CN115261651A - 一种从铝灰渣中提炼铝合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铝灰渣提炼技术领域，具体涉及一种从铝灰渣中提炼铝合金的方法。本发明提供的从铝灰渣中提炼铝合金的方法，将铝灰渣置于球磨机中研磨，然后将研磨后的铝灰渣置于筛分机中进行筛分，分离出可提炼的铝合金颗粒；将可提炼的铝合金颗粒与升温剂和熔炼炉内取出的高温铝渣混合，使可提炼的铝合金颗粒升温融化得到铝合金液和残渣。本发明提出一种从铝灰渣中提炼铝合金的方法，不仅能够将铝灰渣中的铝合金提炼分离出来，提高整体原材料的回收率，增加效益；同时减少了资源浪费，避免铝灰渣中有价值的铝合金颗粒被当作细灰，作为危废转移处置，降低了处置成本；提炼出铝灰渣中铝合金，也减少了铝灰作为危险废物的排放量。
Description
技术领域
本发明属于铝灰渣提炼技术领域，具体涉及一种从铝灰渣中提炼铝合金的方法。
背景技术
铝及其合金具有许多优良的物理、化学特性，因而在世界各国得到了非常广泛的应用。不同的含铝合金在日常用品、医药器械、国防军工和交通工具等方面发挥着重要的作用，是许多国家和地区的重要支柱产业，对经济社会的发展具有重大的战略意义。
在铝合金熔炼过程中会产生大量的副产物铝灰渣。铝灰渣可以与周围环境中的水反应生成碱性的氢氧化铝和刺激性的氨气，如果不妥善处置，将严重危害人体健康和生态环境。自2021年铝灰渣被列入危险废物名录（危废代码321-026-48）以来，铝灰渣的处置代价增加十倍有余。
为减少铝灰渣的产出，减轻对环境的危害，降低生产成本，目前采取的方案主要是控制铝合金熔炼的原材料以及改进熔炼的工艺过程，从而减少铝灰渣的生成量。上述方法虽然能够在一定程度上减少铝灰渣的生成量，但降幅非常有限，而且铝灰渣中仍然存在相当含量的铝合金无法进一步提炼回收，质量占比通常为15%-25%，铝资源的浪费仍然比较严重，铝灰渣的处置费用也比较高。
发明内容
针对现有技术中铝灰渣生成量难以降低以及铝资源浪费偏高的问题，本发明提供一种从铝灰渣中提炼铝合金的方法。旨在进一步提炼现有技术无法将铝灰渣中的铝合金提炼回收的技术难题，将铝灰渣中的铝合金物质进行预处理和提炼回收。通过该方法提高整体熔炼回收率，降低危险废物的产生量，同时也减少资源的浪费。
本发明提出的从铝灰渣中提炼铝合金的方法包括预处理步骤和提炼步骤，预处理步骤主要是将铝灰渣中原本彼此结合在一起的含铝量高的铝合金固态物与含铝合金量极低的铝灰进行分离，提炼步骤主要是将分离后铝合金固态物升温、熔化，并从中分离回收铝合金。
预处理步骤：
将铝灰渣置于球磨机中研磨，使铝灰渣颗粒减小，以及使铝灰渣中的铝合金颗粒与细灰彼此脱落，然后将研磨后的铝灰渣置于筛分机中进行筛分，分离出可提炼的铝合金颗粒；以及
提炼步骤：
将可提炼的铝合金颗粒与升温剂和熔炼炉内取出的高温铝渣混合，使可提炼的铝合金颗粒升温融化得到铝合金液和残渣，收集铝合金液，即得到从铝灰渣中提炼出的铝合金。
进一步地，在预处理步骤中，使用筛分机将研磨得到的含有铝合金颗粒与细灰的混合物分离成细灰、细颗粒的铝合金颗粒和粗颗粒的铝合金颗粒；所述细灰的粒径不超过100目，所述细颗粒的铝合金颗粒的粒径在100目至12目范围内，所述粗颗粒的铝合金颗粒的粒径在12目以上；所述细颗粒的铝合金颗粒作为可提炼的铝合金颗粒。
进一步地，在预处理步骤中，每分离得到的粗颗粒的铝合金颗粒经收集后都进行再次研磨和再次筛分，直至全部分离成细颗粒的铝合金颗粒和细灰。
进一步地，在提炼步骤中，可提炼的铝合金颗粒与高温铝渣的质量比为10:1，高温铝渣的温度为750-800℃ 。
