La technologie d'élimination des impuretés pour le processus de fusion de l'aluminium secondaire

Le processus de production d'alliage d'aluminium secondaire peut être divisé en trois étapes : le prétraitement, la fusion (y compris l'affinage) et la coulée en lingots. Le processus de fusion consiste à ajouter de la ferraille d'aluminium dans le four de fusion et à la chauffer pour la faire fondre à l'état liquide. Après scorification, mesure de température et composition L'inspection et d'autres processus sont transférés au four d'affinage, où des éléments tels que le silicium et le cuivre sont ajoutés, et le processus de dégazage, d'élimination des scories et d'affinage est effectué. Les éléments métalliques nocifs dans la fonte d'aluminium secondaire comprennent principalement Fe, Mg, Zn, Pb, etc. Pour différents éléments métalliques nocifs, différentes méthodes d'élimination doivent être adoptées.

1. Technologie d'élimination du fer

Le fer est un magasin courant dans la production d'aluminium secondaire, ce qui a un effet extrêmement négatif sur la qualité et les performances de l'aluminium et des alliages d'aluminium. Par conséquent, en plus du prétraitement de la ferraille d'aluminium pour éliminer le fer, l'inclusion de fer doit être éliminée autant que possible pendant le processus de fusion pour éviter qu'elle ne soit légèrement dissoute dans l'aluminium et l'alliage d'aluminium fondus. Généralement, les méthodes suivantes sont utilisées pour éliminer les inclusions de fer.

1.1 Méthode d'élimination du manganèse et du fer

Le manganèse peut former efficacement un composé de phase riche en fer à point de fusion élevé dans la solution d'alliage d'aluminium et se déposer au fond du four pour atteindre l'objectif d'élimination du fer. Les réactions qui se produisent sont les suivantes :

Al9Fe2Si2+Mn→AlSiMnFe

La quantité de manganèse utilisée pour éliminer 1 kg de fer est de 6.7 à 8.3 kg et peut transformer la phase Al9Fe2Si2 grossière, feuilletée, dure et cassante restante en phase feuilletée AlSiMnFe, affaiblissant ainsi les effets nocifs du fer. Cependant, la méthode d'ajout de manganèse pour éliminer le fer augmentera la teneur en manganèse de l'alliage d'aluminium. Les alliages d'aluminium à teneur limitée en manganèse ne doivent pas être utilisés et le coût de la méthode d'ajout de manganèse pour éliminer le fer est relativement élevé.

1.2 Ajout de béryllium à la méthode d'élimination du fer

Le béryllium réagit avec la phase Al9Fe2Si2 dans l'alliage d'aluminium fondu, réduisant ainsi les effets nocifs du fer. La réaction est la suivante : Al9Fe2Si2+Be→Al5BeFeSi

L'ajout de 0.05 % à 0.1 % de béryllium aux fontes d'aluminium et d'alliage d'aluminium peut favoriser la transformation de la phase de flocons grossiers Al9Fe2Si2 en Al5BeFeSi en forme de point, ce qui élimine évidemment la fragilité de l'alliage d'aluminium. Cependant, le prix du béryllium est relativement élevé et la vapeur de béryllium est toxique, nocive pour le corps humain et pollue l'environnement de travail. Par conséquent, la méthode d'ajout de béryllium au fer doit être utilisée avec prudence.

