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CN115341096A - 铝合金废料再生利用的方法 - Google Patents

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CN115341096A
CN115341096A CN202110529048.1A CN202110529048A CN115341096A CN 115341096 A CN115341096 A CN 115341096A CN 202110529048 A CN202110529048 A CN 202110529048A CN 115341096 A CN115341096 A CN 115341096A
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aluminum alloy
scrap
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melt
alloy
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孙峙
刘春伟
钱国余
王志
曹宏斌
严鹏程
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Institute of Process Engineering of CAS
Boeing Co
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Priority to EP22712162.1A priority patent/EP4337800A1/en
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Abstract

本发明涉及一种铝合金废料再生利用的方法，包括：对铝合金废料进行选择性氧化焙烧和洗涤处理以得到无涂层铝合金废料；将无涂层铝合金废料在精炼炉中熔化以得到铝合金熔液，在线检测铝合金熔液的成分并且根据目标合金成分的要求将金属铜、铜合金、镁合金或锌合金添加到铝合金熔液中，通过调整精炼炉内的压强和氧分压并耦合外场搅拌方式进行控压控氧熔炼得到精炼铝合金熔液；对精炼铝合金熔液进行过滤，得到具有目标合金成分的铝合金熔体；以及对铝合金熔体进行浇铸。本发明的方法能够以较高的金属收得率充分利用铝合金废料中的合金成分从而再生制备满足工业成分要求的铝合金。

Description

铝合金废料再生利用的方法
技术领域
本发明涉及“城市矿山”资源综合利用及环保领域，并且更具体地涉及一种铝合金废料再生利用的方法。
背景技术
铝合金由于其强度高、密度小、耐腐蚀等一系列优良性能，已经成为世界上第二大金属材料。随着全球经济的快速发展，世界范围内原生铝产量迅猛增加。有数据显示，2017年世界原生铝产量为6340万吨。从二十世纪二十年代到二十一世纪初，飞机材料中铝合金零部件的质量占比达到了总质量的75％-80％。
与生产原生铝相比，利用二次铝资源生产再生铝不仅节约铝土矿资源，也可显著减低能耗，对缓解能源危机和降低环境负担产生积极影响。但铝合金的牌号较多，合金成分含量高且组成复杂，导致其成分和组织调控困难。目前，再生制备铝合金需要解决的技术难点是在熔炼过程中实现锌、铜和镁等合金成分的精准高效调控。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种铝合金废料再生利用的方法，以解决现有技术中难以实现对铝合金废料中锌、铜和镁等合金成分的精准高效调控的问题。
