CN111961874A - 一种用于火法铝灰提铝的分离剂及其制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于火法铝灰提铝的分离剂及其制备和使用方法，分离剂按质量百分比含NaCl 35～45％，KCl 35～45％，KF 10～30％，粒径≤48μm；制备方法为：将NaCl、KCl和KF研磨后球磨，筛分出粒径≤48μm的部分作为用于火法铝灰提铝的分离剂；使用方法为：(1)将铝灰破碎磨细，筛分出粒径>1mm的铝粒；(2)将陶瓷过滤片置于刚玉坩埚内；将铝粒与分离剂混合置于陶瓷过滤片上；(3)加热至780～820℃进行熔炼；铝粒熔化后，对熔体搅拌强化分离；(4)熔炼80～100min，冷却至常温，在刚玉坩埚内获得铝锭。本发明的方法合理调配NaCl、KCl、KF三元盐熔剂作为分离剂，提高铝灰中金属铝的回收率，解决了资源循环利用问题，提高了铝生产和铝再生行业的经济效益。

Description

一种用于火法铝灰提铝的分离剂及其制备和使用方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种用于火法铝灰提铝的分离剂及其制备和使用方法。
背景技术
铝灰是指在电解铝或铝熔炼铸造等加工工艺过程中，由于加入覆盖剂、造渣剂、打渣剂以及精炼剂等盐熔剂和金属铝液化合而形成的以金属铝、铝的氧化物、非金属氧化物、盐等多种物质为主的混合物。几乎所有的工业铝生产、加工和废铝回收过程都会加入添加剂，故都会产生铝灰；铝灰主要来自于熔盐电解、铝消费和废铝循环；其中在熔盐电解生产氧化铝过程中，每吨铝会产生30～50kg的铝灰；在铝消费过程中，铝的合金化、铝型材的、铸造、加压、切削、轧制等过程都会产生铝灰，吨铝产生铝灰200kg左右；在废铝循环过程中，8％的废铝会成为铝灰需要再次处理。铝灰中的铁锰锌铜等重金属遇酸雨成为离子进入土壤、江河湖泊会造成重金属污染，铝灰中的物质如碳化铝、氮化铝等与潮湿空气接触会生成甲烷和氨气；甲烷易燃易爆较危险，氨气破坏环境；铝灰中的氯盐氟盐等盐类在土壤中富集，会引起土壤的盐碱化。因此将铝灰的绿色化资源化处理是十分合理的，也是很必要的。
炒灰法设备成本投入小，操作简单，是小型再生铝厂的常用方法。炒灰法是将从铝生产车间如熔盐电解或铝加工车间如熔铸环节出来的熔融态的热铝灰倾入倾斜铁锅中，炒灰过程会加入添加剂和盐，如氯化钠能起到降低铝灰熔点、氯化锌能加速铝溶液颗粒的运动和增大铝灰液态铝相和熔盐渣相的界面张力；同时加入保持炒灰温度的氧化镁等自热熔剂，使用铁锹人工翻炒；由于铝和渣的相互不润湿且铝熔体密度大流动性好，汇聚于锅底部，含多种盐氧化物的渣相浮于上部；炒灰完毕后，铝液从下部放出，渣相从上部倾倒。目前生产用的炒灰机已经改新换代且价格低廉。改良的炒灰机摒弃原炒灰的开放体系和人力搅拌翻炒的低效率，取而代之的是炒锅上方完全封闭且连接烟道，有害烟尘和酸雾气体由管道导走，可以用收尘器吸收及净化塔吸收；电机驱动搅拌桨电力搅拌速率均匀稳定。解放人力，使操作人员免受有害烟气的伤害。
但是搅拌提铝，铝回收率有局限，往往难以高于80％；铝灰回收采用机器结合人力的作业模式，往往循环回收率低浪费率高，或处理不彻底将严重污染转换成次严重污染。铝灰回收利用率低，设备不够先进及缺乏原创性工艺路线，缺乏高附加值产品；针对炒灰提铝的低回收率和高盐添加率，迫切需要研发一套理论支持实践可行、低成本高收益率的炒灰工艺路线或辅助炒灰药剂，提高铝灰提铝的回收率，让铝灰尽可能的资源循环使用和二次利用。
发明内容
为了解决现有炒灰法处理铝灰在技术上存在的上述问题，本发明提供一种用于火法铝灰提铝的分离剂及其制备和使用方法，目的是提高铝灰回收金属铝的回收率，促进铝灰循环利用。