进一步地，在提炼步骤中，升温剂的用量占总质量的3‰-5‰ ，所述升温剂为氟硅酸钠。
进一步地，在提炼步骤中，可提炼的铝合金颗粒与升温剂和熔炼炉内取出的高温铝渣在回转式提炼炉中翻转混合。
进一步地，所述回转式提炼炉包括底座、铰接在底座上可上翻的翻转架、可旋转地安装在翻转架上的回转炉体、安装在翻转架上并驱动回转炉体旋转的驱动装置、可盖合回转炉体的炉盖、将炉盖悬挂在翻转架上的悬臂；回转炉体中段呈圆筒状，两端收窄，其中一端封闭，另一端开有圆形的料口；悬臂的一端与炉盖刚性连接，另一端铰接在翻转架上，且铰接点位于回转炉体中段的正上方；炉盖对准料口，并在重力作用下压紧料口；炉盖上具有供铝汤流过的一组卸汤孔；出卸铝合金液时，驱动回转炉体，炉盖在重力作用下仍保持盖合料口，铝合金液穿过卸汤孔卸出，残渣被炉盖阻挡保留在回转炉体内。
进一步地，汤孔位于炉盖的下部，卸汤孔呈纵向栅格状排列。
有益效果
与现有技术相比，本发明提出一种从铝灰渣中提炼铝合金的方法，不仅能够将铝灰渣中的铝合金提炼分离出来，提高整体原材料的回收率，增加效益；同时减少了资源浪费，避免铝灰渣中有价值的铝合金颗粒被当作细灰，作为危废转移处置，降低了处置成本；提炼出铝灰渣中铝合金，也减少了铝灰作为危险废物的排放量。
该方法采用的预处理设备和预处理工艺，对铝灰渣进行研磨筛分得到细灰、细颗粒铝合金和粗颗粒铝合金，并且对粗颗粒铝合金进行二次研磨和筛分，使铝灰渣中的铝合金颗粒与细灰充分分离，最终分离得到的铝合金颗粒占原铝灰渣的质量占比高达35%-45%，作为铝合金熔液提炼的材料回收利用，剩余作为细灰处置的部分只有原来铝灰渣的55%-65%，大幅降低危废的排放量。
该方法针对从铝灰渣中筛分得到的铝合金颗粒相较于常规提炼原材料具有灰含量大、提炼难度大等问题开发了新型的提炼设备和提炼工艺，提炼去除其中夹杂的细灰和杂质，得到较高品质的铝合金锭，得到的铝合金锭占待提炼的铝合金颗粒物质量占比近50%。通过在提炼时按比例配入高温铝渣作为引燃物和氟硅酸钠作为升温剂，不仅以较低的能耗使灰含量较大的铝合金颗粒充分融化，而且还大幅简化了熔炼设备，规避在运动的炉体上设置高温加热装置而引起设备复杂、成本高昂、稳定性差等问题。
该方法提出了一种新的降低铝灰渣排放量的技术路线，将熔炼过程产生的铝灰渣进行研磨筛分再利用，最终铝合金熔液回收利用部分占原铝灰渣的15%-20%，该部分提炼出的铝合金熔液可以作为原材料继续使用，提高整体回收率，增加效益，减少了相应的数量铝合金资源的浪费；同时还能降低原来铝灰渣的15%-20%的重量，减少15%-20%的处置费用，降低处置成本。
附图说明
图1为铝灰渣提炼预处理装置的结构示意图。
图2为筛分机的结构示意图。
图3和图4为回转式铝灰渣提炼炉的结构示意图。
图5为环状导轨与下限位轮、上限位轮的配合示意图。
图6为驱动装置的结构示意图。
图中，投料斗91、球磨机92、筛分机93、第一输送带94、第二输送带95、第一筛分网931、第二筛分网932、第三筛分网933、隔音仓96、第一集尘罩971、第二集尘罩972、第三集尘罩973、抽风总管974、控制阀975；底座1、翻转架2、回转炉体3、驱动装置4、炉盖5、悬臂6、圆筒段31、收窄段32、卸汤孔51、基板21、炉体限位架22、液压油缸23、托轮211、环状导轨311、下限位轮212、上限位轮221、电机41、传动轴42。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步阐明本发明，这些实施例是示例性的，旨在说明问题和解释本发明，并不是一种限制。
本发明提出的从铝灰渣中提炼铝合金的方法，主要包含铝灰渣预处理工艺技术和铝灰渣提炼工艺技术两部分。同时本发明还针对预处理和提炼过程设计了对应的预处理装置和提炼装置。
