一种用废弃易拉罐制备再生铝合金的方法与流程

本发明属于再生铝合金的制备方法技术领域，具体涉及一种用废弃易拉罐制备再生铝合金的方法。

背景技术：

铝质易拉罐具有轻便、美观、使用方便、便于携带等优点，是当今世界饮料包装行业中最受青睐的包装材料之一，目前，全世界每年消费约1500亿只易拉罐，消耗铝合金200多万吨，约占世界铝总消耗量的15％，并且易拉罐用过即废，产生了大量的废旧铝质易拉罐资源。铝质易拉罐原材料主要为高品质3004/3104牌号铝合金，具有很高的再利用价值，且在使用过程中，只有极少量甚至零的损耗，是极好的再生铝合金原料。

目前，铝合金大多都是以工业纯铝为主要原料制备的，工业纯铝一般以电解法制得。众所周知，铝电解行业为高耗能产业，而我国的电解铝产量已达世界第一，每年需要消耗大量的铝矿石、电力、运输等资源，同时产生污染性排放，与通过电解铝矿石生产铝及铝合金制品相比，使用废旧易拉罐生产铝合金只需消耗3％的能源(以电力为主)，排放5％的co2，造成3％的水污染，更不需要消耗日渐紧缺的铝土矿资源，也避免了废旧铝合金资源的浪费。因此，与原生铝相比，使用废旧易拉罐生产再生铝具有节约能源、节省资源、减少污染物排放和建设投资等绝对性的优势。

我国虽然现在是世界上回收废旧易拉罐比率最多的国家，但目前我国的铝再生行业仍处于边缘地带，回收得到的废旧易拉罐目前几乎都只能被迫降级之后再使用，往往用来制备经济价值较低的adc-12等较低价值的牌号铝合金，或用于生产炼钢脱氧剂等其他低价值产品。其原因在于回收重熔的过程中再生铝合金的化学成分发生一定程度的变化，导致力学性能变差，回收的铝合金难以达到牌号铝合金的性能要求，应用范围较窄，难以体现出真正的价值，在经济上造成极大的浪费。

由于废铝再生行业巨大的经济优势和环保优势，近年来，废旧易拉罐的回收伴随着废铝再生行业得到了各国的重视，但是如何采取行之有效的方法，对废旧易拉罐实现高效再生，并且使回收到的再生铝合金具有良好的性能，是目前急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用废弃易拉罐制备再生铝合金的方法，解决了采用传统废弃易拉罐制备再生铝合金的方法制得的再生铝合金力学性能较差，应用范围较窄的问题。

本发明所采用的技术方案是，

一种用废弃易拉罐制备再生铝合金的方法，具体按照如下步骤实施：

步骤1、制备母液；以及对废弃易拉罐进行前处理，获得预压块；

步骤2、将所述预压块添加至所述母液中进行第一次熔融、保温及浇注，获得再生铝锭；

步骤3、将所述再生铝锭放入熔炼设备中进行第二次熔融，待再生铝锭完全熔化时，向熔炼设备中加入al-ce二元合金，进行第三次熔融，获得初始合金液，然后将所述初始合金液进行浇注，最终获得al-mn-mg-xce合金。

本发明的特点还在于：

步骤1中，制备母液的具体过程如下：

步骤1.1、对废弃易拉罐的罐底依次进行破碎、清洗烘干以及压制处理，获得预熔铝块；

步骤1.2、将所述预熔铝块置入电阻炉中，再向电阻炉中加入覆盖剂，然后加热电阻炉对所述预熔铝块以及覆盖剂进行加热熔融，直至所述预熔铝块以及覆盖剂完全熔化，获得母液。

步骤1.2中，熔融温度为745℃～755℃。

步骤1.2中，覆盖剂为rj-2覆盖剂。

步骤1中，前处理的过程具体如下：

将废弃易拉罐的罐壁破碎至2cm²～3cm²的碎片，然后对碎片依次进行清洁、烘干、脱漆及压块处理，获得预压块。

脱漆处理的温度为530℃～540℃，处理时间为20min～30min。

步骤2中，所述第一次熔融温度为745℃～755℃，在745℃～755℃下保温时间10min～15min。

步骤2中，将所述预压块添加至母液中的添加方式为：将所述预压块平均分成2～3份，每次向所述母液中添加1份，且相邻两次之间的时间间隔为3min～5min。

步骤3具体为：

将所述再生铝锭放入熔炼设备中，在745℃～755℃下进行第二次熔融，第二次熔融时间为20min～30min，待铝锭完全熔化时，继续加入al-ce二元合金，搅拌均匀，并在745℃～755℃下进行第三次熔融，第三次熔融时间为10min～20min，待al-ce二元合金完全熔化后获得初始合金液，对所述初始合金液进行浇注，最终获得al-mn-mg-xce合金。