为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种铝合金废料再生利用的方法，该方法包括以下步骤：对铝合金废料进行选择性氧化焙烧和洗涤处理，从而除漆除油以得到无涂层铝合金废料；将无涂层铝合金废料在精炼炉中熔化以得到铝合金熔液，在线检测铝合金熔液的成分，并且根据目标合金成分的要求将金属铜、铜合金、镁合金或锌合金添加到铝合金熔液中，通过调整精炼炉内的压强和氧分压并耦合外场搅拌方式进行控压控氧熔炼，得到精炼铝合金熔液；使控压控氧熔炼过程中挥发出来的挥发性元素冷凝液化以与精炼铝合金熔液分离，在不存在挥发性元素的情况下，冷凝液化步骤省略；对精炼铝合金熔液进行过滤，得到具有目标合金成分的铝合金熔体；以及对铝合金熔体进行浇铸。
进一步地，铝合金废料包含铝合金废屑、铝合金切余料或者它们的混合物，该方法还包括在无涂层铝合金废料熔化之前对无涂层铝合金废料进行压块处理。
进一步地，该方法还包括在控压控氧熔炼过程中根据目标合金成分的要求添加熔盐。
进一步地，铝合金废料的来源包括铝合金加工废料或废旧品拆解铝合金废料，优选地，铝合金废料为2系铝合金废料和7系铝合金废料中的一种或多种，优选地，铝合金废料为2系铝合金废料中的一种或多种与7系铝合金废料中的一种或多种形成的混合废料。
进一步地，在10vol％以上的氧浓度下进行选择性氧化焙烧。
进一步地，在选择性氧化焙烧过程中将焙烧温度控制在200℃到600℃的范围内并且将焙烧时间控制在10-180min的范围内。
进一步地，采用压块机选择一压制压强和一压制时间进行无涂层铝合金废料的压块处理，优选地，将压制压强控制在10-100MPa的范围内，并且将压制时间控制在1-100min的范围内。
进一步地，精炼炉为真空电阻炉、真空感应炉或常压中频炉，优选地，在目标合金为2系铝合金的情况下精炼炉为真空感应炉，而在目标合金为7系铝合金的情况下精炼炉为常压中频炉，更优选地，在控压控氧熔炼过程中将真空感应炉内的压强控制在50Pa以下并且将真空感应炉内的氧分压控制在0.0001Pa以下。
进一步地，在控压控氧熔炼过程中将熔炼温度控制在700-1250℃的范围内并且将熔炼时间控制在10-640min的范围内。
进一步地，外场搅拌方式为电磁搅拌或吹气搅拌。
应用本发明的技术方案，通过对铝合金废料进行选择性氧化焙烧和洗涤处理可以以温和的条件和简单的操作高效地除漆除油同时避免了铝合金的烧损；通过控压控氧熔炼可以充分利用铝合金废料中的合金成分，精准高效地调控铝合金废料中锌、铜和镁等成分的含量，再生制备满足工业成分要求的铝合金；通过冷凝液化步骤使挥发出来的挥发性元素以合金形式回收，不仅节约了成本还避免了挥发物对环境的危害。因此，本发明的铝合金废料再生利用的方法通过短程熔炼过程实现铝合金废料中锌、铜和镁等成分的精准高效调控，能够以较高的金属收得率充分利用铝合金废料中的合金成分从而再生制备满足工业成分要求的铝合金。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施方式的整体工艺流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将结合实施方式来详细说明本发明。
如背景技术所描述的，现有技术中难以实现对铝合金废料中锌、铜和镁等合金成分的精准高效调控。为了解决该问题，本申请提供了一种铝合金废料再生利用的方法，该方法包括以下步骤：对铝合金废料进行选择性氧化焙烧和洗涤处理，从而除漆除油以得到无涂层铝合金废料；将无涂层铝合金废料在精炼炉中熔化以得到铝合金熔液，在线检测铝合金熔液的成分，并且根据目标合金成分的要求将金属铜、铜合金、镁合金或锌合金添加到铝合金熔液中，通过调整精炼炉内的压强和氧分压并耦合外场搅拌方式进行控压控氧熔炼，得到精炼铝合金熔液；使控压控氧熔炼过程中挥发出来的挥发性元素冷凝液化以与精炼铝合金熔液分离，在不存在挥发性元素的情况下，冷凝液化步骤省略；对精炼铝合金熔液进行过滤，得到具有目标合金成分的铝合金熔体；以及对铝合金熔体进行浇铸。
本申请中的铝合金废料可以包括航空铝合金废料。优选地，铝合金废料可以为航空铝合金废料。本申请中的铝合金废料可以包括2系铝合金废料和7系铝合金废料中的一种或多种。通过本发明的铝合金废料再生利用的方法能够以较高的金属收得率再生制备满足工业成分要求的铝合金，尤其是满足航空工业成分要求的航空铝合金。