本发明的一种用于火法铝灰提铝的分离剂的成分按质量百分比含NaCl 35～45％，KCl35～45％，KF 10～30％，粒径≤48μm。
本发明的用于火法铝灰提铝的分离剂的制备方法为：将NaCl、KCl和KF研磨后筛分出粒径≤109μm的部分，然后球磨至少2h，筛分出粒径≤48μm的部分作为用于火法铝灰提铝的分离剂。
本发明的用于火法铝灰提铝的分离剂的使用方法按以下步骤进行：
1、将铝灰破碎磨细，然后筛分出粒径>1mm的部分作为铝粒；
2、将陶瓷过滤片置于刚玉坩埚内，陶瓷过滤片与刚玉坩埚底部留出空间用于存储铝液；将铝粒与分离剂混合均匀，然后置于陶瓷过滤片上；
3、将刚玉坩埚加热至780～820℃进行熔炼；熔炼过程中，铝粒与分离剂熔化逐渐形成熔体，熔体由铝液和熔渣组成；熔体中的铝液穿过陶瓷过滤片，进入陶瓷过滤片的下方；当铝粒完全熔化后，对熔体进行搅拌，强化铝液与熔渣分离；
4、熔炼进行80～100min后停止加热，刚玉坩埚内的物料冷却至常温后，将陶瓷过滤片及其上部的凝固熔渣取出，在刚玉坩埚内获得铝锭。
上述的步骤1中，铝粒按质量百分比含Al 86～90％。
上述的步骤1中，铝粒占铝灰总质量的60～71.66％。
上述的步骤2中，铝粒与分离剂的混合比例按分离剂占铝粒总质量的20～25％。
上述的步骤4中，以铝粒为原料的Al回收率为91～96％。
上述的步骤4中，铝锭的纯度≥98％。
上述的凝固熔渣作为二次铝灰。
本发明的方法按照铝灰粒度分级处理铝灰，分别得到铝粒、嵌铝铝灰和细灰；各粒度铝灰组成各异性质各异，分级更有针对性的处理铝灰中的各组成部分，将铝粒作为分离的原料能显著提高分离效率；铝灰完成高温渣金分离后，由于高温分离时铝液和渣相不相容且铝液流动性好故逐渐汇聚于坩埚底部形成铝锭，渣相覆盖在铝锭上部，能够在熔炼完成后简单分离本发明按一定比例合理调配NaCl、KCl、KF三元盐熔剂作为分离剂，有效提高铝灰中金属铝的回收率，有效的解决了铝灰中铝的资源循环利用问题，提高了铝生产和铝再生行业的经济效益，显著改善了铝灰作为危废污染水源空气、铝生产加工企业铝灰禁排等多种问题，初步实现资源循环化。
具体实施方式
本发明实施例中的铝灰按质量百分比含单质Al 86～90％，Al2O3 6～10％，AlN 3～10％。
本发明实施例中的二次铝灰按质量百分比含单质Al 8～12.8％，Al2O3 20～25％，AlN8～12.7％，NaCl+KCl+KF 40～48.9％。
本发明实施例中采用的NaCl、KCl和KF为市购工业级产品。
本发明实施例中，铝灰经过人工分拣后进行机械破碎，然后进行球磨，球磨后的物料筛分出粒径>1mm的部分作为铝粒，粒径0.1～1mm的部分作为嵌铝铝灰，粒径<0.1mm的部分作为细灰。
本发明实施例中采用的磨细设备为行星式球磨机，采用玛瑙球磨罐放置物料。
本发明实施例中采用的陶瓷过滤片为市购碳化硅泡沫陶瓷过滤片，孔径10-20ppi。
本发明实施例中加热至780～820℃用时150～200min，冷却至常温用时100～150min。
实施例1
用于火法铝灰提铝的分离剂的成分按质量百分比含NaCl 40％，KCl 40％，KF20％；
制备方法为：将NaCl、KCl和KF研磨后筛分出粒径≤109μm的部分，然后球磨至少2h，筛分出粒径≤48μm的部分作为用于火法铝灰提铝的分离剂；
使用方法为：
将铝灰破碎磨细，然后筛分出粒径>1mm的部分作为铝粒；铝粒按质量百分比含Al86％；铝粒占铝灰总质量的64.1％；
铝灰总共180g，筛分出铝粒115.37g，铝粒中含Al 99.22g；
将陶瓷过滤片置于刚玉坩埚内，陶瓷过滤片与刚玉坩埚底部留出空间用于存储铝液；将铝粒与分离剂混合均匀，混合比例按分离剂占铝粒总质量的25％；然后置于陶瓷过滤片上；