（一）预处理装置
如图1所示的一种铝灰渣提炼预处理装置，包括沿着同一水平方向依次排列的投料斗91、球磨机92和筛分机93；投料斗91的出口与球磨机92的入口之间设有第一输送带94，球磨机92的出口与筛分机93的入口之间设有第二输送带95。该装置使用时，将铝灰渣投入投料斗91中，铝灰渣经第一输送带94输送至球磨机92中磨碎磨细，同时也将包裹在铝合金颗粒外层的无价值的细灰打磨脱离，然后经第二输送带95输送至筛分机93，筛分得到粒径不同成分不同的物料，由于打磨脱离的细灰的粒径很小，而铝合金颗粒很难打磨到与细灰同等的粒径，因此可以通过筛分得到不同成分的物料。球磨机92的入口位于靠近筛分机93的一侧，球磨机92的出口位于靠近投料斗91的一侧，这样可以实现投料斗91、球磨机92和筛分机93三者紧挨着排列在一起，节省比较昂贵的厂房资源。
如图2所示，筛分机93具有可旋转的筛分滚筒，筛分滚筒的一端连接有减速电机，以提供驱动筛分滚筒旋转的动力。筛分滚筒由内而外包括直径依次增大、长度依次减小、网孔依次减小的三层筛分网，分别记为第一筛分网931、第二筛分网932和第三筛分网933；且第一筛分网931、第二筛分网932和第三筛分网933在靠近筛分机93入口的一端对齐。输送至筛分机93的物料首先进入最内层的第一筛分网931，第一筛分网931的网孔较大，物料能够全部穿过第一筛分网931，第一筛分网931的主要目的是将物料打散使之快速分散，以助于后续筛分。穿过第一筛分网931的物料进入第二筛分网932后，一部分大颗粒物料无法穿过第二筛分网932，最终落入图2所示的最左侧的集料桶中；穿过第二筛分网932的部分物料进入到第三筛分网933，部分颗粒稍大的物料无法穿过第三筛分网933，最终落入图2所示的中间的集料桶中；还有部分细粉可以穿过第三筛分网933，落入图2所示的最右侧的集料桶中。
如图2所示，筛分滚筒倾斜设置，靠近筛分机93入口的一端高，远离筛分机93入口的一端低。优选地，第三筛分网933的筛孔大小为100目；第二筛分网932的筛孔大小为12目。经过球磨以后，颗粒直径小于100目的物料主要为细灰，因此细灰可以穿过第三筛分网933落入最右侧的集料桶中，作为废弃物处理；颗粒直径在100目与12目之间的物料主要为经磨细的铝合金粉末，其可以穿过第二筛分网932落入中间的集料桶中，作为后续精炼步骤的原材料；颗粒直径大于12的物料落入最左侧的集料桶中，主要成分也是铝合金粉末，但内部可能夹杂有稍多的细灰，可以根据实际情况选择将其作为后续精炼步骤的原材料或再次研磨筛分成更细的粉末。
如图1所示，球磨机92外还罩设有隔音仓96；隔音仓96内壁设有吸引泡棉，通过设置隔音仓96降低球磨作业时的噪音，隔音仓96侧壁上设有通孔供第一输送带94和第二输送带95穿过。隔音仓96顶部还设有与隔音仓96连通的第二集尘罩972。投料斗91顶部罩设有第一集尘罩971，筛分机93顶部罩设有第三集尘罩973；第一集尘罩971、第二集尘罩972、第三集尘罩973均连接到抽风总管974上，将抽风总管974连接风机形成负压，从而抽离物料在输送、研磨、筛分过程中产生的扬尘，改善作业环境。另外，在抽风总管974上设有控制阀975，以便于调节抽气的流速。
（二）提炼装置
