CN106868316A - 一种再生铝多元杂质元素同步净化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种再生铝多元杂质元素同步净化方法及装置，包括：1：将熔炼炉温度升至680‑800℃，将炉内废铝熔化；2：将熔炼炉内铝液保温后，再生铝液进入流槽；3：对流槽内再生铝液进行冷却和搅拌，强化固液界面处液相前沿析出的杂质元素的扩散效率；4：待残余铝液与已净化再生铝锭的液固质量比为5‑65％时，将残余脏液通过流槽排液孔排出，流槽内为净化后的再生铝锭；5：将流槽内已净化的再生铝锭加热至熔点以上，待再生铝完全熔化后，通过排液孔将其引入静置炉，实现再生铝合金制备。本发明净化工艺步骤简洁，杂质元素净化效率高，同时具有较高的生产效率。

Description

一种再生铝多元杂质元素同步净化方法及装置

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体地说，涉及的是一种再生铝多元杂质元素同步净化方法及装置。

背景技术

目前，废铝中杂质元素去除困难，因此大部分废铝只能通过简单重熔，生产出成分要求宽松的初级压铸铝合金锭。若要通过废铝配制具有高附加值的铝合金，则需要添加大量的工业原铝来进行稀释以满足铝合金名义成分。生产工业原铝资源消耗大、能耗高且环境污染大，而再生铝实际生产能耗仅相当于工业原铝生产能耗的3％-5％。若能控制再生铝成分，去除或大幅降低再生铝中的杂质元素浓度，经济效益和环境效益巨大。在再生铝杂质元素净化方面，主要通过熔剂法去除Ca、Sr、Na、Mg和Li元素。但由于铝是一种活泼金属，目前熔剂法无法去除铝合金中Zn、Fe、Si、Mn、Cu等元素。此外，熔剂法存在两大主要缺点：(1)要达到较好的净化结果，熔剂消耗量大；(2)最终废弃的熔渣含有大量的氟化物和氯化物，对熔渣进行处理时会产生有毒的危险气体，对环境不利。

利用偏析法对金属凝固过程尤其是纯铝的定向凝固过程进行控制，从而影响所提纯的铝晶体中杂质元素分布状态，可获得高纯铝锭。经对现有技术的文献检索发现，日本专利JP,56-133434“Manufacture of high purity aluminum”主要通过超声干涉纯铝液定向凝固过程中的液固界面，从而控制所提纯铝锭的杂质元素分布，制得高纯铝。该发明主要是在液固界面附近通过超声变幅杆引入超声作用，同时严格控制加热区和冷却区的温度。该发明超声作用方式简单，超声作用范围有限，受限于界面粘滞层影响，使得提纯效果有限。

此外，中国发明专利ZL20110443361.X“一种高纯铝的制备方法”，在真空环境下通过控制坩埚内铝液温度场，使得凝固界面从坩埚四周向中心、从坩埚顶部向底部推进，实现偏析提纯，最终通过多次反复提纯，获得高纯铝。该发明整个提纯过程在真空环境中进行，坩埚底部用于排放残余铝液的装置操控复杂，生产效率低；由于采用单体炉提纯，无法实现连续生产。

上述的现有方法无法适用于再生铝领域的偏析提纯，目前尚为发现针对再生铝领域的偏析提纯技术。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种再生铝多元杂质元素同步净化方法，净化工艺步骤简洁，杂质元素净化效率高，同时具有较高的生产效率。

根据本发明的第一方面，提供一种再生铝多元杂质元素同步净化方法，包括如下步骤：

步骤1：将熔炼炉温度升至680-800℃，将炉内废铝熔化；

步骤2：将熔炼炉内铝液保温10min以上后，将熔炼炉内再生铝液进入流槽，将再生铝液温度控制在废铝熔点温度以上至少5℃；

步骤3：对流槽内再生铝液进行冷却和搅拌，强化固液界面处液相前沿析出的杂质元素的扩散效率，降低成分过冷对平界面生长的影响；

步骤4：待残余铝液与已净化再生铝锭的液固质量比为5-65％时，将残余脏液通过流槽排液孔排出，流槽内为净化后的再生铝锭；

步骤5：将流槽内已净化的再生铝锭加热至熔点以上，待再生铝完全熔化后，通过排液孔将其引入静置炉，实现再生铝合金制备。

优选地，步骤2中，将熔炼炉内铝液保温10-30min后，将熔炼炉内再生铝液进入流槽。

优选地，步骤2中，将再生铝液温度控制在废铝熔点温度以上5-30℃。

优选地，步骤3中，所述冷却和搅拌分别通过气冷装置、搅拌装置实现。更优选地，所述气冷装置和搅拌装置对流槽内再生铝液进行冷却和搅拌，基于再生铝液成分控制流槽温度和中部冷却气体气流，使流槽的两侧及底部与中上部形成温度梯度，从而实现铝液从中间向两侧、从顶部向底部凝固，通过成分偏析，使杂质元素在流槽两侧和底部的铝液中富集，再生铝液顺序凝固时使用搅拌装置产生铝液对流，强化固液界面处液相前沿析出的杂质元素的扩散效率，降低成分过冷对平界面生长的影响。