在本申请中满足铝合金的工业成分要求是指符合“GB/T3190-2008变形铝及铝合金化学成分”中规定的具体铝合金诸如2系铝合金如2024-Al合金或7系铝合金如7075-Al合金等的成分要求。2系铝合金主要的合金成分是铜和镁，而7系铝合金主要的合金成分是锌、镁和铜。
在本申请中对铝合金废料进行选择性氧化焙烧的目的是仅仅氧化铝合金废料表面的漆层和油层，而不氧化铝合金废料本体的合金成分。
可以采用本领域常规的洗涤方法对铝合金废料进行洗涤处理。为了保证对铝合金废料高效地除漆除油，可以通过以下步骤对铝合金废料进行洗涤处理：采用1-10％(w/w)的盐酸在30-80℃在超声条件下对选择性氧化焙烧之后的铝合金废料进行一次洗涤5-60min，然后将得到的铝合金废料经高纯水在室温下冲洗10-60min。
在根据目标合金成分的要求将金属铜、铜合金、镁合金或锌合金添加到铝合金熔液的过程中，这些金属或合金的添加量由实际检测的铝合金熔液的成分与目标合金成分之间的差异确定。假设在线检测出铝合金熔液中某种成分的含量为X wt％，而在目标合金中要求该成分的平均含量为Y wt％，如果X wt％小于Y wt％，则可以根据Y wt％与X wt％之间的差值计算需要加入的该成分的金属或合金相对于铝合金废料的重量百分比；如果Xwt％大于Y wt％，则可以控制熔炼条件实现该成分的适当脱除。通过成分的动态调整保证熔炼合金满足目标合金的成分要求。
在铝合金熔炼过程中挥发出来的挥发性元素主要包括锌和镁等。可以基于检测的铝合金熔液的成分来确定是否存在挥发性元素。在不存在挥发性元素的情况下，可以省略冷凝液化步骤。本申请通过对铝合金废料进行选择性氧化焙烧和洗涤处理可以以温和的条件和简单的操作高效地除漆除油同时避免了铝合金的烧损；通过控压控氧熔炼可以充分利用铝合金废料中的合金成分，精准高效地调控铝合金废料中锌、铜和镁等成分的含量，再生制备满足工业成分要求的铝合金；通过冷凝液化步骤使挥发出来的挥发性元素以合金形式回收，不仅节约了成本还避免了挥发物对环境的危害。因此，本发明的铝合金废料再生利用的方法通过短程熔炼过程实现铝合金废料中锌、铜和镁等成分的精准高效调控，能够以较高的金属收得率充分利用铝合金废料中的合金成分从而再生制备满足工业成分要求的铝合金。
本发明的铝合金废料的来源包括铝合金加工废料或废旧品拆解铝合金废料，废旧品拆解铝合金废料例如为废旧飞机拆解铝合金废料。本发明的铝合金废料可以为2系铝合金废料与7系铝合金废料中的一种或它们中多种的混合废料。铝合金废料可以为2系铝合金废料中的一种或多种与7系铝合金废料中的一种或多种以任意比例混合形成的混合废料。
针对2系铝合金和7系铝合金混合废料成分的特点，本发明通过选择性氧化焙烧、控压控氧熔炼、合金化处理、冷凝、非金属夹杂物分离和浇铸方式，最终实现从2系铝合金和7系铝合金混合废料再生制备2系铝合金或7系铝合金。
本发明的铝合金废料再生利用的方法还可以包括在控压控氧熔炼过程中根据目标合金成分的要求添加熔盐。例如，可以采用35％NaCl-35％KCl-30％AlCl3(w/w)或45％NaCl-45％KCl-10％AlCl3(w/w)作为熔盐。通过添加熔盐可以减少熔体表面的氧化从而可以提高铝合金废料的回收率，同时可以对合金成分进行微调。
可以在10vol％以上的氧浓度下进行选择性氧化焙烧。通过采用上述氧浓度可以保证对铝合金废料除漆除油以得到无涂层铝合金废料，从而避免涂层中杂质元素(铬、钡、锶等)进入熔炼过程而造成再生制备的铝合金成分不达标。如果氧浓度低于10vol％，则不能充分氧化铝合金废料表面的漆层和油层，因此，不能保证对铝合金废料彻底除漆除油以得到无涂层铝合金废料，引起再生制备的铝合金成分不达标。优选地，在选择性氧化焙烧过程中的氧浓度可以在10vol％至25vol％的范围内。
可以在焙烧炉中进行选择性氧化焙烧，所采用的焙烧炉可以为电阻炉或感应炉，优选地，可以采用电阻炉进行氧化焙烧处理。
为了更好地促进铝合金废料的漆层和油层与铝合金废料的基底剥离同时避免铝合金废料的过度氧化损伤，可以将选择性氧化焙烧过程中的焙烧温度控制在200℃到600℃的范围内。例如，焙烧温度可以为200℃、300℃、400℃、500℃或600℃等。
