综合炉渣冶炼法提高回收车间铝回收

综合炉渣冶炼法提高回收车间铝回收

1 前言

用于回收铝的原材料必须含有未被氧化的金属形式的铝。铝氧化物转换为金属铝在技术和经济上是不可行的。回收的主要目标是用最少的努力从废弃物和残余物中得到最大产量的金属铝。在加工和应用铝产品时，会产生大量的废弃物、金属互化物、以及残留物。这样铝的切屑和碎屑就有了特殊利益，切屑和碎屑大约占炼铝厂原材料来源的45%。由于切屑和碎屑和铝冶炼副产品熔渣的紧密联系，熔渣被考虑作为作为原料被熔化，以盐作为收集氧化物并隔绝空气。图1表明了1997年德国冶炼铝的原料组成比例。表1总结了切屑、碎屑和熔渣的估计值。在熔炉操作时，为了获得更高的铝产量这项研究的第一个一个目标是优化盐的组成。为了重新获得铝冶炼厂损失的铝，第二个目标是提出一个构思来使熔渣处理和熔化过程一体化。第三个目标是减少从外部购买盐。

2 已经建立的回收铝切屑、碎屑、炉渣工艺

2.1 铝切屑的前处理

在机械加工过程中，铸造和锻造产生的切屑按照合金成分被分类收集。通常情况下机械加工时用的水和乳油会污染这种铝屑。湿度调节工艺以用离心机进行对流洗涤为基础。处理后水包油乳浊液含量减少到2%，除去的乳浊液用破乳器分离。最后的干燥在旋转鼓式冷却机中进行。随后用磁场分离出铁。通过过筛切屑被分为a>1mm的粗部分和a<1mm的细成分。后者在熔化之前必须先被压实。温度调节在含有一个控制良好的无氧烤箱的间接加热间歇操作旋转鼓中进行。脱油并干燥后的切屑用上文提到的方法进行磁场分离并过筛。经处理后的切屑随后被加热到800℃以上然后用水淬火到250℃来防止PCDF的生成。

2.2 铝熔渣前处理

熔渣是所有铝熔化过程的副产品。根据残余物的类型，合金处理方法、熔化装置的不同，熔渣的总量、金属含量以及熔渣性质波动很大。熔渣是铝、铝氧化物、以及合金元素氧化物的混合物，另外常常还有这些金属的卤化物、碳化物以及氮化物。典型的熔渣含有大量的金属铝。氧化铝在物理上是多孔的结构，这样氧化铝的表面张力非常大以至于能结合自身重量20倍的铝。由于熔渣也含有分散良好的气泡（泡沫结构）。由于浮渣密度小，它能轻易地从铝熔体中分离出来。下列工艺参数对浮渣的体积、形态和金属含量有重要影响。

碎片的比表面

杂质的类型（有机物或无机物）

熔化条件以及熔化装置

熔体成分（尤其是镁钠锂钙含量）

冶炼过程

浮渣分离方法(温度，工具)

分离出熔渣的冷却参数

因为原料来源不同,直接对比和评估不同的熔渣调节过程是困难的。为了避免铝液滴中混入氧化物，通常的处理方法建立在快速淬火之上。这个步骤在机械选矿步骤之后，能除去尽可能多的氧化物。或者按照工艺11直接熔化颗粒大小大于1mm碎片。副产品浮渣粉尘必须被倒掉或者在炉渣处理车间分开处理，大小小于1mm的部分可以卖给炼钢工厂用来还原.

表2总结了四种机械处理产品的尺寸、铝含量和比例。可以看出这些参数取决于来源，值变化范围很宽，尤其是小于1mm的浮渣残渣。

2.3 转鼓熔炉处理

目前为止，转鼓熔炉 是最常见的熔化含有很多杂质废渣的装置。它由一个圆柱形的钢外壳组成，它被水平安装在轮子上，并用瓷砖作为内衬。为了保持更好的混合和便于熔炉操作，转鼓熔炉的特色是在有混合桨的地方没有瓷内衬。由氯化钠和氯化钾组成的熔盐用来收集氧化物并通过这种气氛避免铝被氧化。加入氟化钙来促进铝液滴凝结。由于炉子的旋转运动内衬连续地被熔渣清洗。生产能力依赖于原料的组成，盐的量以及操作方式。采用有氧燃烧，熔炉密封性最好并且自动控制气体，产热量能提高66%。根据热量衡算计算出生成氧化物会损失2—3%的原料里的铝。盐系数被引入来计算所需盐量；