提炼装置如图3、4所示，具体为一种回转式铝灰渣提炼炉，包括固定安装的底座1、铰接在底座1上可上翻的翻转架2、可旋转地安装在翻转架2上的回转炉体3、安装在翻转架2上并驱动回转炉体3旋转的驱动装置4、可盖合回转炉体3的炉盖5，将炉盖5悬挂在翻转架2上的悬臂6。如图5所示，回转炉体3中段呈圆筒状，记为圆筒段31，两端逐渐收窄，记为收窄段32；其中一端的收窄段32封闭，另一端的收窄段32端部开有圆形的料口。该转炼炉使用时，在回转炉体3内放入待提炼的铝灰渣和引燃剂，在高温作用下提炼出铝灰渣中的残余铝合金。提炼过程中，回转炉体3两端热量耗散较快，且铝灰渣在两端的活动自由度较小，为防止提炼过程中铝灰渣沉积在回转炉体3两端，将回转炉体3的两端设置成收窄状，消除了利于铝灰渣沉积的死角，并且在回转炉体3旋转时，有助于铝灰渣向中央滑动，减少铝灰渣的沉积。如图3所示，悬臂6的一端与炉盖5刚性连接，另一端铰接在翻转架2上，且铰接点位于圆筒段31的上方；炉盖5对准料口，并在重力作用下压紧料口；炉盖5上具有供铝汤流过的一组卸汤孔51。在提炼时，回转炉体3旋转，炉盖5能够始终压紧料口，显著减轻了热量耗散。在回转炉体3上翻卸汤时，由于悬臂6与翻转架2的铰接点距离料口较远，炉盖5在重力作用压仍然压紧料口，防止炉渣从料口排出，而流动性良好的铝汤可以从卸汤孔51顺利流出。此外，待铝汤完全卸出后，可以进一步增大回转炉体3上翻的角度，使炉盖5脱离料口，从而使炉渣顺利排出。
如图3所示，翻转架2围绕底座1的旋转轴线位于靠近料口的一端；翻转架2包括基板21、固定在基板21上的炉体限位架22、提供翻转动力的液压油缸23；回转炉体3被限制在基板21与炉体限位架22共同构成的笼形框架内；液压油缸23一端与底座1铰接，另一端与炉体限位架22铰接，当液压油缸23伸长时，翻转架2被翻起。基板21上设有呈矩形分布的四个托轮211，四个托轮211托住回转炉体3，从而使回转炉体3可以稳定地滚动。
如图5所示，在圆筒段31的外周具有凸起于表面的环状导轨311，且靠近圆筒段31的前端和后端都具有环状导轨311；托轮211外周具有限位凹槽，环状导轨311卡入限位凹槽内，防止回转炉体3在滚动时发生移位。
如图4所示，在基板21上设有下限位轮212，在炉体限位架22的顶部具有上限位轮221；下限位轮212和上限位轮221均抵靠在环状导轨311的侧壁上，从而防止翻转架2上翻时回转炉体3倾倒和轴向滑动。由于圆筒段31的前端和后端都具有环状导轨311，图5中仅是示例性地示出了下限位轮212和上限位轮221的位置，均抵靠在远离料口的环状导轨311上，且抵靠在环状导轨311上靠近料口的一侧。
如图6所示，驱动装置4为固定在基板21上的电机41，电机41通过皮带轮传动副驱动托轮211旋转，从而使回转炉体3旋转。位于回转炉体3同一侧的两个托轮211之间连接有传动轴42；电机41驱动其中一个托轮211旋转。即回转炉体3同一侧的两个托轮211为主动轮共同带动回转炉体3旋转，另一侧的两个托轮211作为从动轮起支撑和限位作用，使回转炉体3受力均匀稳定。
（三）实施步骤
1.搭建安装预处理装置和提炼装置。
2. 设备装配完善后，接通电源进行调试。在投料斗91中加入待处理的铝灰渣，控制投料斗91出口阀门开度，使铝灰渣的下料速度调试到500-3000千克/小时范围内，较佳为1000千克/小时左右。为了便于控制和调整下料速度，在投料斗91安装了振动电机，通过调节振动强度来控制下料速度。
3.调试完毕后，从投料斗91投入需要处理的铝灰渣，铝灰渣从投料斗91自上而下落在第一输送带94上，由第一输送带94输送至球磨机92中进行打磨。铝灰渣在球磨机92内经过充分打磨，铝灰渣中原本相互粘结在一起的铝合金颗粒与细灰彼此脱离，成为铝合金颗粒与细灰的混合物。
