一种制备铝合金的系统

1.本实用新型涉及铝合金制备技术领域，特别是指一种制备铝合金的系统。


背景技术：

2.铝合金的制备有熔配法(即对掺法)、熔盐电解法等多种方法。熔配法是将纯金属熔化后，按一定比例配制成中间合金，再将中间合金与金属配制成所需成分的目标合金。熔配法是目前生产铝合金的一种主要方法。熔配法能够根据目标合金成分任意调配原料组成，但该法生产铝合金的主要问题是：金属的重熔会增加能源消耗、成本高，易形成二次环境污染及熔损，且制备过程晶粒偏析严重，影响铝合金的各项性能，生产成本高。
3.熔盐电解法以金属化合物为原料，通过熔盐电解共沉积的方法制备铝合金，优点是所生产的铝合金成分均匀、偏析量小、合金元素利用率高、整体能量消耗少、生产成本低廉，是一种可以低成本、大规模、高质量制备铝合金的重要方法。目前熔盐电解制备铝合金主要以二元和三元合金为主，生产这些合金其原料为高纯的氧化铝以及其他金属氧化物，生产铝基二元或三元铝合金。
4.铝合金再生灰是原铝生产、铝加工、铝合金生产等过程的产物，废铝再生时产生的铝合金灰渣。铝合金再生灰的物相及其赋存复杂，分离成本高，综合利用困难。铝合金再生灰中fe、cu、mg、zn、mn等金属元素以及si元素含量较高，可达10-15％，具有较高的再利用价值，可做为生产铝合金的原材料。
5.国内每年会产生大量的铝合金再生灰。据统计，采用废铝每生产1吨铝合金会产生100-200kg铝合金再生灰，我国2020年铝合金再生量达到约740万吨，年产铝合金再生灰约为70-150万吨，且呈逐年增长的趋势。经分析，铝合金再生灰的主要成分及其质量百分含量为al(10-50％)、aln(10-20％)、al2o3(30-50％)、nacl(5-10％)、kcl(3-7％)以及其他金属及其氧化物(fe、cu、mg、zn、mn及si等)、氟化物等。大量的铝合金再生灰被堆积在厂区或随意丢弃到排渣场地后，其中的aln遇水会产生nh3，氯盐及氟盐会浸渗到土壤中，对生态、环境造成严重破坏和污染，而铝合金再生灰中fe、cu、mg、zn、mn等金属元素以及si元素资源不能得到利用而被浪费。
6.授权公告为cn1769536a的专利公开了一种采用氧化铝-化合物-冰晶石熔盐电解法制备铝合金的方法。通过在铝电解槽中添加氧化铝、钛化合物、二氧化锆等化合物，在冰晶石体系的电解质中进行电解获得铝合金，然后再添加合金元素生产标准牌号铝合金。该发明所用原料为纯氧化铝和化合物，并且在生产标准牌号铝合金时仍然还需要再添加所需合金元素，其不足之处是，对于原料要求高，所用原料均为高纯氧化物，只能用来生产二元或三元铝合金。钛，锆等元素与铝结合易偏析，当钛含量超过2％后偏析严重。授权公告为cn103993335a的专利公开了一种熔盐电解-浇铸直接制备铝合金的装置及方法，通过组合在线检测电解装置与浇铸系统，采用特定的母合金做为阴极、实时控制电解温度和在线监测电位的方式制造特定牌号的铝合金铸锭。该发明所述制备铝合金的方法需要特定母合金作为阴极，还需要专门的生产装置和在线监测系统，使整个生产过程复杂，成本提高。授权
公告为cn105274346a的专利公开了一种铝灰回收利用工艺，直接将铝灰与水进行调浆预处理，然后在加压反应釜进行加压水浸脱除aln和氯盐，再经高温焙烧生产氧化铝。授权公告为cn107555447a的专利公开了一种铝灰无害化综合利用的方法，通过铝灰预处理后的二次铝灰制浆，进行搅拌脱氮脱氟，经固液分离后所得固相用于生产铝酸钙材料。授权公告为cn106399693a的专利公开了一种铝灰综合处理利用的方法，通过对铝灰预处理分离金属铝和氧化铝粒，分离后的二次铝灰经过水或稀酸浸出、洗涤过滤、烘干等工艺技术处理制备氧化铝粉。授权公告为cn10169396b的中国专利公开了一种铝及铝合金灰直接用于电解生产循环利用的方法，该专利将熔配过程中产生的铝灰冷却后直接返回电解槽生产原铝进行循环利用。
7.cn105274346a、cn107555447a和cn106399693a专利公开的现有技术主要是对铝合金再生灰无害化处理生产与提取氧化铝有关的产品，其本质是通过各种手段提取铝合金再生灰中的氧化铝，未考虑铝灰中fe、cu、mg、zn、mn等金属元素及si元素的利用，也未涉及使用铝灰生产铝合金的工艺。目前公开的方法，工艺流程复杂，污染严重，成本高，产品价值低。