可以将选择性氧化焙烧过程中的焙烧时间控制在10-180min的范围内。例如，焙烧时间可以为20min、50min、80min、120min、150min或180min等。通过将焙烧时间控制在上述范围内可以保证对铝合金废料充分除漆除油以得到无涂层铝合金废料，并尽量避免铝合金本体的损失。
通过调整选择性氧化焙烧过程中的焙烧温度和焙烧时间可以促进铝合金废料的漆层和油层与铝合金废料的基底剥离，并且避免铝合金废料的过度氧化损伤。
如果铝合金废料包含铝合金废屑、铝合金切余料或者它们的混合物等形式物料，则本发明的方法还包括在无涂层铝合金废料熔化之前对无涂层铝合金废料进行压块处理。通过对无涂层铝合金废料进行压块处理可以得到压制紧实的铝合金块，提高熔炼炉的利用效率并大幅度提高铝合金废料的回收率。
可以采用压块机例如普通压块机在一定压制压强和一定压制时间下进行无涂层铝合金废料的压块处理。可以将压制压强控制在10-100MPa的范围内。例如，压制压强可以为10MPa、30MPa、50MPa或100MPa等。可以将压制时间控制在1-100min的范围内。例如，压制时间可以为1min、5min、10min、50min或80min等。通过上述方式可以提高铝合金废料的表观密度，增加精炼炉的利用率，大幅度提高铝合金废料的回收率。
在本发明的一个实施方式中，铝合金废料再生利用的方法包括以下步骤：
选择性氧化焙烧：对铝合金废料进行选择性氧化焙烧和洗涤处理，除漆除油，尽量少氧化铝合金本体，得到无涂层铝合金废料；
控压控氧熔炼：将无涂层铝合金废料在压块处理之后在精炼炉中熔化(如果不存在废屑和切余料，则可以不进行压块处理)，可选地根据目标合金成分的要求添加不同类型的熔盐，在线检测铝合金熔液的成分，并根据目标合金成分的要求将金属铜或铜合金、镁合金或锌合金等按照一定添加方式添加到铝合金熔液中，通过调整精炼炉内的压强和氧分压并耦合外场搅拌方式强化夹杂物去除及合金均匀化以进行控压控氧熔炼，得到精炼铝合金熔液；
冷凝：使控压控氧熔炼过程中挥发出来的挥发性元素在设置于精炼铝合金熔液上方的冷凝盘上冷凝液化以与精炼铝合金熔液分离，如果不存在挥发性元素，则该步骤可省略；
夹杂物分离：采用过滤器诸如陶瓷过滤器对精炼铝合金熔液进行过滤去除夹杂物，得到具有目标合金成分的铝合金熔体；以及
浇铸：对铝合金熔体进行浇铸。
在本发明的铝合金废料再生利用的方法中，在控压控氧熔炼中采用的精炼炉可以为真空电阻炉、真空感应炉或常压中频炉。优选地，在目标合金为2系铝合金的情况下可以采用真空感应炉实现合金均匀化。更优选地，可以在控压控氧熔炼过程中将真空感应炉内的压强控制在50Pa以下并且将真空感应炉内的氧分压控制在0.0001Pa以下。而在目标合金为7系铝合金的情况下可以采用常压中频炉(常压常规氧分压)实现合金均匀化。
可以将控压控氧熔炼过程中的熔炼温度控制在700-1250℃的范围内，以熔炼铝合金。例如，控压控氧熔炼过程中的熔炼温度可以为750℃、850℃、1000℃或1200℃等。
可以将控压控氧熔炼过程中的熔炼时间控制在10-640min的范围内。例如，控压控氧熔炼过程中的熔炼时间可以为20min、50min、100min、300min或500min等。当采用铝合金废屑或铝合金切余料作为原料时，为了降低铝合金的烧损，可以将熔炼时间控制在60min以内。
控压控氧熔炼过程中的外场搅拌方式可以为电磁搅拌或吹气搅拌。优选地，控压控氧熔炼过程中的外场搅拌方式可以采用电磁搅拌。通过上述方式可以改善熔炼动力学条件，同时加快夹杂物的上浮，便于夹杂物的去除。
在本发明的一个优选的实施方式中，由2系铝合金和7系铝合金混合废料高值化制备2系铝合金或7系铝合金的方法包括以下步骤：
(1)将2系铝合金和7系铝合金混合废料在10vol％以上的氧浓度下进行选择性氧化焙烧，焙烧温度为350-550℃，焙烧时间为60-180min，然后采用1-10％(w/w)的盐酸在30-80℃在超声条件下进行一次洗涤5-60min，得到的废料经高纯水在室温下进行冲洗10-60min，得到除漆除油的无涂层铝合金废料。