步骤3中，al-ce二元合金中ce的质量分数为20％，al-mn-mg-xce合金中ce的质量百分比即x为0.4％～1.3％。

本发明的有益效果在于：

本发明的用废弃易拉罐制备再生铝合金的方法中，将废旧易拉罐碎片分批以母液覆盖法加入到铝合金液中能有效提高废旧铝合金的回收率，向铝合金中加入ce能够提高再生铝合金的力学性能，从而提高其使用价值；获得的再生al-mn-mg-xce合金性能得到提高；使用本方法可以制备性能良好的再生铝合金，且不需要消耗原生铝，同时减少了工业纯铝的消耗，实现了废旧易拉罐中铝合金资源的循环利用，节约了原铝生产所需要的矿石、电力等资源，也避免了原铝生产过程中产生的污染物，同时废铝的回收率高，具有节约资源，成本低廉，减少铝资源浪费的特点，具有一定的经济效益和环境效益。

附图说明

图1是金相显微镜下再生al-mn-mg合金的显微组织；

图2是本发明的制备方法制得的再生al-mn-mg-0.4ce合金在金相显微镜下显微组织；

图3是本发明的制备方法制得的再生al-mn-mg-0.7ce合金在金相显微镜下显微组织；

图4是本发明的制备方法制得的再生al-mn-mg-1.0ce合金在金相显微镜下显微组织；

图5是本发明的制备方法制得的再生al-mn-mg-1.3ce合金在金相显微镜下显微组织。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种用废弃易拉罐制备再生铝合金的方法，具体按照如下步骤实施：

步骤1、制备母液；以及对废弃易拉罐进行前处理，获得预压块；

其中，制备母液的具体过程如下：

步骤1.1、对废弃易拉罐的罐底依次进行破碎、清洗及烘干后，采用不锈钢钟罩将其压入尺寸为10cm×10cm×10cm的铁质模具中制成预熔铝块；

步骤1.2、将预熔铝块置入电阻炉中，再向电阻炉中加入覆盖剂，然后加热电阻炉使得预熔铝块以及所述覆盖剂熔融，直至预熔铝块以及覆盖剂完全熔化，获得母液。

其中，熔融温度为745℃～755℃；覆盖剂为rj-2覆盖剂，主要成分为：3％～5％caf2，38％～46％mgcl2，32％～40％kcl，5％～8％bacl2。

前处理的过程具体如下：

将废弃易拉罐的罐壁破碎至2cm²～3cm²的碎片，然后对碎片依次进行清洁、烘干、脱漆及压块处理，获得预压块。

其中，脱漆处理的温度为530℃～540℃，处理时间为20min～30min。

步骤2、将预压块添加至所述母液中进行第一次熔融、保温，及浇注，获得再生铝锭；

其中，第一次熔融温度为745℃～755℃，在745℃～755℃下保温时间10min～15min；

将预压块添加至母液中的添加方式为：将预压块平均分成2～3份，每次向母液中添加1份，且相邻两次之间的时间间隔为3min～5min，操作中应迅速准确。

步骤3、将再生铝锭放入熔炼设备中进行第二次熔融，待再生铝锭完全熔化时，向熔炼设备中加入al-ce二元合金，进行第三次熔融，获得初始合金液，然后将初始合金液进行浇注，最终获得al-mn-mg-xce合金。

具体为：将再生铝锭放入熔炼设备中，在745℃～755℃下进行第二次熔融，第二次熔融时间为20min～30min，待铝锭完全熔化时，继续加入al-ce二元合金，搅拌均匀，并在745℃～755℃下进行第三次熔融，第三次熔融时间为10min～20min，待al-ce二元合金完全熔化后获得初始合金液，对初始合金液进行浇注，最终获得al-mn-mg-xce合金。

其中，al-ce二元合金中ce的质量分数为20％，al-ce二元合金的杂质含量≤0.10％；al-mn-mg-xce合金中ce的质量百分比即x为0.01％～1.3％；熔炼设备为井式电阻炉。

实施例1

对废弃易拉罐的罐底依次进行破碎、清洗及烘干后，将其压制成尺寸为10cm×10cm×10cm的预熔铝块，将预熔铝块置入电阻炉中，加入rj-2覆盖剂后加热熔融，直至熔化为铝液获得母液；将废弃易拉罐的罐壁破碎至2cm²～3cm²的碎片，然后对碎片依次进行清洁、烘干及脱漆处理，脱漆处理的温度为530℃，处理时间为20min，最后对脱漆处理后的碎片进行压块，获得预压块；将预压块均分成2次添加至母液中进行温度为745℃的第一次熔融，且相邻两次之间的时间间隔为3min，保温10min后进行浇注，获得再生铝锭。

