La tecnología de eliminación de impurezas para el proceso de fundición de aluminio secundario

El proceso de producción de la aleación de aluminio secundaria se puede dividir en tres etapas: pretratamiento, fundición (incluida la refinación) y fundición de lingotes. El proceso de fundición consiste en añadir restos de aluminio al horno de fundición y calentarlo para que se derrita en estado líquido. Después de la escoriación, medición de temperatura y composición La inspección y otros procesos se trasladan al horno de refino, donde se agregan elementos como silicio y cobre, y se lleva a cabo el proceso de desgasificación, remoción de escoria y refinado. Los elementos metálicos dañinos en la masa fundida secundaria de aluminio incluyen principalmente Fe, Mg, Zn, Pb, etc. Para diferentes elementos metálicos dañinos, es necesario adoptar diferentes métodos de eliminación.

1. Tecnología de eliminación de hierro

El hierro es un cargador común en la producción de aluminio secundario, que tiene un efecto extremadamente adverso sobre la calidad y el rendimiento del aluminio y las aleaciones de aluminio. Por lo tanto, además del pretratamiento de la chatarra de aluminio para eliminar el hierro, la inclusión de hierro debe eliminarse tanto como sea posible durante el proceso de fundición para evitar que se disuelva ligeramente en el aluminio y la aleación de aluminio fundido. Generalmente, se utilizan los siguientes métodos para eliminar las inclusiones de hierro.

1.1 Método de eliminación de hierro y manganeso

El manganeso puede formar eficazmente un compuesto de fase rica en hierro de alto punto de fusión en la solución de aleación de aluminio y depositarse en el fondo del horno para lograr el propósito de eliminar el hierro. Las reacciones que ocurren son las siguientes:

Al9Fe2Si2 + Mn → AlSiMnFe

La cantidad de manganeso utilizada para eliminar 1 kg de hierro es de 6.7 a 8.3 kg, y puede transformar la fase restante de Al9Fe2Si2 gruesa, escamosa, dura y quebradiza en la fase escamosa de AlSiMnFe, debilitando así los efectos nocivos del hierro. Sin embargo, el método de agregar manganeso para eliminar el hierro aumentará el contenido de manganeso de la aleación de aluminio. No se deben usar aleaciones de aluminio con contenido limitado de manganeso, y el costo del método de agregar manganeso para eliminar el hierro es relativamente alto.

1.2 Adición de berilio al método de eliminación de hierro

El berilio reacciona con la fase Al9Fe2Si2 en la aleación de aluminio fundida, reduciendo así los efectos nocivos del hierro. La reacción es la siguiente: Al9Fe2Si2 + Be → Al5BeFeSi

Agregar 0.05% —0.1% de berilio a aluminio y fundiciones de aleación de aluminio puede promover la transformación de la fase de escamas gruesas Al9Fe2Si2 en Al5BeFeSi en forma de puntos, que obviamente elimina la fragilidad de la aleación de aluminio. Sin embargo, el precio del berilio es relativamente alto y el vapor de berilio es tóxico, dañino para el cuerpo humano y contamina el entorno de trabajo. Por lo tanto, el método de agregar berilio al hierro debe usarse con precaución.

1.3 Método de eliminación de hierro de sedimentación

El método de eliminación de hierro por sedimentación es el efecto integral de una aleación maestra de múltiples elementos preparada con cuatro sustancias de Mn, Cr, Ni y Zr, que interactúa con el compuesto grueso rico en hierro en la aleación de aluminio fundida para formar un nuevo elemento múltiple. compuesto rico en hierro. El compuesto rico en hierro de múltiples elementos crece gradualmente a medida que disminuye la temperatura. Cuando crezca lo suficiente como para superar la resistencia del asentamiento, se asentará y eliminará el hierro. Cuando las cantidades de Mn, Cr, Ni y Zr son 2.0%, 0.8%, 1.2% y 0.6%, respectivamente, el contenido de hierro en las fundiciones de aluminio y aleación de aluminio tratadas mediante el método de eliminación de hierro por sedimentación se puede reducir de 1 % Al 0.2%. El manganeso juega un papel importante en la eliminación de hierro en el método de sedimentación. Aunque el cromo no es tan bueno como el manganeso para eliminar el hierro, tiene mejor resistencia a la oxidación y al quemado. El objetivo principal de la adición de níquel es reducir la fragilidad causada por los residuos de manganeso y cromo. La adición de circonio no solo puede desempeñar el papel del hierro, sino que también tiene el papel de refinamiento del grano.

1.4 Método de filtración y eliminación de hierro

El método de filtrado de eliminación de hierro se basa en el principio de que las impurezas de la fase rica en hierro en la aleación de aluminio fundida se segregan a una temperatura más baja y un tiempo de retención más prolongado, y se utiliza filtración mecánica para eliminar los materiales agregados de la fase rica en hierro. El método de eliminación de hierro filtrante se lleva a cabo generalmente cuando se vierte la masa fundida. No solo puede eliminar grandes sustancias de fase rica en hierro, sino que también puede eliminar otras inclusiones de gran tamaño en aluminio y fundiciones de aleación de aluminio. El método de eliminación de hierro filtrante generalmente utiliza una placa de filtro de cerámica de espuma.