1.3 Méthode d'élimination du fer par décantation

La méthode d'élimination du fer par sédimentation est l'effet complet d'un alliage principal multi-éléments préparé avec quatre substances de Mn, Cr, Ni et Zr, qui interagit avec le composé grossier riche en fer dans la fonte d'alliage d'aluminium pour former un nouveau multi-élément composé riche en fer. Le composé multi-éléments riche en fer se développe progressivement à mesure que la température diminue. Lorsqu'il devient suffisamment gros pour surmonter la résistance au tassement, il se dépose et élimine le fer. Lorsque les quantités de Mn, Cr, Ni et Zr sont respectivement de 2.0 %, 0.8 %, 1.2 % et 0.6 %, la teneur en fer dans les fontes d'aluminium et d'alliage d'aluminium traitées par la méthode d'élimination du fer par sédimentation peut être réduite de 1 % à 0.2%. Le manganèse joue un rôle majeur dans l'élimination du fer dans la méthode de sédimentation. Bien que le chrome ne soit pas aussi efficace que le manganèse pour éliminer le fer, il a une meilleure résistance à l'oxydation et à l'épuisement. Le principal objectif de l'ajout de nickel est de réduire la fragilité causée par les résidus de manganèse et de chrome. L'ajout de zirconium peut non seulement jouer le rôle du fer, mais a également le rôle d'affinage du grain.

1.4 Méthode de filtration et d'élimination du fer

La méthode de filtrage de l'élimination du fer est basée sur le principe selon lequel les impuretés de la phase riche en fer dans la masse fondue d'alliage d'aluminium se séparent à une température plus basse et un temps de maintien plus long, et une filtration mécanique est utilisée pour éliminer les matériaux agrégés de la phase riche en fer. La méthode de déferrisation par filtration est généralement réalisée lors de la coulée de la masse fondue. Il peut non seulement éliminer les grandes substances de phase riches en fer, mais peut également éliminer d'autres inclusions de grande taille dans les fontes d'aluminium et d'alliages d'aluminium. La méthode d'élimination du fer filtrant utilise généralement une plaque filtrante en mousse en céramique.

1.5 Méthode d'élimination directe du fer par fusion

La méthode d'élimination directe du fer par fusion a été largement utilisée dans l'industrie de l'aluminium secondaire en raison de son faible coût et de sa simplicité d'utilisation. La méthode est brièvement décrite comme suit :

• (1) Contrôlez strictement la température de fusion, utilisez la différence entre les points de fusion de l'aluminium et du fer pour faire fondre l'aluminium, et le fer et d'autres impuretés métalliques à point de fusion élevé se déposent au fond du four, éliminant ainsi le fer. Le four rotatif incliné peut traiter efficacement divers déchets de four de fusion d'aluminium pour le traitement.
• (2) Pendant la fusion, les débris de fer doivent être éliminés avant chaque agitation et le fer mélangé dans le laitier d'aluminium doit être retiré pendant l'élimination du laitier.
• (3) Selon les conditions réelles de l'équipement et de la technologie de fusion sélectionnés, en principe, pour chaque lot de déchets d'aluminium fondu, les scories et le fer qui se déposent au fond du four doivent être retirés.
• (4) Lorsqu'une entreprise d'aluminium secondaire utilise un four de fusion - un four de maintien pour la production, après la fusion de chaque four, l'aluminium fondu dans le four est expédié pour éliminer le fer à chaud.
• (5) Utilisez une fusion rapide et un taraudage en aluminium à basse température. Pendant la fusion, les déchets d'aluminium recyclés sont rapidement fondus sous la protection du solvant et l'ensemble du processus de fusion dure environ 2-3 heures. Lorsque les déchets d'aluminium recyclés sont fondus, la température de la fonte à ce moment est d'environ 650°C. A cette température, la solubilité du fer dans les fontes d'aluminium et d'alliages d'aluminium est extrêmement faible. A ce moment, le fer contenu dans la ferraille d'aluminium recyclé est laissé dans le laitier et est limpide avec le laitier.

2. Technologie d'élimination du magnésium

Le magnésium est également une impureté courante dans la production d'aluminium secondaire. Les méthodes suivantes sont généralement utilisées pour éliminer le magnésium dans la fonte des déchets d'aluminium.

