二次アルミニウム製錬プロセスのための不純物除去技術

公開時間： 06 / 02 2021 著者：サイト編集者訪問：14746

二次アルミニウム合金の製造プロセスは、前処理、製錬（精製を含む）、インゴット鋳造のXNUMXつの段階に分けることができます。製錬プロセスでは、スクラップアルミニウムを製錬炉に入れ、加熱して液体状態にします。スラグ後、温度測定・組成検査等を精錬炉に移し、シリコンや銅などの元素を添加し、脱気、スラグ除去、精錬を行います。二次アルミニウム溶融物中の有害な金属元素には、主にFe、Mg、Zn、Pbなどが含まれます。有害な金属元素が異なれば、さまざまな除去方法を採用する必要があります。

1.鉄除去技術

鉄は二次アルミニウムの製造における一般的な雑誌であり、アルミニウムおよびアルミニウム合金の品質と性能に非常に悪影響を及ぼします。したがって、鉄くずを前処理して鉄を除去することに加えて、鉄の含有物は、アルミニウムおよびアルミニウム合金の溶融物にわずかに溶解しないように、製錬プロセス中に可能な限り除去する必要があります。一般的に、鉄含有物を除去するために以下の方法が使用されます。

1.1マンガンと鉄の除去方法

マンガンは、アルミニウム合金溶液中で高融点の鉄に富む相化合物を効果的に形成し、炉の底に堆積して、鉄の除去の目的を達成することができる。発生する反応は次のとおりです。

Al9Fe2Si2 + Mn→AlSiMnFe

1kgの鉄を除去するために使用されるマンガンの量は6.7〜8.3kgであり、残りの粗くて薄片状の硬くて脆いAl9Fe2Si2相を薄片状のAlSiMnFe相に変換し、それによって鉄の有害な影響を弱めることができます。ただし、マンガンを添加して鉄を除去する方法では、アルミニウム合金のマンガン含有量が増加します。マンガン含有量が制限されたアルミニウム合金は使用すべきではなく、マンガンを添加して鉄を除去する方法のコストは比較的高い。

1.2鉄除去法へのベリリウムの添加

ベリリウムは、アルミニウム合金溶融物のAl9Fe2Si2相と反応し、それによって鉄の有害な影響を低減します。反応は次のとおりです。Al9Fe2Si2+ Be→Al5BeFeSi

0.05％〜0.1％のベリリウムをアルミニウムおよびアルミニウム合金の溶融物に加えると、粗いフレークAl9Fe2Si2相からドット状のAl5BeFeSiへの変態が促進され、アルミニウム合金の脆性が明らかになくなります。しかし、ベリリウムの価格は比較的高く、ベリリウム蒸気は有毒で人体に有害であり、労働環境を汚染します。したがって、鉄にベリリウムを添加する方法は注意して使用する必要があります。

1.3沈降鉄除去方法

沈降鉄除去法は、Mn、Cr、Ni、Zrの2.0つの物質で調製された多元素マスター合金の包括的な効果であり、アルミニウム合金溶融物中の粗い鉄に富む化合物と相互作用して新しい多元素を形成します鉄分が豊富な化合物。多元素の鉄に富む化合物は、温度が下がるにつれて徐々に成長します。沈下抵抗を克服するのに十分大きくなると、沈下して鉄を除去します。 Mn、Cr、Ni、Zrの量がそれぞれ0.8％、1.2％、0.6％、1％の場合、沈降鉄除去法で処理されたアルミニウムおよびアルミニウム合金溶融物の鉄含有量を0.2から減らすことができます。％からXNUMX％。マンガンは、沈降法で鉄を除去する上で主要な役割を果たします。クロムは鉄の除去においてマンガンほど良くはありませんが、酸化や燃え尽き症候群に対する耐性が優れています。ニッケルを添加する主な目的は、マンガンとクロムの残留物によって引き起こされる脆性を低減することです。ジルコニウムの添加は、鉄の役割を果たすだけでなく、結晶粒微細化の役割も果たします。

1.4ろ過と鉄の除去方法

鉄除去の濾過方法は、アルミニウム合金溶融物中の鉄に富む相不純物がより低い温度およびより長い保持時間で分離するという原理に基づいており、機械的濾過を使用して凝集した鉄に富む相材料を除去する。ろ材除去法は、一般的に溶融物を流し込んだときに行われます。鉄分が豊富な大きな相物質を除去できるだけでなく、アルミニウムやアルミニウム合金の溶融物に含まれる他の大きなサイズの介在物も除去できます。濾鉄除去法は、通常、発泡セラミック濾板を使用します。

