一种超重力协同处理镁精炼渣和铝灰回收熔盐与金属铝的方法

摘要

本发明公开了一种超重力协同处理镁精炼渣和铝灰回收熔盐与金属铝的方法，属于有色金属冶炼渣资源循环利用技术领域；包括：将熔融的镁精炼渣和铝灰混合并进行超重力分离即可；所述方法采用的设备包括超重力高温反应器、用于向所述超重力高温反应器中送料的送料单元、用于控制所述超重力高温反应器温度的加热保温单元以及出料单元；所述超重力高温反应器由调速电机驱动并控制转速；本发明可在线高效回收熔融镁精炼渣中的熔盐；同时利用熔融镁精炼渣自身物理热熔化铝灰颗粒，利用熔融镁精炼渣中的熔盐溶解铝灰中金属铝颗粒的氧化物外壳释放出金属铝液滴，实现镁精炼渣与铝灰的协同利用，同时回收镁精炼渣中的熔盐和铝灰中的金属铝。

说明书

技术领域

本发明属于有色金属冶炼渣资源循环利用技术领域，具体涉及一种超重力协同处理镁精炼渣和铝灰回收熔盐与金属铝的方法。

背景技术

还原法和电解法是粗镁的主要生产工艺，然后再通过精炼工序对粗镁进行熔炼和除杂。目前，粗镁精炼以及镁合金生产过程主要采用熔剂吸附工艺，通过添加一定量的氯盐来吸附粗镁和镁合金中的杂质，实现除杂净化的目的。因此，镁精炼过程会伴随产生大量的镁精炼渣，一般每生产1吨镁锭，会伴随产生200kg左右镁精炼渣。

镁精炼渣主要由添加的氯盐吸附剂和被吸附的氧化物杂质组成。目前，镁厂主要采用堆置或填埋的方式处理镁精炼渣。由于镁精炼渣中含有大量氯盐，具有很强的吸湿性，大量排放会导致土地板结。而且，镁精炼渣碱性较高，被雨水冲刷易于溶解，造成土壤的碱化。此外，镁精炼渣中还含有Ba和F等有毒元素，随雨水渗入土壤和地下水中，会对人体、动植物、环境生态造成严重的危害。

目前，镁精炼渣的利用工艺主要包括湿法浸出和直接用于建筑材料、土壤改良剂、脱硫剂等方面。湿法工艺主要通过硫酸、盐酸、硫酸铵等对镁精炼渣进行浸出，得到硫酸镁、氯化镁及氧化镁。但由于镁精炼渣中含有Mg、Ca、Fe、Al等多种元素，Mg的浸出率和纯度受到限制，而且浸出工艺的熔剂消耗量和废液排放量较大，会对环境造成二次污染。此外，由于镁精炼渣中含有较高含量的Mg及氧化物，部分学者将其应用于建筑材料、土壤改良剂、脱硫剂等领域，但一方面未能实现镁精炼渣中有价资源的回收，另外没能消除渣中有害有毒元素的危害性，其产品和副产品仍对环境生态具有很大的潜在危害。

此外，铝和铝合金熔炼过程会产生大量铝灰，其中夹带了大量的细小金属铝颗粒。目前，主要采用炒灰的方式回收铝灰中金属铝，极易造成金属铝的氧化，导致铝回收率降低，产生的二次铝灰中仍然夹杂了大量金属铝颗粒。而且，炒灰过程会产生大量微细粉尘和刺激性气体，对大气、人体健康造成危害。

发明内容

为克服现有技术的上述问题，本发明提供了一种超重力协同处理镁精炼渣和铝灰回收熔盐与金属铝的方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种超重力协同处理镁精炼渣和铝灰回收熔盐与金属铝的方法，包括以下步骤：将铝灰和熔融的镁精炼渣混合并进行超重力分离即得所述熔盐与金属铝。

进一步地，所述镁精炼渣包括粗镁精炼过程和/或镁合金生产过程产生的镁精炼渣；所述铝灰包括铝和/或铝合金熔炼过程产生的一次铝灰和/或二次铝灰。

进一步地，所述熔融的镁精炼渣的温度为500～800℃，此时熔盐为液态、MgO颗粒为固态。

进一步地，所述超重力分离的温度为600～800℃。

进一步地，所述超重力分离过程重力系数为300～1000g，时间为3～10min。

进一步地，所述铝灰与镁精炼渣的质量比为(0～1)∶1。

铝灰加入量为0时，为直接回收熔融镁精炼渣中的熔盐。

一种上述超重力协同处理镁精炼渣和铝灰回收熔盐与金属铝的方法中采用的设备，包括超重力高温反应器、用于向所述超重力高温反应器中送料的送料单元、用于控制所述超重力高温反应器温度的加热保温单元以及出料单元；所述超重力高温反应器由调速电机驱动并控制转速。

进一步地，所述送料单元包括用于投加熔融镁精炼渣的进渣系统和用于投加铝灰的可移动滚轮式送料机；所述进渣系统与镁精炼炉的出渣系统相连接。

进一步地，所述加热保温单元包括用于对所述超重力高温反应器加热的电阻丝、热电偶以及包裹于所述超重力高温反应器外表面的保温系统，所述电阻丝和热电偶由加热及控温系统控制。

进一步地，所述出料单元包括开设于超重力高温反应器上的出盐口和出铝口；所述出盐口通过管路连通收盐槽；所述出铝口通过管路连通收铝槽。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明利用超重力驱动熔融镁精炼渣中熔盐与铝灰中铝液分别实现相际转移和分离，熔盐由反应器出盐口流入收盐槽后返回镁精炼工序循环利用，铝液由反应器出铝口流入收铝槽，MgO和Al

