于工艺步骤简短、不需要特殊设备与工具并且工艺要求不苛刻等，因而可满足工业化大生产要求。
具体实施方式
实施例1：
A）制备除镁熔剂，将按质量%数称取的氯化锰30%、氯化钙10%、氟化铝30%、活性炭5%、氧化钙5%和碳酸镁20%投入带有搅拌器如搅拌釜中在搅拌器以60rpm的速度下搅拌15min，得到除镁熔剂，待用；
B）废铝熔炼，先将废铝投入熔炼炉中熔化为废铝熔体，再在对废铝熔体搅拌状态下将由步骤A）得到的除镁熔剂加入到废铝熔体中，在加入除镁熔剂时将废铝熔体的温度控制为780℃，除镁熔剂的加入方式是先将除镁熔剂预先压制成块，再以块状体的方式加入到废铝熔体中，压制成块的工艺过程是：将除镁熔剂、粘结剂即硫酸镁和水三者按重量比1∶0.05∶0.2混合，再烘干，得到多孔状的除镁熔剂块状体，除镁熔剂的加入量为废铝熔体重量的2%，加入除镁熔剂的时间控制为10min，即在10min内将除镁熔剂加入完毕，待除镁熔剂加入完毕后静置45min，得到加入有除镁熔剂的废铝熔体；
C）吹气精炼，对加入有除镁熔剂的废铝熔体吹气精炼，待废铝熔体中的镁氧化物和/或镁化合物浮至废铝熔体表面时以扒渣方式将镁氧化物和/或镁化合物扒除，而后再次静置45min，再次静置后出炉浇注，得到去除废铝中镁杂质元素的再生铝合金。
实施例2：
A）制备除镁熔剂，将按质量%数称取的氯化锰10%、氯化钙30%、氟化铝10%、活性炭20%、氧化钙20%和碳酸镁10%投入带有搅拌器如搅拌釜中在搅拌器以240rpm的速度下搅拌2min，得到除镁熔剂，待用；
B）废铝熔炼，先将废铝投入熔炼炉中熔化为废铝熔体，再在对废铝熔体搅拌状态下将由步骤A）得到的除镁熔剂加入到废铝熔体中，在加入除镁熔剂时将废铝熔体的温度控制为720℃，除镁熔剂的加入方式是先将除镁熔剂预先压制成块，再以块状体的方式加入到废铝熔体中，压制成块的工艺过程是：将除镁熔剂、粘结剂即硫酸镁和水三者按重量比1∶0.2∶0.01混合，再烘干，得到多孔状的除镁熔剂块状体，除镁熔剂的加入量为废铝熔体重量的1%，加入除镁熔剂的时间控制为5min，即在5min内将除镁熔剂加入完毕，待除镁熔剂加入完毕后静置60min，得到加入有除镁熔剂的废铝熔体；
C）吹气精炼，对加入有除镁熔剂的废铝熔体吹气精炼，待废铝熔体中的镁氧化物和/或镁化合物浮至废铝熔体表面时以扒渣方式将镁氧化物和/或镁化合物扒除，而后再次静置30min，再次静置后出炉浇注，得到去除废铝中镁杂质元素的再生铝合金。
实施例3：
A）制备除镁熔剂，将按质量%数称取的氯化锰15%、氯化钙25%、氟化铝25%、活性炭10%、氧化钙10%和碳酸镁15%投入带有搅拌器如搅拌釜中在搅拌器以120rpm的速度下搅拌10min，得到除镁熔剂，待用；
B）废铝熔炼，先将废铝投入熔炼炉中熔化为废铝熔体，再在对废铝熔体搅拌状态下将由步骤A）得到的除镁熔剂加入到废铝熔体中，在加入除镁熔剂时将废铝熔体的温度控制为750℃，除镁熔剂的加入方式是先将除镁熔剂预先压制成块，再以块状体的方式加入到废铝熔体中，压制成块的工艺过程是：将除镁熔剂、粘结剂即硫酸镁和水三者按重量比1∶0.1∶0.1混合，再烘干，得到多孔状的除镁熔剂块状体，除镁熔剂的加入量为废铝熔体重量的0.5%，加入除镁熔剂的时间控制为7min，即在7min内将除镁熔剂加入完毕，待除镁熔剂加入完毕后静置30min，得到加入有除镁熔剂的废铝熔体；
C）吹气精炼，对加入有除镁熔剂的废铝熔体吹气精炼，待废铝熔体中的镁氧化物和/或镁化合物浮至废铝熔体表面时以扒渣方式将镁氧化物和/或镁化合物扒除，而后再次静置35min，再次静置后出炉浇注，得到去除废铝中镁杂质元素的再生铝合金。
实施例4：
A）制备除镁熔剂，将按质量%数称取的氯化锰25%、氯化钙15%、氟化铝20%、活性炭20%、氧化钙15%和碳酸镁5%投入带有搅拌器如搅拌釜中在搅拌器以150rpm的速度下搅拌8min，得到除镁熔剂，待用；
