本發(fā)明屬于鋁合金精煉熔劑制備，具體涉及一種再生鋁合金精煉熔劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、再生鋁合金是以廢鋁為主要原材料經(jīng)熔煉鑄造得到的鋁合金。與原生鋁合金相比，再生鋁合金的耗能僅為原生鋁合金的5％，碳排放量僅為原生鋁合金的2.1％，每回收再利用1噸鋁合金，可節(jié)約3.4噸標準煤，減少二氧化碳排放0.8噸，減少固體廢物排放20噸，節(jié)約用水22立方米。因此，發(fā)展再生鋁合金產(chǎn)業(yè)對于降低鋁合金的生產(chǎn)成本，減少鋁土礦和煤炭資源的開采，減少二氧化碳和固體廢棄物的排放和保護生態(tài)環(huán)境都具有十分重要的意義。
2、再生鋁合金的性能與其潔凈度和組織狀態(tài)密切相關(guān)。氣孔和夾雜會割裂再生鋁合金基體，破壞再生鋁合金的組織連續(xù)性，造成局部應力集中，成為再生鋁合金斷裂的裂紋源和裂紋擴展方向，從而降低再生鋁合金的強度和塑性。粗大晶粒組織會降低再生鋁合金的鑄造流動性、強度和塑性，而細小均勻晶粒組織則可提高再生鋁合金的鑄造流動性、強度和塑性。因此，在熔煉生產(chǎn)過程中，必須對再生鋁合金熔體進行除氣除渣凈化處理和細化變質(zhì)處理，提高再生鋁合金的潔凈度，細化再生鋁合金的晶粒組織。
3、公布號為cn118086686a的中國專利文獻公開了一種再生鋁用精煉劑，精煉劑結(jié)構(gòu)為包覆型顆粒，外包覆層的原料組成包括zncl2和licl，內(nèi)核的原料組成包括li2co3。外包覆層的原料組成還包括na3aif6和caf2中的任意一種或兩種的混合物以及kcl、nacl、naf中的任意一種或幾種的混合物。
4、公布號為cn115852192a的中國專利文獻公開了一種再生鋁合金精煉劑及其制備方法，精煉劑由以下質(zhì)量百分比的成分組成：mgcl230-35％，kcl?25-30％，cacl2?10-15％，kbf4?5-10％，k2tif6?5-10％，baco35-10％，ycl3?3-6％，制備方法包括配料、烘干脫水、加熱重熔、破碎、篩選和包裝。
5、公布號為cn110241322a的中國專利文獻公開了一種再生鋁合金精煉劑，其各成份按重量比計如下：nacl?30-40％，kcl?30-35％，mgcl220-25％，naf?20-25％，na3alf6?10-15％，caf2?2-5％。制備方法包括精煉劑按重量配好后混合并加水攪拌，幾天后流化床干燥、破碎、再干燥脫水，真空封裝。
6、由于廢鋁的來源廣泛且復雜，廢鋁中攜帶或夾裹大量夾雜物，導致再生鋁合金熔體的氣渣含量特別高，精煉除氣除渣困難。從文獻資料檢索結(jié)果和生產(chǎn)實踐經(jīng)驗來看，現(xiàn)有再生鋁合金精煉熔劑仍然存在以下一種或多種問題：(1)精煉熔劑的除氣除渣效率低，難以滿足再生鋁合金的精煉除氣除渣要求；(2)精煉熔劑的功能單一，不具有細化變質(zhì)功能，無法滿足高性能再生鋁合金的生產(chǎn)需求；(3)精煉熔劑中含有大量氟鹽、氯鹽，使用過程中刺激性煙霧排放量大，渣鋁分離效果較差，造成嚴重的環(huán)境污染。因此，現(xiàn)有再生鋁合金精煉熔劑及其制備方法仍有待改進和發(fā)展。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對背景技術(shù)中提到的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種再生鋁合金精煉熔劑及其制備方法，通過優(yōu)化精煉熔劑的成分組成和制備方法，提高精煉熔劑的除氣除渣效率，降低再生鋁合金的氣渣含量，細化再生鋁合金的晶粒組織，提高再生鋁合金的潔凈度和力學性能，減少刺激性煙霧和鋁渣的排放，解決背景技術(shù)中提到的問題和不足。
2、本發(fā)明實現(xiàn)上述目的采取的技術(shù)方案如下：
