再生鋁熔煉過程的除雜技術(shù)

發(fā)布時(shí)間：2020-07-29 已經(jīng)有1人查過此文章返回感應(yīng)熔煉列表

再生鋁合金的生產(chǎn)過程可劃分為預(yù)處理、熔煉（包括精煉）、鑄錠三個(gè)階段，熔煉的過程是將廢鋁加入熔煉爐內(nèi)升溫使之融化為液態(tài)，經(jīng)過扒渣、測(cè)溫和成分檢測(cè)等工序，轉(zhuǎn)入精煉爐中，加入硅、銅等元素，經(jīng)過除氣、除渣精煉等步驟。再生鋁熔體中有害金屬元素主要有Fe、Mg、Zn、Pb等，針對(duì)不同的有害金屬元素，需采取不同的去除方法

1、除鐵技術(shù)

鐵是再生鋁生產(chǎn)中常見雜志，對(duì)鋁及鋁合金的質(zhì)量及性能產(chǎn)生極不利的影響。因此，除在對(duì)廢鋁經(jīng)過預(yù)處理除鐵外，在熔煉過程中要盡量清除夾雜的鐵，防止其微溶于鋁和鋁合金熔體中。一般采用以下幾種方法除掉鐵夾雜物。

1.1加錳除鐵法

錳在鋁合金溶體中能有效的形成高熔點(diǎn)的富鐵相化合物并沉積在爐底，從而達(dá)到除鐵的目的，其發(fā)生的反應(yīng)如下：

Al9Fe2Si2+Mn→AlSiMnFe

除去1kg的鐵的用錳量為6.7-8.3kg，而且能使殘留的粗大片狀、既硬又脆的Al9Fe2Si2相轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑺畹腁lSiMnFe相，從而削弱鐵的有害作用。但加錳除鐵法會(huì)使鋁合金的含錳量增加，對(duì)錳含量有限制的鋁合金不宜采用，并且加錳除鐵法的成本較高。

1.2加鈹除鐵法

鈹在鋁合金熔體中與Al9Fe2Si2相發(fā)生反應(yīng)，從而降低鐵的有害影響，其發(fā)生的反應(yīng)如下：Al9Fe2Si2+Be→Al5BeFeSi

在鋁及鋁合金熔體中加入0.05%—0.1%的鈹，可促使粗大片狀的Al9Fe2Si2相轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)狀的Al5BeFeSi，明顯消除鋁合金的脆性。但鈹?shù)膬r(jià)格較高，且鈹蒸汽有毒，對(duì)人體有傷害，對(duì)工作環(huán)境造成污染，因此加鈹除鐵法應(yīng)慎用。

1.3沉降除鐵法

沉降除鐵法是利用Mn、Cr、Ni、Zr四種物質(zhì)配制的多元中間合金的綜合作用，與鋁合金熔體中粗大的富鐵化合物發(fā)生作用，形成新的多元富鐵化合物。多元富鐵化合物隨著溫度的降低逐步長(zhǎng)大，當(dāng)長(zhǎng)大到足以克服沉降阻力后，就會(huì)產(chǎn)生沉降，從而除去鐵。當(dāng)Mn、Cr、Ni、Zr四中物質(zhì)的用量分別為2.0%、0.8%、1.2%和0.6%時(shí)，經(jīng)過沉降除鐵法處理的鋁及鋁合金熔體中含鐵量可以由1%降至0.2%。錳在沉降除鐵法中起主要除鐵作用，鉻雖然在除鐵作用上不及錳，但其抗氧化燒損的性能較好，加入鎳的主要目的是降低錳、鉻殘留所產(chǎn)生的脆性，加入鋯除了能起除鐵的作用之外，還兼有細(xì)化晶粒的作用。

