本发明属于铸造材料制备技术领域，具体涉及一种铝合金冶炼用除渣剂的制备方法。
背景技术：
随着我国铸造技术的不断发展革新，新的铸造设备和铸造工艺不断地被应用，大型的铸造自动造型线在国内也得到了快速的推广和使用，技术的进步对传统的铸造材料也提出了新的要求。
除渣剂是铸造材料里的辅料，是为清渣处理工作提供方便的一种产品。除渣剂在1200℃以上的高温作业下熔融，并具有粘结性，能有效聚集和吸附金属溶液表面的浮渣和夹渣，其化学性质稳定，不会对金属溶液产生二次污染，被广泛用于铸造生产。除渣剂还有很多其他名称，如：清渣剂、聚渣剂、打渣剂、结渣剂等。除渣剂的主要作用是对铁水表面的熔渣进行聚集和粘结，是为清渣处理工作提供方便的一种产品。同时还具有对铁水表面进行覆盖以减少氧化，减少铁水温度损失和防止产生新的熔渣的作用。除渣剂是铸造行业比较重要的辅助材料，性能好坏直接关系到铁水的清洁度，影响到铸件的质量。
除渣剂具有以下优点：（1）粘度大，能充分吸附铁水表面熔渣，便于清渣操作；（2）反应迅速，膨胀快，播撒后能迅速扩散至完全覆盖液面，节省除渣时间；（3）出渣强度高，能够聚渣成堆，方便将渣扒出或挑出；（4）用量少，裹挟铁损也低；（5）不黏包，不挂壁，降低工作强度；（6）不会改变铸造溶液的成分；（7）播撒时很少扬起粉尘，无发气，工作环境友好，减少罹患职业病风险等。正因为除渣剂有以上特性，使得其在清除熔渣过程中得以大量推广和使用。
原始的除渣剂多采用稻草灰或石棉灰，由于该除渣剂的生产环境恶劣已被淘汰。目前，市场上国产除渣剂基本上是以天然珍珠岩和玻璃为原料，利用天然珍珠岩、玻璃的物理性质来除渣。由于国内各地珍珠岩物理特性有较大差异，在铸造铁（钢）水包内膨胀熔化后，形成的熔体聚渣、扒渣效果不一，这会导致熔体性能不可控、除渣效果不稳定；另外，珍珠岩除渣剂在使用时，因为结晶水遇热膨胀会引起爆裂、扬尘，所以用天然珍珠岩制造除渣剂时还需要在800℃以下进行烘干，脱除部分结晶水，否则，使用时会引起爆裂，造成环境污染，影响操作工人安全。此外，现有技术中除渣剂在实际应用时除了具有操作不方便的不足外，其反应时间较慢，粘结性较差，容易出现掉渣现象。中国专利92105897.7介绍了一种合成集渣剂，认为当珍珠岩含量达到80%以上时会出现粘度过大，容易粘包，挂渣，翻包不干净等问题。目前国内铸造行业使用的一种slax保温除渣剂系一种矿质除渣剂，普遍认为效果好，但其售价高达近4000元/吨，无疑使铸造企业费用增加。
因此，寻找一种价格低廉、安全可靠、能快速聚渣的除渣剂具有十分重要的意义。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题，针对目前常用除渣剂为珍珠岩除渣剂，由于国内各地珍珠岩物理特性有较大差异，在铝合金冶炼时除渣效果不稳定，所生产的铝合金韧性欠佳，另外，珍珠岩除渣剂在使用时，由于结晶水遇热膨胀容易使熔滴飞溅还会影响操作工人安全的缺陷，提供了一种铝合金冶炼用除渣剂的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
铝合金冶炼用除渣剂的具体制备步骤为：
将改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末混合，置于球磨罐中，在250～300r/min的转速下球磨1～2h，收集得到球磨混合粉末，取球磨混合粉末、冰晶石粉、钛硼晶粉、硝酸钠、木炭粉混合研磨，过200目筛得到铝合金冶炼用除渣剂；
