[發明專利]一種以鋁合金再生灰為原料生產鋁合金的方法

在審

• 申請號: 202110290846.3
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113089028A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 劉風琴;趙洪亮;李榮斌;左正平;于國慶;謝明壯
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C25C3/06
• 分類號: C25C3/06;C25C3/20
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明公開了一種以鋁合金再生灰為原料生產鋁合金的方法，屬于鋁合金生產領域。本發明所述方法通過將鋁合金再生灰經過處理獲得的高氧化鋁含量的多金屬氧化物全部或部分作為原料直接使用熔鹽電解法生產出鋁合金產品，并根據原料成分以及目標合金產品進行高氧化鋁含量的多金屬氧化物與冶金級氧化鋁摻比調配，從而生產出不同牌號的鋁合金產品。本發明工藝方法既能夠解決鋁合金再生灰的環境污染問題，又能全部回收利用其中的Fe、Cu、Mg、Zn、Mn等有價金屬元素及Si元素，從而實現鋁合金再生灰的高值資源化利用，降低鋁合金的生產成本。

技術領域

本發明屬于鋁合金生產領域，具體涉及一種使用鋁合金再生灰為原料通過處理直接采用熔鹽電解生產鋁合金的方法。

背景技術

鋁合金的制備有熔配法(也即對摻法)、熔鹽電解法等多種方法。熔配法是將純金屬熔化后，按一定比例配制成中間合金，再將中間合金與金屬配制成所需成分的目標合金。熔配法是目前生產鋁合金的一種主要方法，例如，中國發明專利申請CN102181758A公開了一種鑄造鋁合金制造方法，在熔煉爐中依次加入特定比例的Cu、Ni、Al、Mg、Ti、V等純金屬塊，經過高溫熔化充分攪拌后，再經除渣、精煉制造鋁合金。中國發明專利申請CN102477507A公開了一種載重卡車輪轂專用鋁合金的制備方法，按特定配比的原鋁錠、純鎂錠、Al-40％Cu、Al-10％Fe、Al-20％Si等中間合金置于熔煉爐內高溫熔煉，再經除渣、精煉后獲得所需鋁合金。熔配法能夠根據目標合金成分任意調配原料組成，但該法生產鋁合金的主要問題是：金屬的重熔會增加能源消耗、成本高，易形成二次環境污染及熔損，且制備過程晶粒偏析嚴重，不易于提高鋁的合金化性能，生產成本高。

熔鹽電解法以金屬化合物為原料，通過熔鹽電解共沉積的方法制備鋁合金，優點是所生產的鋁合金成分均勻、偏析量小、合金元素利用率高、整體能量消耗少、生產成本低廉，是一種可以低成本、大規模、高質量制備鋁合金的重要方法。中國發明專利申請CN1769536A公開了一種采用氧化鋁-化合物-冰晶石熔鹽電解法制備鋁合金的方法，通過在鋁電解槽中添加氧化鋁、鈦化合物、二氧化鋯等化合物，在冰晶石體系的電解質中進行電解獲得鋁合金，然后再添加合金元素生產標準牌號鋁合金。該發明所用原料為純氧化鋁和化合物，并且在生產標準牌號鋁合金時仍然還需要再添加所需合金元素，其不足之處是通過電解制備的鋁合金還需進一步經過熔配獲得特定牌號的鋁合金。此外，中國發明專利申請CN103993335A公開了一種熔鹽電解-澆鑄直接制備鋁合金的裝置及方法，通過組合在線檢測電解裝置與澆鑄系統，采用特定的母合金做為陰極、實時控制電解溫度和在線監測電位的方式制造特定牌號的鋁合金鑄錠。該發明所述制備鋁合金的方法需要特定母合金作為陰極，還需要專門的生產裝置和在線監測系統，使整個生產過程復雜，成本提高。

通常情況下，鋁灰是原鋁生產、鋁加工、鋁合金生產等過程的產物，廢鋁再生時產生的鋁合金灰渣(也稱為一次鋁灰，英文一般譯為Aluminum Slag或White AluminumDross)并經進一步提取金屬鋁及鋁合金后得到的細末物質，即為鋁合金再生灰(英文一般譯為Black Aluminum Dross)。鋁合金再生灰中Fe、Cu、Mg、Zn、Mn等金屬元素以及Si元素含量較高，可達10-15％，具有較高的再利用價值，可做為生產鋁合金的原材料。

我國每年會產生大量的鋁合金再生灰。據統計，采用廢鋁每生產1噸鋁合金會產生100-200kg鋁合金再生灰，我國2019年鋁合金再生量達到約720萬噸，年產鋁合金再生灰約為70-150萬噸，且呈逐年增長的趨勢。經分析，鋁合金再生灰的主要成分及其質量百分含量為Al(10-50％)、AlN(10-20％)、Al₂O₃(30-50％)、NaCl(5-10％)、KCl(3-7％)以及其他金屬及其氧化物(Fe、Cu、Mg、Zn、Mn及Si等)、氟化物等。大量的鋁合金再生灰被堆積在廠區或隨意丟棄到排渣場地后，其中的AlN遇水會產生NH₃，氯鹽及氟鹽會浸滲到土壤中，對生態、環境造成嚴重破壞和污染，而鋁合金再生灰中Fe、Cu、Mg、Zn、Mn等金屬元素以及Si元素資源不能得到利用而被浪費。