2018/12/25

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再生铝熔炼过程的除杂技术,你需要知道的技术干货
发布日期:2019-04-24  来源:中商碳素研究院。  作者:姜玉敬、吴细华  浏览次数:213
核心提示:再生铝|合|金的生产过程可划分为预处理、熔炼(包括精炼)、铸锭三个阶段,熔炼的过程是将废铝加入熔炼炉内升温使之融化为液态,
        再生铝|合|金的生产过程可划分为预处理、熔炼(包括精炼)、铸锭三个阶段,熔炼的过程是将废铝加入熔炼炉内升温使之融化为液态,经过扒渣、测温和成分检测等工序,转入精炼炉中,加入硅、铜等元素,经过除气、除渣精炼等步骤。再生铝熔体中有害金属元素主要有Fe、Mg、Zn、Pb等,针对不同的有害金属元素,需采取不同的去除方法。

1、除铁技术

铁是再生铝生产中常见杂志,对铝及铝|合|金的质量及性能产生极不利的影响。因此,除在对废铝经过预处理除铁外,在熔炼过程中要尽量清除夹杂的铁,防止其微溶于铝和铝|合|金熔体中。一般采用以下几种方法除掉铁夹杂物。

1.1加锰除铁法

锰在铝|合|金溶体中能有效的形成高熔点的富铁相化合物并沉积在炉底,从而达到除铁的目的,其发生的反应如下:

Al9Fe2Si2+Mn→AlSiMnFe

除去1kg的铁的用锰量为6.7-8.3kg,而且能使残留的粗大片状、既硬又脆的Al9Fe2Si2相转变为片状的AlSiMnFe相,从而削弱铁的有害作用。但加锰除铁法会使铝|合|金的含锰量增加,对锰含量有限制的铝|合|金不宜采用,并且加锰除铁法的成本较高。

1.2加铍除铁法

铍在铝|合|金熔体中与Al9Fe2Si2相发生反应,从而降低铁的有害影响,其发生的反应如下:Al9Fe2Si2+Be→Al5BeFeSi

在铝及铝|合|金熔体中加入0.05%—0.1%的铍,可促使粗大片状的Al9Fe2Si2相转变为点状的Al5BeFeSi,明显消除铝|合|金的脆性。但铍的价格较高,且铍蒸汽有毒,对人体有伤害,对工作环境造成污染,因此加铍除铁法应慎用。

1.3沉降除铁法

沉降除铁法是利用Mn、Cr、Ni、Zr四种物质配制的多元中间合金的综合作用,与铝|合|金熔体中粗大的富铁化合物发生作用,形成新的多元富铁化合物。多元富铁化合物随着温度的降低逐步长大,当长大到足以克服沉降阻力后,就会产生沉降,从而除去铁。当Mn、Cr、Ni、Zr四中物质的用量分别为2.0%、0.8%、1.2%和0.6%时,经过沉降除铁法处理的铝及铝|合|金熔体中含铁量可以由1%降至0.2%。锰在沉降除铁法中起主要除铁作用,铬虽然在除铁作用上不及锰,但其抗氧化烧损的性能较好,加入镍的主要目的是降低锰、铬残留所产生的脆性,加入锆除了能起除铁的作用之外,还兼有细化晶粒的作用。

1.4过滤除铁法

过滤除铁法是利用铝|合|金熔体中的富铁相杂质在较低的温度和较长的保温时间下发生偏聚的原理,采用机械过滤的方法将聚集长大的富铁相物质除去。过滤除铁法一般在熔体浇注时进行,它不但可以除去大块的富铁相物质,同事能够除去铝及铝|合|金熔体中的其他尺寸较大的夹杂物,过滤除铁法通常采用泡沫陶瓷过滤板。

1.5熔炼直接除铁法

熔炼直接除铁法因使用成本低,操作简单易行,在再生铝行业取得了广泛的应用,其方法简述如下:

(1)严格控制熔炼温度,利用铝及铁熔点的不同,将铝熔化,铁等高熔点金属杂质沉降炉底,从而将铁除去,倾斜式回转炉可较高效地对各种废杂铝进行处理的熔炼炉。

(2)在熔炼时,要在每次搅拌前将铁杂物扒出,扒渣时将混于铝渣中的铁带出。

(3)根据选用的熔炼设备和技术的实际情况,原则上每熔炼一批铝废料,应扒出沉淀于炉底的渣和铁。

(4)当再生铝企业采用熔炼炉—保温炉生产时,每炉熔化后,派出炉内的铝液,在热状态下将铁扒除。

(5)采用快速熔炼,低温出铝。熔炼时,再生铝废料在溶剂的保护下,进行快速熔炼,整个熔化过程约2—3h。当再生铝废料熔化后,熔体此时的温度约650℃。在此温度下铁在铝及铝|合|金熔体中的溶解度极小,此时出炉,再生铝废料中夹杂的铁留在炉渣内,随炉渣一起清楚。

