环保型稀土铝熔剂的研究

第２７卷第２期　洛有色畲属　ＶｏＩ．２７　Ｎｏ．４　２　００　６年６月　ＳＨＡＮＧＨＡＩ　ＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳ　ＭＥＴＡＬＳ　Ｊｕｎ．２　０　０　６　文章编号：１００５—２０４６（２００６）０２—００１６—０３　环保型稀土铝熔剂的研究　张丽娜，刘柏雄，王智祥　（江西理工大学材料与化学工程学院，江西赣州　３４１０００）　摘要：研究环保型稀土铝熔荆的除镁、除气及晶粒细化效果，试验表明环保型稀土铝熔荆　在７４０￣Ｃ．￣有高效的除镁效果；在７００￣Ｃ时可使ｌＯＯｇ铝液中的氢含量只有０．０８ｍＬ；当加入量　为铝液的１．５％可获得细小等轴晶的良好铸造组织。　关键词：环保型；熔荆；除镁；除气；晶粒细化　中图分类号：ＴＦＳ０５．２　文献标识码：Ａ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ　Ｔｙｐｅ　Ｒａｒｅ　Ｅａｒｔｈ　Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　Ｆｌｕｘ　ｆｏｒ　Ｍｅｌｔｉｎｇ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　ＺＨＡＮＧ　Ｌｉ—ｎａ，ＬＩＵ　Ｂｏ—ｘｉｏｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｚｈｉ—ｘｉａｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＭａｔｅｒｉａｌ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｚｏｈｕ　３４１０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｐｔｉｏｎｅｄ　ｆｌｕｘ　ｏｎ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ｒｅｍｏｖｉｎｇ．ｄｅｇａｓｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｇｒａｉｎ　ｒｅｆｉｎｉｎｇ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｔ　ｉｓ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ　ｓｈｏｗｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｌｕｘ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｆｏｒ　ｒｅｍｏｖｉｎｇ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ　ａｔ　７４０　ｄｅｇｒｅｅ　Ｃｅｌｓｉｕｓ．Ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ａｄｄｅｄ　ｌｆｕｘ　ｒｅａｃｈｅｓ　１．５％ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｌｔ．ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗｉｈｔ　ｉｆｎｅ　ａｎｄ　ｅｑｕｉ－　ａｘｉａｌ　ｇｒａｉｎｓ　ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ　ｔｙｐｅ；ｆｌｕｘ；ｒｅｍｏｖｉｎｇ　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ；ｄｅｇａｓｓｉｎｇ；ｇｒａｉｎ　ｒｅｆｉｎｉｎｇ　随着经济和社会的发展。