3、本發(fā)明第一方面提供一種再生鋁合金精煉熔劑，其特點是，所述精煉熔劑由以下質(zhì)量百分比的成分組成：cacl2?34-36％，kf?18-22％，ticl4?15-17％，srso4?8-12％，na3po49-13％，k3bo3?6-8％。
4、其中，cacl2是精煉熔劑的主要成分，cacl2通過與再生鋁合金熔體發(fā)生反應生成沸點僅為180℃的alcl3，alcl3具有很高的蒸氣壓，在再生鋁合金熔體中呈氣態(tài)，alcl3氣泡在上浮過程中通過吸附和捕獲再生鋁合金熔體中的夾雜物和氫氣，然后一起逸出再生鋁合金熔體，起到除渣除氫作用。
5、kf的主要作用是吸附和熔解氧化鋁等夾雜物，kf熔鹽首先能破壞氧化鋁膜，熔解氧化鋁，使氧化鋁等夾雜物溶入熔鹽中，起到除渣作用。其次是能降低夾雜物與再生鋁合金熔體之間的界面潤濕性，提高夾雜物與再生鋁合金熔體之間的表面張力，促進氧化鋁等夾雜物與再生鋁合金熔體的分離，增強精煉熔劑的除渣功能。
6、ticl4與再生鋁合金熔體發(fā)生反應生成的ti元素直接進入再生鋁合金熔體，在再生鋁合金凝固過程中起到異質(zhì)形核核心作用，細化再生鋁合金的α-al晶粒，使α-al晶粒從粗大的樹枝狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛐位虻容S狀，提高再生鋁合金的流動性、強度和塑性。反應生成的alcl3氣泡在上浮過程中還能吸附捕獲再生鋁合金熔體中的夾雜物和氫氣，增強精煉熔劑的除渣除氫能力。
7、srso4與再生鋁合金熔體發(fā)生反應生成的sr元素進入再生鋁合金熔體中，起到細化變質(zhì)共晶si相的作用，使共晶si相從粗大的針狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿☆w?；蚶w維狀，消除粗大共晶si相對再生鋁合金強度和塑性的危害，提高再生鋁合金的強度和塑性。反應得到的so2氣泡在上浮過程中還能吸附捕獲再生鋁合金熔體中的夾雜物和氫氣，增強精煉熔劑的除渣除氫能力。
8、na3po4與再生鋁合金熔體反應生成p元素進入再生鋁合金熔體中，可細化再生鋁合金中的初晶si相。對于過共晶再生鋁合金，si相除了形成共晶si相外，還存在粗大的塊狀或板條狀初晶si相。p元素能細化粗大的初晶si相，使粗大的塊狀或板條狀初晶si相轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿浬⒌念w粒狀，不僅可以提高再生鋁合金的強度和塑性，還能增強再生鋁合金的耐磨性能。
9、k3bo3的主要作用是細化變質(zhì)再生鋁合金中的富fe相。fe是再生鋁合金中不可避免的雜質(zhì)元素，通常以al3fe、fesial3等粗大的針狀或片狀富fe相形式存在，會損害再生鋁合金的強度和塑性。k3bo3通過與再生鋁合金熔體反應生成b元素進入再生鋁合金熔體中，可使粗大的針狀或片狀富fe相轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿浬⒌念w粒狀，消除粗大富fe相對再生鋁合金強度和塑性的危害，提高再生鋁合金的強度和塑性。
10、作為優(yōu)選地，所述精煉熔劑由以下質(zhì)量百分比的成分組成：cacl235.12％，kf19.84％，ticl4?16.51％，srso4?10.06％，na3po4?11.45％，k3bo3?7.02％。
11、本發(fā)明第二方面提供一種再生鋁合金精煉熔劑的制備方法，其特點是，依次包括以下步驟：
12、步驟一：按精煉熔劑的成分組成及質(zhì)量百分比，選用cacl2、kf、ticl4、srso4、na3po4、k3bo3為原材料進行配料；
13、步驟二：將配料加入到熱水中攪拌溶解成水溶液，然后加熱蒸發(fā)水溶液，得到固體結(jié)晶物；
14、步驟三：將固體結(jié)晶物破碎成粒徑小于2毫米的顆粒，對顆粒烘干脫水，得到所述精煉熔劑。