2.1 Méthode d'élimination du magnésium par oxydation

L'élimination du magnésium par oxydation repose sur le principe que l'affinité du magnésium et de l'oxygène est supérieure à celle des autres métaux. Pendant le processus de fusion, le magnésium réagit d'abord fortement avec l'oxygène, et ses oxydes sont insolubles dans l'aluminium et les alliages d'aluminium fondent et flottent, puis remontent de l'aluminium et des alliages d'aluminium. La surface de la fonte est écumée. Afin d'accélérer le processus d'oxydation du magnésium, des outils peuvent être utilisés pour mélanger les fontes d'aluminium et d'alliages d'aluminium. L'effet de la méthode d'oxydation pour éliminer le magnésium augmente avec l'allongement du temps d'agitation, mais cette méthode provoque également la combustion et la perte par oxydation de l'aluminium, du silicium et d'autres éléments tout en éliminant le magnésium, et elle n'est généralement pas adaptée.

2.2 Méthode d'élimination du chlorure de magnésium

Dans l'élimination du magnésium de la fonte d'aluminium secondaire, le chlore est souvent utilisé comme oxydant pour réagir avec les métaux actifs tels que le magnésium dans la fonte pour former des chlorures. Étant donné que le magnésium a une plus grande affinité pour le chlore que l'aluminium, lorsque le chlore passe dans l'aluminium et que l'alliage d'aluminium fond, les réactions chimiques suivantes se produisent :

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

Le chlorure de magnésium généré est dissous dans la couche de solvant et la réaction du magnésium et du chlore gazeux émet une grande quantité de chaleur, qui chauffe l'aluminium et l'alliage d'aluminium fondus.

L'effet d'élimination du magnésium de la méthode d'élimination du magnésium par chloration est plus évident, ce qui peut réduire la teneur en magnésium dans les fontes d'aluminium et d'alliage d'aluminium à 0.3%-0.4%, et il est facile à utiliser. En même temps, il a les fonctions de dégazage et d'élimination des scories, mais le chlore est des substances hautement toxiques, les dommages à la santé humaine et à l'environnement sont importants, et l'aluminium et l'alliage d'aluminium fond après l'élimination du magnésium par le chlore gazeux ont grossier grains, et les propriétés mécaniques sont réduites.

2.3 Méthode d'élimination des sels de chlore du magnésium

Les sels de chlorure les plus couramment utilisés pour l'élimination du magnésium des fontes d'aluminium secondaires sont le chlorure d'aluminium. Cette méthode utilise une certaine pression d'azote pour pulvériser du chlorure d'aluminium dans les fontes d'aluminium et d'alliages d'aluminium, de sorte que le chlorure d'aluminium et le magnésium réagissent comme suit :

2AlCl3+3Mg==3MgCl2+Al

Selon cette méthode, le chlore ne s'échappe pas dans l'atmosphère et le chlorure d'aluminium n'ayant pas réagi est absorbé par les solvants ci-dessus, le chlorure de sodium et le chlorure de potassium. Cette méthode peut réduire la teneur en magnésium des fontes d'aluminium et d'alliages d'aluminium de 0.1 à 0.2 %.

2.4 Méthode d'élimination du magnésium par cryolite

La cryolite réagit avec le magnésium pour générer des composés insolubles dans l'aluminium et les alliages d'aluminium fondus et éliminer le magnésium. La cryolite est relativement bon marché et facile à obtenir, de sorte que la méthode d'élimination du magnésium de la cryolite a été largement utilisée dans l'industrie de l'aluminium secondaire. La cryolite et le magnésium subissent les réactions chimiques suivantes dans les fontes d'aluminium et d'alliages d'aluminium :

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

La consommation théorique de cryolite est de 6 kg/kg-Mg et la consommation réelle est de 1.5 à 2 fois la consommation théorique. La température de réaction est de 850-900℃, ce qui peut réduire la teneur en magnésium à 0.05%. Afin de réduire la température d'élimination du magnésium de la cryolithe, de la cryolithe contenant 40 % de NaCl et 20 % de KCl est saupoudrée sur la surface de la masse fondue.

