[发明专利]去除废铝再生中镁杂质元素的方法

说明书

技术领域

本发明属于有色金属再生利用技术领域，具体涉及一种去除废铝再生中镁杂质元素的方法。

背景技术

废铝也称废杂铝，是废旧铝合金的简称，废铝再生利用可以极大地节约宝贵的有色金属资源并且能够极致地体现循环经济精神，全世界每年约有1200万吨的各种废铝经再生而成为可用铝合金材料。

由于废铝中混杂有其它金属元素（如Mg、Si、Fe、Cu等）乃至非金属类杂物，因而对获得高性能的再生铝合金材料构成一定的制约因素。就镁而言，其在铝合金中的最大作用在于提高铝合金的耐腐蚀性能，并且镁和硅可以形成Mg₂Si强化相，对于提高铝合金的强度有益，但是镁含量过大对延伸性不利，使铝合金材料的可加工成形性受到影响，并且腐蚀和焊接裂纹的倾向性增大。尤其，析出的Mg₂Si强化相易在晶界处粗化，导致铝制品在阳极氧化过程中出现黑色斑点，而黑色斑点对于铝合金的耐蚀性能是极其忌讳的。因此，在废铝再生过程中，需对镁的含量进行控制，即镁在铝合金中不宜过量（或称过剩）。因为当镁元素的质量%含量达到一定数值时，合金中的粗大Mg₂Si便不能溶解到基体中，虽然铝合金材料的抗拉强度变高，但变形抗力也随之增大，合金的塑性下降，加工性能变劣。研究表明：当镁的质量%含量低于0.17%时，强度趋低，延伸率趋高；而当镁的质量%含量在0.17-0.3%时，强度和延伸都较为理想；然而当镁的质量%含量超过3%乃至更高时，虽然强度仍有所提高，但延伸率显著下降，对前述的可加工性产生严重影响并且产生前述的腐蚀和焊接裂纹的倾向性显著增大的不利影响。

另外，由于镁元素对氧的亲和力大于铝，氧化后生成MgO，本身不致密却又能破坏致密的氧化铝薄膜；同时镁含量的增加使铝液的吸氢倾向增加，主要是由于镁是表面活性元素，镁的存在改变了氧化膜的性质，导致晶格发生转变，由致密的、不易吸氢的γ-Al₂O₃膜转变为疏松的、容易吸氢的α-Al₂O₃膜。 据相关研究表明，在废铝再生的熔炼过程中，如果铝液中镁含量超过1%，那么表面氧化膜将全部由MgO（氧化镁）组成，MgO的蒸气压较高，且组织疏松对铝液没有保护作用。因此，在熔炼过程中控制镁的含量也是保证熔体质量的重要因素。

目前，去除废铝再生中的镁杂质元素的方法大致有以下几种：一是自然氧化法，即利用高温下镁比铝有更高亲氧性的特征，形成氧化镁，以熔渣的形式去除。在熔炼时，搅拌熔体，使镁充分与氧发生反应，可以提高除镁的效率。这种方法比较简单，容易操作，但铝合金烧损量比较大；二是通入氯气或类似的气体法，氯气和镁在高温下发生反应生成MgCl₂，其密度较小，能上浮到铝液表面，以熔渣的形式去除。但是，氯气有毒，污染环境，腐蚀设备，并且烟尘的收集和处理设备较为复杂，成本较高；三是除镁剂除镁法，即采用以AlF₃为主要成分的熔剂，经少量、多次、以氮气为载体充入铝液，可将含镁量得到较大程度的下降；四是利用冰晶石与镁反应去除镁；五是吸附法，美国科学家研制与开发一种特制的钛化锂化合物捕集剂装置，能捕集铝合金熔体中的镁离子，可以有效地清除铝废料中的镁；六是添加SiO₂除镁法，该法是在高温下由SiO₂将镁氧化得到氧化镁，从而以熔渣的形式除去镁。不论采用何种方式去除废铝中的镁杂质元素均存在一个共同的工艺环节，那就是在熔炼过程中将镁杂质元素分离，使熔体的主要合金元素及不可避免的杂质的含量合乎要求，确保再生铝合金材料的品质。此外，随着人们对环境保护意识的不断提高，已有技术中的废铝再生并去除镁杂质元素的方法由于存在对环境污染的影响，因而在渐遭冷遇的同时期望以更为合理的方法取代，所谓的更为合理的方法主要包括以下几个要素：其一，提高铝的回收率以及品质；其二，尽可能减轻乃至避免对环境产生影响；其三，在技术上可行并且废铝再生回收成本低而满足工业化放大生产要求。

关于去除铝合金中杂质元素的技术信息可在公开的中国专利文献中见诸，典型的如公开号CN101086042A推荐的“铝合金中杂质元素硅的去除方法”、公告号CN101603129B提供的“去除铝合金中杂质铁的方法”和公告号CN101619403B介绍的“去除铝合金中硅元素的方法”，等等，但是未见诸关于去除镁杂质元素的技术信息，并且并非限于例举的这些专利文献对于去除废铝熔体中的镁杂质元素不具有可借鉴的意义。