环境污染和资源短　中往往加入除镁剂。废铝回收过程中，还需要除　缺已成为全世界日益关注的问题。近年来，许多　气、除渣、晶粒细化等处理过程。现用的除镁剂　发达国家都将废弃物资源化列为国家经济建设的　的功能比较单一，所以还需加入精炼剂与晶粒细　重点，掀起了“二次资源工业”的高潮…。与　化剂，因而造成回收流程长、生产效率低、能源　此同时，我国对资源的再生利用也予以了高度重　消耗大。而且现用的除镁剂、精炼剂在使用过程　视。随着铝及铝合盒应用范围的日益扩大，铝的　中分解产生氯气、一氧化氮、二氧化氮、一氧化　合理、高效回收成为当今研究的热点。文献表明　碳、亚盐等有毒物质，严重危害工人的身体　二次铝资源回收时，当铝合金中的镁含量超出相　健康。对环境造成严重的污染。　应合金牌号时，就要对其进行调整。而现在工业　本研究旨在开发一种集除镁、除气、除渣、　收稿日期：２００５，０８，２２　作者简介：张丽娜（１９７９一）．女．安徽宿州人，在读硕士研究生，主要从事铝熔剂的研究。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２期　张丽娜等：环保型稀土铝熔剂的研究　ｌ７　晶粒细化等功能为一体的环保型稀土铝熔剂。该　熔剂利用Ａ１　与镁反应达到除镁的效果；利用　稀土与氢反应和利用有机物Ｒ在高温条件下与　氢反应。而达到除氢的目的；同时高温分解生成　的ＣＯ　与ＮＨ　在上浮的过程中，利用扩散原理　进行除气；而且上浮的过程可以吸附少量的氧化　铝夹杂达到除杂目的。该稀土铝熔剂由于不含硝　酸盐化合物及六氯乙烷等化合物，所以高温下不　会产生氯气、一氧化氮、二氧化氮、亚盐等　有毒物质，是一种环保新型的铝熔剂。　１试验方法　以易拉罐再生铝锭（含镁１．２ｌ％）为原料，　在功率为７．５ｋＷ的电阻炉中用石墨坩埚熔炼，　待完全熔化铝液温度达到一定温度时，用石墨钟　罩把用铝箔包好的环保型稀土铝熔剂压入铝液。　保温数分钟后，扒渣，用铁模浇注成ｑ）４０ｍｍ荧　光检测试样，然后用线切割沿直径方向切开，砂　纸打磨，绒布抛光机抛光后，用Ｐｈｉｌｉｐｓ　Ｘ荧光检　测镁的含量。用铁模浇注成￣２０ｍｍ的金相试样。　然后用线切割沿直径方向切开，砂纸打磨，绒布　抛光机抛光后，用浓盐酸、浓和水体积比各　１／３溶液腐蚀，观察合金铸态的宏观晶粒大小。　采用西南铝业产ＥＬＨ．ⅢＢ型测氢仪测量铝液中　氢的含量。　２结果与分析　２．１除镁效果　分别在７００℃、７２０℃、７４０℃、７６０ｏＣ、　７８０￣Ｃ条件下往５．０ｋｇ铝液中加入Ｏ．２ｋｇ环保型稀　土铝熔剂，结果如图１所示。　７００　７２０　７４０　７６０　７８０　８００　除镁温度／℃　图１不同温度下的除镁效果　从图１可以看出，在７４０￣Ｃ时，镁的含量降　到Ｏ．３１％，通过计算可知，除ｌｋｇ镁需要４．４ｋｇ　环保型稀土铝熔剂，因此具有高效的除镁效果。　图１还表明，随着加入环保型稀土铝熔剂温　度的升高，镁的含量开始降低，然后升高，最佳　的温度在７４０￣Ｃ左右。随着温度的升高，铝液的　粘度降低，ＭｇＦ２更容易上浮造渣而除去。　随着温度的进一步升高，除镁效果更差。笔　者从热力学角度分析，可以解释这种现象。对于　反应方程　２Ａｌ　＋３Ｍｇ－＂２Ａ１＋３ＭｇＦ：　（１）　由文献［３］可以查出，温度为１０００Ｋ下的标　准生成焓　△Ｈ　１０００ｋ（Ａｌ　）　：６７３６１　Ｊ／ｍｏｌ　ＡＨｒ￣．１０００ｋ（Ｍｇ）＝２９３２９Ｊ／ｔｏｏｌ　△　ｌ０００ｋ（ＭｇＦ２）＝５２３６２Ｊ／ｍｏｌ　ＡＨｆ８．１０００ｋ（ＡＩ）＝３０９６６Ｊ／ｔｏｏｌ　因为反应时与大气相通，所以可近似认为在　标准状态下反应。由ＡＨｒ￣＝∑（ｎｉ△　）（生成　物）一∑ｎ　△　）（反应物），得反应方程（１）　的标准反应焓为△　＝一３６９１Ｊ／ｍｏｌ。　因为压力恒定，故△Ｑ　＝△　＝一３６９１Ｊ／ｍｏｌ　＜０，反应（１）是放热反应，所以温度升高，不　利于反应（１）进行，即不利于除镁，出现温度上　升除镁更不彻底的现象。　