专利名称：一种由废杂铝再生目标成分铝合金的方法
技术领域：
本发明提供了一种由废杂铝再生目标成分铝合金的方法，属于循环经济技术及合金制备领域，特别涉及废铝绿色循环再利用的方法。
背景技术：
随着铝合金市场需求的不断增长，造成铝土矿资源供应不足，必须发展再生铝产业。因再生铝生产的单位能耗只有原生铝的3%-4%，我国再生铝合金产业发展较快，目前产量已经达到原生铝产量的30%左右。
再生铝合金生产通常是以回收来的废铝零件、易拉罐、包装铝箔、报废的铝制品、生产铝制品过程中的边角料以及废铝线等为主要原料，经熔炼配制生产出所要求的目标成分的铝合金锭。因为这种铝合金锭是由回收后的废铝生产的，成本较低，是自然资源的再利用，所以具有很强的生命力。由于再生铝合金的原料主要是废杂铝，来源广、成分复杂，有废铝铸件(以Al-Si合金为主)、废铝锻件(Al-Mg-MruAl-Cu-Mn等合金)、型材(Al-Mn、Al_Mg等合金)、废电缆线、废铝易拉罐、包装铝箔(以纯铝为主)等，有时甚至混入了一些非铝合金的废零件(如Zn、Sn.Pb.Sb合金等)、饮料、水、油和有机物涂层等，这给再生铝合金绿色回收和成分调整带来了困难，主要问题有:①废铝来源广泛，常含有较多的铁杂质，这些铁杂质没有经过去除，直接与废铝一起熔炼，对后续得到的熔液中除铁处理带来很大的困难；②回收后的废铝有些含有水分、油脂，有的表面还存在有机物漆层，而国内目前只是把这些废铝直接进行冶炼，没有将废杂铝烘干、去除有机物等处理在冶炼过程中水的残留对铝熔液的纯净度有影响，油脂、表面漆等容易产生污染，这些都会影响再生铝合金的质量、回收率，并且对环境产生较严重的污染；③熔炼时因废杂铝与空气直接接触造成烧损比较严重，回收率不高；④成分调整是熔体导入静置炉前的一项工作，俗称补料、冲淡。目前国内在成分调配的过程中没有具体量化的方法，没有具体细化到铝合金中可能存在的合金元素的具体添加方式或冲淡方式。2010年6月3日，黄崇胜申请了中国发明专利“高性能均匀性铝合金及其生产方法”，公开了一种高性能均匀性铝合金锭及其生产方法，介绍了整个生产流程，对成分调配没有详细的描述。2011年11月11日，宋金林、宋彬彬等人申请了中国发明专利“废铝绿色再生有害化元素去除方法”(申请号201110358000.5)，公开了一种废铝绿色再生有害化元素去除方法，它是在废铝熔炼至670 70(TC，熔炼5 20分钟后，经过成分化验分析，再加入除铅齐U、除锌剂、除镁剂及除锰剂与废铝搅拌混溶，提出除铅剂、除锌剂、除镁剂及除锰剂的添加量按每吨废铝分别添加2 5kg。2012年5月3日，李宏、施孝新、卢剑等人申请了中国发明专利“一种废铝回收用除铁剂及除铁方法”(申请号201210136012.8)，公开了一种废铝回收用除铁剂，除铁剂由氯化钠、氯化钾、氟硅酸钠以及冰晶石粉组成。所述除铁剂中各组分的重量百分比为氯化钠30 40%、氯化钾30 40%、氟硅酸钠10 20%、冰晶石粉10 20%。上述专利均为废铝再生过程中某一工序的处理方法(如除有害元素、除铁等)或只是简单介绍某种铝合金的生产工艺，并没有涉及到无污染的预处理。而废杂铝原料来源广，包括废锻件、废铸件等，其中含有水或油或油漆等杂物，在先前的专利中并没有指出具体的除水、除油或除油漆等有机物的工艺参数。在张深根、刘波等申请的中国发明专利“一种废铝易拉罐绿色循环保级再利用的方法”(申请号:201210432365.2)，明确地提出了“预处理脱漆”工艺，但是发明中所用的原料仅限于废铝易拉罐，原料来源范围狭小，而本发明中所用的原料为废杂铝，范围较大，适用性更强。本专利提出可以通过在线成分检测和调控得到任何目标铝合金，包括国标所覆盖的各种系列铝合金。
发明内容
本发明针对废杂铝来源广泛、成分复杂、富含水分、油脂、有机物涂层等，再生铝合金成分调配难度大等难点，公开了一种由废杂铝经磁选除铁、预处理、熔炼、熔液在线成分检测、计算、配料、成分调整，最终得到目标成分铝合金的方法。本发明主要包含以下内容:(I)磁选除铁:废 杂铝中的铁磁性物料经磁选去除，避免铁磁性废料进入再生铝合金;(2)预处理:根据废杂铝原料特点，采用低温蒸馏除水除油或低氧热脱漆或低温蒸馏除水除油并低氧热脱漆去除其中的水和有机物，得到不含水和有机物的废杂铝。采用低温蒸馏工艺去除并回收水分和油脂；如果废杂铝表面有油漆等有机物，采用低氧热脱漆工艺来去除表面有机物，其原理是应用有机物与一定量的氧气在一定温度、一段时间下进行炭化，依靠过程中物料的震动，有机物脱落，最后还要经过专门的震动设备，使炭粒全部脱落。为防止废杂铝氧化烧损和过热熔化，需严格控制窑内温度和氧含量。低温蒸馏第一阶段水分烘干温度60°C _120°C，时间0.5h-3.0h ;低温蒸馏第二阶段去除油脂温度为1200C _240°C，时间0.5h-3.0h ;油漆采用氧分压低于10%的气氛加热400°C _600°C，时间为15min_60min ；(3)熔炼:采取漩涡吸入式或压入式液下熔炼技术，减轻烧损，提高回收率；熔炼温度在700°C _850°C。