本发明是一种再生铝杂质元素同步净化方法，再生铝偏析提纯与纯铝偏析提纯的主要区别在于：(1)再生铝中杂质元素浓度高，凝固界面前沿存在成分过冷，因此在固液界面处实现平界面生长更难控制；(2)从经济因素考虑，与提纯制备高纯铝相比，再生铝偏析净化要求更高的生产效率。本发明通过采用上述的步骤解决了这些技术问题。

根据本发明的第二方面，提供一种再生铝多元杂质元素同步净化装置，包括：熔炼炉炉体，流量控制塞，流槽，搅拌装置，炉体加热元件，气冷装置；其中：

所述熔炼炉炉体内设有炉体加热元件，所述炉体加热元件将所述熔炼炉炉体内的拟净化的铝废料熔化，形成再生铝液；

所述熔炼炉炉体的底部一侧设有流量控制塞，用于控制所述熔炼炉炉体内的再生铝液的流量，并通过流量控制塞将再生铝液直接引入流槽；

所述流槽上设有气冷装置和搅拌装置，用于对所述流槽内再生铝液进行冷却和搅拌，强化固液界面处液相前沿析出的杂质元素的扩散效率，形成残余铝液与已净化再生铝锭的液固混合物，将残余铝液从所述流槽内排出，所述流槽内为净化后的再生铝锭。

进一步的，所述流槽设有流槽加热元件，通过所述流槽加热元件对净化后的再生铝锭进行加热熔化，形成的净化后铝液引入静置炉，实现再生铝合金制备。

进一步的，所述流槽设有脏铝液排液孔、净化后铝液排液孔，分别用于排出残余脏铝液、净化后铝液，所述净化后铝液排液孔将所述净化后铝液引入静置炉。

进一步的，所述流槽位于所述所述熔炼炉炉体一侧，并且高度低于所述熔炼炉炉体，以便于所述再生铝液引入流槽。

本发明基于定向凝固技术实现多元杂质元素的同步净化，通过精确控制流槽内温度场，实现凝固界面顺序推进，最终残余铝液保留在流槽上部两侧并通过流槽排液孔排出，利用已净化的固相再生铝余热，通过流槽加热体以较低能耗再次将其加热熔化，铝液通过流槽排液孔进入静置炉实现再生铝合金浇铸。在定向凝固过程中，通过有效机械(电磁)搅拌对凝固界面粘滞层进行强制对流，控制凝固界面附近温度梯度，加快定向凝固过程中液固界面处析出杂质元素的混合与扩散，最大程度地提高净化效率。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明再生铝净化工艺步骤简洁，杂质元素净化效率优异，同时具有较高的生产效率，大大减少高品质再生铝制备时稀释元素浓度所需的工艺原铝用量，节约能源同时减少原铝生产导致的废气和赤泥排放。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例采用的净化装置结构示意图；

图2为图1所示A-A剖视图；

图中，1-炉体，2-流量控制塞，3-流槽，4-搅拌装置，5-脏铝液排液孔，6-净化后铝液排液孔，7-炉体加热元件，8-已净化再生铝锭，9-再生铝液，10-气冷装置，11-流槽加热元件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1-2所示，为一种再生铝多元杂质元素同步净化装置，该装置包括：熔炼炉炉体1，流量控制塞2，流槽3，搅拌装置4，炉体加热元件7，气冷装置10，流槽加热元件11；其中：

所述熔炼炉炉体1内设有炉体加热元件7，所述炉体加热元件7将所述熔炼炉炉体1内的拟净化的铝废料熔化，形成再生铝液9，再生铝液熔体温度控制在熔点以上；

所述熔炼炉炉体1的底部一侧设有流量控制塞2，用于控制所述熔炼炉炉体1内的再生铝液9的流量，并通过流量控制塞2将再生铝液直接引入流槽3；

所述流槽3上设有气冷装置10和搅拌装置4，用于对所述流槽3内再生铝液9进行冷却和搅拌，强化固液界面处液相前沿析出的杂质元素的扩散效率，形成残余铝液与已净化再生铝锭的液固混合物，将残余铝液排出，所述流槽3内为净化后的再生铝锭；所述流槽3设有流槽加热元件11，再通过所述流槽加热元件11对净化后的再生铝锭进行加热熔化，形成的净化后铝液引入静置炉。

