CN1257293C - 铝合金提纯的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于铝合金提纯的方法，该铝合金中含有一种合金元素，其中对所述铝合金进行分步结晶处理，其中铝合金至少被分成一个具有合金元素含量小于该铝合金中合金元素含量的产品流和一个具有合金元素含量高于该铝合金中合金元素含量的低级产品流，且其中对该低级产品流进行金属间化合物的分离处理，将一种添加剂加入该低级产品流中以形成含有所形成的金属间化合物的混合物，并从该混合物中分离出废料流和再循环流，该废料流包含的合金元素含量较大于再循环流，再循环流至少部分地进入分步结晶处理过程。

Description

铝合金提纯的方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金提纯的方法。

背景技术

一种已知的方法是分步结晶，其可应用于例如提纯被合金元素如铁污染的铝合金。在分步结晶中，对于某些合金元素或污染物，铝合金废料的输入流在成分上是亚共晶的，其被分成第一输出流或提纯铝的产品流，和第二输出流或低级产品流(downgrade stream)，其比输入流被污染物污染的更严重，且其具有较接近于污染物共晶成分的成分。

本说明是参照分步结晶进行的，应该清楚的是其包含所有形式的分步结晶和所有其他源于亚共晶合金的提纯方法，因此低级产品流的成分由铝和合金元素的共晶成分决定。

分步结晶的一个问题是，低级产品流中污染物的最大含量由共晶成分决定。如果铝输入流被0.5％的铁污染，且产品流铁的含量小于0.1％，那么具有增加的铁含量的低级产品流是输入流的25％或更多。

从Al-Fe相图可容易看出，产品流越纯，污染的低级产品流越少。然而，对于经济的处理，高污染低级产品流的低产量是合乎需要的。

基本的分步结晶处理的性能可通过利用多级或逆流(countercurrent)分步结晶处理来改进，但具有合金元素的低级产品流的污染物限制由共晶组成决定。

通常，产品流材料具有比原始铝合金材料较高的经济价值，而低级产品流具有较低的经济价值。在目前市场上，大部分普通的铝合金中，较高污染的低级产品流价值的损失与原始铝合金的价值相比不能由产品流经济价值的增加来补偿。市场上对来自分步结晶处理的低级产品流材料的需求相当低，所以如果其大量生产，其经济价值将快速下降。因此，分步结晶工艺，或实际上任何其他分离工艺，其中输入的废料流产生更纯净的和共晶或接近共晶组成的更污染的产品流在经济上是不合理的。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种经济上更合理的铝合金提纯方法。该和其他目的可用一种铝合金提纯方法来实现，所述铝合金中含有一种合金元素或污染物，其中对铝合金进行分步结晶处理，其中至少铝合金被分离成一种具有合金元素含量小于铝合金中合金元素含量的产品流和一种具有合金元素含量高于铝合金中合金元素含量的低级产品流，且其中对低级产品流进行金属间化合物分离的处理，其中将一种添加剂加入该低级产品流中以形成一种含有铝-合金元素-添加的金属间化合物的混合物，并从该混合物将废料流和再循环流分离，废料流包含比再循环流较高的合金元素含量，再循环流至少部分地流入分步结晶工艺中。本发明的方法将亚共晶处理如分步结晶(FC)与过共晶处理如金属间化合物的分离(SIM)结合起来。废料流包含固体的Al-合金元素-添加的金属间化合物，再循环流基本上是一个液体铝合金流，其含有的合金元素比低级产品成分的少。经常出现的合金元素是Fe。

SIM工艺的原理在冶金领域是公知的，包含这种的工艺例如有层结晶、过滤、磁性分离、水力旋流和在熔融盐中沉淀。

FC工艺的低级产品流被用作SIM工艺的输入液流。在该SIM工艺中，加入一种添加剂。该添加剂这样选择，即其有效地降低合金元素和铝的共晶组成如铁和铝的共晶组成。

分步结晶处理的低级产品流通过加入添加剂而变成过共晶混合物。在SIM工艺中，混合物被分成一个带有高含量添加剂和合金元素的废料流，和一个带有较低合金元素组成的再循环流。该再循环流与铝合金的输入流混合。