技术实现要素：

8.本实用新型提供了一种制备铝合金的系统，现有的系统具有以下问题，铝合金再生灰的堆存处置不仅会造成环境污染，还会造成fe、cu、mg、zn、mn、si等多种有价元素浪费的问题，工艺过程复杂，处理成本高。
9.为解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供如下方案：
10.本实用新型实施例提供一种制备铝合金的系统，包括多功能反应罐，一定比例的铝合金再生灰、催化剂与水在所述多功能反应罐内快速搅拌一定时间，得到氨气与脱氮后物料浆液，所述多功能反应罐分别与氨气吸收系统和过滤器连通，所述氨气进入所述氨气吸收系统，所述脱氮后物料浆液进入所述过滤器内过滤得到滤液与脱氮料，所述过滤器分别与蒸发结晶装置和两段式干燥煅烧分体炉连通，所述滤液进入所述蒸发结晶装置内被重新回收为盐类，所述脱氮料进入所述两段式干燥煅烧分体炉内煅烧后得到高氧化铝含量的多金属氧化物，所述两段式干燥煅烧分体炉与铝电解槽连通，所述高氧化铝含量的多金属氧化物与氧化铝混合在所述铝电解槽内电解制备铝合金。
11.优选地，所述氨气吸收系统包括多级喷淋氨气吸收塔，所述氨气进入所述多级喷淋氨气吸收塔内制备高浓度的氨水。
12.优选地，所述多功能反应罐还包括与所述多功能反应罐连通的储水装置、催化剂储料罐与铝合金再生灰料仓。
13.优选地，所述铝合金再生灰与所述水的液固比为1-10，所述催化剂的用量为1-5％。
14.优选地，所述铝合金再生灰、催化剂与水在所述多功能反应罐内搅拌0-300min，温度为0-90℃。
15.优选地，所述多功能反应罐内设置有具有电磁性的桨叶，所述桨叶转动过程中去除铝再生灰中的磁性物质。
16.优选地，所述脱氮料进入所述两段式干燥煅烧分体炉内煅烧，所述脱氮料在干燥
仓中在100-300℃条件下被烘干，进入煅烧仓在600-9000℃下被煅烧，煅烧温度为1秒-60分钟。
17.优选地，所述高氧化铝含量的多金属氧化物与氧化铝混合在所述铝电解槽内电解制备铝合金，电解温度为960-1050℃。
18.优选地，所述高浓度的氨水的浓度为15-20％。
19.本实用新型的上述方案至少包括以下有益效果：
20.上述方案中，
21.(1)系统将铝合金再生灰经过处理获得的高氧化铝含量多金属氧化物，全部或部分作为原料直接使用熔盐电解法生产出铝合金产品，并根据原料成分以及目标合金产品进行高氧化铝含量多金属氧化物与冶金级氧化铝掺比调配，生产出不同牌号的铝合金产品；可以根据原料成分和所需目标合金成分对高氧化铝含量的多金属氧化物和氧化铝进行任意比例的掺配，操作方便，生产灵活性较好
22.(2)系统实现以铝合金再生灰为原料生产铝合金，生产过程中产生的氨水可用于脱硫脱硝，盐类则被通过蒸发结晶的方式重新回收利用，整个过程无废渣废气产生；
23.(3)铝合金再生灰中所有有价元素均以合金的形式被回收利用，合金再生灰属于高氧化铝含量的多金属氧化物，其中含有生产目标牌号铝合金所需的fe、cu、zn、ni等金属元素及si元素，既实现了铝合金再生灰的高值资源化利用，又可降低铝合金的生产成本；
24.(4)可在不同容量的铝电解槽上进行，对铝电解工艺参数进行适当调整即可进行铝合金的生产，不需重新建设新的生产设备。
附图说明
25.图1为本实用新型的制备铝合金的系统的示意图；
26.附图标记：
27.1、储水装置；2、催化剂储料罐；3、铝合金再生灰料仓；4、多功能反应罐；5、多级喷淋氨气吸收塔；6、过滤器；7、蒸发结晶装置；8、两段式干燥煅烧分体炉；9、铝电解槽。
具体实施方式
28.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
