[发明专利]一种以铝合金再生灰为原料生产铝合金的方法

说明书

本发明公开了一种以铝合金再生灰为原料生产铝合金的方法，属于铝合金生产领域。本发明所述方法通过将铝合金再生灰经过处理获得的高氧化铝含量的多金属氧化物全部或部分作为原料直接使用熔盐电解法生产出铝合金产品，并根据原料成分以及目标合金产品进行高氧化铝含量的多金属氧化物与冶金级氧化铝掺比调配，从而生产出不同牌号的铝合金产品。本发明工艺方法既能够解决铝合金再生灰的环境污染问题，又能全部回收利用其中的Fe、Cu、Mg、Zn、Mn等有价金属元素及Si元素，从而实现铝合金再生灰的高值资源化利用，降低铝合金的生产成本。

技术领域

本发明属于铝合金生产领域，具体涉及一种使用铝合金再生灰为原料通过处理直接采用熔盐电解生产铝合金的方法。

背景技术

铝合金的制备有熔配法(也即对掺法)、熔盐电解法等多种方法。熔配法是将纯金属熔化后，按一定比例配制成中间合金，再将中间合金与金属配制成所需成分的目标合金。熔配法是目前生产铝合金的一种主要方法，例如，中国发明专利申请CN102181758A公开了一种铸造铝合金制造方法，在熔炼炉中依次加入特定比例的Cu、Ni、Al、Mg、Ti、V等纯金属块，经过高温熔化充分搅拌后，再经除渣、精炼制造铝合金。中国发明专利申请CN102477507A公开了一种载重卡车轮毂专用铝合金的制备方法，按特定配比的原铝锭、纯镁锭、Al-40％Cu、Al-10％Fe、Al-20％Si等中间合金置于熔炼炉内高温熔炼，再经除渣、精炼后获得所需铝合金。熔配法能够根据目标合金成分任意调配原料组成，但该法生产铝合金的主要问题是：金属的重熔会增加能源消耗、成本高，易形成二次环境污染及熔损，且制备过程晶粒偏析严重，不易于提高铝的合金化性能，生产成本高。

熔盐电解法以金属化合物为原料，通过熔盐电解共沉积的方法制备铝合金，优点是所生产的铝合金成分均匀、偏析量小、合金元素利用率高、整体能量消耗少、生产成本低廉，是一种可以低成本、大规模、高质量制备铝合金的重要方法。中国发明专利申请CN1769536A公开了一种采用氧化铝-化合物-冰晶石熔盐电解法制备铝合金的方法，通过在铝电解槽中添加氧化铝、钛化合物、二氧化锆等化合物，在冰晶石体系的电解质中进行电解获得铝合金，然后再添加合金元素生产标准牌号铝合金。该发明所用原料为纯氧化铝和化合物，并且在生产标准牌号铝合金时仍然还需要再添加所需合金元素，其不足之处是通过电解制备的铝合金还需进一步经过熔配获得特定牌号的铝合金。此外，中国发明专利申请CN103993335A公开了一种熔盐电解-浇铸直接制备铝合金的装置及方法，通过组合在线检测电解装置与浇铸系统，采用特定的母合金做为阴极、实时控制电解温度和在线监测电位的方式制造特定牌号的铝合金铸锭。该发明所述制备铝合金的方法需要特定母合金作为阴极，还需要专门的生产装置和在线监测系统，使整个生产过程复杂，成本提高。

通常情况下，铝灰是原铝生产、铝加工、铝合金生产等过程的产物，废铝再生时产生的铝合金灰渣(也称为一次铝灰，英文一般译为Aluminum Slag或White AluminumDross)并经进一步提取金属铝及铝合金后得到的细末物质，即为铝合金再生灰(英文一般译为Black Aluminum Dross)。铝合金再生灰中Fe、Cu、Mg、Zn、Mn等金属元素以及Si元素含量较高，可达10-15％，具有较高的再利用价值，可做为生产铝合金的原材料。

我国每年会产生大量的铝合金再生灰。据统计，采用废铝每生产1吨铝合金会产生100-200kg铝合金再生灰，我国2019年铝合金再生量达到约720万吨，年产铝合金再生灰约为70-150万吨，且呈逐年增长的趋势。经分析，铝合金再生灰的主要成分及其质量百分含量为Al(10-50％)、AlN(10-20％)、Al₂O₃(30-50％)、NaCl(5-10％)、KCl(3-7％)以及其他金属及其氧化物(Fe、Cu、Mg、Zn、Mn及Si等)、氟化物等。大量的铝合金再生灰被堆积在厂区或随意丢弃到排渣场地后，其中的AlN遇水会产生NH₃，氯盐及氟盐会浸渗到土壤中，对生态、环境造成严重破坏和污染，而铝合金再生灰中Fe、Cu、Mg、Zn、Mn等金属元素以及Si元素资源不能得到利用而被浪费。