CN111172394A

CN111172394A - 一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的设备及方法

Info

Publication number: CN111172394A
Application number: CN201910822475.1A
Authority: CN
Inventors: 李一夫; 马进萍; 杨斌; 徐宝强; 蒋文龙; 田阳; 徐俊杰; 张环; 王双平
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2020-05-19

Abstract

本发明公开了一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的设备及方法，该设备包括外壳、真空泵、U型结晶槽、熔料锅、熔体锅、晶体锅，外壳为真空密闭结构，U型结晶槽、熔料锅、熔体锅、晶体锅均设置在外壳的内腔中，U型结晶槽呈倾斜设置，高端为槽头、低端为槽尾，晶体锅与槽头连接，熔体锅与槽尾连接，U型结晶槽的底部设有若干发热体，槽头的温度比槽尾高，U型结晶槽内设有螺旋器，螺旋器由电动机驱动。本发明利用真空条件下连续结晶实现了铝锡中铝和锡的有效分离提纯，最终得到粗铝和粗锡，过程工艺简单，操作方便，原料普适性高，成本低廉，设备简单，过程安全可控，能够处理质量变化范围较广的铝锡合金。

Description

一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的设备及方法

技术领域

本发明属于有色金属火法冶炼技术领域，具体地说，涉及一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的设备及方法。

背景技术

在日常生活中，各式发动机轴系材料通常选用铝锡合金以满足其性能要求，铝锡合金是以铝为基体元素和以锡为合金元素的铸造合金，主要用途是铸造轴系材料。随着报废发动机数量的连年增多和锡精矿产量的连年下滑，锡铝合金材料的回收处理既符合绿色循环发展理念又具有巨大经济效益。

目前我国对于报废发动机回收处理属于初级阶段，对轴系零部件的处理仅少部分利用铸造法或表面工程技术得以再制造回复，但这两种技术均有操作人员水平要求高，需后续机械加工，材料损耗大且产生挥发金属气体对人体有害等缺点，大部分铝锡合金采用重熔后制造降级合金，造成其中锡资源的浪费，所创收的效益较低。

在公布号为CN109112536A的专利中公开了一种激光熔覆技术，以不同填料技术在被涂覆基体表面放置选择的涂层材料，经激光辐照使之与基体表面薄层一起熔化，凝固后与基体一同形成表面涂层。该技术不属于冶金领域，技术要求高，修复成本高等问题，且修复后需进行机械再工。

电热连续结晶法是一种物理冶金方法，利用高温区到低温区的连续温度递降与连续螺旋器的输送实现合金中主体元素的富集，工艺简单操作方便，现已成为锡冶金过程中粗锡精炼的必备流程。

在公布号为CN 203447811 U的实用新型中公开了一种高效电热连续结晶机，改良了现在锡冶炼厂的电热连续结晶机设备，但该结晶机温度范围不够，机体设计使槽中金属裸露在空气中，铝容易氧化，因此此设备无法处理铝锡合金。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的设备及方法，利用真空条件下连续结晶实现了铝锡中铝和锡的有效分离提纯，最终得到粗铝和粗锡，过程工艺简单，操作方便，原料普适性高，成本低廉，设备简单，过程安全可控，能够处理质量变化范围较广的铝锡合金。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的设备，包括外壳、真空泵、U型结晶槽、熔料锅、熔体锅、晶体锅，所述真空泵与外壳的内腔连通，外壳为真空密闭结构，U型结晶槽、熔料锅、熔体锅、晶体锅均设置在外壳的内腔中，所述U型结晶槽呈倾斜设置，高端为槽头、低端为槽尾，晶体锅与槽头连接，熔体锅与槽尾连接，所述U型结晶槽的底部设有若干发热体，槽头的温度比槽尾高，U型结晶槽内设有螺旋器，螺旋器由电动机驱动，所述熔料锅的出料口通过溜槽连接在U型结晶槽上，所述电动机、发热体、熔料锅、真空泵均与电源电连接。

