一种废旧泡沫镁的回收循环利用方法与流程

本发明属于多孔金属材料的再生及铸造领域，特别涉及到泡沫镁的回收再铸造方法。

背景技术：

泡沫镁具有密度低、比强度和比刚度高、吸能减振及电磁屏蔽能力强、隔音吸声效果好、且有生物相容性等特点，在交通运输、航空航天、建筑、生物医疗及国防工业领域中具有广泛的应用前景。因此，泡沫镁的研究和开发受到了越来越多的关注。

近年来，废旧金属材料的回收再利用得到广泛的重视，以投资少、消耗低、成本低、污染小等特点在国内外得到了迅速发展。由于泡沫镁得到了广泛的开发和应用，废旧泡沫镁产品也越来越多。寻求一种将废旧泡沫镁回收循环利用的好方法是当前亟需解决的难题，而制约泡沫镁循环利用的关键在于回收的工艺和成本。目前，关于泡沫镁回收循环利用的文献还很少，仅CN104032135A公开了一种废泡沫镁回收的方法，另外CN1276106C公开了一种废镁合金的回收方法。两者均采用向熔体中加入氯盐、氟盐做为熔剂和精炼剂的方法进行回收，这种传统方法，得到的再生镁的纯度不高，而且工艺复杂、成本高、产生有毒气体、污染环境，不符合国家环境友好型社会的发展，因此，开发一种工艺简单、过程环保、高纯度、低成本的泡沫镁回收方法是目前亟需解决的难题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对目前泡沫镁回收过程中，纯度低、工艺复杂、成本高、产生危害人体健康的有毒气体、对环境造成污染等问题，提供一种解决上述问题的泡沫镁回收循环利用的方法。该方法主要从冶炼过程中熔体的保护和精炼方面考虑。采用空气、CO₂、C₂H₂F₄的混合气体保护熔体，代替了传统工艺的溶剂保护，避免了高温下熔剂挥发产生的有毒气体,以及因MgCl₂等熔剂残留在熔体中而降低了再生镁的纯度和耐腐蚀性的缺点。将氩气通入熔体中以达到除气和吸附夹杂物的目的；另外，利用氧化镁泡沫陶瓷过滤片的过滤和吸附作用精炼，除去固液态夹杂物，进而实现回收得到高纯度泡沫镁的的目标。

本发明的技术方案为：

一种废旧泡沫镁回收循环利用的方法，包括如下步骤：

第一步：将废旧泡沫镁切割成块体，并将其清洗、干燥；

第二步：将坩埚在电阻炉中预热至400℃～450℃，然后将第一步干燥的废旧泡沫镁放入其中，升温至650℃～680℃，同时通入保护气体，废旧泡沫镁熔化后保温5～10min；

第三步：停止通保护气体，采用旋转式石墨喷头向熔体中通入氩气，通气速度为5L/min～8L/min，喷头旋转速度为240r/min～360r/min，时间为3～5min，再静置8～10min，然后扒去熔体表面的夹杂物；