(2)如果铝合金废料包含铝合金废屑、铝合金切余料或者它们的混合物，则在10-60MPa的压制压强下对铝合金废料进行压块处理1-20min(如果不存在铝合金废屑、铝合金切余料或者它们的混合物，则可以不进行压块处理)；将经过压块处理的块状料投入真空感应炉或常压中频炉中进行熔炼；采用光谱仪在线检测铝合金熔液的成分，根据目标合金成分的要求，将金属铜、铜合金、镁合金或锌合金等添加到铝合金熔液中，在800-1000℃的温度下熔炼30-120min，反应时间由物料添加量决定，随着物料添加量增加，熔炼时间相应延长；如果采用真空感应炉，则可以在控压控氧熔炼过程中将真空感应炉内的压强控制在30Pa以下并且将真空感应炉内的氧分压控制在0.0001Pa以下，如果采用常压中频炉，则可以采用常压常规氧分压；通过磁场搅拌方式将非金属夹杂物向铝合金熔液的液面富集以强化夹杂物去除。
(3)合金熔炼过程中挥发出来的诸如锌、镁等的挥发性元素遇到熔液上方的石墨冷凝盘冷凝液化，与精炼铝合金熔液分离(如果不存在挥发性元素，则该步骤可省略)。
(4)采用过滤器诸如泡沫陶瓷过滤器对精炼铝合金熔液进行过滤，脱除操作过程中由氧化产生的氧化镁、氧化铝、氧化硅等。
(5)采用半连续性铸锭机进行浇铸，得到具有细小晶粒的铸锭。
与现有技术相比，本发明的铝合金废料再生利用的方法具有如下有益效果：
采用的除漆除油过程操作简单，条件较为温和，处理效率高，同时避免了铝合金的烧损，易于实现工业化应用，具备较高的使用价值。
在控压控氧熔炼过程中通过调整精炼炉内的压强和氧分压并耦合外场搅拌等方式，实现铝合金杂质脱除和合金化同步进行，同时充分利用铝合金废料中较高的合金成分，制备的铝合金可以满足工业铝合金关键合金成分要求。
回收过程中挥发出来的挥发性元素经冷凝后以合金形式回收，不仅节约了回收成本，而且还可以避免挥发物对周围环境的危害。
金属收得率高，避免了铝损，能够充分利用铝合金废料中的合金成分从而再生制备满足工业成分要求的铝合金，提高了工艺经济价值性。
在铝合金废料包含铝合金废屑、铝合金切余料或者它们的混合物的情况下，通过在无涂层铝合金废料熔化之前对无涂层铝合金废料进行压块处理可以提高精炼炉的利用效率并大幅度提高铝合金废料的回收率。
为了更好地说明本发明的方法，便于理解本发明所涉及的技术方案，下面结合实施例和对比例对本发明进行进一步说明，但本发明并不仅仅局限于以下实施例。
实施例1
取适量2系7系铝合金加工废屑在空气下进行焙烧(氧浓度为21vol％)，焙烧温度为450℃，焙烧时间为80min，使用3％(w/w)的盐酸在50℃在超声条件下进行一次洗涤30min，得到的废屑经高纯水在室温下进行冲洗30min，得到除漆除油的铝合金废料。
在30MPa下对废料进行压块处理5min，将块状料投入真空感应炉，快速熔化，采用光谱仪在线检测铝合金熔液的成分，具体检测结果如表1中所示。根据目标2024铝合金成分的要求，称量质量分数为3.0％(相对于铝合金废料)的纯铜，加入铝合金熔液中，在950℃条件下熔炼，对真空感应炉进行抽真空至内部压强低于25Pa，氧分压低于0.00005Pa，利用电磁感应对熔液进行电磁搅拌，改善熔炼动力学条件，加快夹杂物上浮。熔炼过程中挥发出来的锌、镁遇到熔液上方的石墨冷凝盘液化。
在60min后，采用泡沫陶瓷过滤器对铝合金熔液进行过滤，然后使用半连续性铸锭机进行浇铸，得到铸锭。铸锭化学成分经ICP-OES检测，检测结果如表1中所示，符合“GB/T3190-2008变形铝及铝合金化学成分”中2024铝合金成分的要求。通过对比熔炼前后的铝合金重量，证明金属收得率在99％以上。
表1.铝合金混合废料、再生2024铝合金及2024铝合金成分(重量百分比)
Cu Zn Mg Mn Cr Si Fe
原始成分 1.52 3.17 3.25 0.47 0.06 0.40 0.34
最终成分 3.98 0.14 1.56 0.46 0.06 0.39 0.34
2024-Al 3.80-4.90 <0.25 1.20-1.80 0.30-0.90 <0.10 <0.50 <0.50
实施例2
取适量废旧飞机的铝合金块状料进行焙烧，氧浓度为15vol％，焙烧温度为500℃，焙烧时间为60min，使用5％(w/w)的盐酸在40℃在超声条件下进行一次洗涤30min，得到的块状料经高纯水在室温下进行冲洗20min，得到除漆除油的铝合金废料。