1.5製錬直接鉄除去法

製錬による直接鉄除去法は、その低コストと簡単な操作により、二次アルミニウム産業で広く使用されています。この方法を簡単に説明します。

（1）溶融温度を厳密に制御し、アルミニウムと鉄の融点差を利用してアルミニウムを溶融し、鉄などの高融点金属不純物が炉底に沈殿して鉄を除去します。傾斜ロータリーキルンは、さまざまな廃アルミニウム製錬炉を効率的に処理して処理することができます。
（2）製錬中は、攪拌する前に鉄片を除去し、スラグ除去時にアルミニウムスラグに混入した鉄を取り出してください。
（3）選択した製錬設備・技術の実情に応じて、原則として、製錬するアルミニウム廃棄物のバッチごとに、炉の底に沈殿したスラグと鉄を引き出す必要があります。
（4）二次アルミニウム企業が製造用の保持炉である高炉を使用する場合、各炉が溶融した後、炉内の溶融アルミニウムを派遣して高温状態の鉄を除去します。
（5）急速溶融および低温アルミニウムタッピングを使用します。製錬中、リサイクルされたアルミニウムスクラップは溶剤の保護下で迅速に製錬され、全体の溶解プロセスは約2〜3時間です。リサイクルされたアルミスクラップを溶かすと、この時の溶湯温度は約650℃になります。この温度では、アルミニウムおよびアルミニウム合金溶融物への鉄の溶解度は非常に小さいです。このとき、リサイクルされたアルミスクラップに含まれる鉄はスラグに残り、スラグと一緒に透明になります。

2.マグネシウム除去技術

マグネシウムは、二次アルミニウムの製造における一般的な不純物でもあります。以下の方法は、通常、廃アルミニウム溶融物中のマグネシウムを除去するために使用されます。

2.1酸化によるマグネシウム除去方法

酸化によるマグネシウムの除去は、マグネシウムと酸素の親和性が他の金属の親和性よりも大きいという原理に基づいています。製錬の過程で、マグネシウムは最初に酸素と強く反応し、その酸化物はアルミニウムに不溶性であり、アルミニウム合金は溶けて浮き上がり、次にアルミニウムとアルミニウム合金から上昇します。溶融物の表面をすくい取ります。マグネシウムの酸化プロセスを加速するために、ツールを使用してアルミニウムとアルミニウム合金の溶融物を攪拌することができます。マグネシウムを除去する酸化法の効果は、攪拌時間の延長とともに増加するが、この方法はまた、マグネシウムを除去する際にアルミニウム、シリコンおよび他の元素の燃焼および酸化損失を引き起こし、一般に使用に適していない。

2.2塩化マグネシウムの除去方法

二次アルミニウム溶融物からのマグネシウムの除去において、塩素は、溶融物中のマグネシウムなどの活性金属と反応して塩化物を形成するための酸化剤としてしばしば使用される。マグネシウムはアルミニウムよりも塩素との親和性が高いため、塩素がアルミニウムに移行してアルミニウム合金が溶けると、次の化学反応が起こります。

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

発生した塩化マグネシウムは溶剤層に溶解し、マグネシウムと塩素ガスの反応により大量の熱が放出され、アルミニウムとアルミニウム合金の溶融物が加熱されます。

塩素化マグネシウム除去法のマグネシウム除去効果はより明白であり、アルミニウムおよびアルミニウム合金溶融物中のマグネシウム含有量を0.3％〜0.4％に低減することができ、操作が容易です。同時に脱気・スラグ除去の機能もありますが、塩素は毒性が高く、人の健康や環境へのダメージが大きく、塩素ガスでマグネシウムを除去するとアルミニウムやアルミニウム合金が溶けて粗くなります。粒子、および機械的特性が低下します。

2.3マグネシウム法の塩素塩除去

二次アルミニウム溶融物からのマグネシウム除去に最も一般的に使用される塩化物塩は塩化アルミニウムです。この方法では、一定の圧力の窒素を使用して塩化アルミニウムをアルミニウムとアルミニウム合金の溶融物に噴霧し、塩化アルミニウムとマグネシウムが次のように反応するようにします。