进一步地，所述外壳为两层结构，分别为内层、外层，内层与外层之间填充循环冷却水，由冷却水机驱动冷却水循环，冷却水机与电源电连接。

进一步地，所述U型结晶槽的外周壁包裹有保温层，溜槽外周包覆有保温层。保温层由现有的保温材料制作即可。

进一步地，所述发热体的分布根据不同温度需求设置成若干密度区域，发热体外周包覆有保温层。

进一步地，所述U型结晶槽的倾斜角度为2°-7°。

进一步地，所述外壳上设有仓门，仓门与外壳真空密封连接。

一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的方法，包括以下步骤：

步骤1，打开仓门，放一定质量的铝锡合金在熔料锅中，关闭仓门后打开的真空泵组件，系统真空度保持1000Pa以内，外壳的内部形成真空环境；熔料锅将铝锡合金升温至600℃-700℃充分熔化；如含锡质量分数为30％的铝锡合金需加热至620℃。

步骤2，铝锡合金融化后，由于重力作用会经溜槽流入到U型结晶槽中，过程中开启螺旋器，流入U型结晶槽的金属熔体由于重力作用流向低温区结晶，晶体经螺旋输送向高温区重新熔化，过程连续往复；

步骤3，在槽头的高温区不断得到粗铝进入到晶体锅，槽尾低温区不断得到粗锡熔体进入熔体锅，定期关闭真空系统放出锡、铝粗金属，实现铝锡分离。

进一步地，步骤1中铝锡合金的质量分数为5～70％。

进一步地，所述螺旋器的转动速度根据需求设定，优选为5-20r/min。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、熔样锅与连续结晶机槽体间由倾斜溜槽连接，熔样锅中合金样品被下置的电加热装置加热融化后，融化后由于熔体流动性及重力作用自然流入连续结晶机中，溜槽本身外侧有保温层，方便金属熔体加入的同时也减少了金属熔体热量的散失。

2、熔样锅顶部、晶体锅底部、熔体锅底部均与设备真空外壳相连，连接部分设置了小型真空仓门，连续结晶作业时关闭保持系统真空度，锅中物料熔尽或晶体液体将满时，便可打开进行合金的加入和粗金属的取出，仓门处采用真空密封。

3、连续结晶机U型槽下部不同密度加装发热体，以达到不同区域的温度要求。发热体外侧包覆保温材料，同样减少结晶机主体热量散失造成的温度下降。

4、外部真空系统包括真空泵及金属外壳。金属外壳采用耐高温金属材料，同时采用双层外壳，中间留有空腔加装循环冷却水，循环水有效降低真空连续结晶机设备外壳温度，有益操作人员的作业安全性。

5、本发明实现了锡铝合金中锡、铝的有效分离提取，工艺简单，操作方便，原料普适性高，成本低廉，绿色环保，过程安全可控。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1为本发明设备结构示意图；

图2本发明方法流程示意图。

图标号：1.U型结晶槽，2.溜槽，3.熔料锅，4.电动机，5.螺旋器，6.发热体，7.晶体锅，8.熔体锅，9.仓门，10外壳，11.真空泵及冷却水机。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的设备，包括外壳、真空泵、U型结晶槽、熔料锅、熔体锅、晶体锅，真空泵与外壳的内腔连通，外壳为真空密闭结构，通过真空泵抽真空实现内腔的真空环境。U型结晶槽、熔料锅、熔体锅、晶体锅均设置在外壳的内腔中，U型结晶槽呈倾斜设置，高端为槽头、低端为槽尾，U型结晶槽的倾斜角度为2°-7°，晶体锅与槽头连接，熔体锅与槽尾连接。U型结晶槽的底部设有若干发热体，槽头的温度比槽尾高，U型结晶槽内设有螺旋器，螺旋器由电动机驱动，熔料锅的出料口通过溜槽连接在U型结晶槽上，电动机、发热体、熔料锅、真空泵均与电源电连接。

这里的外壳为两层结构，分别为内层、外层，内层与外层之间填充循环冷却水，由冷却水机驱动冷却水循环，冷却水机与电源电连接。金属外壳采用耐高温金属材料，同时采用双层外壳，中间留有空腔加装循环冷却水，循环水有效降低真空连续结晶机设备外壳温度，有益操作人员的作业安全性。外壳上设有仓门，仓门与外壳真空密封连接，便于控制物料的加入、回收锡铝的收取，可操控性高。

为避免温度的过多流失，U型结晶槽的外周壁包裹有保温层，溜槽外周包覆有保温层，发热体外周包覆有保温层。保温层由现有的保温材料制作即可。发热体的分布根据不同温度需求设置成若干密度区域，以达到不同区域的温度要求。