将块状料投入真空感应炉，快速熔化，采用光谱仪在线检测铝合金熔液的成分，具体检测结果如表2中所示。根据目标2024铝合金成分的要求，称量质量分数为2.0％(相对于铝合金废料)的纯铜，加入铝合金熔液中，在900℃条件下熔炼，对真空感应炉进行抽真空至内部压强低于15Pa，氧分压低于0.00005Pa，利用电磁感应对熔液进行电磁搅拌，改善熔炼动力学条件，加快夹杂物上浮。熔炼过程中挥发出来的锌、镁遇到熔液上方的石墨冷凝盘液化。
在100min后，采用泡沫陶瓷过滤器对铝合金熔液进行过滤，然后使用半连续性铸锭机进行浇铸，得到铸锭。铸锭化学成分经ICP-OES检测，检测结果如表2中所示，符合“GB/T3190-2008变形铝及铝合金化学成分”中2024铝合金成分的要求。通过对比熔炼前后的铝合金重量，证明金属收得率在98.5％以上。
表2.铝合金废料、再生2024铝合金及2024铝合金成分(重量百分比)
Cu Zn Mg Mn Cr Si Fe
原始成分 2.69 2.58 2.55 0.67 0.05 0.35 0.12
最终成分 4.50 0.10 1.26 0.67 0.06 0.39 0.13
2024-Al 3.80-4.90 <0.25 1.20-1.80 0.30-0.90 <0.10 <0.50 <0.50
实施例3
取适量2系7系铝合金切余废料在空气下进行焙烧(氧浓度为21vol％)，焙烧温度为550℃，焙烧时间为40min，使用4％(w/w)的盐酸在60℃在超声条件下进行一次洗涤20min，得到的切余废料经高纯水在室温下进行冲洗30min，得到除漆除油的铝合金废料。
在50MPa下对废料进行压块处理3min，将35％NaCl-35％KCl-30％AlCl3(w/w)熔盐和块状料共同投入常压中频炉中，快速熔化，采用光谱仪在线检测铝合金熔液的成分，具体检测结果如表3中所示。根据目标7075铝合金成分的要求，称量质量分数为5.0％(相对于铝合金废料)的锌镁合金，加入铝合金熔液中，在800℃条件下熔炼，压强为常压，没有额外控制氧分压，利用电磁感应对熔液进行电磁搅拌，改善熔炼动力学条件，加快夹杂物上浮。
在60min后，采用泡沫陶瓷过滤器对铝合金熔液进行过滤，然后使用半连续性铸锭机进行浇铸，得到铸锭。铸锭化学成分经ICP-OES检测，检测结果如表3中所示，符合“GB/T3190-2008变形铝及铝合金化学成分”中7075铝合金成分的要求。通过对比熔炼前后的铝合金重量，证明金属收得率在99％以上。
表3.铝合金混合废料、再生7075铝合金及7075铝合金成分(重量百分比)
Cu Zn Mg Mn Cr Si Fe
原始成分 1.26 1.67 1.89 0.15 0.25 0.10 0.42
最终成分 1.21 5.31 2.67 0.10 0.26 0.13 0.44
7075-Al 1.2-2.0 5.1-6.1 2.1-2.9 <0.3 0.18-0.28 <0.4 <0.5
实施例4
取适量废旧飞机的铝合金块状料进行焙烧，氧浓度为13vol％，焙烧温度为450℃，焙烧时间为120min，使用3％(w/w)的盐酸在80℃在超声条件下进行一次洗涤20min，得到的块状料经高纯水在室温下进行冲洗20min，得到除漆除油的铝合金废料。
将35％NaCl-35％KCl-30％AlCl3(w/w)熔盐和块状料共同投入常压中频炉中，快速熔化，采用光谱仪在线检测铝合金熔液的成分，具体检测结果如表4中所示。根据目标7075铝合金成分的要求，称量质量分数为5.5％(相对于铝合金废料)的锌镁合金，加入铝合金熔液中，在850℃条件下熔炼，压强为常压，没有额外控制氧分压，利用电磁感应对熔液进行电磁搅拌，改善熔炼动力学条件，加快夹杂物上浮。
在100min后，采用泡沫陶瓷过滤器对铝合金熔液进行过滤，然后使用半连续性铸锭机进行浇铸，得到铸锭。铸锭化学成分经ICP-OES检测，检测结果如表4中所示，符合“GB/T3190-2008变形铝及铝合金化学成分”中7075铝合金成分的要求。通过对比熔炼前后的铝合金重量，证明金属收得率在99％以上。