将刚玉坩埚加热至780℃进行熔炼；熔炼过程中，铝粒与分离剂熔化逐渐形成熔体，熔体由铝液和熔渣组成；熔体中的铝液穿过陶瓷过滤片，进入陶瓷过滤片的下方；当铝粒完全熔化后，对熔体进行搅拌，强化铝液与熔渣分离；
熔炼进行100min后停止加热，刚玉坩埚内的物料冷却至常温后，将陶瓷过滤片及其上部的凝固熔渣取出作为二次铝灰，在刚玉坩埚内获得铝锭，纯度≥98％；铝锭91.28g，铝锭中含Al 90.37g，Al回收率为91％。
实施例2
用于火法铝灰提铝的分离剂的成分按质量百分比含NaCl 35％，KCl 35％，KF30％；制备方法同实施例1；
使用方法同实施例1，不同点在于：
(1)铝粒按质量百分比含Al 90％；铝粒占铝灰总质量的71.66％；筛分出铝粒129g，铝粒中含Al 116g；
(2)分离剂占铝粒总质量的23％；
(3)将刚玉坩埚加热至820℃进行熔炼；
(4)熔炼进行80min；铝锭112.5g，铝锭中含Al 111.4g，Al回收率为96％。
实施例3
用于火法铝灰提铝的分离剂的成分按质量百分比含NaCl 45％，KCl 45％，KF10％；制备方法同实施例1；
使用方法同实施例1，不同点在于：
(1)铝粒按质量百分比含Al 88％；铝粒占铝灰总质量的68％；筛分出铝粒122.4g，铝粒中含Al 107.7g；
(2)分离剂占铝粒总质量的20％；
(3)将刚玉坩埚加热至800℃进行熔炼；
(4)熔炼进行90min；铝锭101.2g，铝锭中含Al 100.2g，Al回收率为93％。

Claims (8)

1.一种用于火法铝灰提铝的分离剂，其特征在于成分按质量百分比含NaCl 35～45％，KCl 35～45％，KF 10～30％，粒径≤48μm。
2.一种权利要求1所述的用于火法铝灰提铝的分离剂的制备方法，其特征在于将NaCl、KCl和KF研磨后筛分出粒径≤109μm的部分，然后球磨至少2h，筛分出粒径≤48μm的部分作为用于火法铝灰提铝的分离剂。
3.一种权利要求1所述的用于火法铝灰提铝的分离剂的使用方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)将铝灰破碎磨细，然后筛分出粒径>1mm的部分作为铝粒；
(2)将陶瓷过滤片置于刚玉坩埚内，陶瓷过滤片与刚玉坩埚底部留出空间用于存储铝液；将铝粒与分离剂混合均匀，然后置于陶瓷过滤片上；
(3)将刚玉坩埚加热至780～820℃进行熔炼；熔炼过程中，铝粒与分离剂熔化逐渐形成熔体，熔体由铝液和熔渣组成；熔体中的铝液穿过陶瓷过滤片，进入陶瓷过滤片的下方；当铝粒完全熔化后，对熔体进行搅拌，强化铝液与熔渣分离；
(4)熔炼进行80～100min后停止加热，刚玉坩埚内的物料冷却至常温后，将陶瓷过滤片及其上部的凝固熔渣取出，在刚玉坩埚内获得铝锭。
4.根据权利要求3所述的用于火法铝灰提铝的分离剂的使用方法，其特征在于步骤(1)中，铝粒按质量百分比含Al 86～90％。
5.根据权利要求3所述的用于火法铝灰提铝的分离剂的使用方法，其特征在于步骤(1)中，铝粒占铝灰总质量的60～71.66％。
6.根据权利要求3所述的用于火法铝灰提铝的分离剂的使用方法，其特征在于步骤(2)中，铝粒与分离剂的混合比例按分离剂占铝粒总质量的20～25％。
7.根据权利要求3所述的用于火法铝灰提铝的分离剂的使用方法，其特征在于步骤(4)中，Al回收率为91～96％。
8.根据权利要求3所述的用于火法铝灰提铝的分离剂的使用方法，其特征在于步骤(4)中，铝锭的纯度≥98％。
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