本發(fā)明涉及一種鋁合金廢料的回收方法，特別涉及一種選擇性提取鋁合金廢料中鎂鋰組分同時(shí)制備石墨烯的方法，屬于鋁合金廢料回收。

背景技術(shù)：

1、鋁合金是除了鋼鐵之外產(chǎn)量最高的金屬材料，被廣泛應(yīng)用于航空航天、建筑和運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。在鋁合金中添加鎂和鋰后，可以使鋁合金在輕量化、強(qiáng)度、模量、抗腐蝕及功能特性方面實(shí)現(xiàn)突破，成為航空航天和軍工等領(lǐng)域的理想材料。尤其是在航空航天領(lǐng)域，合金重量的減輕顯著降低發(fā)射成本?？傮w而言，雖然鋁合金中添加鎂和鋰會(huì)使其生產(chǎn)成本較高，但是其綜合性能優(yōu)勢(shì)仍然推動(dòng)其成為高端制造的核心材料之一。

2、然而，回收含有鎂和鋰的鋁合金廢料卻存在挑戰(zhàn)。一方面，合金使用過程中往往會(huì)帶入部分雜質(zhì)，難以使其保級(jí)回用。另一方面，鎂和鋰作為活性元素，在降級(jí)熔煉過程中容易發(fā)生氧化，并且如果氧化分離不徹底，也容易影響合金純度，導(dǎo)致回收經(jīng)濟(jì)效益下降。例如熔煉過程中，需要外加大量除鎂劑強(qiáng)化鎂的脫除。同時(shí)注意到鎂鋰等組分進(jìn)入鹽渣后需要經(jīng)過冗長(zhǎng)的流程才能分離提純，不利于鎂鋰資源的再生利用。中國(guó)專利（公開號(hào)：cn119220817a）公開了一種從鋁鋰合金廢料中提鋰的方法，使用酸將鋁鋰合金廢料進(jìn)行溶解，后將所述溶解得到的混合液進(jìn)行蒸發(fā)，得到待處理晶體；將所述待處理晶體進(jìn)行焙燒，以使所述待處理晶體中的鋰與其他金屬元素以不同形式存在，得到焙燒粉料；將所述焙燒粉料進(jìn)行浸出，得到浸出混合液。該方法通過酸將鋁鋰合金廢料中各元素溶解成離子，通過焙燒將待處理晶體中鋁鹽、鎂鹽等轉(zhuǎn)化成氧化物，再通過浸出可以將鋰浸出到溶液中，達(dá)到提鋰的目的。該方法需要消耗大量的酸試劑和能耗，且鋰浸出效率僅僅為85%左右，并未完全實(shí)現(xiàn)鋰鋁分離。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有鋁合金廢料回收過程鎂、鋰組分脫除難度大、鹽渣后續(xù)提取鎂鋰資源流程長(zhǎng)等技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是在于提供一種選擇性提取鋁合金廢料中鎂鋰組分聯(lián)產(chǎn)石墨烯的方法，該方法利用弱氧化性的碳氧化物氣體作為氧化劑能夠?qū)⒑V和鋰的鋁廢料中的金屬鎂、金屬鋰組分高選擇性氧化，同時(shí)碳氧化物原位轉(zhuǎn)化生成石墨烯，且反應(yīng)產(chǎn)物一起進(jìn)入上部鹽渣層從而與鋁分離，最終得到合金液、石墨烯和富鎂鋰溶液，為含鎂和鋰的合金廢料的資源化、高值化及規(guī)?；锰峁┮环N新的途徑。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種選擇性提取鋁合金廢料中鎂鋰組分聯(lián)產(chǎn)石墨烯的方法，該方法是將含鎂和鋰的鋁廢料表面覆蓋熔鹽并在惰性氣氛下進(jìn)行熔煉得到熔體，將含碳氧化物的氣體通入所述熔體內(nèi)部選擇性氧化金屬鎂和金屬鋰生成氧化鎂、氧化鋰和石墨碳混合產(chǎn)物，所述混合產(chǎn)物遷移至熔體表面的熔鹽層中形成鹽渣，所述鹽渣經(jīng)過酸浸、固液分離，得到石墨烯，浸出液即為鎂鋰浸出液。

3、本發(fā)明的技術(shù)方案關(guān)鍵在于：一方面，充分利用金屬鎂、金屬鋰組分的還原活性與金屬鋁之間的差異，利用弱氧化性的碳氧化物以實(shí)現(xiàn)金屬鎂、金屬鋰組分的選擇性氧化；另一方面，利用鎂和鋰的氧化物與合金液之間密度和相容性等物理性質(zhì)差異，實(shí)現(xiàn)鎂和鋰的氧化物定向遷移至合金液上部；三方面，利用熔鹽捕獲鎂氧化物、鋰氧化物形成富鎂、鋰鹽渣，易于實(shí)現(xiàn)渣金分離；四方面，可以實(shí)現(xiàn)一氧化碳、二氧化碳等碳氧化物氣體轉(zhuǎn)化成附加值較高的石墨產(chǎn)品。