表4.铝合金废料、再生7075铝合金及7075铝合金成分(重量百分比)
Cu Zn Mg Mn Cr Si Fe
原始成分 1.87 2.46 1.01 0.22 0.20 0.25 0.14
最终成分 1.77 5.61 2.17 0.20 0.19 0.23 0.10
7075-Al 1.2-2.0 5.1-6.1 2.1-2.9 <0.3 0.18-0.28 <0.4 <0.5
实施例5
取适量2系7系铝合金加工废屑和切余料的混合物料在空气下进行焙烧(氧浓度为21vol％)，焙烧温度为400℃，焙烧时间为100min，使用5％(w/w)的盐酸在50℃在超声条件下进行一次洗涤30min，得到的混合物料经高纯水在室温下进行冲洗40min，得到除漆除油的铝合金废料。
在50MPa下对废料进行压块处理2min，将块状料投入真空感应炉，快速熔化，采用光谱仪在线检测铝合金熔液的成分，具体检测结果如表5中所示。根据目标2219铝合金成分的要求，称量质量分数为1.0％(相对于铝合金废料)的铜铝合金，加入铝合金熔液中，在850℃条件下熔炼，对真空感应炉进行抽真空至内部压强低于20Pa，氧分压低于0.00005Pa，利用电磁感应对熔液进行电磁搅拌，改善熔炼动力学条件，加快夹杂物上浮。熔炼过程中挥发出来的锌、镁遇到熔液上方的石墨冷凝盘液化。
在100min后，采用泡沫陶瓷过滤器对铝合金熔液进行过滤，然后使用半连续性铸锭机进行浇铸，得到铸锭。铸锭化学成分经ICP-OES检测，检测结果如表5中所示，符合“GB/T3190-2008变形铝及铝合金化学成分”中2219铝合金成分的要求。通过对比熔炼前后的铝合金重量，证明金属收得率在99％以上。
表5.铝合金混合废料、再生2219铝合金及2219铝合金成分(重量百分比)
Cu Zn Mg Mn Cr Si Fe
原始成分 5.10 1.20 1.05 0.37 0.05 0.12 0.28
最终成分 5.98 0.03 0.01 0.35 0.01 0.10 0.26
2219-Al 5.80-6.80 <0.10 <0.02 0.20-0.40 <0.15 <0.20 <0.30
对比例1
本对比例的具体方法参照实施例1，区别在于，废屑不经压制成块即投入真空感应炉进行熔炼。其他操作与实施例1相同。
其结果为，合金成分可以满足2024铝合金要求，但金属收得率仅为67％，比压块后进行熔炼降低了32％以上。
对比例2
本对比例的具体方法参照实施例2，区别在于，废料不经选择性氧化焙烧和洗涤处理即投入真空感应炉进行熔炼。其他操作与实施例2相同。
其结果为，合金成分中Cr含量为1.25％，不满足2024铝合金要求。
对比例3
本对比例的具体方法参照实施例3，区别在于，废料在惰性气体中进行焙烧预处理(氧浓度低于10vol％)，在洗涤处理后投入常压中频炉进行熔炼。其他操作与实施例3相同。
其结果为，合金成分中Cr含量为1.13％，Ba含量0.03％，Sr含量0.02％，不满足7075铝合金要求。
对比例4
本对比例的具体方法参照实施例3，区别在于，熔炼时不添加熔盐覆盖，其他操作与实施例3相同。
其结果为，合金成分满足7075铝合金要求，但金属收得率仅为91％，低于实施例3中的金属收得率(99％以上)。
根据以上实施例1-5和对比例1-4的数据可以看出，通过本发明的铝合金废料再生利用的方法能够以较高的金属收得率再生制备满足工业成分要求的铝合金；没有经过选择性氧化焙烧和洗涤处理的对比例2不能制备满足工业成分要求的铝合金；与没有经过压块处理的对比例1相比，在经过压块处理的实施例1中显著提高了金属收得率；与对比例3相比，在实施例3中控制选择性氧化焙烧过程中的氧浓度可以充分氧化铝合金废料表面的漆层和油层以保证对铝合金废料彻底除漆除油，从而制备满足工业成分要求的铝合金；与没有添加熔盐的对比例4相比，在其中添加熔盐的实施例3中提高了金属收得率。