2、除镁技术

镁也是再生铝生产中常见的一种杂质,通常采用如下几种方法除去废铝熔体中的镁。

2.1氧化除镁法

氧化除镁法是利用镁与氧的亲和力比其他金属大的原理,在熔炼过程中镁首先与氧气发生强烈反应,其氧化物不溶于铝及铝|合|金熔体而上浮,然后从铝及铝|合|金熔体表面撇去。为加速镁的氧化过程,可采用工具对铝及铝|合|金熔体进行搅拌。氧化法除镁的效果,随搅拌时间的延长而提高,但该法在除镁的同时,也造成了铝、硅等元素的燃烧氧化损失,一般情况下不宜采用。

2.2氯化除镁法

再生铝熔体除镁常用氯气作为氧化剂与熔体中的镁等活泼金属发生氯化反应,生成氯化物。因镁对氯气亲和力比铝大,当氯气通入铝及铝|合|金熔体时,发生如下化学反应:

Mg+Cl2==MgCl2

2Al+3Cl2==2AlCl3

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

所产生的氯化镁溶于溶剂层中,镁和氯气反应放出大量热,使铝及铝|合|金熔体加热。

氯化除镁法的除镁效果比较明显,可使铝及铝|合|金熔体中的镁含量降至0.3%—0.4%,而且操作方便,同时兼有除气、除渣的作用,但氯气是剧毒物质,对人体健康和环境的损害较大,且经氯气除镁后的铝及铝|合|金熔体晶粒粗大,力学性能降低。

2.3氯气盐除镁法

再生铝熔体除镁常用的氯盐多为氯化铝。该法利用一定压力的氮气将氯化铝喷入铝及铝|合|金熔体中,使氯化铝与镁发生如下反应:

2AlCl3+3Mg==3MgCl2+Al

按照此法,氯气不逸入大气,未反应的氯化铝被上面的氯化钠、氯化钾溶剂所吸收,该法可将铝及铝|合|金熔体的镁含降低0.1—0.2%。

2.4冰晶石除镁法

冰晶石与镁反应,生成不溶于铝及铝|合|金熔体中的化合物而将镁去除。冰晶石相对廉价易得而使冰晶石除镁法在再生铝工业得到了较广泛应用。冰晶石与镁在铝及铝|合|金熔体中发生如下化学反应:

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

冰晶石的理论耗量为6kg/kg—Mg,实际用量为理论耗量的1.5—2倍,反应温度为850—900℃,可将镁含量降到0.05%。为了降低冰晶石除镁的温度,将含40%NaCl、20%KCl的冰晶石撒在熔体表面上。

3、除锌、铅等的技术

铝及铝|合|金熔体中除锌可选用氯化除锌法。该法是利用锌对氧亲和力比铝大的原理,在熔炼过程中采用工具对铝及铝|合|金熔体进行搅拌,促使锌与氧气发生反应,从而达到除锌的目的,但改法除锌的效果非常有限,且在除锌的过程易造成铝及其他元素的氧化烧损,还会使铝及铝|合|金熔体吸气,产生大量的夹杂,一般不推荐采用氧化除锌法。

铝及铝|合|金熔体中锌、铅等重金属杂质的去除采用沉降法。沉降法是延长铝及铝|合|金熔体的静置时间,利用锌、铅密度较大的原理,使熔炼时锌、铅可沉入炉底;放流时稳定液流,可使锌、铅等重金属首先流出并附着在最先浇注的几块铸锭的下面,这几块铸锭挑选出另外处理即可。

去除非铝金属夹杂物也可采用溶析结晶法。这种方法是根据冷却时非铝金属夹杂物在铝液中的溶解度变化的原理精炼铝及铝|合|金熔体。但溶析结晶法使用成本较高,操作复杂,大规模的再生铝工业很少使用。

无论采用哪一种方法去除铝及铝|合|金熔体中的非铝金属夹杂物,都会增加再生铝的生产成本。提高铝及铝|合|金废料的直接利用率,充分合理利用铝及铝|合|金废料中得有价值元素,选用前述的先进高效的预处理工艺对再生铝生产具有十分重要的现实意义。

4、除钠、钾、氢、钙等的技术

国外开发了“LARS”熔体在线技术,可以生产高纯洁度要求的航天航空用优质铝|合|金铝锭,该技术处于世界领先地位,其重要特性有:

(1)除气率高,使用该装备可使熔体在线氢含量由0.39mL/100×10-6降低到0.1mL/100g以下,除气率达75%以上。

(2)有效除去金属和非金属杂质。

(3)有效除去去碱金属,使用后使K+、Ca+、Li+、Na+离子等碱金属离子达到1×10-6以下;有效除去各类化合物。

使用后,产品通过美国航空航天业A级或AA及探伤,如7075合金仅A级控伤合格率97%,AA级控伤合格率达92%。

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