所述流槽3设有脏铝液排液孔5、净化后铝液排液孔6，分别用于排出残余脏铝液、净化后铝液，所述净化后铝液排液孔6将所述净化后铝液引入静置炉。

所述流槽3位于所述所述熔炼炉炉体1一侧，并且高度低于所述熔炼炉炉体1，以便于所述再生铝液9引入流槽3。

所述搅拌装置4、气冷装置10位于所述流槽3上方中部，所述流槽加热元件11位于所述流槽3的两侧及四周底部，从而在所述流槽的两侧及底部与中上部形成温度梯度。

具体的，在一具体应用的实施例中，采用上述装置进行再生铝多元杂质元素同步净化，具体操作过程为：

将拟净化的铝废料放入熔炼炉炉体1内，开启炉体加热元件7，将炉温升至680-800℃，将炉体1中的废铝熔化，待铝废料完全熔化后保温10-30min实现再生铝液成分和温度均匀分布，通过炉体加热元件7的控制系统控制炉体1内铝液的温度在废铝熔点温度以上5-30℃，然后通过熔炼炉1上的流量控制塞2将再生铝液9直接引入流槽3；

待再生铝液进入流槽3后，开启气冷装置10和搅拌装置4对流槽3内再生铝液9进行冷却和搅拌，基于再生铝液成分控制流槽温度和中部冷却气体(压缩空气)气流，使流槽3的两侧及底部与中上部形成温度梯度，从而实现铝液从中间向两侧、从顶部向底部凝固，通过成分偏析，使杂质元素在流槽两侧和底部的铝液中富集，再生铝液顺序凝固时使用搅拌装置产生铝液对流，强化固液界面处液相前沿析出的杂质元素的扩散效率，降低成分过冷对平界面生长的影响；

待残余再生铝液9与已净化再生铝锭8的液固质量比为5-65％时，将残余脏液(再生铝液)通过流槽排液孔5排出，流槽3内得到净化后的再生铝锭8，Fe、Si、Mg、Cu、Zn、Mn等元素净化效率可达40％-80％，然后布置在流槽3底部和四周的加热元件11的控温系统将流槽3内已净化的再生铝锭加热至熔点以上5-30℃，固体余热将大幅度降低再加热时已净化再生铝熔化所需能耗；

待再生铝完全熔化后，通过净化后铝液排液孔6将其引入静置炉，用于再生铝合金铸锭制备。

实施例2

本实施例提供一种再生铝多元杂质元素同步净化方法，具体为：

将5kg废铝放入熔炼炉，炉温升至680℃将炉体中的废铝熔化，废铝完全熔化后将铝液温度控制在废铝熔点温度以上15℃，保温10min后打开流量控制塞将熔炼炉内再生铝液进入流槽，开启气冷装置和搅拌装置对流槽内再生铝液进行冷却和搅拌；待残余再生铝液与已净化再生铝锭的液固质量比为15％时，将残余脏液通过流槽排液孔排出，得到净化后再生铝锭，Fe、Si、Mg、Cu、Zn、Mn元素净化效率分别为：68％、50％、64％、75％、63％、46％。

本实施例通过控制再生铝液流槽内温度场，实现凝固界面顺序推进，最终残余铝液保留在流槽上部两侧并通过流槽排液孔排出，利用已净化的固相再生铝余热，通过流槽加热体以较低能耗再次将其加热熔化，铝液通过流槽排液孔进入静置炉实现再生铝合金浇铸。在定向凝固过程中，通过有效机械搅拌对凝固界面粘滞层进行强制对流，控制凝固界面附近温度梯度，加快定向凝固过程中液固界面处析出杂质元素的混合与扩散，最大程度地提高净化效率。

实施例3

本实施例提供一种再生铝多元杂质元素同步净化方法，具体为：

将5kg废铝放入熔炼炉，炉温升至740℃将炉体中的废铝熔化，废铝完全熔化后将铝液温度控制在废铝熔点温度以上5℃，保温20min后打开流量控制塞将熔炼炉内再生铝液进入流槽，开启气冷装置和搅拌装置对流槽内再生铝液进行冷却和搅拌；待残余再生铝液与已净化再生铝锭的液固质量比为30％时，将残余脏液通过流槽排液孔排出，得到净化后再生铝锭，Fe、Si、Mg、Cu、Zn、Mn元素净化效率分别为：66％、45％、62％、72％、60％、45％。

实施例4

本实施例提供一种再生铝多元杂质元素同步净化方法，具体为：

将5kg废铝放入熔炼炉，炉温升至800℃将炉体中的废铝熔化，废铝完全熔化后将铝液温度控制在废铝熔点温度以上30℃，保温30min后打开流量控制塞将熔炼炉内再生铝液进入流槽，开启气冷装置和搅拌装置对流槽内再生铝液进行冷却和搅拌；待残余再生铝液与已净化再生铝锭的液固质量比为5％时，将残余脏液通过流槽排液孔排出，得到净化后再生铝锭，Fe、Si、Mg、Cu、Zn、Mn元素净化效率分别为：58％、45％、55％、65％、60％、40％。