4.充分打磨后的混合物质从球磨机92卸料口落入第二输送带95上，由此送入筛分机93进行分筛。筛分机93将铝合金颗粒和细灰混合物质进行滚动筛分，筛分速度与前述打磨速度一致，每小时筛分1000千克。经过筛分后，颗粒直径小于100目的细灰落入图2所示的最右侧的集料桶中，满包后打包、过磅、贴标、入库；颗粒较小（100目至12目）的铝合金颗粒落入图2所示的中间的集料桶中，待进行后续提炼；颗粒稍大（大于12目）的铝合金颗粒落入图2所示的最左侧的集料桶中，由于这部分铝合金颗粒稍大，仍夹杂有一定量的细灰，因此将其收集起来送入投料斗91，重新进入球磨机92进行二次打磨。
5.取筛分得到5000千克的颗粒较小的铝合金颗粒送入到提炼装置中，该提炼装置为回转式铝灰渣提炼炉，并且在炉中放置有500千克左右的熔炼炉内取出的高温铝渣，用作提炼铝合金颗粒的引燃物，并且按照3‰的比例加入升温剂氟硅酸钠，待铝合金颗粒在回转炉中温度升高到800℃时，控制回转炉体3匀速翻滚。随着温度升高，待铝合金颗粒完全熔化后，将回转炉体3上翻，铝合金液体从卸汤孔51倒出冷却制得回收的铝合金锭，进一步上翻回转炉体3，倒出剩余物质，经冷灰筒冷却后打包、过磅、贴标、入库，待转移处置。
以上实施方式是示例性的，其目的是说明本发明的技术构思及特点，以便熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种从铝灰渣中提炼铝合金的方法，其特征在于，包括
预处理步骤：
将铝灰渣置于球磨机中研磨，使铝灰渣颗粒减小，以及使铝灰渣中的铝合金颗粒与细灰彼此脱落，然后将研磨后的铝灰渣置于筛分机中进行筛分，分离出可提炼的铝合金颗粒；以及
提炼步骤：
将可提炼的铝合金颗粒与升温剂和熔炼炉内取出的高温铝渣混合，使可提炼的铝合金颗粒升温融化得到铝合金液和残渣，收集铝合金液，即得到从铝灰渣中提炼出的铝合金。
2.根据权利要求1所述的从铝灰渣中提炼铝合金的方法，其特征在于，在预处理步骤中，使用筛分机将研磨得到的含有铝合金颗粒与细灰的混合物分离成细灰、细颗粒的铝合金颗粒和粗颗粒的铝合金颗粒；所述细灰的粒径不超过100目，所述细颗粒的铝合金颗粒的粒径在100目至12目范围内，所述粗颗粒的铝合金颗粒的粒径在12目以上；所述细颗粒的铝合金颗粒作为可提炼的铝合金颗粒。
3.根据权利要求2所述的从铝灰渣中提炼铝合金的方法，其特征在于，在预处理步骤中，每分离得到的粗颗粒的铝合金颗粒经收集后都进行再次研磨和再次筛分，直至全部分离成细颗粒的铝合金颗粒和细灰。
4.根据权利要求2所述的从铝灰渣中提炼铝合金的方法，其特征在于，在提炼步骤中，可提炼的铝合金颗粒与高温铝渣的质量比为10:1，高温铝渣的温度为750-800℃。
5.根据权利要求4所述的从铝灰渣中提炼铝合金的方法，其特征在于，在提炼步骤中，升温剂的用量占总质量的3‰-5‰，所述升温剂为氟硅酸钠。
6.根据权利要求5所述的从铝灰渣中提炼铝合金的方法，其特征在于，在提炼步骤中，可提炼的铝合金颗粒与升温剂和熔炼炉内取出的高温铝渣在回转式提炼炉中翻转混合。
7.根据权利要求6所述的从铝灰渣中提炼铝合金的方法，其特征在于，所述回转式提炼炉包括底座、铰接在底座上可上翻的翻转架、可旋转地安装在翻转架上的回转炉体、安装在翻转架上并驱动回转炉体旋转的驱动装置、可盖合回转炉体的炉盖、将炉盖悬挂在翻转架上的悬臂；回转炉体中段呈圆筒状，两端收窄，其中一端封闭，另一端开有圆形的料口；悬臂的一端与炉盖刚性连接，另一端铰接在翻转架上，且铰接点位于回转炉体中段的正上方；炉盖对准料口，并在重力作用下压紧料口；炉盖上具有供铝汤流过的一组卸汤孔；出卸铝合金液时，驱动回转炉体，炉盖在重力作用下仍保持盖合料口，铝合金液穿过卸汤孔卸出，残渣被炉盖阻挡保留在回转炉体内。
8.根据权利要求7所述的从铝灰渣中提炼铝合金的方法，其特征在于，汤孔位于炉盖的下部，卸汤孔呈纵向栅格状排列。
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