3. Technologie pour éliminer le zinc, le plomb, etc.

La méthode de chloration et d'élimination du zinc peut être utilisée pour éliminer le zinc des fontes d'aluminium et d'alliages d'aluminium. Cette méthode utilise le principe que le zinc a une plus grande affinité pour l'oxygène que l'aluminium. Pendant le processus de fusion, des outils sont utilisés pour agiter les fontes d'aluminium et d'alliages d'aluminium afin de favoriser la réaction du zinc avec l'oxygène, atteignant ainsi l'objectif d'élimination du zinc. L'effet est très limité et pendant le processus d'élimination du zinc, il est facile de provoquer une combustion oxydative de l'aluminium et d'autres éléments. Cela entraînera également la fusion de l'aluminium et des alliages d'aluminium pour obtenir du gaz et produire un grand nombre d'inclusions. En général, il n'est pas recommandé d'utiliser l'élimination du zinc oxydant.

La méthode de sédimentation est utilisée pour éliminer les impuretés de métaux lourds tels que le zinc et le plomb dans les fontes d'aluminium et d'alliages d'aluminium. La méthode de sédimentation consiste à prolonger le temps de repos des fontes d'aluminium et d'alliages d'aluminium, en utilisant le principe d'une plus grande densité de zinc et de plomb, de sorte que le zinc et le plomb puissent couler au fond du four pendant la fusion ; un écoulement de liquide stable pendant la décharge peut produire des métaux lourds tels que le zinc et le plomb. Premièrement, il s'écoule et adhère aux premiers lingots qui sont coulés, et ces lingots peuvent être sélectionnés pour un traitement supplémentaire.

La méthode de cristallisation par élution peut également être utilisée pour éliminer les inclusions métalliques non aluminium. Cette méthode d'affinage des fontes d'aluminium et d'alliages d'aluminium est basée sur le principe que la solubilité des inclusions métalliques non-aluminium dans l'aluminium fondu change pendant le refroidissement. Cependant, le procédé de cristallisation par dissolution a un coût élevé et une opération compliquée, et il est rarement utilisé dans l'industrie de l'aluminium secondaire à grande échelle.

Quelle que soit la méthode utilisée pour éliminer les inclusions de métaux autres que l'aluminium dans les fontes d'aluminium et d'alliages d'aluminium, cela augmentera le coût de production de l'aluminium secondaire. L'amélioration du taux d'utilisation directe des déchets d'aluminium et d'alliages d'aluminium, l'utilisation complète et raisonnable des éléments de valeur dans les déchets d'aluminium et d'alliages d'aluminium et la sélection du processus de prétraitement avancé et efficace susmentionné ont une importance pratique très importante pour la production d'aluminium recyclé.

4. Technologie pour éliminer le sodium, le potassium, l'hydrogène, le calcium, etc.

Des pays étrangers ont développé la technologie en ligne de fusion "LARS", qui peut produire des lingots d'aluminium de haute qualité pour l'aérospatiale et l'aviation avec des exigences de pureté élevées. Cette technologie occupe une position de leader mondial. Ses caractéristiques importantes sont :

• (1) Le taux de dégazage est élevé. L'utilisation de cet équipement peut réduire la teneur en hydrogène en ligne de la fonte de 0.39 ml/100 × 10-6 à moins de 0.1 ml/100 g, et le taux de dégazage peut atteindre plus de 75 %.
• (2) Élimine efficacement les impuretés métalliques et non métalliques.
• (3) Élimine efficacement les métaux alcalins, fabrique des ions K+, Ca+, Li+, Na+ et d'autres ions de métaux alcalins inférieurs à 1 × 10-6 après utilisation ; éliminer efficacement divers composés.

Après utilisation, le produit a passé la classe A ou AA de l'industrie aérospatiale américaine et la détection des défauts. Par exemple, l'alliage 7075 n'a qu'un taux de contrôle des défauts de classe A de 97 % et un taux de contrôle des défauts de classe AA de 92 %.

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