改性非晶高岭石颗粒具体制备步骤为：
（1）取高岭石，将其置于液压破碎机中破碎成碎块，将高岭石碎块置于球磨罐中，以450～500r/min转速球磨6～8h后，过150目筛，得到高岭石粉末；
（2）将高岭石粉末置于管式电阻炉中，加热熔融，将熔融高岭石置于冰水浴中淬火处理20～25min得到非晶高岭石，将非晶高岭土放入碾磨机中碾磨处理，过100目筛，得到非晶高岭石粉末；
（3）将硅酸钠与上述所得非晶高岭石粉末混合搅拌5～10min，得到混合粉末，将混合粉末置于球磨罐中，将质量浓度20%的聚乙二醇溶液添加至混合粉末中，以500～700r/min的转速球磨2～3h，得到球磨浆料，将球磨浆料置于设定温度为50～80℃的烘箱中，干燥6～8h，得到改性非晶高岭石颗粒；
钛硼晶粉具体制备步骤为：
（1）从以硼铁矿为原料的炼铁厂中回收废弃的富硼渣，将富硼渣放入磨石机中研磨2～3h，过筛得到细化富硼渣，将400～500g细化富硼渣放入搅拌反应釜中，水浴加热至90～95℃，启动搅拌器，以400～500r/min的转速搅拌，向搅拌反应釜中加入300～400ml质量分数为85%的浓硫酸，搅拌反应2～3h，得到富硼浆液；
（2）将上述富硼浆液过滤，去除滤渣分离得到滤液，向滤液中加入200～300ml质量分数为20%的双氧水，得到混合氧化液，向混合氧化液中加入氯化钛，直至混合氧化液ph至9～10，再进行过滤，去除氢氧化物沉淀得到二次滤液，将二次滤液放入蒸发容器中，加热升温至80～85℃，蒸发浓缩4～5h得到钛硼晶粉。
改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末混合质量比为1︰2，球磨时控制球料质量比为10︰1。
铝合金冶炼用除渣剂各组分按重量份数计，包括球磨混合粉末20～25份、冰晶石粉30～40份、钛硼晶粉4～5份、硝酸钠10～15份、木炭粉10～12份。
改性非晶高岭石颗粒具体制备步骤中（1）中球磨过程控制球料质量比为15︰1。
改性非晶高岭石颗粒具体制备步骤中（2）中加热熔融具体过程为：先加热升温至150～200℃，预热1～2h，待预热完成后，以5～10℃/min的速率程序升温至1150～1200℃，保温加热2～3h，制得熔融高岭石。
改性非晶高岭石颗粒具体制备步骤中（3）中硅酸钠与非晶高岭石粉末混合质量比为1︰5，球磨罐中固液比为1︰7。
钛硼晶粉具体制备步骤（1）中所得的细化富硼渣优选粒度为200～300目。
钛硼晶粉具体制备步骤（1）中在富硼浆液过滤时控制过滤时富硼浆液温度为80～95℃，使滤液中含硼量保持较高。
本发明的有益效果是：
（1）本发明以高岭石为原料，经破碎球磨得到高岭土粉末，将高岭石粉末置于电阻炉中升温预热后，继续升温将高岭石熔融，将熔融高岭土淬火处理得到非晶高岭石，经研磨过筛得到非晶高岭石粉末，将硅酸钠与非晶高岭土粉末混合得到混合粉末，经过球磨、干燥得到改性非晶高岭土颗粒，将改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末混合球磨等得到球磨混合粉末，最后将球磨混合粉末、冰晶石粉、钛硼晶粉、硝酸钠、木炭粉混合研磨过筛得到铝合金冶炼用除渣剂，本发明中高岭石属于三斜晶系结构，经过淬火热处理后除去结晶水，使其层间没有阳离子或水分子存在，在冶炼铝合金时熔融后的高岭石能够有效去除铝合金中不熔杂质，冰晶石粉末能够均匀包覆在铝合金熔液表面从而降低了高温熔融状态下表面张力，高岭石和冰晶石界面处的铝酸钠盐能够改善冰晶石覆层的界面力，起到良好的保温覆盖效果，使熔液表面维持较高温度，保证铝合金呈液态，便于除渣，并能够吸收碳系杂质产生的二氧化碳和水，减弱对熔滴的冲击作用，起到防熔滴飞溅的效果；