液下熔炼的原理是在熔炼炉内存在铝液的前提下，以产生漩涡的方式将废杂铝吸入到铝液中或用压入的方式把废杂铝压入铝液中，这样避免了废铝与火焰的直接接触，减少了烧损率，提高了回收率；(4)在线成分检测:取少量经充分搅拌后的铝液，采用直读光谱仪进行成分检测，作为合金合格或成分调整的判据；(5)计算、配料:将熔液的成分检测数据与所要求的目标铝合金的成分进行对比，确定添加或去除杂质元素种类和数量。若需要，则找出应该添加的中间合金、纯金属或一些除铁剂、除钙剂和精炼剂的种类等，结合成分，计算出应该添加的量，然后进行配料，制定出详细的配料表。结合合金元素的熔点及在铝液中的溶解度等等，总结出合金元素一般以纯金属或中间合金方式加入。表I是本发明兀素的添加方式；表I中间合金添加方式表
权利要求
1.一种由废杂铝再生目标成分铝合金的方法，其特征在于:步骤如下: (1)废杂铝经磁选除铁:废杂铝中的铁磁性物料经磁选去除； (2)预处理:根据废杂铝原料特点，采用低温蒸馏除水除油或低氧热脱漆或低温蒸馏除水除油并低氧热脱漆去除其中的水和有机物，得到不含水和有机物的废杂铝； (3)熔炼:采取漩涡吸入式或压入式液下熔炼得到铝合金熔液； (4 )熔液在线成分检测:取少量经充分搅拌后的铝液进行成分检测，作为合金合格或成分调整的判据； (5)计算、配料:将熔液的成分检测数据与所要求的目标铝合金的成分进行对比，确定添加或去除杂质元素种类和数量； (6)成分调整:成分调整，直至熔液成分达到目标铝合金成分，最终浇铸得到目标成分招合金。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤(2)中的废杂铝预处理是采用低温蒸馏除水除油或低氧热脱漆或低温蒸馏除水除油并低氧热脱漆去除其中的水和有机物，得到不含水和有机物的废杂铝；低温蒸馏第一阶段水分烘干:温度60°C _120°C，时间0.5h-3.0h ;低温蒸馏第二阶段去除油脂:温度为120°C _240°C，时间0.5h_3.0h ;油漆采用氧分压低于10%的气氛，加热400°C -600°c，时间为15min-60min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤(3)中的熔炼采取漩涡吸入式或压入式液下熔炼技术，减轻烧损，提高回收率；熔炼温度在700°C -850°C。
4.根据权利要求1所述的方法 ，其特征在于:所述步骤(4)中的在线成分检测是取少量经充分搅拌后的铝液，采用直读光谱仪进行成分检测。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤(5)中的计算、配料是将熔液的成分检测数据与所要求的目标铝合金的成分进行对比，通过计算，确定需调整的合金元素及其调整量，进而确定所需中间合金、纯金属等的种类及其用量，通过熔炼调整铝合金熔液成分。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于:所述计算，配料步骤包括: 冲淡或补料: 补料 补料原则:快速分析结果低于合金要求的化学成分时需要补料，先计算杂质，后计算合金元素；先计算量少者，后计算量多者；先计算低成分的中间合金，后计算高成分的中间合金；最后计算新金属； 补料公式:一般可按下式近似地计算出所需补加的料量，然后进行核算，算式如下:I=[ (a~b)Q+(c1+c2+--')a/(d~a) 式中X—补料量，kg ； a一某元素的要求含量(质量分数)，% ； 办一该元素的炉前分析值(质量分数)，% ; I熔体总量，kg ； c” C2----新补充炉料的加入量，kg ； V—补料中间合金或新金属中该元素含量(质量分数)，% ; 冲淡生产中，通常按下式计算冲淡量:X = (b~a)Q/a式中X—冲淡量，kg ； 办一某元素的炉前分析值(质量分数)，% ; a一该元素的要求含量(质量分数)，% ； 熔体总量，kg。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤(6)中成分调整:熔液在线成分检测和计算配料步骤，即根据计算配料所得数据，将添加的中间合金和(或)金属加入铝液中进行液下熔炼并搅拌均匀后，再次检测熔液成分； 如满足目标铝合金成分要求，即可浇铸得到目标铝合金；反之，继续调整成分直至达到目标铝合金成分 要求。
全文摘要
本发明涉及废杂铝循环再利用技术，属于循环经济技术领域。开发了一套以废杂铝为原料，经磁选除铁、预处理、熔炼、熔液成分检测、计算、配料、成分调整，最终得到目标铝合金的技术。本发明实现了废杂铝循环再利用，可得到所需要的目标成分铝合金，具有无污染、回收率高、易于工业化生产的特点，有显著的经济和环保效益。
文档编号C22B7/00GK103173622SQ201310018088
公开日2013年6月26日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者张深根, 刘波, 潘德安, 田建军, 刘阳 申请人:北京科技大学