采用德国布鲁克q8型光电直读光谱仪对实施例1中废弃易拉罐再生铝锭进行化学成分分析，废弃易拉罐再生铝锭合金成分为al-mn-mg，其中mn、mg的含量均为1±0.1％，图1为金相显微镜下再生al-mn-mg合金的组态组织，可以看出al-mn-mg合金的组织为典型的枝状晶组织，一次枝晶发达，大部分一次枝晶长度高于200μm，二次枝晶臂粗大，枝晶尺寸不均匀，不同的枝晶之间存在较大的尺寸差异，并采用ht-2402型万能液压拉伸试验机测定其抗拉强度和延伸率，抗拉强度为153.49mpa，延伸率为14％。

实施例2

对废弃易拉罐的罐底依次进行破碎、清洗及烘干后，将其压制成尺寸为10cm×10cm×10cm的预熔铝块，将预熔铝块置入电阻炉中，加入rj-2覆盖剂后加热熔融，直至熔化为铝液后获得母液；将废弃易拉罐的罐壁破碎至2cm²～3cm²的碎片，然后对碎片依次进行清洁、烘干及脱漆处理，脱漆处理的温度为540℃，处理时间为30min，最后对脱漆处理后的碎片进行压块，获得预压块；将预压块均分成2次添加至母液中进行温度为750℃进行第一次熔融，且相邻两次之间的时间间隔为3min，保温10min后进行浇注，获得再生铝锭；将再生铝锭放入井式电阻炉中，在745℃下进行第二次熔融，第二次熔融时间为20min，待铝锭完全熔化时，按照al-mn-mg-xce的ce的质量百分比即x为0.4％的配比加入ce的质量分数为20％的al-ce二元合金，搅拌均匀，并在750℃下进行第三次熔融，第三次熔融时间为10min，待al-ce二元合金完全熔化后获得初始合金液，对初始合金液进行浇注，最终获得ce的质量百分比即x为0.01％的al-mn-mg-xce合金。

采用德国布鲁克q8型光电直读光谱仪对实施例2中al-mn-mg-xce合金进行化学成分分析，熔炼废旧易拉罐碎片获得的合金成分为al-mn-mg-0.4ce，其中mn、mg的含量均为1±0.1％，图2为金相显微镜下再生al-mn-mg-0.4ce合金的组态组织，可以看出al-mn-mg-0.4ce合金中晶粒组织略有细化，但一次枝晶仍然大量存在，并采用ht-2402型万能液压拉伸试验机测定其抗拉强度和延伸率，抗拉强度为165.10mpa，延伸率为16.31％。

实施例3

对废弃易拉罐的罐底依次进行破碎、清洗及烘干后，将其压制成尺寸为10cm×10cm×10cm的预熔铝块，将预熔铝块置入电阻炉中，加入rj-2覆盖剂后加热熔融，直至熔化为铝液后获得母液；将废弃易拉罐的罐壁破碎至2cm²～3cm²的碎片，然后对碎片依次进行清洁、烘干及脱漆处理，脱漆处理的温度为540℃，处理时间为25min，最后对脱漆处理后的碎片进行压块，获得预压块；将预压块均分称2次添加至母液中进行温度为750℃的第一次熔融，且相邻两次之间的时间间隔为3min，保温15min后进行浇注，获得再生铝锭；将再生铝锭放入井式电阻炉中，在750℃下进行第二次熔融，第二次熔融时间为25min，待铝锭完全熔化时，按照al-mn-mg-xce的ce的质量百分比即x为0.7％的配比加入ce的质量分数为20％的al-ce二元合金，搅拌均匀，并在750℃下进行第三次熔融，第三次熔融时间为15min，待al-ce二元合金完全熔化后获得初始合金液，然后将初始合金液进行浇注，最终获得ce的质量百分比即x为0.7％的al-mn-mg-xce合金。

采用德国布鲁克q8型光电直读光谱仪对实施例3中al-mn-mg-xce合金进行化学成分分析，熔炼废旧易拉罐碎片获得的合金成分为al-mn-mg-0.7ce，其中mn、mg的含量均为1±0.1％，图3为金相显微镜下再生al-mn-mg-0.7ce合金的组态组织，可以看出al-mn-mg-0.7ce合金中晶粒组织细化有所提高，但晶粒组织不够均匀，部分区域仍可以看到发达的枝晶组织存在；并采用ht-2402型万能液压拉伸试验机测定其抗拉强度和延伸率，合金抗拉强度为167.58mpa，延伸率为16.70％。