29.如图1所示的，本实施例提供了一种制备铝合金的系统，包括多功能反应罐4，一定比例的铝合金再生灰、催化剂与水在多功能反应罐4内快速搅拌一定时间，得到氨气与脱氮后物料浆液，多功能反应罐4分别与氨气吸收系统和过滤器6连通，氨气进入氨气吸收系统，脱氮后物料浆液进入过滤器6内过滤得到滤液与脱氮料，过滤器6分别与蒸发结晶装置7和两段式干燥煅烧分体炉8连通，滤液进入蒸发结晶装置7内被重新回收为盐类，脱氮料进入两段式干燥煅烧分体炉8内煅烧后得到高氧化铝含量的多金属氧化物，两段式干燥煅烧分体炉8与铝电解槽9连通，高氧化铝含量的多金属氧化物与氧化铝混合在铝电解槽9内电解制备铝合金。
30.本实施例的系统将铝合金再生灰经过处理获得的高氧化铝含量多金属氧化物，全部或部分作为原料直接使用熔盐电解法生产出铝合金产品，并根据原料成分以及目标合金产品进行高氧化铝含量多金属氧化物与冶金级氧化铝掺比调配，生产出不同牌号的铝合金产品。本实施例的系统实现以铝合金再生灰为原料生产铝合金，生产过程中产生的氨水可用于脱硫脱硝，盐类则被通过蒸发结晶的方式重新回收利用，整个过程无废渣废气产生；铝合金再生灰属于高氧化铝含量的多金属氧化物，铝合金灰中的fe、si、cu、zn、mn、ti等有价元素通过熔盐电解共析还原进入铝合金中，被有效回收；铝合金灰中的ca和mg等则转化为caf2和mgf2作为电解质添加剂有效利用；其中含有生产目标牌号铝合金所需的fe、cu、zn、ni等金属元素及si元素，既实现了铝合金再生灰的高值资源化利用，又可降低铝合金的生产成本；在铝合金生产过程中，可以根据原料成分和所需目标合金成分对高氧化铝含量的多金属氧化物和氧化铝进行任意比例的掺配，操作方便，生产灵活性较好；可在不同容量的铝电解槽9上进行，对铝电解工艺参数进行适当调整即可进行铝合金的生产，不需重新建设新的生产设备。
31.本实施例的氨气吸收系统包括多级喷淋氨气吸收塔5，氨气进入多级喷淋氨气吸收塔5内制备高浓度的氨水。高浓度的氨水的浓度为15-20％。
32.多功能反应罐4内设置有具有电磁性的桨叶，桨叶转动过程中去除铝再生灰中的磁性物质(fe、fesi粉等)。多功能反应罐4还包括与多功能反应罐4连通的储水装置1、催化剂储料罐2与铝合金再生灰料仓3。储水装置1优选蓄水罐或蓄水池。催化剂可以为氟化铝、碳酸钠、氢氧化钠的任意一种或多种的组合。铝合金再生灰与水的液固比为1-10，催化剂的用量为1-5％。铝合金再生灰与水在多功能反应罐4内搅拌0-300min，温度为0-90℃。
33.本实施例的脱氮料进入两段式干燥煅烧分体炉8内煅烧，炉体分为干燥仓和煅烧仓，利用煅烧余热对物料进行干燥，干燥后物料被送入煅烧区间内脱氮料在干燥仓中在100-300℃条件下被烘干，进入煅烧仓在600-9000℃下被煅烧，煅烧温度为1秒-60分钟。
34.本实施例的高氧化铝含量的多金属氧化物与氧化铝混合在铝电解槽9内电解制备铝合金，电解温度为960-1050℃。
35.本实用新型的制备铝合金的系统的工作过程如下：
36.储水装置1中水、催化剂储料罐2中的催化剂与铝合金再生灰料仓3中铝合金再生灰按照液固比1-10、催化剂用量1-5％加入到多功能反应罐4中，在0-90℃范围内快速搅拌一定时间0-300min以充分脱除铝合金再生灰中的氮化铝，反应过程中生成的氨气经过管道进入多级喷淋氨气吸收塔5中，被吸收制备浓度为15-20％的高浓度的氨水，得到脱氮后物料；脱氮后物料浆液进入过滤器6分离，得到滤液与脱氮料；滤液通过管道进入蒸发结晶装置7被重新回收为盐类；脱氮料进入两段式干燥煅烧分体炉8中，脱氮料先在干燥仓中在100-300℃条件下被烘干，随后进入煅烧仓在600-9000℃下被煅烧，煅烧温度为1秒-60分钟；煅烧后得到的高氧化铝含量的多金属氧化物以一定比例与氧化铝混合后加入铝电解槽9中，在电解温度为960-1050℃条件下电解制备铝合金。
37.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。