CN110465654B - 一种高性能锰添加剂及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高性能锰添加剂及其生产方法，该方法直接将电解金属锰片熔融成液态，经过二氧化碳气雾化，继而冷凝成高温粉体后同铝粉粘连，再经压制成型得到产品。与现有技术相比，生产流程短而集中，锰元素实收率高，过细金属锰粉在制锰粉中回用生产，不存在过细粉体多而不能利用的情况，环境污染大幅减小，综合生产成本低。

Description

一种高性能锰添加剂及其生产方法

技术领域

本发明涉及铝合金生产用添加剂领域，具体涉及到锰添加剂（或锰铝合金添加剂或锰剂）的生产技术。

背景技术

锰是一种主要的铝合金添加元素，现常用的锰添加剂制做及使用过程是：首先把电解金属锰片制成粉（占质量分数60~85%），然后加上助熔剂（占质量分数15~25%）、粘结剂（占质量分数1~2%）搅拌混匀后压制成型，最后定量向熔炉内760℃铝液中投加即可，由于添加剂的密度大于铝液的密度，在沉降过程中吸热解体、扩散开的金属锰粉熔化在铝液中，完成合金化。

衡量锰添加剂性能的主要指标有：熔化温度、熔化速度、锰元素收率，而金属锰粉的质量是决定锰添加剂性能的关键因素，随着环保型的无助熔剂的锰添加剂大力推广应用，金属锰粉的质量就显得更加重要，要求金属锰粉的粒度分布更窄，锰氧化物等杂质含量更低。

所以制锰粉就是制锰添加剂的关键点，现有的制金属锰粉的方法主要有：高压辊磨或球磨，存在以下缺点：

（1）粒度分布广，过细颗粒多，金属锰粉粒度范围一般在-300um~+30um之间，当锰添加剂用的金属锰粉粒度过大，投加入铝液时，来不及熔化就沉降在熔炼炉底；过细时，投加时的沸腾效应由气体夹带细粉上浮到浮渣上或随收尘引风机抽出，不能熔于铝液被损耗掉，都会降低锰元素的收率。实践证明粒度在-250um~+150um之间最佳，熔化即均匀又快，熔化温度低，但不管是高压辊磨还是球磨，由于电解金属锰片纯度高，物理性质又硬又脆，会大量生成小于粒径45um超细粉体（占总粉体质量的20%以上），没办法利用，使得生产成本高。

（2）金属锰粉中的氧化锰产物多，造成锰添加剂的收率降低。主要是因为锰化学性质活泼，电解锰片虽然经过钝化处理，但存放一段时间后都会氧化变黑灰色，经破碎成锰粉过程后，氧含量可达0.5%。若加上后期的工序：加助熔剂、粘结剂，搅拌混合，再经锻压，包装，贮存各环节后，又新生成氧化锰，相应的氧含量可增加至1.0—1.5%，锰的氧化物在铝合金熔炼时变成浮渣，降低锰元素的收率，市场上的锰添加剂的锰元素收率有的号称99%以上，实际锰元素收率大多只有97%。又如申请专利2016102640425还用到加水混合工序，这无疑加快了金属锰的氧化。

（3）不能进一步净化除杂。铝合金用于食品、药品包装等方面，对铝合金里的有害元素控制严格，要求锰添加剂为低硒（锰粉含硒0.02%）甚至是无硒产品，普通电解金属锰片含硒高达0.06%，不能使用，而低硒电解锰片是普通电解锰片价格的1.5倍，用于生产锰添加剂成本高，产品缺乏竞争力。

（4）环境污染大。高压辊磨或球磨噪声大，加上筛分设备，扬起的粉尘也大，虽有收尘装置，但系统不易密闭，泄漏的粉尘量仍很多，对现场所的操作人员危害较大，对周边环境污染也大。

现有的无助熔剂的锰添加剂虽然使用时环保，但存在金属铝粉用量大（金属铝占锰添加剂质量分数的15~20%），生产成本高，产品在市场上缺乏竞争力，而金属铝粉用量少，不易锻压成型。

发明内容

本发明的目的针对上述技术存在的不足，提供了一种高性能锰添加剂及其生产方法，具有生产成本低，生产流程短而集中，产品性能好的特点，该方法直接将电解金属锰片熔融成液态，经过二氧化碳气雾化，继而冷凝成高温粉体后同铝粉粘连，再经压制成型得到产品。

本发明的具体技术方案如下：一种高性能锰添加剂，其特征是产品中各组分的质量比例为：金属锰90%~95%，金属铝4%~10%，粘结剂0.8%，脱模剂0.2%；所述金属锰由电解金属锰片熔融后用气体雾化制成粉体，金属锰粉含锰≥99.7%，含氧≤0.1%，含硒≤0.01%，含铁+硅≤0.1%；所述金属铝含铝≥99.8%；所述金属铝粘结于或包裹于金属锰粉粒外。