实施例5

本实施例提供一种再生铝多元杂质元素同步净化方法，具体为：

将5kg废铝放入熔炼炉，炉温升至800℃将炉体中的废铝熔化，废铝完全熔化后并将铝液温度控制在废铝熔点温度以上5℃，保温30min后打开流量控制塞将熔炼炉内再生铝液进入流槽，开启气冷装置和搅拌装置对流槽内再生铝液进行冷却和搅拌；待残余再生铝液与已净化再生铝锭的液固质量比为65％时，将残余脏液通过流槽排液孔排出，得到净化后再生铝锭，Fe、Si、Mg、Cu、Zn、Mn元素净化效率分别为：80％、52％、66％、78％、68％、50％。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种再生铝多元杂质元素同步净化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将熔炼炉温度升至680-800℃，将炉内废铝熔化；

步骤2：将熔炼炉内铝液保温10min以上后，将再生铝液温度控制在废铝熔点温度以上至少5℃，将熔炼炉内再生铝液进入流槽；

步骤3：对流槽内再生铝液进行冷却和搅拌，强化固液界面处液相前沿析出的杂质元素的扩散效率，降低成分过冷对平界面生长的影响；

步骤4：待残余铝液与已净化再生铝锭的液固质量比为5-65％时，将残余脏液通过流槽排液孔排出，流槽内为净化后的再生铝锭；

步骤5：将流槽内已净化的再生铝锭加热至熔点以上，待再生铝完全熔化后，通过排液孔将其引入静置炉，用于再生铝合金铸锭制备。

2.根据权利要求1所述的再生铝多元杂质元素同步净化方法，其特征在于，步骤2中，将熔炼炉内铝液保温10-30min后打开流量控制塞。

3.根据权利要求1所述的再生铝多元杂质元素同步净化方法，其特征在于，步骤2中，将再生铝液温度控制在废铝熔点温度以上5-30℃。

4.根据权利要求1-3任一项所述的再生铝多元杂质元素同步净化方法，其特征在于，步骤3中，所述冷却和搅拌分别通过气冷装置、搅拌装置实现。

5.根据权利要求4所述的再生铝多元杂质元素同步净化方法，其特征在于，所述气冷装置和搅拌装置对流槽内再生铝液进行冷却和搅拌，基于再生铝液成分控制流槽温度和中部冷却气体气流，使流槽的两侧及底部与中上部形成温度梯度，从而实现铝液从中间向两侧、从顶部向底部凝固，通过成分偏析，使杂质元素在流槽两侧和底部的铝液中富集，再生铝液顺序凝固时使用搅拌装置产生铝液对流，强化固液界面处液相前沿析出的杂质元素的扩散效率，降低成分过冷对平界面生长的影响。

6.一种再生铝多元杂质元素同步净化装置，其特征在于，包括：熔炼炉炉体，流量控制塞，流槽，搅拌装置，炉体加热元件，气冷装置；其中：

所述熔炼炉炉体内设有炉体加热元件，所述炉体加热元件将所述熔炼炉炉体内的拟净化的铝废料熔化，形成再生铝液；

所述熔炼炉炉体的底部一侧设有流量控制塞，用于控制所述熔炼炉炉体内的再生铝液的流量，并通过流量控制塞将再生铝液直接引入流槽；

所述流槽上设有气冷装置和搅拌装置，用于对所述流槽内再生铝液进行冷却和搅拌，强化固液界面处液相前沿析出的杂质元素的扩散效率，形成残余铝液与已净化再生铝锭的液固混合物，将残余铝液从所述流槽内排出，所述流槽内为净化后的再生铝锭。

7.根据权利要求6所述的再生铝多元杂质元素同步净化装置，其特征在于，所述流槽设有流槽加热元件，通过所述流槽加热元件对净化后的再生铝锭进行加热熔化，形成的净化后铝液引入静置炉，实现再生铝合金制备。

8.根据权利要求7所述的再生铝多元杂质元素同步净化装置，其特征在于，所述流槽设有脏铝液排液孔、净化后铝液排液孔，分别用于排出残余脏铝液、净化后铝液，所述净化后铝液排液孔将所述净化后铝液引入静置炉。

9.根据权利要求6-8任一项所述的再生铝多元杂质元素同步净化装置，其特征在于，所述流槽位于所述熔炼炉炉体一侧，并且高度低于所述熔炼炉炉体，以便于所述再生铝液引入流槽。

10.根据权利要求6-8任一项所述的再生铝多元杂质元素同步净化装置，其特征在于，所述搅拌装置、气冷装置位于所述流槽上方中部，所述流槽加热元件位于所述流槽的底部及四周下部，从而在所述流槽的两侧及底部与中上部形成温度梯度。