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请通过对铝合金废料进行选择性氧化焙烧和洗涤处理可以以温和的条件和简单的操作高效地除漆除油同时避免了铝合金的烧损；通过控压控氧熔炼可以充分利用铝合金废料中的合金成分，精准高效地调控铝合金废料中锌、铜和镁等成分的含量，再生制备满足工业成分要求的铝合金；通过冷凝液化步骤使挥发出来的挥发性元素以合金形式回收，不仅节约了成本还避免了挥发物对环境的危害。因此，本发明的铝合金废料再生利用的方法通过短程熔炼过程实现铝合金废料中锌、铜和镁等成分的精准高效调控，能够以较高的金属收得率充分利用铝合金废料中的合金成分从而再生制备满足工业成分要求的铝合金。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝合金废料再生利用的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
对所述铝合金废料进行选择性氧化焙烧和洗涤处理，从而除漆除油以得到无涂层铝合金废料；
将所述无涂层铝合金废料在精炼炉中熔化以得到铝合金熔液，在线检测所述铝合金熔液的成分，并且根据目标合金成分的要求将金属铜、铜合金、镁合金或锌合金添加到所述铝合金熔液中，通过调整所述精炼炉内的压强和氧分压并耦合外场搅拌方式进行控压控氧熔炼，得到精炼铝合金熔液；
使控压控氧熔炼过程中挥发出来的挥发性元素冷凝液化以与所述精炼铝合金熔液分离，在不存在挥发性元素的情况下，冷凝液化步骤省略；
对所述精炼铝合金熔液进行过滤，得到具有所述目标合金成分的铝合金熔体；以及
对所述铝合金熔体进行浇铸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝合金废料包含铝合金废屑、铝合金切余料或者它们的混合物，所述方法还包括在所述无涂层铝合金废料熔化之前对所述无涂层铝合金废料进行压块处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述控压控氧熔炼过程中根据所述目标合金成分的要求添加熔盐。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述铝合金废料的来源包括铝合金加工废料或废旧品拆解铝合金废料，优选地，所述铝合金废料为2系铝合金废料和7系铝合金废料中的一种或多种，优选地，所述铝合金废料为2系铝合金废料中的一种或多种与7系铝合金废料中的一种或多种形成的混合废料。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在10vol％以上的氧浓度下进行所述选择性氧化焙烧。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在选择性氧化焙烧过程中将焙烧温度控制在200℃到600℃的范围内并且将焙烧时间控制在10-180min的范围内。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用压块机选择一压制压强和一压制时间进行所述无涂层铝合金废料的所述压块处理，优选地，将所述压制压强控制在10-100MPa的范围内，并且将所述压制时间控制在1-100min的范围内。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述精炼炉为真空电阻炉、真空感应炉或常压中频炉，优选地，在目标合金为2系铝合金的情况下所述精炼炉为真空感应炉，而在目标合金为7系铝合金的情况下所述精炼炉为常压中频炉，更优选地，在所述控压控氧熔炼过程中将所述真空感应炉内的压强控制在50Pa以下并且将所述真空感应炉内的氧分压控制在0.0001Pa以下。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述控压控氧熔炼过程中将熔炼温度控制在700-1250℃的范围内并且将熔炼时间控制在10-640min的范围内。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述外场搅拌方式为电磁搅拌或吹气搅拌。
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