鑄造廢鋁屑的回收研究

鑄造廢鋁屑的回收研究

隨著鋁合金產(chǎn)量的逐年增加，殘余廢鋁的數(shù)量也顯著增加。這些廢鋁材料的強化和回收促進了既能源和能源的節(jié)約，具有重大的經(jīng)濟效益和社會效益。近年來,廢鋁再生已為國內(nèi)外許多冶金鑄造工作者所關注,廢鋁再生技術也在不斷提高。廢鋁的熔煉是廢鋁再生技術中的關鍵部分,而熔煉技術的優(yōu)劣又有很大程度地決定于熔煉過程中所用的熔劑及其相應的處理工藝。本文以廢鋁屑為研究對象,考察了熔劑配比、熔煉溫度、熔劑加入量等參數(shù)對凈化效果的影響,確定出最優(yōu)的綜合參數(shù)。1試驗條件和檢測方法1.1輔助授信試驗試驗原材料為鋁鑄件機加工切削下來的鋁屑,其比表面積大,表面氧化、銹蝕和油水污染較嚴重。輔助無毒精煉劑由硝酸鈉、石墨粉、冰晶石、氯化鈉等組成。每次試驗加入量為總爐料重量的0.5%。熔煉設備為5kW的井式實驗電阻爐及容量為5kg鑄鐵坩堝。1.2回收率和含雜量測定廢鋁回收率測定:回收鋁重(總的回收鋁重減去熔煉時投入的合金鋁錠的重量)與投料重(熔煉時投入的廢鋁餅的重量)的百分比稱為回收率。含雜量測定:用金相分析軟件求出每張金相照片中雜質(zhì)所占的面積百分比,然后對同一試樣的所有金相照片取平均值作為該試樣的含雜量。金相觀察和拍照在XJG-05型金相顯微鏡下進行。2測試方法2.1覆蓋劑與清渣劑的作用試驗的熔劑由KCl、NaCl和若干種氟鹽等組成。KCl、NaCl是鋁合金熔劑中最常見的基本組成,主要起覆蓋劑的作用,因此選取了KCl和NaCl作為其主要成分,而在氯鹽混合物中加入少量氟鹽,主要是起清渣的作用。同時,氯鹽又可以使清渣劑吸附氧化夾雜的能力增強。熔劑的制備方法如下:(1)配比熔劑擬定了三種配比,見表1。(2)配料按表1配方配料,初混再用球磨機球磨6~8h,保證各物料混合均勻并粒度合適。2.2廢鋁屑的清洗為獲得質(zhì)量較好的再生鋁屑,有必要對熔化前的鋁屑進行預先處理,其主要目的是去除鋁屑中混入的鐵屑、砂子和油污。因此用永久磁鐵將廢鋁屑中的鐵屑吸出;用篩子將廢鋁屑中的砂子篩掉;用清潔劑清洗廢鋁屑除去油漬。最后用烘干爐烘干廢鋁屑。因鋁屑的比表面積較大,若熔化時直接將散狀的鋁屑加入坩鍋中熔化,則鋁屑氧化嚴重,會大幅度降低鋁的回收率。據(jù)此,本文采用壓力機將廢鋁屑壓成如圖1所示的小鋁餅,以減少氧化燒損。2.3廢鋁餅、挖掘渣、夾渣的制備熔煉工藝如下:(1)先將坩堝爐、澆勺、撇渣勺、鐘罩、澆注樣品的模具進行清理后預熱,預熱到200℃左右后刷上涂料,然后烘干;(2)熔煉時先加入1kg的合金鋁錠,將其加熱到液相線溫度以上并完全熔化,然后逐步加入廢鋁餅,加入廢鋁餅的總重是3kg。加完廢鋁餅后,在鋁液溫度達到試驗設計的熔煉溫度時加入已配好的熔劑,并不斷地進行攪拌,當觀察到爐渣粒度由大變小,達到細粉狀時即可扒去爐渣;(3)扒渣后,控制鋁液溫度到720℃左右時加入輔助精煉劑,當不冒氣泡以及夾渣物上浮時,迅速除去夾渣;(4)除去夾渣后,立即澆注試樣和鋁錠。