1.4過濾除鐵法

過濾除鐵法是利用鋁合金熔體中的富鐵相雜質(zhì)在較低的溫度和較長(zhǎng)的保溫時(shí)間下發(fā)生偏聚的原理，采用機(jī)械過濾的方法將聚集長(zhǎng)大的富鐵相物質(zhì)除去。過濾除鐵法一般在熔體澆注時(shí)進(jìn)行，它不但可以除去大塊的富鐵相物質(zhì)，同事能夠除去鋁及鋁合金熔體中的其他尺寸較大的夾雜物，過濾除鐵法通常采用泡沫陶瓷過濾板。

1.5熔煉直接除鐵法

熔煉直接除鐵法因使用成本低，操作簡(jiǎn)單易行，在再生鋁行業(yè)取得了廣泛的應(yīng)用，其方法簡(jiǎn)述如下：

（1）嚴(yán)格控制熔煉溫度，利用鋁及鐵熔點(diǎn)的不同，將鋁熔化，鐵等高熔點(diǎn)金屬雜質(zhì)沉降爐底，從而將鐵除去，傾斜式回轉(zhuǎn)爐可較高效地對(duì)各種廢雜鋁進(jìn)行處理的熔煉爐。

（2）在熔煉時(shí)，要在每次攪拌前將鐵雜物扒出，扒渣時(shí)將混于鋁渣中的鐵帶出。

（3）根據(jù)選用的熔煉設(shè)備和技術(shù)的實(shí)際情況，原則上每熔煉一批鋁廢料，應(yīng)扒出沉淀于爐底的渣和鐵。

（4）當(dāng)再生鋁企業(yè)采用熔煉爐—保溫爐生產(chǎn)時(shí)，每爐熔化后，派出爐內(nèi)的鋁液，在熱狀態(tài)下將鐵扒除。

（5）采用快速熔煉，低溫出鋁。熔煉時(shí)，再生鋁廢料在溶劑的保護(hù)下，進(jìn)行快速熔煉，整個(gè)熔化過程約2—3h。當(dāng)再生鋁廢料熔化后，熔體此時(shí)的溫度約650℃。在此溫度下鐵在鋁及鋁合金熔體中的溶解度極小，此時(shí)出爐，再生鋁廢料中夾雜的鐵留在爐渣內(nèi)，隨爐渣一起清楚。
鋁合金熔煉

2、除鎂技術(shù)

鎂也是再生鋁生產(chǎn)中常見的一種雜質(zhì)，通常采用如下幾種方法除去廢鋁熔體中的鎂。

2.1氧化除鎂法

氧化除鎂法是利用鎂與氧的親和力比其他金屬大的原理，在熔煉過程中鎂首先與氧氣發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，其氧化物不溶于鋁及鋁合金熔體而上浮，然后從鋁及鋁合金熔體表面撇去。為加速鎂的氧化過程，可采用工具對(duì)鋁及鋁合金熔體進(jìn)行攪拌。氧化法除鎂的效果，隨攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，但該法在除鎂的同時(shí)，也造成了鋁、硅等元素的燃燒氧化損失，一般情況下不宜采用。

2.2氯化除鎂法

再生鋁熔體除鎂常用氯氣作為氧化劑與熔體中的鎂等活潑金屬發(fā)生氯化反應(yīng)，生成氯化物。因鎂對(duì)氯氣親和力比鋁大，當(dāng)氯氣通入鋁及鋁合金熔體時(shí)，發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

Mg+Cl2==MgCl2

2Al+3Cl2==2AlCl3

3Mg+2AlCl3==3MgCl2+2Al

所產(chǎn)生的氯化鎂溶于溶劑層中，鎂和氯氣反應(yīng)放出大量熱，使鋁及鋁合金熔體加熱。

氯化除鎂法的除鎂效果比較明顯，可使鋁及鋁合金熔體中的鎂含量降至0.3%—0.4%，而且操作方便，同時(shí)兼有除氣、除渣的作用，但氯氣是劇毒物質(zhì)，對(duì)人體健康和環(huán)境的損害較大，且經(jīng)氯氣除鎂后的鋁及鋁合金熔體晶粒粗大，力學(xué)性能降低。

