專利名稱：一種由廢雜鋁再生目標(biāo)成分鋁合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種由廢雜鋁再生目標(biāo)成分鋁合金的方法，屬于循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)及合金制備領(lǐng)域，特別涉及廢鋁綠色循環(huán)再利用的方法。
背景技術(shù)：
隨著鋁合金市場(chǎng)需求的不斷增長(zhǎng)，造成鋁土礦資源供應(yīng)不足，必須發(fā)展再生鋁產(chǎn)業(yè)。因再生鋁生產(chǎn)的單位能耗只有原生鋁的3%-4%，我國(guó)再生鋁合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，目前產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到原生鋁產(chǎn)量的30%左右。

再生鋁合金生產(chǎn)通常是以回收來(lái)的廢鋁零件、易拉罐、包裝鋁箔、報(bào)廢的鋁制品、生產(chǎn)鋁制品過(guò)程中的邊角料以及廢鋁線等為主要原料，經(jīng)熔煉配制生產(chǎn)出所要求的目標(biāo)成分的鋁合金錠。因?yàn)檫@種鋁合金錠是由回收后的廢鋁生產(chǎn)的，成本較低，是自然資源的再利用，所以具有很強(qiáng)的生命力。由于再生鋁合金的原料主要是廢雜鋁，來(lái)源廣、成分復(fù)雜，有廢鋁鑄件(以Al-Si合金為主)、廢鋁鍛件(Al-Mg-MruAl-Cu-Mn等合金)、型材(Al-Mn、Al_Mg等合金)、廢電纜線、廢鋁易拉罐、包裝鋁箔(以純鋁為主)等，有時(shí)甚至混入了一些非鋁合金的廢零件(如Zn、Sn.Pb.Sb合金等)、飲料、水、油和有機(jī)物涂層等，這給再生鋁合金綠色回收和成分調(diào)整帶來(lái)了困難，主要問(wèn)題有:①?gòu)U鋁來(lái)源廣泛，常含有較多的鐵雜質(zhì)，這些鐵雜質(zhì)沒(méi)有經(jīng)過(guò)去除，直接與廢鋁一起熔煉，對(duì)后續(xù)得到的熔液中除鐵處理帶來(lái)很大的困難；②回收后的廢鋁有些含有水分、油脂，有的表面還存在有機(jī)物漆層，而國(guó)內(nèi)目前只是把這些廢鋁直接進(jìn)行冶煉，沒(méi)有將廢雜鋁烘干、去除有機(jī)物等處理在冶煉過(guò)程中水的殘留對(duì)鋁熔液的純凈度有影響，油脂、表面漆等容易產(chǎn)生污染，這些都會(huì)影響再生鋁合金的質(zhì)量、回收率，并且對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較嚴(yán)重的污染；③熔煉時(shí)因廢雜鋁與空氣直接接觸造成燒損比較嚴(yán)重，回收率不高；④成分調(diào)整是熔體導(dǎo)入靜置爐前的一項(xiàng)工作，俗稱補(bǔ)料、沖淡。目前國(guó)內(nèi)在成分調(diào)配的過(guò)程中沒(méi)有具體量化的方法，沒(méi)有具體細(xì)化到鋁合金中可能存在的合金元素的具體添加方式或沖淡方式。2010年6月3日，黃崇勝申請(qǐng)了中國(guó)發(fā)明專利“高性能均勻性鋁合金及其生產(chǎn)方法”，公開(kāi)了一種高性能均勻性鋁合金錠及其生產(chǎn)方法，介紹了整個(gè)生產(chǎn)流程，對(duì)成分調(diào)配沒(méi)有詳細(xì)的描述。2011年11月11日，宋金林、宋彬彬等人申請(qǐng)了中國(guó)發(fā)明專利“廢鋁綠色再生有害化元素去除方法”(申請(qǐng)?zhí)?01110358000.5)，公開(kāi)了一種廢鋁綠色再生有害化元素去除方法，它是在廢鋁熔煉至670 70(TC，熔煉5 20分鐘后，經(jīng)過(guò)成分化驗(yàn)分析，再加入除鉛齊U、除鋅劑、除鎂劑及除錳劑與廢鋁攪拌混溶，提出除鉛劑、除鋅劑、除鎂劑及除錳劑的添加量按每噸廢鋁分別添加2 5kg。2012年5月3日，李宏、施孝新、盧劍等人申請(qǐng)了中國(guó)發(fā)明專利“一種廢鋁回收用除鐵劑及除鐵方法”(申請(qǐng)?zhí)?01210136012.8)，公開(kāi)了一種廢鋁回收用除鐵劑，除鐵劑由氯化鈉、氯化鉀、氟硅酸鈉以及冰晶石粉組成。所述除鐵劑中各組分的重量百分比為氯化鈉30 40%、氯化鉀30 40%、氟硅酸鈉10 20%、冰晶石粉10 20%。上述專利均為廢鋁再生過(guò)程中某一工序的處理方法(如除有害元素、除鐵等)或只是簡(jiǎn)單介紹某種鋁合金的生產(chǎn)工藝，并沒(méi)有涉及到無(wú)污染的預(yù)處理。而廢雜鋁原料來(lái)源廣，包括廢鍛件、廢鑄件等，其中含有水或油或油漆等雜物，在先前的專利中并沒(méi)有指出具體的除水、除油或除油漆等有機(jī)物的工藝參數(shù)。