实施例4

对废弃易拉罐的罐底依次进行破碎、清洗及烘干后，将其压制成尺寸为10cm×10cm×10cm的的预熔铝块，将预熔铝块置入电阻炉中，加入rj-2覆盖剂后加热熔融，直至熔化为铝液后获得母液；将废弃易拉罐的罐壁破碎至2cm²～3cm²的碎片，然后对碎片依次进行清洁、烘干及脱漆处理，脱漆处理的温度为540℃，处理时间为25min，最后对脱漆处理后的碎片进行压块，获得预压块；将预压块均分成2次添加至母液中进行温度为750℃的第一次熔融，且相邻两次之间的时间间隔为3min，保温15min后进行浇注，获得再生铝锭；将再生铝锭放入井式电阻炉中，在750℃下进行第二次熔融，第二次熔融时间为30min，待铝锭完全熔化时，按照al-mn-mg-xce中ce的质量百分比即x为1.0％的配比加入ce的质量分数为20％的al-ce二元合金，搅拌均匀，并在750℃下进行第三次熔融，第三次熔融的时间为15min，待al-ce二元合金完全熔化后获得初始合金液，对所述初始合金液进行浇注，最终获得ce的质量百分比即x为1.0％的al-mn-mg-xce合金。

采用德国布鲁克q8型光电直读光谱仪对实施例4中al-mn-mg-xce合金进行化学成分分析，熔炼废旧易拉罐碎片获得的合金成分为al-mn-mg-1.0ce，其中mn、mg的含量均为1±0.1％，图4为金相显微镜下再生al-mn-mg-1.0ce合金的组态组织，可以看出al-mn-mg-1.0ce合金中组织中出现大量的等轴晶，晶粒大小均匀，枝晶组织基本消除；并采用ht-2402型万能液压拉伸试验机测定其抗拉强度和延伸率，抗拉强度为173.49mpa，延伸率为17.66％。

实施例5

对废弃易拉罐的罐底依次进行破碎、清洗及烘干后，将其压制成尺寸为10cm×10cm×10cm的预熔铝块，将预熔铝块置入电阻炉中，加入rj-2覆盖剂后加热熔融，直至熔化为铝液后获得母液；将废弃易拉罐的罐壁破碎至2cm²～3cm²的碎片，然后依次对碎片进行清洁、烘干及脱漆处理，脱漆处理的温度为540℃，处理时间为20min，最后对脱漆处理后的碎片进行压块，获得预压块；将预压块均分成2次添加至母液中进行温度为750℃的第一次熔融，且相邻两次之间的时间间隔为3min，保温15min后进行浇注，获得再生铝锭；将再生铝锭放入井式电阻炉中，在755℃下进行第二次熔融，第二次熔融时间为30min，待铝锭完全熔化时，按照al-mn-mg-xce中ce的质量百分比即x为1.3％的配比加入ce的质量分数为20％的al-ce二元合金，搅拌均匀，并在755℃下进行第三次熔融，第三次熔融时间为20min，待al-ce二元合金完全熔化后获得初始合金液，对初始合金液进行浇注，最终获得ce的质量百分比即x为1.3％的al-mn-mg-xce合金。

采用德国布鲁克q8型光电直读光谱仪对实施例5中al-mn-mg-xce合金进行化学成分分析，熔炼废旧易拉罐碎片获得的合金成分为al-mn-mg-1.3ce，其中mn、mg的含量均为1±0.1％，图5为金相显微镜下再生al-mn-mg-1.3ce合金的组态组织，可以看出al-mn-mg-1.3ce合金中组织中同时出现大小不一的晶粒，且晶粒大小差异较大，均匀程度差，晶粒组织出现粗化的趋势；其抗拉强度为169.25mpa，延伸率为13.29％。

本发明的废弃易拉罐再生铝合金的制备方法中，将废旧易拉罐碎片分批以母液覆盖法加入到铝合金液中能有效提高废旧铝合金的回收率，向铝合金中加入ce能够提高再生铝合金的力学性能，从而提高其使用价值；获得的再生al-mn-mg-xce合金性能得到提高；使用本方法可以制备性能良好的再生铝合金，且不需要消耗原生铝，同时减少了工业纯铝的消耗，实现了废旧易拉罐中铝合金资源的循环利用，节约了原铝生产所需要的矿石、电力等资源，也避免了原铝生产过程中产生的污染物，同时废铝的回收率高，具有节约资源，成本低廉，减少铝资源浪费的特点，具有一定的经济效益和环境效益。