2.4處理后(1)待試樣和鋁錠冷卻后,進行稱重,計算廢鋁回收率。(2)對澆注的試樣進行取樣、粗磨、細磨、拋光后再用顯微鏡觀察,分析顯微圖。3結果3.1熔劑加入量的確定因為熔劑加入量是影響廢鋁回收率的最主要因素之一,所以先對熔劑加入量進行了實驗?？紤]到實際生產(chǎn)中的成本問題,要求熔劑加入量不應太多,一般不超過5%,所以選了四個水平進行實驗,試驗結果見表2。實驗條件:700℃左右加熔劑,720℃左右進行扒渣和澆注。熔劑配方:仍由KCl、NaCl和若干種氟鹽等組成。由表2可知:加入量為0.5%時回收率太低,4%和2%的回收率比較理想,1%的回收率也較好,而且通過觀察發(fā)現(xiàn),在熔劑加入量處于0.5%~4%時,廢鋁回收率會隨著熔劑加入量的遞增而遞增,但當加入量比較大時,回收率的增加幅度會減少。在以后的實驗中,把加入量設為三個水平:4%、2%、1%。3.2正交試驗結果對熔劑配方和再生工藝進行優(yōu)化試驗,熔劑仍由上述成分組成,但在熔煉過程中都會加入等量的相同配方的無毒精煉劑,無毒精煉劑由硝酸鹽、石墨粉等組成。為了充分發(fā)揮熔劑過濾、再生廢鋁的凈化效果,選擇了熔劑配方、熔煉溫度(即熔劑加入和扒渣溫度)、熔劑加入量等主要凈化工藝參數(shù),并對各參數(shù)選定三個水平,選用L9(34)正交表進行優(yōu)化試驗。熔劑配方(A):設計了三種配方:配方(1)(A1)、配方(2)(A2)、配方(3)(A3)。熔煉溫度(B):不宜過高,以免加劇廢鋁的氧化和污染;也不宜過低,否則不利于熔劑除雜作用的發(fā)揮。選擇溫度:680℃(B1)、720℃(B2)、760℃(B3)。熔劑加入量(C):加入量分別選擇1%(C1)、2%(C2)、4%(C3)。正交試驗結果見表3。由極差分析可知各因素重要次序和最佳組合:rI為C-A-B和A3B1C3;rII為A-C-B和A3B3C3。綜合考慮后初步選擇最優(yōu)組合為A3B1C3。比較R1、R2、R3值可見,A、C對rI和rII影響比較顯著,B對rI和rII影響很小。在rI和rII的極差分析中發(fā)現(xiàn),B與誤差因素D比較,都有RD>RB,即誤差因素對于回收率和含雜量的影響都要大于熔煉溫度的影響,所以無法判斷在試驗當中熔煉溫度對回收率和含雜量有沒有影響。為此,將進行補充試驗。3.3試驗結果的比較在補充試驗中,固定其中熔劑配方和熔劑加入量兩個參數(shù)為A3、C3不變,再選B2、B3兩個水平的熔煉溫度來組合。補充試驗結果見表4。由上面的比較可知,熔煉溫度對試驗的回收率和含雜量確實影響不大,但也不是沒有影響,在幾乎相同的試驗誤差下,A3B2C3組合最優(yōu),A3B3C3組合相對最差,組合A3B1C3與組合A3B2C3影響效果相近。這也說明了熔煉溫度在B1與B2之間(即680℃與720℃之間)時,對試驗結果幾乎是沒有影響的,當熔煉溫度比較高時(接近760℃時)就會有比較明顯的不良影響。因為熔煉溫度為760℃左右時,加劇了廢鋁的氧化和污染