2.3氯氣鹽除鎂法

再生鋁熔體除鎂常用的氯鹽多為氯化鋁。該法利用一定壓力的氮?dú)鈱⒙然X噴入鋁及鋁合金熔體中，使氯化鋁與鎂發(fā)生如下反應(yīng)：

2AlCl3+3Mg==3MgCl2+Al

按照此法，氯氣不逸入大氣，未反應(yīng)的氯化鋁被上面的氯化鈉、氯化鉀溶劑所吸收，該法可將鋁及鋁合金熔體的鎂含降低0.1—0.2%。

2.4冰晶石除鎂法

冰晶石與鎂反應(yīng)，生成不溶于鋁及鋁合金熔體中的化合物而將鎂去除。冰晶石相對(duì)廉價(jià)易得而使冰晶石除鎂法在再生鋁工業(yè)得到了較廣泛應(yīng)用。冰晶石與鎂在鋁及鋁合金熔體中發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

3Na3AlF6+3Mg==2Al+6NaF+3MgF2

冰晶石的理論耗量為6kg/kg—Mg，實(shí)際用量為理論耗量的1.5—2倍，反應(yīng)溫度為850—900℃，可將鎂含量降到0.05%。為了降低冰晶石除鎂的溫度，將含40%NaCl、20%KCl的冰晶石撒在熔體表面上。
鋁合金熔煉

3、除鋅、鉛等的技術(shù)

鋁及鋁合金熔體中除鋅可選用氯化除鋅法。該法是利用鋅對(duì)氧親和力比鋁大的原理，在熔煉過程中采用工具對(duì)鋁及鋁合金熔體進(jìn)行攪拌，促使鋅與氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到除鋅的目的，但改法除鋅的效果非常有限，且在除鋅的過程易造成鋁及其他元素的氧化燒損，還會(huì)使鋁及鋁合金熔體吸氣，產(chǎn)生大量的夾雜，一般不推薦采用氧化除鋅法。

鋁及鋁合金熔體中鋅、鉛等重金屬雜質(zhì)的去除采用沉降法。沉降法是延長(zhǎng)鋁及鋁合金熔體的靜置時(shí)間，利用鋅、鉛密度較大的原理，使熔煉時(shí)鋅、鉛可沉入爐底；放流時(shí)穩(wěn)定液流，可使鋅、鉛等重金屬首先流出并附著在最先澆注的幾塊鑄錠的下面，這幾塊鑄錠挑選出另外處理即可。

去除非鋁金屬夾雜物也可采用溶析結(jié)晶法。這種方法是根據(jù)冷卻時(shí)非鋁金屬夾雜物在鋁液中的溶解度變化的原理精煉鋁及鋁合金熔體。但溶析結(jié)晶法使用成本較高，操作復(fù)雜，大規(guī)模的再生鋁工業(yè)很少使用。

無論采用哪一種方法去除鋁及鋁合金熔體中的非鋁金屬夾雜物，都會(huì)增加再生鋁的生產(chǎn)成本。提高鋁及鋁合金廢料的直接利用率，充分合理利用鋁及鋁合金廢料中得有價(jià)值元素，選用前述的先進(jìn)高效的預(yù)處理工藝對(duì)再生鋁生產(chǎn)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

4、除鈉、鉀、氫、鈣等的技術(shù)

國(guó)外開發(fā)了“LARS”熔體在線技術(shù)，可以生產(chǎn)高純潔度要求的航天航空用優(yōu)質(zhì)鋁合金鋁錠，該技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，其重要特性有：

（1）除氣率高，使用該裝備可使熔體在線氫含量由0.39mL/100×10-6降低到0.1mL/100g以下，除氣率達(dá)75%以上。

（2）有效除去金屬和非金屬雜質(zhì)。

（3）有效除去去堿金屬，使用后使K+、Ca+、Li+、Na+離子等堿金屬離子達(dá)到1×10-6以下；有效除去各類化合物。

使用后，產(chǎn)品通過美國(guó)航空航天業(yè)A級(jí)或AA及探傷，如7075合金僅A級(jí)控傷合格率97%，AA級(jí)控傷合格率達(dá)92%。

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