（2）本发明制备的非晶高岭石在高温下的微膨胀能够阻止铝合金铝微小晶粒的成长和聚集，促进新相成核，使熔融铝合金整体晶粒细化，生成强化相硅化铝并均匀分布在α-al基体中，该强化相在α-al基体中作为形核基底，显著细化铝合金组织中的晶粒，提高铝合金的再结晶温度，避免出现粗大针片状β相，从而提高铝合金熔液固化后的抗裂性能，另外所用的60611铝合金粉与矿石粉中镁含量较高，由于镁熔点较低，可以在铝合金熔液向半固态进展时熔融流动填充，使铝合金组织分布更加均匀，此外添加的钛硼结晶粉中钛和硼能使合金晶粒细化，ti在合金中的细化机理主要是在温度665℃时发生的包晶反应产生α-al，而b在合金中的细化机理源自硼化物颗粒理论，即b在铝熔体中能够形成一些硼化物颗粒，这些硼化物能够成为α-al的形核心，对合金起到细化效果，从而提高所制备的铝合金韧性，应用前景广阔。
具体实施方式
取高岭石，将其置于液压破碎机中破碎成碎块，将高岭石碎块置于球磨罐中，控制球料质量比为15︰1，以450～500r/min转速球磨6～8h后，过150目筛，得到高岭石粉末；将高岭石粉末置于管式电阻炉中，加热升温至150～200℃，预热1～2h，待预热完成后，以5～10℃/min的速率程序升温至1150～1200℃，保温加热2～3h后，将熔融高岭石置于冰水浴中淬火处理20～25min得到非晶高岭石，将非晶高岭土放入碾磨机中碾磨处理，过100目筛，得到非晶高岭石粉末；将硅酸钠与上述所得非晶高岭石粉末按质量比为1︰5搅拌混合5～10min，得到混合粉末，将混合粉末置于球磨罐中，按固液比为1︰7将质量浓度20%的聚乙二醇溶液添加至混合粉末中，以500～700r/min的转速球磨2～3h，得到球磨浆料，将球磨浆料置于设定温度为50～80℃的烘箱中，干燥6～8h，得到改性非晶高岭石颗粒；从以硼铁矿为原料的炼铁厂中回收废弃的富硼渣，将富硼渣放入磨石机中研磨2～3h，过200～300目筛得到细化富硼渣，将400～500g细化富硼渣放入搅拌反应釜中，水浴加热至90～95℃，启动搅拌器，以400～500r/min的转速搅拌，向搅拌反应釜中加入300～400ml质量分数为85%的浓硫酸，搅拌反应2～3h，得到富硼浆液；将上述富硼浆液过滤，控制过滤时富硼浆液温度为80～95℃，去除滤渣分离得到滤液，向滤液中加入200～300ml质量分数为20%的双氧水，得到混合氧化液，向混合氧化液中加入氯化钛，直至混合氧化液ph至9～10，再进行过滤，去除氢氧化物沉淀得到二次滤液，将二次滤液放入蒸发容器中，加热升温至80～85℃，蒸发浓缩4～5h得到钛硼晶粉；将上述改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末按质量比为1︰2混合，置于球磨罐中，控制球料质量比为10︰1，在250～300r/min转速下球磨1～2h，收集得到球磨混合粉末，按重量份数计，取20～25份球磨混合粉末、30～40份冰晶石粉、4～5份钛硼晶粉、10～15份硝酸钠、10～12份木炭粉混合研磨，过200目筛得到铝合金冶炼用除渣剂。
实施例1
高岭石粉末的制备：
取高岭石，将其置于液压破碎机中破碎成碎块，将高岭石碎块置于球磨罐中，控制球料质量比为15︰1，以450r/min转速球磨6h后，过150目筛，得到高岭石粉末。