B）废铝熔炼，先将废铝投入熔炼炉中熔化为废铝熔体，再在对废铝熔体搅拌状态下将由步骤A）得到的除镁熔剂加入到废铝熔体中，在加入除镁熔剂时将废铝熔体的温度控制为740℃，除镁熔剂的加入方式是将由步骤A）得到的并且经100-200℃烘干15-60min的除镁熔剂借助于喷粉装置并且以CO2气体为载体以粉末状态喷射到废铝熔体中，喷射时的气体的压力为2MPa，除镁熔剂的加入量为废铝熔体重量的1.5%，加入即喷射除镁熔剂的时间控制为8min，即在8min内将除镁熔剂全部喷射完毕，待除镁熔剂加入完毕后静置50min，得到加入有除镁熔剂的废铝熔体；
C）吹气精炼，对加入有除镁熔剂的废铝熔体吹气精炼，待废铝熔体中的镁氧化物和/或镁化合物浮至废铝熔体表面时以扒渣方式将镁氧化物和/或镁化合物扒除，而后再次静置40min，再次静置后出炉浇注，得到去除废铝中镁杂质元素的再生铝合金。
实施例5：
仅将步骤B）中的气体的压力改为0.5MPa，其余均同对实施例4的描述。
上述实施例1至4经对废铝熔体取样分析，硅杂质元素的质量百分含量的降低率均达到了30%以上。
Claims (10)
1.一种去除废铝再生中镁杂质元素的方法，其特征在于包括以下步骤：
A）制备除镁熔剂，将按质量%数称取的氯化锰10-30%、氯化钙10-30%、氟化铝10-30%、活性炭5-20%、氧化钙≤20%和碳酸镁5-20%投入带有搅拌器的容器中搅拌混合，并且控制搅拌器的搅拌速度和控制搅拌混合的时间，得到除镁熔剂，待用；
B）废铝熔炼，先将废铝投入熔炼炉中熔化为废铝熔体，再在对废铝熔体搅拌状态下加入由步骤A）得到的除镁熔剂，控制加入除镁熔剂时的所述废铝熔体的温度、选择除镁熔剂的加入方式和控制除镁熔剂的加入量以及控制除镁熔剂的加入时间，待除镁熔剂加入完毕后静置，并且控制静置时间，得到加入有除镁熔剂的废铝熔体；
C）吹气精炼，待废铝熔体中的镁氧化物和/或镁化合物浮至废铝熔体表面时以扒渣方式将镁氧化物和/或镁化合物扒除，而后再次静置，再次静置后出炉浇注，得到去除废铝中镁杂质元素的再生铝合金。
2.根据权利要求1所述的去除废铝再生中镁杂质元素的方法，其特征在于步骤A）中所述的控制搅拌器的搅拌速度是将搅拌器的搅拌速度控制为60-240rpm，所述的控制搅拌混合的时间是将搅拌混合的时间控制为2-15min。
3.根据权利要求1所述的去除废铝再生中镁杂质元素的方法，其特征在于步骤B）中所述的选择加入除镁熔剂时的废铝熔体的温度是将废铝熔体的温度控制为720-780℃。
4.根据权利要求1所述的去除废铝再生中镁杂质元素的方法，其特征在于步骤B）中所述的选择除镁熔剂的加入方式包括以下两种方式中的任意一种方式：a）先将由所述步骤A）得到的除镁熔剂压制成块，再以块状体的方式加入到废铝熔体中；b）将由步骤A）得到的除镁熔剂借助于喷粉装置并且以气体为载体以粉末方式喷射到废铝熔体中。
5.根据权利要求4所述的去除废铝再生中镁杂质元素的方法，其特征在于所述的将除镁熔剂压制成块的工艺过程是：将粘结剂和水投入除镁熔剂中混合，再进行烘干，得到多孔状的除镁熔剂块状体；所述喷射的压力为0.5-2MPa；所述的气体为CO2。
6.根据权利要求5所述的去除废铝再生中镁杂质元素的方法，其特征在于所述的除镁熔剂、粘结剂和水三者之间的重量比为1∶0.05-0.2∶0.01-0.2。
7.根据权利要求1或6所述的去除废铝再生中镁杂质元素的方法，其特征在于所述的粘结剂为硫酸钙。
8.根据权利要求1所述的去除废铝再生中镁杂质元素的方法，其特征在于步骤B）中所述的控制除镁熔剂的加入量是将除镁熔剂的加入量控制为所述废铝熔体重量的0.5-2%；所述的控制除镁熔剂的加入时间是将除镁熔剂在5-10min内加入完毕；所述的控制静置时间是将静置时间控制为15-60min。
9.根据权利要求8所述的去除废铝再生中镁杂质元素的方法，其特征在于所述的烘干的温度为100-200℃，烘干时间为15-60min。
10.根据权利要求1所述的去除废铝再生中镁杂质元素的方法，其特征在于步骤C）中所述的再次静置的时间为30-45min。
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