粒度分布为：－250um～+150um占总质量的80%以上，+250um占总质量的5%以下，+300um无，－150um占总质量的15%以下，－75um占总质量的3%以下，，－45um无；所述金属铝粒度的中位径d₅₀=140um。

进一步，所述粘结剂是乙二醇二乙酸酯或丙二醇硬脂酸酯或两者的混合物；所述脱模剂是硬脂酸锌。

进一步，所述高性能锰添加剂的成品单重200g～800g之间，成品密度3.8g～4.5g/cm³,成品形状为饼状或球状或枕状。

一种高性能锰添加剂的生产方法，其特征包括如下步骤：

一、电解金属锰片熔化：将电解金属锰片放在感应熔炼炉内，控制熔炼温度1350℃～1500℃，精炼熔融锰液除去上层浮渣。

二、雾化制粉：将纯二氧化碳气通入雾化器，把熔融锰液吸入雾化器，在雾化室内把锰液雾化成小液滴；把二氧化碳气通入文氏喷粉器，将过细金属锰粉吸入文氏喷粉器，而后喷入雾化室，同雾化锰液滴碰撞吸附，凝结成粉，回收利用过细金属锰粉，加快锰液凝结，同时用冷却盘管和水冷却夹套进一步调节雾化室温度，控制雾化室内温度600℃～750℃；控制雾化器二氧化碳气压力0.8MPa～4MPa。

三、包覆冷却：炽热的金属锰粉沉降到雾化室底部，把二氧化碳气通入文氏吸粉器吸入铝粉，然后通入金属锰粉内，一同吹扫出雾化室，进入冷却器，分散开的铝粉在炽热的锰粉粒中熔化后粘结、包裹于锰粉颗粒表面，经冷却器冷却到常温，从冷却器下部排出到混合搅拌器，冷却器上部出口的含粉气体进入一级分离器再进入二级分离器最后进入除尘器，从一级分离器排料口出来的粉体也进入混合搅拌器，从二级分离器排料口和除尘器排料口出的过细粉体通过文氏喷粉器进入雾化室，除尘器出口尾气经冷却增压后回用二氧化碳气到雾化室，进入雾化室的金属锰和二氧化碳气的质量比8～20：1；进入雾化室的金属锰和铝粉的质量比10～12：1。

四、混合搅拌：测定铝、锰混合粉的锰含量，未达到所需含锰量用纯铝粉或锰粉调配到定值，再加入粘结剂，脱模剂混合均匀。

五、成型包装：将粉料在锻压机或辊压机上压制成型，压制后密度达到4g～4.5g/cm³，每个成品单重200g～800g，用牛皮纸袋或纸箱包装，并精确计量单件包装重量。

进一步，所述包覆是相互粘结或半包裹。

进一步，所述二氧化碳气是指二氧化碳含量99.9%以上，氧气含量0.01%以下的混合气体。

进一步，所述雾化制粉和包覆冷却工序在密封环境中进行，气氛中的氧含量0.05%以下。

进一步，所述粘结剂是乙二醇二乙酸酯或丙二醇硬脂酸酯或两者的混合物；所述脱模剂是硬脂酸锌；

本发明的有益效果是：

1、产品大幅降低了有害杂质元素含量。使用普通电解金属片锰作为原料，在原料熔融和雾化时，温度都在1000℃以上，而原料中的单质硒沸点只有685℃，大部分的硒都被蒸发掉，可以把硒含量从0.06%降到0.01%以下，达到低硒产品0.02%以下的要求，而现有生产方法是不具备去除功能。

2、降低了产品中氧化锰含量，提高了金属锰的含量，从而提高锰元素收率。电解金属锰片熔融时，金属锰片上的氧化锰会以浮渣形式去除掉，而且后序生产过程不易生成新的氧化锰，因锰熔融液雾化成颗粒，在气氛保护下形成类似玻璃小晶体，不易被氧化，做成产品后氧含量低于0.4%，而现有产品氧含量1%以上。

3、产品技术性能整体提高，主要表现在产品中锰的粒度分布均匀，杂质含量低，金属铝粘结或包裹金属锰粉增强锻压时的产品成型，使得铝在锰剂中用量少。使用时投加到铝液中，分散快，熔化速度快，可在720℃情况下，15分钟就能熔解完全，锰元素实收率99.5%以上。

4、过细金属锰粉在制锰粉中回用生产，不存在过细粉体多而不能利用的情况。

5、生产效率高，环境污染大幅减小，综合生产成本低。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合图1，利用氮气雾化法制取超细活性铝粉装置作为金属锰粉碎装置，对本发明进行实例说明。先在原有氮气雾化法制取超细活性铝粉装置基础上，将燃气熔化炉改为中频感应熔炼炉，对雾化室上部连接的雾化器采用耐高温材料；另在雾化室上部增设文氏喷粉器，在雾化室下部增设文氏喷粉器，并增加雾化室内水冷换热器的换热面积，另外分级只用二级旋风分级器，再增加：混料机、锻压机，计量包装设备。对装置进行改造完成后，具体操作如下。