２．２除气效果　为了考察环保型稀土铝熔剂的除气效果，分　别在温度７００℃、７２０℃、７４０　ｏＣ、７６０℃、７８０℃　加入环保型稀土铝熔剂，采用西南铝业产ＥＬＨ，　ⅢＢ型测氢仪测量铝液中氢的含量，结果如图２　所示。该图表明，随着温度的升高，Ａｌ液中氢　的含量增加，在７００￣Ｃ　Ａ１液中氢含量，为　０．０８ｍＬ／１００ｇＡｌ。由此可见，环保型稀土铝熔剂　具有很好的除气效果。　环保型稀土铝熔剂中的稀土能与氢相发生反　应，生成稳定的稀土氢化物ＲＥＨ２、ＲＥＨ　，起到　固氢作用　］。与此同时，环保型稀土铝熔剂中的　有机物Ｒ与氢发生反应，生成ＣＯ　与ＮＨ　，气泡　在上浮过程中铝液中氢的气压比气泡中的氢气压　大，所以扩散到气泡中，随着气泡排出到大气，　达到除气目的　。　维普资讯 http://www.cqvip.com

１８　落　痛　，套Ｉ　畲　属　第２７卷　８００　由于溶质再分配，稀±极易在结晶前沿的液相中　７８０　２　７６ｏ　富集。富集在固／液界面前沿的稀土元素。由于　７４ｏ　是一类表面活性元素，将会吸附固／液界面前沿　７２０　同时存在的其它杂质元素。这样便产生了两方面　７００　的作用，一方面稀土元素阻碍了其它杂质相进入　６８０　０　０．１　０．２　０．３　０．４　０．５　・Ａｌ的几率，增加了界面前沿液相中其它物相的　氢的含量／ｍＬ／ｌＯＯｇＡ１　浓度梯度，致使成分过冷出现，枝晶生长倾向增　图２不同温度下铝液中氨的含量　大，进而枝晶缩颈，熔断机会增大，ａ．　相的动　力学形核作用增强，从而细化了晶粒。另一方面　２．３晶粒细化效果　稀土还将形成新相或填补在这些正在生长着的新　图３为在５ｋｇ铝液中加入不同量环保型稀±　相表面的缺陷中，生成阻碍这些相长大的膜。这　铝熔剂后铝的铸态宏观组织。从图中可以看出，　种膜了新相的继续长大，最终使新相的形　随着环保型稀土铝熔剂加入量的增加。晶粒得到　貌、分布状态获得质的改变，从而促进了晶粒细　明显细化。　化　。　研究表明，在Ⅱ－Ａｌ晶核形成和长大过程中，　一■一一一　（ａ）　（ｂ）　（ｃ）　（ｄ）　（ｅ）　图３环保型稀土铝熔剂晶粒细化效果　（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）一加入量分别为Ｏｇ、３０ｇ、４５ｇ、６０ｇ、７５ｇ　湖南有色金属。２００３。（６）：３３—３４．　３　结　论　［２］陈存中．有色金属熔炼与铸锭［Ｍ］．北京：冶金工业出版　（１）研究表明，该稀土铝熔剂具有高效的除　社．１９９９．２２—３３．　镁效果，７４０￣Ｃ具有最佳的除镁效果，在７４０￣Ｃ时　［３］叶大伦。胡建化．实用无机物热力学数据手册［Ｍ］．北京｝　冶金工业出版社，２００２．７０—４９５．　４．４ｋｇ环保型稀土铝熔剂可以除ｌｋｇ镁。　［４］　ａ　Ｒ　Ｒｏｙ．Ｙｏｇ￣ｈｗａｒ　Ｓａｈａ１．Ｉｎｔｅｒｒａｃｉａｌ　Ｔｅｎ￣ｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　（２）该稀土铝熔剂还具有显著的除气效果，　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ａｌｌｏｙ　ａｎｄ　Ｍｏｌｔｅｎ　Ｓａｌｔ　Ｆｌｕｘ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　当温度为７００￣３时可达到每１００ｇ铝液中含　ＪｌＭ，１９９７，３８（６）：５４６—５５２．　０．０８ｍＬ氢的效果。　［５］刘锦辉。林文魁．铝合金的除镁工艺［Ｊ］．铸造技术．１９９１　（３）该稀土铝熔剂还能使晶粒明显细化。当　（５）：５—７．　加入量为铝液１．５％可以得到细小的等轴晶。　［６］傅高升。等．微量稀土对工业纯铝杂质相的变质细化行为　［Ｊ］．中国稀土学报。２００１。１９（２）：１３５—１３６．　参考文献：　［１］陈敏．废易拉罐回收铝在建筑用铝材中的应用分析［Ｊ］．