在張深根、劉波等申請(qǐng)的中國(guó)發(fā)明專利“一種廢鋁易拉罐綠色循環(huán)保級(jí)再利用的方法”(申請(qǐng)?zhí)?201210432365.2)，明確地提出了“預(yù)處理脫漆”工藝，但是發(fā)明中所用的原料僅限于廢鋁易拉罐，原料來(lái)源范圍狹小，而本發(fā)明中所用的原料為廢雜鋁，范圍較大，適用性更強(qiáng)。本專利提出可以通過(guò)在線成分檢測(cè)和調(diào)控得到任何目標(biāo)鋁合金，包括國(guó)標(biāo)所覆蓋的各種系列鋁合金。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)廢雜鋁來(lái)源廣泛、成分復(fù)雜、富含水分、油脂、有機(jī)物涂層等，再生鋁合金成分調(diào)配難度大等難點(diǎn)，公開(kāi)了一種由廢雜鋁經(jīng)磁選除鐵、預(yù)處理、熔煉、熔液在線成分檢測(cè)、計(jì)算、配料、成分調(diào)整，最終得到目標(biāo)成分鋁合金的方法。本發(fā)明主要包含以下內(nèi)容:(I)磁選除鐵:廢 雜鋁中的鐵磁性物料經(jīng)磁選去除，避免鐵磁性廢料進(jìn)入再生鋁合金;(2)預(yù)處理:根據(jù)廢雜鋁原料特點(diǎn)，采用低溫蒸餾除水除油或低氧熱脫漆或低溫蒸餾除水除油并低氧熱脫漆去除其中的水和有機(jī)物，得到不含水和有機(jī)物的廢雜鋁。采用低溫蒸餾工藝去除并回收水分和油脂；如果廢雜鋁表面有油漆等有機(jī)物，采用低氧熱脫漆工藝來(lái)去除表面有機(jī)物，其原理是應(yīng)用有機(jī)物與一定量的氧氣在一定溫度、一段時(shí)間下進(jìn)行炭化，依靠過(guò)程中物料的震動(dòng)，有機(jī)物脫落，最后還要經(jīng)過(guò)專門(mén)的震動(dòng)設(shè)備，使炭粒全部脫落。為防止廢雜鋁氧化燒損和過(guò)熱熔化，需嚴(yán)格控制窯內(nèi)溫度和氧含量。低溫蒸餾第一階段水分烘干溫度60°C _120°C，時(shí)間0.5h-3.0h ;低溫蒸餾第二階段去除油脂溫度為1200C _240°C，時(shí)間0.5h-3.0h ;油漆采用氧分壓低于10%的氣氛加熱400°C _600°C，時(shí)間為15min_60min ；(3)熔煉:采取漩渦吸入式或壓入式液下熔煉技術(shù)，減輕燒損，提高回收率；熔煉溫度在700°C _850°C。液下熔煉的原理是在熔煉爐內(nèi)存在鋁液的前提下，以產(chǎn)生漩渦的方式將廢雜鋁吸入到鋁液中或用壓入的方式把廢雜鋁壓入鋁液中，這樣避免了廢鋁與火焰的直接接觸，減少了燒損率，提高了回收率；(4)在線成分檢測(cè):取少量經(jīng)充分?jǐn)嚢韬蟮匿X液，采用直讀光譜儀進(jìn)行成分檢測(cè)，作為合金合格或成分調(diào)整的判據(jù)；(5)計(jì)算、配料:將熔液的成分檢測(cè)數(shù)據(jù)與所要求的目標(biāo)鋁合金的成分進(jìn)行對(duì)比，確定添加或去除雜質(zhì)元素種類和數(shù)量。若需要，則找出應(yīng)該添加的中間合金、純金屬或一些除鐵劑、除鈣劑和精煉劑的種類等，結(jié)合成分，計(jì)算出應(yīng)該添加的量，然后進(jìn)行配料，制定出詳細(xì)的配料表。結(jié)合合金元素的熔點(diǎn)及在鋁液中的溶解度等等，總結(jié)出合金元素一般以純金屬或中間合金方式加入。表I是本發(fā)明兀素的添加方式；表I中間合金添加方式表
權(quán)利要求
1.一種由廢雜鋁再生目標(biāo)成分鋁合金的方法，其特征在于:步驟如下: (1)廢雜鋁經(jīng)磁選除鐵:廢雜鋁中的鐵磁性物料經(jīng)磁選去除； (2)預(yù)處理:根據(jù)廢雜鋁原料特點(diǎn)，采用低溫蒸餾除水除油或低氧熱脫漆或低溫蒸餾除水除油并低氧熱脫漆去除其中的水和有機(jī)物，得到不含水和有機(jī)物的廢雜鋁； (3)熔煉:采取漩渦吸入式或壓入式液下熔煉得到鋁合金熔液； (4 )熔液在線成分檢測(cè):取少量經(jīng)充分?jǐn)嚢韬蟮匿X液進(jìn)行成分檢測(cè)，作為合金合格或成分調(diào)整的判據(jù)； (5)計(jì)算、配料:將熔液的成分檢測(cè)數(shù)據(jù)與所要求的目標(biāo)鋁合金的成分進(jìn)行對(duì)比，確定添加或去除雜質(zhì)元素種類和數(shù)量； (6)成分調(diào)整:成分調(diào)整，直至熔液成分達(dá)到目標(biāo)鋁合金成分，最終澆鑄得到目標(biāo)成分招合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中的廢雜鋁預(yù)處理是采用低溫蒸餾除水除油或低氧熱脫漆或低溫蒸餾除水除油并低氧熱脫漆去除其中的水和有機(jī)物，得到不含水和有機(jī)物的廢雜鋁；低溫蒸餾第一階段水分烘干:溫度60°C _120°C，時(shí)間0.5h-3.0h ;低溫蒸餾第二階段去除油脂:溫度為120°C _240°C，時(shí)間0.5h_3.0h ;油漆采用氧分壓低于10%的氣氛，加熱400°C -600°c，時(shí)間為15min-60min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(3)中的熔煉采取漩渦吸入式或壓入式液下熔煉技術(shù)，減輕燒損，提高回收率；熔煉溫度在700°C -850°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法 ，其特征在于:所述步驟(4)中的在線成分檢測(cè)是取少量經(jīng)充分?jǐn)嚢韬蟮匿X液，采用直讀光譜儀進(jìn)行成分檢測(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(5)中的計(jì)算、配料是將熔液的成分檢測(cè)數(shù)據(jù)與所要求的目標(biāo)鋁合金的成分進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)計(jì)算，確定需調(diào)整的合金元素及其調(diào)整量，進(jìn)而確定所需中間合金、純金屬等的種類及其用量，通過(guò)熔煉調(diào)整鋁合金熔液成分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于:所述計(jì)算，配料步驟包括: 沖淡或補(bǔ)料: 補(bǔ)料 補(bǔ)料原則:快速分析結(jié)果低于合金要求的化學(xué)成分時(shí)需要補(bǔ)料，先計(jì)算雜質(zhì)，后計(jì)算合金元素；先計(jì)算量少者，后計(jì)算量多者；先計(jì)算低成分的中間合金，后計(jì)算高成分的中間合金；最后計(jì)算新金屬； 補(bǔ)料公式:一般可按下式近似地計(jì)算出所需補(bǔ)加的料量，然后進(jìn)行核算，算式如下:I=[ (a~b)Q+(c1+c2+--')a/(d~a) 式中X—補(bǔ)料量，kg ； a一某元素的要求含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，% ； 辦一該元素的爐前分析值(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，% ; I熔體總量，kg ； c” C2----新補(bǔ)充爐料的加入量，kg ； V—補(bǔ)料中間合金或新金屬中該元素含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，% ; 沖淡生產(chǎn)中，通常按下式計(jì)算沖淡量:X = (b~a)Q/a式中X—沖淡量，kg ； 辦一某元素的爐前分析值(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，% ; a一該元素的要求含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，% ； 熔體總量，kg。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(6)中成分調(diào)整:熔液在線成分檢測(cè)和計(jì)算配料步驟，即根據(jù)計(jì)算配料所得數(shù)據(jù)，將添加的中間合金和(或)金屬加入鋁液中進(jìn)行液下熔煉并攪拌均勻后，再次檢測(cè)熔液成分； 如滿足目標(biāo)鋁合金成分要求，即可澆鑄得到目標(biāo)鋁合金；反之，繼續(xù)調(diào)整成分直至達(dá)到目標(biāo)鋁合金成分 要求。
全文摘要
本發(fā)明涉及廢雜鋁循環(huán)再利用技術(shù)，屬于循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)領(lǐng)域。開(kāi)發(fā)了一套以廢雜鋁為原料，經(jīng)磁選除鐵、預(yù)處理、熔煉、熔液成分檢測(cè)、計(jì)算、配料、成分調(diào)整，最終得到目標(biāo)鋁合金的技術(shù)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了廢雜鋁循環(huán)再利用，可得到所需要的目標(biāo)成分鋁合金，具有無(wú)污染、回收率高、易于工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)，有顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。
文檔編號(hào)C22B7/00GK103173622SQ201310018088
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者張深根, 劉波, 潘德安, 田建軍, 劉陽(yáng) 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)