一、金属锰片熔化：将电解金属锰片放在中频感应熔炼炉内，控制熔炼温度1400℃，精炼熔融锰液除去上层氧化锰渣。

二、雾化制粉：将纯二氧化碳气通入雾化器，把熔融锰液引入雾化器，在雾化室内雾化成小液滴， 把二氧化碳气通入文氏喷粉器，将过细金属锰粉吸入文氏喷粉器，而后喷入雾化室，同雾化锰液滴碰撞吸附，凝结成粉，回收利用过细金属锰粉，加快锰液凝结，同时用冷却盘管和水冷却夹套调节雾化室温度，控制雾化室温度700℃, 控制雾化器二氧化碳气压力1MPa～2MPa。

三、包覆冷却：炽热的金属锰粉沉降到雾化室底部，二氧化碳气通入文氏喷粉器吸入铝粉，然后通入金属锰粉内，一同吹扫出雾化室，进入冷却器，分散开的铝粉在炽热的锰粉粒中熔化后粘结、包裹于锰粉颗粒表面，经冷却器后冷却到常温，从冷却器下部排出料到混合搅拌器，冷却器上部出口的含粉气体进入一级分离器再进入二级分离器最后进入除尘器，从二级分离器排料口和除尘器排料口出的过细粉体通过文氏喷粉器进入雾化室，除尘器出口尾气经冷却增压后回用二氧化碳气到雾化室，一级分离器排料出来的粉体也进入混合搅拌器，进入雾化室的金属锰和二氧化碳气的质量比14：1，进入雾化室的金属锰和铝粉的质量比10：1。

四、混合搅拌：测定铝、锰混合粉的锰含量，未达到所需含锰量用纯铝粉或锰粉调配到定值，再加入粘结剂丙二醇硬脂酸酯，脱模剂硬脂酸锌混合均匀。

五、成型包装：将粉料在锻压机或辊压机上压制成型，压制后密度达到4.4g/cm³，每个成品单重200g～300g，用牛皮纸袋或纸箱包装，并精确计量单件包装重量。

控制雾化制粉和包覆冷却工序在密封环境中进行，气氛中的氧含量0.05%以下。

由此方法生产出的高性能锰添加剂产品质量数据与现有产品对照表

	Mn	AL	O	余量
					现有产品含量（%）	85.1	13.2	1.1	0.6
本发明产品含量（%）	90.5	8.7	0.2	0.6

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种高性能锰添加剂的生产方法，其特征包括如下步骤：

一、电解金属锰片熔化：将电解金属锰片放在感应熔炼炉内，控制熔炼温度1350℃～1500℃，精炼熔融锰液除去上层浮渣；

二、雾化制粉：将纯二氧化碳气通入雾化器，把熔融锰液吸入雾化器，在雾化室内把锰液雾化成小液滴；把二氧化碳气通入文氏喷粉器，将过细金属锰粉吸入文氏喷粉器，而后喷入雾化室，同雾化锰液滴碰撞吸附，凝结成粉，回收利用过细金属锰粉，加快锰液凝结，同时用冷却盘管和水冷却夹套进一步调节雾化室温度，控制雾化室内温度600℃～750℃；控制雾化器二氧化碳气压力0.8MPa～4MPa；

三、包覆冷却：炽热的金属锰粉沉降到雾化室底部，把二氧化碳气通入文氏喷粉器吸入铝粉，然后通入金属锰粉内，一同吹扫出雾化室，进入冷却器，分散开的铝粉在炽热的锰粉粒中熔化后粘结、包覆于锰粉颗粒表面，经冷却器冷却到常温，从冷却器下部排出到混合搅拌器，冷却器上部出口的含粉气体进入一级分离器再进入二级分离器最后进入除尘器，从一级分离器排料口出来的粉体进入混合搅拌器，从二级分离器排料口和除尘器排料口出的过细粉体通过文氏喷粉器进入雾化室，除尘器出口尾气经冷却增压后回用二氧化碳气到雾化室，进入雾化室的金属锰和二氧化碳气的质量比8～20: 1，进入雾化室的金属锰和铝粉的质量比10～12: 1；

四、混合搅拌：测定铝、锰混合粉的锰含量，未达到所需含锰量用纯铝粉或锰粉调配到定值，再加入粘结剂，脱模剂混合均匀；

五、成型包装：将粉料在锻压机或辊压机上压制成型，压制后密度达到3.8g～4.5g/cm³，每个成品单重200g～800g，用牛皮纸袋或纸箱包装，并精确计量单件包装重量。

2.根据权利要求1所述的一种高性能锰添加剂的生产方法，其特征在于，所述二氧化碳气是指二氧化碳含量99.9%以上，氧气含量0.01%以下的混合气体。

3.根据权利要求1所述的一种高性能锰添加剂的生产方法，其特征在于，所述雾化制粉和包覆冷却工序在密封环境中进行，气氛中的氧含量0.05%以下。

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