具体实施方式

本发明的方法公开了一种新的、更经济的铝合金提纯的途经，更具体地适用于典型的废料再循环领域铝合金组成。

该方法的其他优点是产量的经济性、加工工艺整合的协作优点、降低了对铝价格变化的敏感性和环境的可持续性。即使当应用于非常大的规模，该方法在经济上也是有利可图的。

本发明的方法利用金属间化合物的分离来提纯FC工艺的低级产品流和用FC工艺来提纯SIM工艺的产品流至少一部分(再循环流)。分别跨过FC工艺和SIM工艺的共晶态基本上是不可能的，通过在本发明的工艺中引入一个循环回路来解决。更接近共晶的FC工艺的低级产品流通过加入所述添加剂而变成过共晶。更接近共晶的SIM工艺的产品流通过加入要提纯的铝合金材料来稀释添加剂而变成亚共晶。该方法的结果是将合金元素从铝合金中至少部分地去除，同时产生带有上述共晶的合金元素含量的少量废料流。

因此，本发明的方法也称为跨共晶提纯(cross-eutecticpurification)或XEP。

因为经济的原因，较少的高度不纯的废料流比较多的较少污染的废料流是可取的。然而，Al-Fe-添加的金属间化合物包含大量的铝。在分别进行的金属间化合物分离的常见工艺中，固液分离将意味着铝的更大损失。同样，废料流不是特别有价值。其包含非常大量的铁，使得其仅可应用于低端使用。此外，金属间化合物分离的产品流(再循环流)，即提纯的液流，在组成上接近共晶。在铝中包含接近共晶数量的合金元素如铁的铝合金仅有非常小的市场。因此，目前的市场不能消化吸收所提供的数量，从而导致低价，其使得该工艺在大规模工业应用上是不可行的。基于这些理由，当分别应用时，SIM工艺在经济上也是不可行的。

与此不同的是，本发明的处理仅仅产生少量的废料流。因此，不会遇到上述问题，即SIM工艺和FC工艺每一种单独的工艺的废物流比市场的需求大。因此，本发明方法的大规模应用仅仅对废料流的价值和整个工艺的获利能力有较小程度的影响。

本发明方法的质量平衡可能限制SIM工艺的产品流的比例，该产品流作为再循环可返回进入分步结晶处理过程。然后，液体产品流部分与形成的金属间化合物一起保留。优选的，至少液体铝部分在后续分离处理中与金属间化合物分离。

如上所述，分步结晶本身目前没有经济性，特别不适于高产量应用。

然而，根据本发明通过将两种方法结合，获得高提纯的产品流和废料流，所述废料流少于单独处理工艺的废料流，其包含大量的合金元素和添加剂。该少量的废料流在钢铁制造业可用作例如脱氧或合金化试剂，或金属间化合物可通过电解分解，且其组分可回收。该产品流是用于高质量铝合金的高价值原料。因此，两者没有经济可行性的方法本身结合成为一个组合的方法，导致了一个经济上可行、新的和创造性的方法。

一个优选实施例的特征在于，添加剂包含至少一种选自Si、Mn、Cu、Co和Ni的元素。作为添加剂的这些元素可以单独或者组合加入，易于与许多铝工业中所用的合金化元素形成金属间化合物，获得高的去除效率。该方法特别应用于但并不限制于被去除的合金元素是Fe的情形。

又一个实施例的特征在于，添加剂主要包含Mn。当主要使用Mn作为添加剂时，可以得到废料流数量的显著减小，特别地但并不限于合金元素是Fe的情形。

本发明对合金元素是Fe的情形特别有益。

在铝产品的使用或生产期间或在其它循环处理过程中积聚而产生铁对铝的污染。铁在铝合金产品的成型性能和断裂力学上具有不利的影响，因此仅能容许少量的铁存在。

优选的，当Fe是被除去的合金元素时，铝合金中的Fe含量小于1.7％重量百分比，更优选的小于1.5％重量百分比。在Fe含量更靠近共晶值的情况下，与输入流中的Fe含量比较，在FC工艺的低级产品流中Fe含量可能的增加非常低，从而使得整个方法经济上不可行。

优选的，当Fe是被除去的合金元素时，铝合金中的Fe含量大于0.4％重量百分比，更优选的大于0.5％重量百分比。

在要提纯的铝合金的输入流Fe含量降低时，获得的废料流数量基本上没有减小，因为根据所用的添加剂，来自SIM工艺的再循环流也含有大约0.5％的Fe。

本发明将通过比较分步结晶方法和本发明方法的废料流和产品流的数量和组成来说明。

在表1中，给出了铝合金的成分。假定质量为一个计量单位如1000Kg。

表1：铝合金(废料)组成

	质量	wt％Al	wt％Fe	wt％Mn
					废料	1.000	99.50	0.50	0.00

对于使用FC工艺提纯废料的情况，表2中给出了最终产品流和废料流组成和质量。可以看到，废料质量约为原始废料质量的25％。

表2：通过对表1的废料应用FC工艺而得到的产品流和废料流的质量和组成

FC	质量	Wt％Al	Wt％Fe	Wt％Mn
					产品	0.754	99.94	0.06	0.00
废料	0.246	98.15	1.85	0.00

表3示出了当将我们的发明应用于该废料时的结果，其通过将一种添加剂如锰加入FC工艺的低级产品流，并作为再循环至少从SIM工艺返回至少部分产品流至FC工艺的输入流中。该表显示，废料流减小到小于输入废料质量的17％。假定至少形成了金属间化合物Al6[Fe，Mn]。