第四步：将泡沫陶瓷过滤片放置在铸锭模具上，并将其加热至350℃～400℃，然后通入 保护气5min，将第三步得到的熔体经过泡沫陶瓷过滤片过滤后，浇注成锭；

所述的第二步和第四步中的保护气体均为空气、CO₂、C₂H₂F₄的混合气体，其中体积配比为空气：CO₂：C₂H₂F₄＝150～375:49～124:1。

所述第一步中废旧泡沫镁切割成的块体，长、宽、高尺寸均优选10～20mm。

所述的氧化镁泡沫陶瓷过滤片的孔径优选30～50PPI。

所述的熔体从过滤到浇注完成的时间优选为2～10min。

本发明的有益效果为：

泡沫镁的制造，以镁合金为原料，CaCO₃为增粘剂，Ca为发泡剂，部分加入以SiO₂和Al₂O₃为主要成分的陶瓷微球，因此，泡沫镁中含有耐高温的MgO、CaO、SiO₂、Al₂O₃等氧化物；另外，孔洞中还会残留H₂和CO₂。废旧泡沫镁重熔回收的温度不能达到耐高温的氧化物温度，这些氧化物以夹杂物的形式留在熔体中，要想得到纯净的镁熔液，需将氧化物清除干净，传统工艺中，采用氯盐做为熔剂和精炼剂，将氧化夹杂物吸附于氯盐中，利用吸附夹杂物的氯盐和镁液的密度差将氯盐与镁液分离，这种方法不但会产生危害人体健康、污染环境的Cl₂，而且扒渣时，不能保证熔剂能够完全从镁液中扒出。除此之外，泡沫镁孔洞中的气体在重熔后若不能排除，将会使再生镁的铸件形成气泡和缩松，影响其质量。为解决以上问题，本发明本着工艺简单、过程环保、高纯度、低成本的的原则，提供了一种废旧泡沫镁回收循环利用的有效方法。

1.本发明采用空气、CO₂、C₂H₂F₄合理的配比做为熔体的保护气体，传统的溶剂保护法采用氯盐做为溶剂和精炼剂，高温下挥发产生的氯气，不仅危害人体健康，而且污染环境；气体保护法是最好的一种阻燃方法，传统的保护气中，SF₆和CO₂的混合气体保护效果最好，但SF₆的全球变暖潜能(GWP)是迄今已知温室气体之最，对温室效应的影响是CO₂的23900倍，并且在熔炼温度下，容易产生SO₂、HF、SF₄等有毒气体，C₂H₂F₄具有和SF₆相似的保护作用，但臭氧耗能潜值(ODP)为零，GWP值仅为SF₆的1/17，价格低于SF₆，符合过程环保、低成本等可持续发展的原则。

2.废旧泡沫镁重熔后熔体中除了夹杂物，还存有气体，主要为H₂和CO₂。H₂来源于泡沫镁孔洞的残留、金属表面的吸附；CO₂主要是发泡剂CaCO₃分解后储存在泡沫镁的孔洞中，但重熔时未能及时排除导致的。气体残留在熔体中，会使再生镁产生缩松和气泡。本发明采用旋转式喷头向熔体中通入氩气进行除气，通过控制喷头和旋转速度使氩气的气泡直径尽可能的小且均匀的分散在熔体中，使存贮在熔体中的H₂和CO₂在分压的作用下扩散进入氩气的气泡中，并随气泡的上浮排除，气泡上浮过程中还会吸附部分氧化夹杂，起到除杂的作用。

3.本发明采用氧化镁泡沫陶瓷过滤片，对金属熔体没有润湿性，但对不被熔体润湿的固态细微的夹杂物具有很好的吸附性，可将熔体中夹杂物微粒(MgO、CaO、Al₂O₃、SiO₂)去除，对于最主要的夹杂物MgO，过滤片与其的润湿角为0°，在过滤片孔径很小的情况下，能够将MgO夹杂完全吸附。长时间在海水中工作的泡沫镁材料，被海水腐蚀生成MgCl₂，MgCl₂在液态下的密度为1.686g/cm³，吸附夹杂物后的密度有所改变，对于与Mg密度相近的部分液态MgCl₂，容易残留在熔液中形成难以去除的夹杂，MgCl₂有很强的吸湿性，残留在再生 镁中会加速了其腐蚀，因此必须除去。过滤片能够将熔体中的液态的夹杂物(MgCl₂等)润湿吸附滤出，解决了这一难题。所选的泡沫陶瓷过滤片为MgO，避免了普通陶瓷中的SiO₂在过滤时与Mg发生反应生成新的夹杂物MgO,造成熔体2次污染。

