再生鋁冶煉工藝除雜技術

再生鋁合金的生產過程可分為前處理、冶煉（含精煉）、鑄錠三個階段。 熔煉過程是將廢鋁加入熔煉爐中加熱使其熔化成液態。 出渣後，測溫及成分檢查等工序轉入精煉爐，在此加入矽、銅等元素，進行脫氣、除渣、精煉等工序。 再生鋁熔體中的有害金屬元素主要有Fe、Mg、Zn、Pb等，針對不同的有害金屬元素，需要採用不同的去除方法。

1. 除鐵技術

鐵是再生鋁生產中的常見雜誌，對鋁及鋁合金的質量和性能產生極其不利的影響。 因此，除對廢鋁進行預處理除鐵外，在冶煉過程中應盡可能去除夾雜的鐵，防止其微量溶解在鋁及鋁合金熔體中。 一般採用以下方法去除鐵夾雜物。

1.1 除錳除鐵法

錳能有效地在鋁合金溶液中形成高熔點的富鐵相化合物並沉積在爐底，達到除鐵的目的。 發生的反應如下：

Al9Fe2Si2+Mn→AlSiMnFe

去除1kg鐵的錳量為6.7-8.3kg，可將剩餘的粗、片狀、硬脆的Al9Fe2Si2相轉變為片狀AlSiMnFe相，從而減弱鐵的有害作用。 但加錳除鐵的方法會增加鋁合金的錳含量。 不宜使用錳含量有限的鋁合金，加錳除鐵的方法成本較高。

1.2 加入鈹除鐵法

鈹與鋁合金熔體中的 Al9Fe2Si2 相反應，從而減少鐵的有害影響。 反應如下：Al9Fe2Si2+Be→Al5BeFeSi

在鋁及鋁合金熔體中加入0.05%—0.1%的鈹，可以促進粗片狀Al9Fe2Si2相向點狀Al5BeFeSi相轉變，明顯消除了鋁合金的脆性。 但是鈹的價格比較高，而且鈹蒸氣有毒，對人體有害，污染工作環境。 因此，在鐵中加入鈹的方法應慎用。

1.3 沉降除鐵法

沉澱除鐵法是由Mn、Cr、Ni、Zr四種物質製備的多元素中間合金與鋁合金熔體中粗大的富鐵化合物相互作用形成新的多元素中間合金的綜合作用。富含鐵的化合物。 隨著溫度的降低，多元素富鐵化合物逐漸長大。 當它長到足夠大以克服沉降阻力時，它將沉降並去除鐵。 當Mn、Cr、Ni、Zr的含量分別為2.0%、0.8%、1.2%和0.6%時，沉澱除鐵法處理的鋁及鋁合金熔體中鐵含量可從1 % 到 0.2%。 在沉澱法中，錳在去除鐵中起主要作用。 鉻雖然在除鐵方面不如錳，但具有更好的抗氧化性和抗燒壞性。 添加鎳的主要目的是降低錳和鉻殘留引起的脆性。 添加鋯不僅可以起到鐵的作用，還具有細化晶粒的作用。

1.4 過濾除鐵法

除鐵過濾法是利用鋁合金熔體中富鐵相雜質在較低溫度和較長保溫時間下發生偏析的原理，採用機械過濾去除聚集的富鐵相物質。 過濾除鐵法一般在澆注熔體時進行。 它不僅可以去除大的富鐵相物質，還可以去除鋁及鋁合金熔體中的其他大尺寸夾雜物。 過濾除鐵方法通常採用泡沫陶瓷過濾板。

1.5 冶煉直接除鐵法

冶煉直接除鐵法由於成本低、操作簡單，在再生鋁工業中得到了廣泛的應用。 該方法簡述如下：

• (1)嚴格控制熔化溫度，利用鋁和鐵的熔點差熔化鋁，鐵等高熔點金屬雜質沉降到爐底，從而除鐵。 傾斜迴轉窯可高效處理各種廢鋁冶煉爐進行加工。
• (2)冶煉時，每次攪拌前應清除鐵屑，除渣時應將鋁渣中混入的鐵取出。
• (3)根據所選冶煉設備和工藝的實際情況，原則上每冶煉出一批鋁廢料，應將沉澱在爐底的渣鐵拉出。
• (4)再生鋁企業在使用冶煉爐——保溫爐生產時，每爐熔化後，將爐內的鋁液在熱態下運出除鐵。
• (5)採用快熔低溫出鋁。 熔煉過程中，回收的廢鋁在溶劑的保護下快速熔煉，整個熔煉過程約2-3小時。 當回收的廢鋁熔化時，此時的熔體溫度約為650℃。 在此溫度下，鐵在鋁及鋁合金熔體中的溶解度極小。 此時，回收鋁屑中所含的鐵殘留在爐渣中，與爐渣相清。