非晶高岭石粉末的制备：
将高岭石粉末置于管式电阻炉中，加热升温至150℃，预热1h，待预热完成后，以5℃/min的速率程序升温至1150℃，保温加热2h后，将熔融高岭石置于冰水浴中淬火处理20min得到非晶高岭石，将非晶高岭土放入碾磨机中碾磨处理，过100目筛，得到非晶高岭石粉末。
改性非晶高岭石颗粒的制备：
将硅酸钠与上述所得非晶高岭石粉末按质量比为1︰5搅拌混合5min，得到混合粉末，将混合粉末置于球磨罐中，按固液比为1︰7将质量浓度20%的聚乙二醇溶液添加至混合粉末中，以500r/min的转速球磨2h，得到球磨浆料，将球磨浆料置于设定温度为50℃的烘箱中，干燥6h，得到改性非晶高岭石颗粒。
富硼浆液的制备：
从以硼铁矿为原料的炼铁厂中回收废弃的富硼渣，将富硼渣放入磨石机中研磨2h，过200目筛得到细化富硼渣，将400g细化富硼渣放入搅拌反应釜中，水浴加热至90℃，启动搅拌器，以400r/min的转速搅拌，向搅拌反应釜中加入300ml质量分数为85%的浓硫酸，搅拌反应2h，得到富硼浆液。
钛硼晶粉的制备：
将上述富硼浆液过滤，控制过滤时富硼浆液温度为80℃，去除滤渣分离得到滤液，向滤液中加入200ml质量分数为20%的双氧水，得到混合氧化液，向混合氧化液中加入氯化钛，直至混合氧化液ph至9，再进行过滤，去除氢氧化物沉淀得到二次滤液，将二次滤液放入蒸发容器中，加热升温至80℃，蒸发浓缩4h得到钛硼晶粉。
铝合金冶炼用除渣剂的制备：
将上述改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末按质量比为1︰2混合，置于球磨罐中，控制球料质量比为10︰1，在250r/min转速下球磨1h，收集得到球磨混合粉末，按重量份数计，取20份球磨混合粉末、30份冰晶石粉、4份钛硼晶粉、10份硝酸钠、10份木炭粉混合研磨，过200目筛得到铝合金冶炼用除渣剂。
实施例2
高岭石粉末的制备：
取高岭石，将其置于液压破碎机中破碎成碎块，将高岭石碎块置于球磨罐中，控制球料质量比为15︰1，以470r/min转速球磨7h后，过150目筛，得到高岭石粉末。
非晶高岭石粉末的制备：
将高岭石粉末置于管式电阻炉中，加热升温至170℃，预热1h，待预热完成后，以7℃/min的速率程序升温至1175℃，保温加热2h后，将熔融高岭石置于冰水浴中淬火处理23min得到非晶高岭石，将非晶高岭土放入碾磨机中碾磨处理，过100目筛，得到非晶高岭石粉末。
改性非晶高岭石颗粒的制备：
将硅酸钠与上述所得非晶高岭石粉末按质量比为1︰5搅拌混合7min，得到混合粉末，将混合粉末置于球磨罐中，按固液比为1︰7将质量浓度20%的聚乙二醇溶液添加至混合粉末中，以600r/min的转速球磨2h，得到球磨浆料，将球磨浆料置于设定温度为70℃的烘箱中，干燥7h，得到改性非晶高岭石颗粒。
富硼浆液的制备：
从以硼铁矿为原料的炼铁厂中回收废弃的富硼渣，将富硼渣放入磨石机中研磨2h，过250目筛得到细化富硼渣，将450g细化富硼渣放入搅拌反应釜中，水浴加热至93℃，启动搅拌器，以450r/min的转速搅拌，向搅拌反应釜中加入350ml质量分数为85%的浓硫酸，搅拌反应2h，得到富硼浆液。
钛硼晶粉的制备：
将上述富硼浆液过滤，控制过滤时富硼浆液温度为87℃，去除滤渣分离得到滤液，向滤液中加入250ml质量分数为20%的双氧水，得到混合氧化液，向混合氧化液中加入氯化钛，直至混合氧化液ph至9，再进行过滤，去除氢氧化物沉淀得到二次滤液，将二次滤液放入蒸发容器中，加热升温至83℃，蒸发浓缩5h得到钛硼晶粉。