4、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述熔鹽包括氯化鋰、氯化鈉和氯化鉀。作為一個(gè)較優(yōu)選的方案，所述熔鹽由以下質(zhì)量百分比組分組成：氯化鋰1%~10%，氯化鉀45%~55%，氯化鈉40%~50%。熔鹽的作用：一方面，熔鹽熔化后可以作為保護(hù)層減少外部環(huán)境對(duì)合金熔體的影響，比如氧化；另一方面，利用熔鹽捕獲鋰氧化物和鎂氧化物，可以實(shí)現(xiàn)鋰氧化物和鎂氧化物在上部熔鹽層的定向富集，有助于實(shí)現(xiàn)鋁合金廢料中金屬鋰和金屬鎂的選擇性提取。所述熔鹽中氯化鉀和氯化鈉為主體成分，通過形成復(fù)鹽降低熔點(diǎn)，而氯化鋰熔點(diǎn)相對(duì)更低，降低熔點(diǎn)同時(shí)有助于改善熔鹽液相流動(dòng)性。作為一個(gè)較優(yōu)選的方案，所述熔鹽的質(zhì)量為所述含鎂和鋰的鋁廢料質(zhì)量的10%~80%。熔鹽在含鎂和鋰的鋁廢料表面的添加量，則是根據(jù)含鎂和鋰的鋁廢料中金鋰含量確定，金屬鋰含量較低時(shí)添加量相對(duì)較少，金屬鋰含量較高時(shí)添加量則相對(duì)較高。添加量過低會(huì)導(dǎo)致鋰定向富集不夠充分，添加量過高則會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。

5、?作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述含碳氧化物的氣體中包含惰性氣體和碳氧化物；所述碳氧化物為一氧化碳和/或二氧化碳；所述碳氧化物的體積占比為20%~50%。惰性氣體例如氬氣。惰性氣體一方面作為載氣，同時(shí)兼具攪拌介質(zhì)作用，有助于均勻合金溶液，同時(shí)強(qiáng)化合金液脫氣，并且有助于氧化產(chǎn)物向上部熔鹽層遷移。而碳氧化物，例如一氧化碳和/或二氧化碳，其是起到氧化金屬鋰和金屬鎂的主要物質(zhì)，如果其濃度過高，會(huì)造成碳氧化物轉(zhuǎn)化不充分，如果其濃度過低，則反應(yīng)速率慢，影響冶煉效率。作為一個(gè)較優(yōu)選的方案，所述含碳氧化物的氣體的通入速率為100?ml~10000?ml/min，通入量以將熔體中金屬鎂和金屬鋰全部轉(zhuǎn)化成氧化鎂和氧化鋰所需碳氧化物所需摩爾量計(jì)量。同樣，如果含碳氧化物的氣體通入速率過快，會(huì)造成碳氧化物轉(zhuǎn)化不充分，如果含碳氧化物的氣體通入速率過低，則反應(yīng)速率慢，影響冶煉效率。在優(yōu)選的含碳氧化物的氣體通入速率下以及優(yōu)選的含碳氧化物的氣體中碳氧化物的濃度下，可以保證碳氧化物轉(zhuǎn)化率不低于80%。碳氧化物與金屬鎂和金屬鋰的主要反應(yīng)方程式為：mg+co→mgo+c，2mg+co2→2mgo+c，2li+co→li2o+c，4li+co2→2li2o+c。

6、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述熔體的溫度為670℃~720℃。如果熔體的溫度過低，碳氧化物的轉(zhuǎn)化速率慢，且生成的石墨烯結(jié)晶度較差。如果熔體的溫度過高，未反應(yīng)的碳氧化物可能會(huì)和石墨烯反應(yīng)生成一氧化碳，導(dǎo)致石墨烯產(chǎn)率下降。

7、作為一個(gè)優(yōu)選的方案，所述酸浸的條件為：采用濃度為0.1mol~5mol/l的鹽酸作為浸出劑，浸出液固比為5~10ml:1g，浸出時(shí)間為8h~24h。在優(yōu)選的浸出條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)石墨烯的深度除雜以獲得高純的石墨烯，同時(shí)提高金屬鎂、金屬鋰組分的回收效率。

8、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案帶來的有益技術(shù)效果：

9、（1）本發(fā)明利用具有弱氧化性的碳氧化物作為氧化劑可以選擇性氧化含鎂和鋰的鋁廢料中的金屬鎂和金屬鋰，并使之定向富集到上部熔鹽層，同步將碳氧化物原位轉(zhuǎn)化成石墨烯，經(jīng)過渣金分離即可得到合金液和含有氧化鎂、氧化鋰和石墨碳的鹽渣，鹽渣經(jīng)過簡(jiǎn)單酸浸處理即可得到石墨烯和富鎂鋰溶液。該方法不僅實(shí)現(xiàn)了含鎂和鋰的鋁廢料的資源化回收，并且選擇性提取出鎂和鋰組分，同時(shí)副產(chǎn)附加值較高的石墨烯，為含鎂和鋰的鋁廢料的資源化、高值化和大規(guī)模處置提供了一條新途徑。

10、（2）本發(fā)明所使用的設(shè)備為再生鋁熔煉使用的熔煉爐，無需新的設(shè)備，且相對(duì)于傳統(tǒng)的添加除雜劑除雜，采用碳氧化物選擇性氧化鎂鋰組分，無需除雜劑的使用，技術(shù)路線操作簡(jiǎn)單，極大地簡(jiǎn)化了鹽渣組成，降低了鹽渣生成量，并且同時(shí)制備出高價(jià)值的石墨烯產(chǎn)品。

11、（3）本發(fā)明排出的煙氣簡(jiǎn)單補(bǔ)充碳氧化物后可二次回用，提取石墨烯后的溶液也可進(jìn)一步加工制備碳酸鎂和碳酸鋰等產(chǎn)物，殘余溶液進(jìn)一步蒸發(fā)結(jié)晶可實(shí)現(xiàn)熔鹽再生回用，整個(gè)過程不新增污染物。