实施例2

本实施例为上述实施例1的应用，一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的方法，包括：

步骤1、打开真空泵、循环水机，首先将500g铝锡合金(其中锡的质量分数为20％)在真空条件(真空度为500Pa)下升温至650℃充分熔化。

步骤2、完全熔化的铝锡合金熔体经溜槽流入U型结晶槽中，温度范围为228℃-660℃，U型结晶槽倾斜角度为3°，在螺旋器的带动下进行连续结晶分离(螺旋器转速为20r/min)，流入U型结晶槽的金属熔体由于重力作用流向低温区结晶，晶体经螺旋输送向高温区重新熔化，过程连续往复。

步骤3，在槽头的高温区不断得到粗铝进入到晶体锅，槽尾低温区不断得到粗锡熔体进入熔体锅(U型结晶槽内壁或底壁与螺旋叶留一间隙，根据铝结晶的粒径大小控制，优选0.5-3mm)，结束后在晶体锅和熔体锅中分别得到一定量的铝晶体和锡熔体，关闭真空系统放出锡、铝粗金属，实现铝锡分离。经进一步分析检测，高温端所得晶体Al的质量分数为95.50％，低温端熔体中Sn的质量分数为75.63％。

实施例3

步骤1、打开真空泵、循环水机。首先将500g铝锡合金(其中锡的质量分数为30％)在真空条件(真空度为500Pa)下升温至630℃充分熔化。

步骤2、完全熔化的铝锡合金熔体经溜槽流入U型结晶槽中，温度范围为228℃-660℃，U型结晶槽倾斜角度为3°，在螺旋器的带动下进行连续结晶分离(螺旋器转速为10r/min)，流入U型结晶槽的金属熔体由于重力作用流向低温区结晶，晶体经螺旋输送向高温区重新熔化，过程连续往复。

步骤3，在槽头的高温区不断得到粗铝进入到晶体锅，槽尾低温区不断得到粗锡熔体进入熔体锅，结束后在晶体锅和熔体锅中分别得到一定量的铝晶体和锡熔体，关闭真空系统放出锡、铝粗金属，实现铝锡分离。经进一步分析检测，高温端所得晶体Al的质量分数为94.44％，低温端熔体中Sn的质量分数为78.85％。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims

1.一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的设备，其特征在于：包括外壳、真空泵、U型结晶槽、熔料锅、熔体锅、晶体锅，所述真空泵与外壳的内腔连通，外壳为真空密闭结构，U型结晶槽、熔料锅、熔体锅、晶体锅均设置在外壳的内腔中，所述U型结晶槽呈倾斜设置，高端为槽头、低端为槽尾，晶体锅与槽头连接，熔体锅与槽尾连接，所述U型结晶槽的底部设有若干发热体，槽头的温度比槽尾高，U型结晶槽内设有螺旋器，螺旋器由电动机驱动，所述熔料锅的出料口通过溜槽连接在U型结晶槽上，所述电动机、发热体、熔料锅、真空泵均与电源电连接。

2.根据权利要求1所述的一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的设备，其特征在于：所述外壳为两层结构，分别为内层、外层，内层与外层之间填充循环冷却水，由冷却水机驱动冷却水循环，冷却水机与电源电连接。

3.根据权利要求1所述的一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的设备，其特征在于：所述U型结晶槽的外周壁包覆有保温层，溜槽外周包覆有保温层。

4.根据权利要求1所述的一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的设备，其特征在于：所述发热体的分布根据不同温度需求设置成若干密度区域，发热体外周包覆有保温层。

5.根据权利要求1所述的一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的设备，其特征在于：所述U型结晶槽的倾斜角度为2°-7°。

6.根据权利要求1所述的一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的设备，其特征在于：所述外壳上设有仓门，仓门与外壳真空密封连接。

7.一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，打开仓门，放一定质量的铝锡合金在熔料锅中，关闭仓门后打开的真空泵组件，系统真空度保持1000Pa以内，外壳的内部形成真空环境；熔料锅将铝锡合金升温至600℃-700℃充分熔化；

8.根据权利要求1所述的一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的方法，其特征在于：步骤1中铝锡合金的质量分数为5～70％。

9.根据权利要求1所述的一种真空连续结晶分离提纯回收铝锡合金的方法，其特征在于：所述螺旋器的转动速度为5-20r/min。