1.5 Método de eliminación directa de hierro por fundición

El método de remoción directa de hierro por fundición se ha utilizado ampliamente en la industria secundaria del aluminio debido a su bajo costo y operación simple. El método se describe brevemente como sigue:

• (1) Controle estrictamente la temperatura de fusión, use la diferencia entre los puntos de fusión del aluminio y el hierro para fundir el aluminio, y el hierro y otras impurezas metálicas de alto punto de fusión se depositan en el fondo del horno, eliminando así el hierro. El horno rotatorio inclinado puede procesar eficientemente varios hornos de fundición de aluminio de desecho para su procesamiento.
• (2) Durante la fundición, los restos de hierro deben eliminarse antes de cada agitación, y el hierro mezclado con la escoria de aluminio debe retirarse durante la eliminación de la escoria.
• (3) De acuerdo con las condiciones reales del equipo y la tecnología de fundición seleccionados, en principio, para cada lote de residuos de aluminio fundido, se debe extraer la escoria y el hierro que se depositan en el fondo del horno.
• (4) Cuando una empresa secundaria de aluminio utiliza un horno de fundición, un horno de retención para la producción, después de que se funde cada horno, el aluminio fundido en el horno se envía para eliminar el hierro en un estado caliente.
• (5) Utilice roscado de aluminio de fusión rápida y baja temperatura. Durante la fundición, la chatarra de aluminio reciclado se funde rápidamente bajo la protección del solvente, y todo el proceso de fusión dura aproximadamente 2-3 horas. Cuando se funde la chatarra de aluminio reciclado, la temperatura de la masa fundida en este momento es de aproximadamente 650 ° C. A esta temperatura, la solubilidad del hierro en aluminio y fundiciones de aleación de aluminio es extremadamente pequeña. En este momento, el hierro contenido en la chatarra de aluminio reciclado se deja en la escoria y se aclara con la escoria.

2. Tecnología de eliminación de magnesio

El magnesio también es una impureza común en la producción de aluminio secundario. Los siguientes métodos se utilizan generalmente para eliminar el magnesio en el aluminio fundido de desecho.

2.1 Método de eliminación de magnesio por oxidación

La eliminación del magnesio por oxidación se basa en el principio de que la afinidad del magnesio y el oxígeno es mayor que la de otros metales. Durante el proceso de fundición, el magnesio primero reacciona fuertemente con el oxígeno, y sus óxidos son insolubles en el aluminio y la aleación de aluminio se derrite y flota, y luego se eleva desde el aluminio y las aleaciones de aluminio. Se quita la superficie de la masa fundida. Con el fin de acelerar el proceso de oxidación del magnesio, se pueden utilizar herramientas para remover aluminio y fundiciones de aleación de aluminio. El efecto del método de oxidación para eliminar el magnesio aumenta con la extensión del tiempo de agitación, pero este método también provoca la combustión y la pérdida por oxidación de aluminio, silicio y otros elementos mientras se elimina el magnesio, y generalmente no es adecuado para su uso.

2.2 Método de eliminación de cloruro de magnesio

En la eliminación de magnesio de la masa fundida de aluminio secundaria, el cloro se utiliza a menudo como oxidante para reaccionar con metales activos como el magnesio en la masa fundida para formar cloruros. Debido a que el magnesio tiene una mayor afinidad por el cloro que el aluminio, cuando el cloro pasa al aluminio y la aleación de aluminio se derrite, ocurren las siguientes reacciones químicas:

• Mg + Cl2 == MgCl2
• 2Al+3Cl2==2AlCl3
• 3Mg+2AlCl3==3MgCl2+2Al

El cloruro de magnesio generado se disuelve en la capa de disolvente y la reacción de magnesio y cloro gaseoso emite una gran cantidad de calor, que calienta el aluminio y la aleación de aluminio fundida.

El efecto de eliminación de magnesio del método de eliminación de magnesio por cloración es más obvio, lo que puede reducir el contenido de magnesio en el aluminio y la aleación de aluminio se derrite a 0.3% - 0.4%, y es fácil de operar. Al mismo tiempo, tiene las funciones de desgasificación y eliminación de escoria, pero el cloro es una sustancia altamente tóxica, el daño a la salud humana y al medio ambiente es grande, y el aluminio y la aleación de aluminio se derrite después de la eliminación de magnesio por gas de cloro. granos, y las propiedades mecánicas se reducen.

2.3 Método de eliminación de sal de cloro del magnesio

Las sales de cloruro más comúnmente utilizadas para la eliminación de magnesio de fundiciones de aluminio secundarias son el cloruro de aluminio. Este método usa una cierta presión de nitrógeno para rociar cloruro de aluminio en aluminio y fundiciones de aleación de aluminio, de modo que el cloruro de aluminio y el magnesio reaccionan de la siguiente manera:

2AlCl3+3Mg==3MgCl2+Al

De acuerdo con este método, el cloro no se escapa a la atmósfera y el cloruro de aluminio sin reaccionar es absorbido por los disolventes de cloruro de sodio y cloruro de potasio anteriores. Este método puede reducir el contenido de magnesio del aluminio y las fundiciones de aleación de aluminio en un 0.1-0.2%.