2. 鎂去除技術

鎂也是再生鋁生產中常見的雜質。 通常採用以下方法去除廢鋁熔體中的鎂。

2.1 氧化除鎂法

氧化除鎂是基於鎂與氧的親和力大於其他金屬的原理。 在冶煉過程中，鎂首先與氧發生強烈反應，其氧化物不溶於鋁及鋁合金熔體而上浮，然後從鋁及鋁合金中上升。 熔體表面被撇去。 為了加速鎂的氧化過程，可用工具攪拌鋁和鋁合金熔體。 氧化法除鎂的效果隨著攪拌時間的延長而增加，但這種方法在除鎂的同時也會造成鋁、矽等元素的燃燒氧化損失，一般不宜採用。

2.2 氯化鎂去除法

在從再​​生鋁熔體中去除鎂時，常使用氯作為氧化劑與熔體中的鎂等活性金屬反應生成氯化物。 由於鎂對氯的親和力比鋁大，當氯進入鋁和鋁合金熔體時，會發生以下化學反應：

• Mg+Cl2==MgCl2
• 2Al+3Cl2==2AlCl3
• 3Mg+2AlCl3==3MgCl2+2Al

生成的氯化鎂溶解在溶劑層中，鎂與氯氣反應放出大量熱量，加熱鋁及鋁合金熔體。

氯化除鎂法除鎂效果更明顯，可將鋁及鋁合金熔體中的鎂含量降低到0.3%—0.4%，且操作方便。 同時具有脫氣除渣功能，但氯氣是劇毒物質，對人體健康和環境危害很大，用氯氣脫鎂後鋁及鋁合金熔體有粗晶粒，機械性能降低。

2.3 氯鹽除鎂法

從再生鋁熔體中去除鎂最常用的氯化物鹽是氯化鋁。 該方法是利用一定壓力的氮氣將氯化鋁噴入鋁及鋁合金熔體中，使氯化鋁與鎂發生如下反應：

2AlCl3+3Mg==3MgCl2+Al

根據該方法，氯氣不會逸出到大氣中，未反應的氯化鋁被上述氯化鈉和氯化鉀溶劑吸收。 該方法可使鋁及鋁合金熔體的鎂含量降低0.1-0.2%。

2.4 冰晶石除鎂法

冰晶石與鎂反應生成不溶於鋁和鋁合金熔體的化合物並去除鎂。 冰晶石相對便宜且容易獲得，因此從冰晶石中脫鎂的方法在再生鋁工業中得到了廣泛的應用。 冰晶石和鎂在鋁和鋁合金熔體中發生以下化學反應：

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

冰晶石的理論用量為6kg/kg-Mg，實際用量為理論用量的1.5-2倍。 反應溫度為850-900℃，可使鎂含量降至0.05%。 為了降低冰晶石脫鎂的溫度，將含有40%NaCl和20%KCl的冰晶石撒在熔體表面。

3. 去除鋅、鉛等的技術

氯化除鋅法可用於鋁及鋁合金熔體中的除鋅。 這種方法利用了鋅比鋁對氧的親和力更大的原理。 在冶煉過程中，利用工具攪拌鋁及鋁合金熔體，促進鋅與氧的反應，從而達到除鋅的目的。 效果非常有限，而且在除鋅過程中，容易引起鋁等元素的氧化燃燒。 還會造成鋁及鋁合金熔體放氣，產生大量夾雜物。 一般不推薦使用氧化除鋅。

沉澱法用於去除鋁及鋁合金熔體中的鋅、鉛等重金屬雜質。 沉澱法是延長鋁及鋁合金熔體的靜置時間，利用鋅、鉛密度較大的原理，使鋅、鉛在熔煉時沉入爐底； 排放時穩定的液體流動可以使鋅和鉛等重金屬首先流出並附著在最初澆注的幾塊錠上，可以選擇這些錠進行額外處理。

也可採用洗脫結晶法去除非鋁金屬夾雜物。 這種精煉鋁及鋁合金熔體的方法是基於非鋁金屬夾雜物在鋁液中的溶解度在冷卻過程中發生變化的原理。 但溶解結晶法成本高、操作複雜，在大型再生鋁工業中應用較少。

無論採用何種方法去除鋁及鋁合金熔體中的非鋁金屬夾雜物，都會增加再生鋁的生產成本。 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的有價元素，選擇上述先進高效的預處理工藝，對再生鋁的生產具有十分重要的現實意義。

4. 去除鈉、鉀、氫、鈣等的技術。

國外已開發出“LARS”熔體在線技術，可生產高純度要求的航天航空用優質鋁錠。 該技術在世界上處於領先地位。 其重要特點是：

• (1)脫氣率高。 使用該設備可將熔體在線氫含量從0.39mL/100×10-6降低到0.1mL/100g以下，脫氣率可達75%以上。
• (2)有效去除金屬和非金屬雜質。
• (3)有效去除鹼金屬，使K+、Ca+、Li+、Na+等鹼金屬離子使用後小於1×10-6； 有效去除各種化合物。

使用後，產品已通過美國航空航天工業A級或AA級及探傷檢測。 例如7075合金只有97%的A級缺陷控制率，AA級缺陷控制率92%。

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