本发明通过采取有效措施，成功实现了废旧泡沫镁的回收循环利用，得到回收率高达85％的镁锭。而且工艺简单，安全环保，可操作性强，价格低廉，铸锭品质较高，是一种符合可持续发展要求，能够实现生产的废旧泡沫镁的回收循环利用方法

附图说明

图1为废旧泡沫镁回收再生产的流程图。

图2为再生镁制备的泡沫镁样品图。

图3为再生泡沫镁和原始泡沫镁的压缩应力-应变曲线图。

图4为再生泡沫镁的吸声曲线图。

具体实施方案

实施例一：

第一步：将废旧泡沫镁切割成20mm×20mm×10mm的块体，切割的块体先用丙酮超声振荡20min，再用酒精清洗，最后用吹风机吹干，称取500g干燥后的废旧泡沫镁；

第二步：将坩埚在电阻炉中预热400℃，然后将第一步称好的废旧泡沫镁放入预热的坩埚中，升温至650℃，同时通入保护气体，(所选保护气中的体积比为空气：CO₂：C₂H₂F₄＝375:124:1；下面第四步中的保护气的组成同)，废旧泡沫镁熔化后保温5min；

第三步：停止通保护气体，采用旋转式喷头向熔体中通入氩气，通气速度为5L/min，喷头旋转速度为240r/min，时间为3min，再静置8min，然后扒去熔体表面的夹杂物；

第四步：将尺寸为φ50mm×10mm、孔径为50PPI的泡沫陶瓷过滤片放置在铸锭模具上，并将其加热至350℃，然后通入保护气5min，将第三步得到的熔体经过泡沫陶瓷过滤片过滤后，浇注成锭，从过滤到浇注完成的时间为10min；

第五步：称量第四步得到的镁锭的质量为443g，计算回收率为88.6％；

第六步：将回收的443g镁锭按照泡沫镁的制备工艺得到再生泡沫镁。

图2是通过本实例成功制备的再生泡沫镁。

图3为通过本实例制备的再生泡沫镁和原材料制备的泡沫镁的压缩应力-应变曲线，所选试样的尺寸均为φ15mm×21mm，应变速率为0.001/s，从图中可以看出，再生泡沫镁和原始泡沫镁的压缩曲线走势相同，都包括弹性变形、塑性变形和致密化三个阶段，而且再生泡沫镁压缩力学性能较原始泡沫镁有所提高。

从图4可以看出，再生泡沫镁的吸声曲线符合多孔泡沫的吸声曲线，而且吸声性能较为良好，所选测试声学试样的尺寸为φ90mm×20mm。

实施例二：

第一步：将废旧泡沫镁切割成10mm×10mm×10mm的块体，切割的块体先用丙酮超声 振荡30min，再用酒精清洗，最后用吹风机吹干，称取500g干燥后的废旧泡沫镁；

第二步：将坩埚在电阻炉中预热450℃，然后将第一步称好的废旧泡沫镁放入预热的坩埚中，升温至680℃，同时通入保护气体，(所选保护气中的的体积比为空气：CO₂：C₂H₂F₄＝150:49:1，下面第四步中的保护气的组成同)废旧泡沫镁熔化后保温10min；

第三步：停止通保护气体，采用旋转式喷头向熔体中通入氩气，通气速度为8L/min，喷头旋转速度为360r/min，时间为5min，再静置10min，然后扒去熔体表面的夹杂物；

第四步：将尺寸为φ70mm×15mm、孔径为30PPI的泡沫陶瓷过滤片放置在铸锭模具上，并将其加热至400℃，然后通入保护气5min，将第三步得到的熔体经过泡沫陶瓷过滤片过滤后，浇注成锭，从过滤到浇注完成的时间为8min；

第五步：称量第四步得到的镁锭的质量为430g，计算回收率为86％；

第六步：将回收的430g镁锭按照泡沫镁的制备工艺得到再生泡沫镁。得到的泡沫镁的性能同实施例1。

本发明未尽事宜为公知技术。