铝合金冶炼用除渣剂的制备：
将上述改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末按质量比为1︰2混合，置于球磨罐中，控制球料质量比为10︰1，在270r/min转速下球磨1h，收集得到球磨混合粉末，按重量份数计，取23份球磨混合粉末、35份冰晶石粉、4份钛硼晶粉、13份硝酸钠、11份木炭粉混合研磨，过200目筛得到铝合金冶炼用除渣剂。
实施例3
高岭石粉末的制备：
取高岭石，将其置于液压破碎机中破碎成碎块，将高岭石碎块置于球磨罐中，控制球料质量比为15︰1，以500r/min转速球磨8h后，过150目筛，得到高岭石粉末。
非晶高岭石粉末的制备：
将高岭石粉末置于管式电阻炉中，加热升温至200℃，预热2h，待预热完成后，以10℃/min的速率程序升温至1200℃，保温加热3h后，将熔融高岭石置于冰水浴中淬火处理25min得到非晶高岭石，将非晶高岭土放入碾磨机中碾磨处理，过100目筛，得到非晶高岭石粉末。
改性非晶高岭石颗粒的制备：
将硅酸钠与上述所得非晶高岭石粉末按质量比为1︰5搅拌混合10min，得到混合粉末，将混合粉末置于球磨罐中，按固液比为1︰7将质量浓度20%的聚乙二醇溶液添加至混合粉末中，以700r/min的转速球磨3h，得到球磨浆料，将球磨浆料置于设定温度为80℃的烘箱中，干燥8h，得到改性非晶高岭石颗粒。
富硼浆液的制备：
从以硼铁矿为原料的炼铁厂中回收废弃的富硼渣，将富硼渣放入磨石机中研磨3h，过300目筛得到细化富硼渣，将500g细化富硼渣放入搅拌反应釜中，水浴加热至95℃，启动搅拌器，以500r/min的转速搅拌，向搅拌反应釜中加入400ml质量分数为85%的浓硫酸，搅拌反应3h，得到富硼浆液。
钛硼晶粉的制备：
将上述富硼浆液过滤，控制过滤时富硼浆液温度为95℃，去除滤渣分离得到滤液，向滤液中加入300ml质量分数为20%的双氧水，得到混合氧化液，向混合氧化液中加入氯化钛，直至混合氧化液ph至10，再进行过滤，去除氢氧化物沉淀得到二次滤液，将二次滤液放入蒸发容器中，加热升温至85℃，蒸发浓缩5h得到钛硼晶粉。
铝合金冶炼用除渣剂的制备：
将上述改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末按质量比为1︰2混合，置于球磨罐中，控制球料质量比为10︰1，在300r/min转速下球磨2h，收集得到球磨混合粉末，按重量份数计，取25份球磨混合粉末、40份冰晶石粉、5份钛硼晶粉、15份硝酸钠、12份木炭粉混合研磨，过200目筛得到铝合金冶炼用除渣剂。
对比例1：与实例1的制备方法基本相同，唯有不同的是未加入改性非晶高岭石颗粒。
对比例2：与实例2的制备方法基本相同，唯有不同的是未加入钛硼晶粉。
对比例3：广州市某公司生产的除渣剂。
对本发明制得的铝合金冶炼用除渣剂和对比例中的除渣剂进行检测，检测结果如表1所示：
将本发明制得的铝合金冶炼用除渣剂和对比例中的除渣剂，分别按照铝液重量的5%加入铝液，使用搅拌棒充分搅拌铝液，在720～760℃下搅拌反应5min，之后滤除浮渣，完成铝净化，检测出渣效果。
表1性能测定结果
由表1数据可知，本发明制得的铝合金冶炼用除渣剂，具有可靠性能高、分离能力强、制备方便、使用简单、价格低廉等优点，在铝液精炼方面有着广泛应用。