SF=盐量/(原材料重量-实验得到的铝)

如果回收的原材料表面积特别大大或者氧化物含量很高,那么盐的使用是非常必要的。根据技术和经济条件，对原料氧化物含量有一个限制（生产能力、能量、盐消耗、熔渣处理费用）。图2典型地展示了不同的氧化物含量时炼铝用旋转鼓熔炉详细的能量消耗是加入氧化物量的函数。可以看到，选择较小的盐系数能是能量消耗减少。

2.4 倾斜型旋转熔炉熔炼

较新的熔炼方法以倾斜的熔炉为基础，操作时也加入盐。但是与传统的旋转鼓熔炉相比加入盐的量明显减少（盐因子从0.4上升到0.8）。但是这样会产生糊状的而非液体炉渣，不可能用来浇铸。炉子必须被完全倾斜来通过装料空倒空炉子。这种熔炉特别为大量的被氧化的材料设计，例如渣滓。有氧燃烧器安装在靠近尾气出口的位置，强迫火焰返回。这样就达到了高的热效率，减少能量消耗。表3对比了两个含盐熔炼技术。传统的旋转鼓熔炉加标准的原料混合物重新获得了90%的铝。理论上盐因子从1.8减少到1.0将会是详细能量消耗减少到参考操作的90%，更近一步的减少在技术上是不可行的。用倾斜旋转熔炉能实现更进一

步优化，甚至能加入100%的浮渣。

2.5 盐处理和盐回收

铝残余物与固化和冶金过程紧密相连，因为铝残余物是这个过程的副产品炉渣。在过去几年，炉渣产量从400-700千克每吨下降到300-500千克每吨。来源于氧化物和氧化铝被盐聚集在一起形成物理的盐氧化物混合物。不可避免的是铝的小液滴，太小以至于不能凝结，减少了熔体产量。表四总结了这三相在RDF和TRF过程中的比例。由于可溶于水的氯化物相，考虑到会污染地下水和生成气体，垃圾填埋炉渣在生态上是不可行的。另外，回收熔盐在经济上是可行的。以氯化钠和氯化钾混合物为代表的盐类，当氯化钠含量为44%氯化钾含量56%时有最低共熔点。加入氟化钙促进铝液滴的凝固。由于氟化钙表面张力比较低，利用热膨胀或者钠气体生成时形成的裂缝，氟化钙分布在氧化物和熔体之间。由于氧化物溶解度几乎为零，形成了氧化物和盐形成了液固悬浮液，熔液的黏度增加。熔液黏度强烈地依赖于分散在盐中的氧化物的大小和类型。图3表明了由又平又薄的γ氧化铝引起的悬浮液的触变行为。

3 高氧化物含量原材料加盐熔化实验结果

3.1 实验装置

在温度超过100℃时,电加热坩埚被氯化钠和氯化钾的混合盐充满。热电偶安装在液面3厘米以下，熔化以后，安装在4-5厘米深的机械搅拌搅拌保持坩埚上部保持湍流。图4是实验布置计划。

3.2 细铝切屑的熔化表现

非常细的铝切屑密度为0.78克每立方厘米，微粒尺寸分布如下表5，平均氧化物含量约为1.45%。根据这些数据可以估算每公斤切屑的表面积。在预热到400℃后干燥的铝切屑进入到接近于旋转杆的漩涡中，立刻被熔体浸没。熔体和碎屑的热交换系数α用加料后的温度下降来定义。α=

M 加入碎屑的质量，单位为千克

F 单位质量表面积，平方米每千克

Cp 盐的热熔，单位焦耳每千克开

ΔT1 加料时盐温度下降，单位开

ΔT2 铝温度上升量，单位开

图5给出了不同湍流条件和不同碎屑加入量时的热量转移。从图中可知，搅拌器的旋转速度也就是混合条件对加料和熔化的时间间隔有明显的影响。局部的湍流强烈地依赖于熔体黏度，而黏度又是氧化物和搅拌条件（触变效应）的函数。

3.3 浮渣的熔化行为

铝浮渣被筛分为粉末部分和粗糙部分。这两个部分又被分为6个亚部分。粗m CPΔT1 F t ΔT1

糙部分的微粒尺寸分布如图6，尺寸大于40毫米的又被分为高金属含量和低金属含量的两部分。从图7可以发现微粒尺寸和金属产量由很大关系。微粒小于75-125微 …… 此处隐藏：4743字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……