2AlCl3+3Mg==3MgCl2+Al

この方法では、塩素が大気中に漏れることはなく、未反応の塩化アルミニウムは上記の塩化ナトリウムおよび塩化カリウム溶媒に吸収されます。この方法により、アルミニウムおよびアルミニウム合金溶融物のマグネシウム含有量を0.1〜0.2％削減できます。

2.4氷晶石マグネシウム除去法

氷晶石はマグネシウムと反応してアルミニウムに不溶性の化合物を生成し、アルミニウム合金が溶けてマグネシウムを除去します。氷晶石は比較的安価で入手が容易であるため、氷晶石からマグネシウムを除去する方法は、二次アルミニウム産業で広く使用されています。氷晶石とマグネシウムは、アルミニウムとアルミニウム合金の溶融物中で次の化学反応を起こします。

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

氷晶石の理論消費量は6kg / kg-Mgであり、実際の消費量は理論消費量の1.5〜2倍です。反応温度は850〜900℃で、マグネシウム含有量を0.05％まで下げることができます。氷晶石からマグネシウムを除去するための温度を下げるために、40％のNaClと20％のKClを含む氷晶石が溶融物の表面に振りかけられます。

3.亜鉛、鉛などを除去するための技術

塩素化および亜鉛除去法は、アルミニウムおよびアルミニウム合金溶融物から亜鉛を除去するために使用できます。この方法は、亜鉛がアルミニウムよりも酸素に対して高い親和性を持っているという原理を使用しています。製錬プロセスでは、工具を使用してアルミニウムとアルミニウム合金の溶融物を攪拌し、亜鉛と酸素の反応を促進して、亜鉛除去の目的を達成します。効果は非常に限られており、亜鉛を除去する過程で、アルミニウムやその他の元素の酸化燃焼を引き起こしやすくなります。また、アルミニウムとアルミニウム合金の溶融物にガスが発生し、多数の介在物が生成されます。一般的に、酸化亜鉛除去を使用することはお勧めしません。

沈降法は、アルミニウムおよびアルミニウム合金溶融物中の亜鉛や鉛などの重金属不純物を除去するために使用されます。沈降法は、亜鉛と鉛の密度を高めるという原理を使用して、アルミニウムとアルミニウム合金の溶融物の滞留時間を延長し、亜鉛と鉛が製錬中に炉の底に沈むことができるようにすることです。排出中の安定した液体の流れは、亜鉛や鉛などの重金属を生成する可能性があります。まず、注入された最初の数個のインゴットに流出して付着し、これらのインゴットを選択して追加処理することができます。

溶出結晶化法は、非アルミニウム金属介在物を除去するためにも使用できます。アルミニウムおよびアルミニウム合金の溶融物を精製するこの方法は、溶融アルミニウム中の非アルミニウム金属介在物の溶解度が冷却中に変化するという原則に基づいています。しかし、溶解結晶化法はコストが高く、操作が複雑であり、大規模な二次アルミニウム産業ではほとんど使用されていません。

アルミニウムおよびアルミニウム合金溶融物中の非アルミニウム金属含有物を除去するためにどの方法が使用されても、それは二次アルミニウムの製造コストを増加させるであろう。アルミニウムおよびアルミニウム合金スクラップの直接利用率を改善し、アルミニウムおよびアルミニウム合金スクラップの貴重な要素を十分かつ合理的に利用し、前述の高度で効率的な前処理プロセスを選択することは、リサイクルアルミニウムの製造にとって非常に重要な実用的重要性です。

4.ナトリウム、カリウム、水素、カルシウムなどを除去するための技術。

外国は「LARS」メルトオンライン技術を開発しました。これは、高純度の要件を備えた航空宇宙および航空用の高品質のアルミニウムインゴットを製造できます。この技術は世界をリードする位置にあります。その重要な特徴は次のとおりです。

（1）ガス放出率が高い。この装置を使用すると、溶融物のオンライン水素含有量を0.39mL / 100×10-6から0.1mL / 100g未満に減らすことができ、ガス放出率は75％以上に達する可能性があります。
（2）金属および非金属不純物を効果的に除去します。
（3）アルカリ金属を効果的に除去し、使用後にK +、Ca +、Li +、Na +イオンおよびその他のアルカリ金属イオンを1×10-6未満にします。さまざまな化合物を効果的に除去します。

使用後、製品はアメリカの航空宇宙産業のクラスAまたはAAおよび欠陥検出に合格しています。たとえば、7075合金のクラスA欠陥制御率は97％、クラスAA欠陥制御率は92％です。

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