2.4 Método de eliminación de magnesio con criolita

La criolita reacciona con el magnesio para generar compuestos que son insolubles en aluminio y la aleación de aluminio se derrite y elimina el magnesio. La criolita es relativamente barata y fácil de obtener, por lo que el método para eliminar el magnesio de la criolita se ha utilizado ampliamente en la industria secundaria del aluminio. La criolita y el magnesio sufren las siguientes reacciones químicas en el aluminio y las aleaciones fundidas:

3Na3AlF6+3Mg==2Al+6NaF+3MgF2

El consumo teórico de criolita es de 6 kg / kg-Mg y el consumo real es de 1.5 a 2 veces el consumo teórico. La temperatura de reacción es 850-900 ℃, lo que puede reducir el contenido de magnesio al 0.05%. Con el fin de reducir la temperatura para eliminar el magnesio de la criolita, se rocía criolita que contiene 40% de NaCl y 20% de KCl sobre la superficie de la masa fundida.

3. Tecnología para eliminar zinc, plomo, etc.

El método de cloración y eliminación de zinc se puede utilizar para eliminar el zinc de las fundiciones de aluminio y aleaciones de aluminio. Este método utiliza el principio de que el zinc tiene una mayor afinidad por el oxígeno que el aluminio. Durante el proceso de fundición, se utilizan herramientas para remover aluminio y fundiciones de aleación de aluminio para promover la reacción del zinc con el oxígeno, logrando así el propósito de remoción del zinc. El efecto es muy limitado y, durante el proceso de eliminación del zinc, es fácil provocar la combustión oxidativa del aluminio y otros elementos. También hará que el aluminio y la aleación de aluminio se derritan para obtener gas y producir una gran cantidad de inclusiones. Generalmente, no se recomienda utilizar la eliminación de zinc oxidante.

El método de sedimentación se utiliza para eliminar impurezas de metales pesados ​​como el zinc y el plomo en aluminio y fundiciones de aleación de aluminio. El método de sedimentación consiste en prolongar el tiempo de reposo de las fundiciones de aluminio y aleaciones de aluminio, utilizando el principio de mayor densidad de zinc y plomo, de modo que el zinc y el plomo puedan hundirse hasta el fondo del horno durante la fundición; El flujo de líquido estable durante la descarga puede producir metales pesados ​​como el zinc y el plomo. Primero, fluye y se adhiere a los primeros lingotes que se vierten, y estos lingotes pueden seleccionarse para un tratamiento adicional.

El método de cristalización por elución también se puede utilizar para eliminar inclusiones metálicas que no sean de aluminio. Este método de refinado de aluminio y fundiciones de aleación de aluminio se basa en el principio de que la solubilidad de las inclusiones de metales distintos del aluminio en el aluminio fundido cambia durante el enfriamiento. Sin embargo, el método de cristalización por disolución tiene un coste elevado y una operación complicada, y rara vez se utiliza en la industria del aluminio secundario a gran escala.

Independientemente del método que se utilice para eliminar las inclusiones metálicas que no sean de aluminio en las fundiciones de aluminio y aleaciones de aluminio, aumentará el costo de producción del aluminio secundario. Mejorar la tasa de utilización directa de aluminio y chatarra de aleación de aluminio, hacer una utilización completa y razonable de elementos valiosos en aluminio y chatarra de aleación de aluminio, y seleccionar el proceso de pretratamiento avanzado y eficiente mencionado anteriormente tiene un significado práctico muy importante para la producción de aluminio reciclado.

4. Tecnología para eliminar sodio, potasio, hidrógeno, calcio, etc.

Los países extranjeros han desarrollado la tecnología en línea de fusión "LARS", que puede producir lingotes de aluminio de alta calidad para la industria aeroespacial y la aviación con requisitos de alta pureza. Esta tecnología se encuentra en una posición de liderazgo en el mundo. Sus características importantes son:

• (1) La tasa de desgasificación es alta. El uso de este equipo puede reducir el contenido de hidrógeno en línea de la masa fundida de 0.39 ml / 100 × 10-6 a menos de 0.1 ml / 100 gy la tasa de desgasificación puede alcanzar más del 75%.
• (2) Elimina eficazmente las impurezas metálicas y no metálicas.
• (3) Elimine eficazmente los metales alcalinos, haga iones K +, Ca +, Li +, Na + y otros iones de metales alcalinos menos de 1 × 10-6 después de su uso; eliminar eficazmente varios compuestos.

Después de su uso, el producto pasó la clase A o AA de la industria aeroespacial estadounidense y la detección de fallas. Por ejemplo, la aleación 7075 solo tiene una tasa de control de fallas Clase A del 97% y una tasa de control de fallas Clase AA del 92%.

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