15、作為優(yōu)選地，步驟一中所述cacl2、kf、ticl4、srso4、na3po4、k3bo3的純度不低于99.8％。所述原材料可以是工業(yè)產(chǎn)品、工業(yè)副產(chǎn)品或自然存在的礦物質(zhì)，但要保證原材料的純度，不能含有太多雜質(zhì)，否者會影響精煉熔劑的效果和對再生鋁合金造成二次污染。
16、作為優(yōu)選地，步驟二中所述熱水的溫度不低于80℃，熱水與配料的質(zhì)量比為1.4-1.6，加熱蒸發(fā)時水溶液的溫度為100℃。熱水太少或者溫度太低，難以將配料攪拌溶解成水溶液，而熱水太多又會導致加熱蒸發(fā)時間太長，增大能耗和生產(chǎn)成本。
17、作為優(yōu)選地，步驟三中所述烘干脫水的溫度為190-200℃，烘干脫水的時間為2-3小時。溫度太低或者時間太短，會導致脫水不徹底。溫度也不能太高，否者會導致成分發(fā)生分解失去效果。烘干脫水后應盡快進行包裝和密封處理，以免引起吸潮。
18、本發(fā)明第三方面還提供一種再生鋁合金精煉熔劑的使用方法，其特點是，所述精煉熔劑的用量為再生鋁合金重量的0.1-0.2％。
19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
20、(1)本發(fā)明精煉熔劑具有更低的熔點和更優(yōu)異的除氣除渣效果?，F(xiàn)有精煉熔劑通常是將氯鹽和氟鹽機械破碎后直接混合得到精煉熔劑，組成物之間互相獨立存在，使用時組成物之間缺乏協(xié)同促進作用，最終導致精煉熔劑的熔點高，除氣除渣效率低。本發(fā)明突破傳統(tǒng)，采用溶液蒸發(fā)法制備精煉熔劑，通過溶液蒸發(fā)，使組成物之間重新凝固再結(jié)晶形成具有更低熔點的共晶體，如cacl2的熔點為772℃，kf的熔點為885℃，當二者形成cacl2·kf共晶體后，熔點降為684℃，從而大幅降低精煉熔劑的熔點，使精煉熔劑更容易熔解于再生鋁合金熔體，產(chǎn)生更優(yōu)異的除氣除渣效果。
21、(2)本發(fā)明精煉熔劑具有除氣除渣和細化變質(zhì)的雙重功能?，F(xiàn)有再生鋁合金精煉熔劑通常只含有nacl、kcl、kf、caf、c2cl6等成分，雖然具有除氣除渣功能，但不具有細化變質(zhì)功能。為了細化變質(zhì)再生鋁合金，還必須添加細化變質(zhì)劑，不僅會增加生產(chǎn)成本，還會增加生產(chǎn)工序。本發(fā)明精煉熔劑除了含有常規(guī)的cacl2和kf外，還含有ticl4、srso4、na3po4、k3bo3，這些成分不僅增加了精煉熔劑的除氣除渣功能，還能釋放出微量的ti、sr、p、b元素進入再生鋁合金熔體中，在凝固過程中分別細化變質(zhì)α-al晶粒、共晶si相、初晶si相和富fe相，可以消除粗大α-al晶粒、共晶si相、初晶si相和富fe相對再生鋁合金力學性能的危害，提高再生鋁合金的強度和塑性。
22、(3)本發(fā)明精煉熔劑的使用更加環(huán)保和更低的生產(chǎn)成本。現(xiàn)有精煉熔劑主要以nacl、kcl、kf、caf、c2cl6等氯鹽和氟鹽為主要成分，使用過程中會產(chǎn)生大量刺激性難聞的煙霧和腐蝕性氣體，嚴重污染環(huán)境，危害工人身體健康?，F(xiàn)有精煉熔劑由于除氣除渣效率低，為了獲得較為潔凈的再生鋁合金，不得不加大精煉熔劑的用量，精煉熔劑的用量通常占到再生鋁合金熔體重量的0.3-0.5％。但加大精煉熔劑的用量會增加生產(chǎn)成本，增加鋁渣的排放量，造成更為嚴重的環(huán)境污染，同時還會導致再生鋁合金中na、ca、k等堿金屬元素的含量超標，惡化再生鋁合金的力學性能。本發(fā)明精煉熔劑減少了氟鹽和氯鹽的含量，可以減少煙霧的排放，減少精煉熔劑的用量，不僅可以獲得高潔凈的再生鋁合金，還能減少鋁渣的排放量，避免再生鋁合金中na、ca、k等堿金屬的含量超標，因而使用更加環(huán)保，也有利于降低再生鋁合金的生產(chǎn)成本。