根据表3，废料流大约为输入流质量的17％。可返回进入FC工艺的在循环量由质量平衡情况而定，且在许多情况下，不包含来自SIM工艺的产品的总量。

废料的数量还可通过在一个分离过程中从金属间化合物中进一步分离最好是液态形式的铝而进一步减小。

增加一个附加的分离过程在所应用的SIM工艺中具有较大灵活性的优点。可应用具有较低分离能力但具有较低成本的低效SIM工艺。然后可通过附加的分离过程进行进一步的分离。

表3：通过对表1的废料应用本发明的方法而得到的产品流和废料流的质量和组成

XEP	质量	Wt％Al	Wt％Fe	Wt％Mn
					产品	0.839	99.91	0.06	0.03
废料	0.167	93.70	2.70	3.60
					添加剂	0.006	0.00	0.00	100.00

下面将参照附图对本发明进行说明，其中：

图1示出了本发明的原理；和

图2示出了本发明一个实施例的示意图。

在图1中，本发明方法的基本步骤包围在正方形20内。该步骤包含用数字21表示的FC工艺和用数字22表示的SIM工艺。用数字23表示的要提纯废料通过线路24进入FC工艺21中。所获得的提纯产品用数字25表示，通过线路26从FC工艺中移去。低级产品流27通过线路28从FC工艺中输出，而通过线路29进入SIM工艺22中。来自SIM工艺的废料成分30通过线路31离开SIM工艺。添加剂32通过线路33进入SIM工艺中。循环成分34通过线路35离开SIM工艺22，并通过线路36进入FC工艺中。

在图2中参考数字11表示一个供应线路，通过该供应线路作为废料含有一种合金元素最好是熔融形式的铝合金流供给第一处理容器12，在该容器中进行分步结晶处理。该分步结晶处理可选择为一个已知的分步结晶的实施方案。与供应线路11连接的是返回线路13，其作用将后面描述。供应线路11和返回线路13合并为一个输入线路19，其与处理容器12连接。在分步结晶处理中，铝合金和低级产品流的混合物被分离成一种通过产品线路14排出的产品成分和一种通过废料线路15从处理容器12提取的剩余成分。废料线路15连接到第二处理容器17上，该容器上也连接一个供应线路16。通过供应线路16，一种添加剂如Mn加入该第二处理容器17中。金属间化合物分离的处理在第二处理容器17中进行。包含大量合金元素如Fe以及也包含Mn的废料流通过废料线路18排出。返回线路13也与第二处理容器17连接，通过该返回线路13，第二处理容器中提纯的排放流作为再循环返回进入处理容器12中。

可选地，废料流通过线路18进入一个后续分离过程10中，液体或固体形式的铝从金属间化合物中分离。通过该附加的分离过程，从线路9排出的废料量可进一步减小，可以获得从线路8输出的较高数量的提纯铝。

整个组合工艺具有作为输入流要提纯的铝合金流，添加剂流和作为输出流的废料流以及产品部分。

Claims (6)

1、一种用于铝合金提纯的方法，该铝合金中含有一种合金元素，其中对所述铝合金进行分步结晶处理，其中铝合金至少被分成一个具有的合金元素含量小于该铝合金中合金元素含量的产品流和一个具有的合金元素含量高于该铝合金中合金元素含量的低级产品流，且其中对该低级产品流进行金属间化合物的分离处理，其中将一种添加剂加入该低级产品流中以形成含有所形成的金属间化合物的混合物，并从该混合物中分离出废料流和再循环流，该废料流包含的合金元素含量高于再循环流，且再循环流至少部分地进入分步结晶处理过程，其中，所述添加剂包含至少一种选自Si、Mn、Cu、Co和Ni的元素，所述合金元素是Fe。

2、根据权利要求1所述的方法，其中，所述添加剂主要包含Mn。

3、根据权利要求1所述的方法，其中，该铝合金中所述Fe的含量小于1.7wt％。

4、根据权利要求3的方法，其中该铝合金中所述铁的含量小于1.5wt％。

5、根据权利要求3或4的方法，其中，该铝合金中所述Fe的含量大于0.4wt％。

6、根据权利要求5的方法，其中该铝合金中所述铁的含量大于0.5wt％。

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