铝渣处理的研究

铝渣处理的研究

摘要：

铝渣是熔化铝金属的副产品，它是铝金属和含有少量其他成分的铝氧化物的混合物。铝渣的类型和性质取决于熔化的方式、初始时加入的原料、熔化温度、搅动情况，它与熔化过程中的变化关系不大。

本文将研究当前普遍采用的铝渣处理的常规做法以及实验性和建议性的处理方法，同时讨论将来如何处理铝渣及其副产品剩余物，检验工厂按常规方法回收金属铝的效果。着重讨论“铝金属回收总量”。

铝渣不是废物，而是一种有重要价值的副产品。简单讨论了使铝渣使用价值最大化的可靠高效的处理工艺和操作方法。

从金属铝第一次被熔化开始，铝渣就是不可避免的副产品。热力学表明只要有氧气存在暴露的铝表面附近，铝就会氧化，产生各种成分的铝氧化物。在大部分的铝渣中仍剩余足够的可提炼的含金属的铝，以适当增加经济利益。在许多地方，铝混合物和其他成分的铝氧化物被混为一谈，统称为“铝渣"。为使命名法合乎标准，铝业协会出版了一本说明和定义铝渣不同成分的小册子。小册子使用四种重要的鉴别特性：

铝渣发生变化的根源——熔炉的类型，例如反射炉，旋转炉等

铝渣中盐化合物的含量——铝渣中存在多少及什么类型的含盐化合物熔剂

铝渣中含铝的量——再处理前铝渣中铝的含量是什么?对这一点的重要

性需要认真详细的说明，因为对铝含量的不同分析方法会得出不同的可获得的铝或游离的铝的数量。尤其是非常小的铝珠可以通过化学分析被显示和计量，但是可能由于它们太小，以至于在传统的回收过程中无法再生。

铝渣的组成——铝渣的物理尺寸和外形是什么，例如厚块，薄块，结渣，或块料?

一．铝渣的主要成分

1．白色铝渣

白色铝渣是金属含量在15～80％之间变化的铝氧化物和铝金属的混合物。它是铝在炉子的炉床熔化期间，熔化的铝在炉子或坩埚之间运输期间产生的。

铝渣通过“扒渣”的操作被收集，手工操作者从炉子中捞出漂浮的混合

物，或者在现代化的大炉子的环境下用自动化的设备撇去漂浮的铝渣。在这两种情况下铝渣的混合物都被从炉子中捞出放入“渣箱”中存放并冷却，在后面将更详细地讨论从炉子中捞出的铝渣同随后的送到加工厂的铝渣可能是不一样的成分和性质。

除了铝金属和铝氧化物两种重要的铝渣成分之外，根据炉的条件处理金属材料和合金(除铝渣箱外)可能产生少量其他化合物，包括氮化铝(AlN)，碳化铝(A14C3)，也可能有冰晶石(Na3A1F6)。最后一种化合物常常与来自电解槽的原铝有关系，而前两种化合物的成分与发生在炉子或铝渣箱中的铝热剂反应有关。

铝热剂反应是发生在金属铝和空气中的气体之间的无法控制的化学反应。铝热剂反应产生极高的温度(1 500℃或更高)，这个温度让氧、氮、二氧化物同铝发生快速的化学反应，形成前面提到的化合物。铝热剂反应中的化学反应包括：

（1） 2Al+3／2 O2(气体)→A12O3(固体)

（2） 2 Al+N2(气体) →AIN(固体)

（3）8Al+3CO2(气体)→A14 C3(固体)+2A12O3(固体)

当冷却的铝渣与湿气反应时铝渣中这些化合物的存在是显而易见的。同水、游离氨和乙炔气体的反应很容易通过它们特殊的气味分辨出来。

白色铝渣可能包含不是直接在炉子生成的氧化物，例如从冷却的流槽中拿出的含金属的渣子，坩埚中结壳，片状物。最后，白色铝渣包含少量的或不含盐化合物熔剂。

2．黑色铝渣

许多铝废料回收厂使用炉外部带有凸出的加料池的反射炉进行装料。通过加料池把废料加入炉子的金属熔池中是一个普通的操作。这个加料池通常有一个含盐化合物熔剂层用来帮助保护熔化的铝液不被氧化，并提高废料的金属铝再生利用。在处理规格小或比表面积大(例如铝屑或UBC)的废料时这种类型的炉子特别常见。通常使用氯化钠(NaCI)和氯化钾(KCl)熔剂及有可能加入氟化盐的混合物组成，氯化物熔剂是用来降低熔剂的熔点。这种在熔化过程中形成的含有熔剂的铝渣被称为“黑色铝渣”，因为它的特征是黑色。黑色铝渣由含盐化合物的混合物、氧化物和金属组成。含盐混合物熔剂在其熔点以上的温度时，黑色铝渣由两种不能相溶的铝金属和含氧化物颗粒的液体以及片状含盐化合物的液体组成。当含盐化合物溶剂中的氧化物含量增加时，混合物粘度变大，流动性变差。熔剂对含氧化合物的捕集非常有效。

黑色铝渣的金属含量根据加入的废料类型和处理条件而变化，但变化围

是7～35％，特殊情况下会高达50％。黑色铝渣的氧化物含量与熔剂含量几乎相等。

3．含盐化合沉积物

因为前面提到的相同的原因，利用旋转炉熔炼废料和用含盐溶剂捕集溶渣，但是在生成的副产品中含盐化合物溶剂所含的氧化物的比率是不同的。这是两种典型的回收方法：“湿法”和“干法”。不同之处是加入的含盐化合物溶剂的数量和熔化的黑色铝渣熔液粘度。在“湿法”中，加入足够的含盐化合物熔剂，以形成一个流动性很好的熔化的含盐化合物液体熔池。在“干法”生产中，加入较少的熔剂，含盐化合沉积物流动性不好，含盐化合沉积物中的铝含量通常比黑色铝渣铝含量要低。

二．铝渣的金属氧化及其形成

由于白色铝渣的性质决定它是一种易变的原材料。形成的铝渣的数量和类型受回收工艺和原材料两方面的影响。两者都很重要，而且结果相互关联。

供给的材料在熔化的过程中是暴露的，这样的炉子环境将对铝渣形成有很大影响；

不同类型的炉子会有不同的环境，会形成不同类型的铝渣；

氧化性气氛将会形成更多的铝氧化物；

高温通过增加运动加速氧化；

直接的火焰冲击可引起局部的高温并伴随高速氧化；

高熔化率可能引起局部区域的高温。

静止的金属熔池存在热层化和表面温度高，也就是说，铝渣被长时间留在炉，铝渣中的金属将被氧化的可能性增大。加入铝的物理性质不同，在熔化过程中也可能造成不同的铝渣组成。重要的变量有镁含量、铝片的大小和厚度、有机物涂层。

几种研究已经注意到熔化损失和废料的物理性质。熔化损失被定义为炉膛的金属损失。它通常是铝渣中的金属和金属氧化成的铝氧化物的混合物。研究的目的是为了测定金属损失的数量，了解金属为什么损失和怎样把损失降低到最小。了解这些损失对这个讨论是非常重要的，因为这些损失的金属变成了铝渣。