本发明可直接处理粗镁精炼过程和/或镁合金生产过程产生的镁精炼渣，在线高效回收熔融镁精炼渣中的熔盐；同时利用熔融镁精炼渣自身物理热熔化铝灰颗粒，利用熔融镁精炼渣中的熔盐溶解铝灰中金属铝颗粒的氧化物外壳释放出金属铝液滴，实现镁精炼渣与铝灰的协同利用，同时回收镁精炼渣中的熔盐和铝灰中的金属铝。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为超重力协同处理镁精炼渣和铝灰回收熔盐和金属铝的结构示意图，其中，(1)熔融镁精炼渣、(2)镁精炼炉、(3)进渣系统、(4)铝灰、(5)可移动滚轮式送料机、(6)加热及控温系统、(7)调速电机、(8)MgO和Al

图2为实施例1分离得到的熔盐、铝液、MgO和Al

图3为实施例1分离得到的熔盐、铝液、MgO和Al

图4为实施例2分离得到的熔盐、铝液、MgO和Al

图5为实施例2分离得到的熔盐、铝液、MgO和Al

图6为实施例3分离得到的熔盐、MgO颗粒的宏观形貌图和SEM图。

图7为实施例3分离得到的熔盐、MgO颗粒的EDS图。

图8为实施例4分离得到的铝液、Al

图9为实施例4分离得到的铝液、Al

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。

另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明超重力协同处理镁精炼渣和铝灰回收熔盐和金属铝的设备如图1，利用该设备超重力协同处理镁精炼渣和铝灰回收熔盐和金属铝的过程如下：熔融的镁精炼渣1经进渣系统3加入超重力高温反应器内，铝灰4经可移动滚轮式送料机5加入超重力高温反应器内，通过加热及控温系统6电性连接电阻丝18、热电偶10控制超重力高温反应器的加热和控温，通过调速电机7连接传动轮9限位驱动高温反应器离心旋转，驱动MgO和Al

实施例1

超重力协同处理镁精炼渣和铝灰回收熔盐和金属铝，包括以下步骤：

步骤1、将400kg山西瑞格镁合金厂粗镁精炼工序产生的镁精炼渣(主要成分及质量百分比为：MgO 18.6％，Al

步骤2、开启离心旋转，控制重力系数为300g，分离时间为10min，利用超重力驱动熔融镁精炼渣中熔盐与铝灰中铝液分别实现相际转移和分离；

步骤3、将熔盐由反应器出盐口流入收盐槽后返回镁精炼工序循环利用，铝液由反应器出铝口流入收铝槽，MgO和Al

将流入收盐槽的熔盐、流入收铝槽的铝液、拦截在反应器内部的MgO和Al

本实施例实现了山西瑞格镁合金厂粗镁精炼工序产生的熔融镁精炼渣和一次铝灰的协同处理，实现了熔融镁精炼渣中熔盐的高效回收，同时利用熔融镁精炼渣自身物理热熔化铝灰颗粒、利用熔融镁精炼渣中熔盐溶解铝灰中金属铝颗粒的氧化物外壳释放出金属铝液滴，同时实现了铝灰中金属铝的高效分离。分离的熔盐中氯盐含量高达99.29％，熔盐的回收率高达99.32％，分离的铝液中金属铝含量高达99.56％，铝回收率高达99.37％。

实施例2

超重力协同处理镁精炼渣和铝灰回收熔盐和金属铝，步骤如下：

步骤1、将600kg山西瑞格镁合金厂镁合金冶炼工序产生的镁精炼渣(主要成分及质量百分比为：MgO 15.6％，Al

步骤2、开启离心旋转，控制重力系数为1000g，分离时间为3min，利用超重力驱动熔融镁精炼渣中熔盐与铝灰中铝液分别实现相际转移和分离；

步骤3、将熔盐由反应器出盐口流入收盐槽后返回镁精炼工序循环利用，铝液由反应器出铝口流入收铝槽，MgO和Al

将流入收盐槽的熔盐、流入收铝槽的铝液、拦截在反应器内部的MgO和Al

本实施例实现了山西瑞格镁合金厂镁合金冶炼工序产生的熔融镁精炼渣和二次铝灰的协同处理，实现了熔融镁精炼渣中熔盐的高效回收，同时利用熔融镁精炼渣自身物理热熔化铝灰颗粒、利用熔融镁精炼渣中熔盐溶解铝灰中金属铝颗粒的氧化物外壳释放出金属铝液滴，同时实现了铝灰中金属铝的高效分离。分离的熔盐中氯盐含量高达99.63％，熔盐的回收率高达99.15％，分离的铝液中铝含量高达99.38％，铝回收率高达99.85％。

实施例3

超重力回收镁精炼渣中熔盐，包括以下步骤：

步骤1、将1000kg山西瑞格镁合金厂粗镁精炼工序产生的镁精炼渣(主要成分及质量百分比为：MgO 14.6％，Al

步骤2、开启离心旋转，控制重力系数为300g，分离时间为5min，利用超重力驱动熔融镁精炼渣中熔盐与MgO颗粒实现相际转移和分离；

步骤3、将熔盐由反应器出盐口流入收盐槽后返回镁精炼工序循环利用，MgO颗粒富集并拦截在反应器内部。

将流入收盐槽的熔盐和拦截在反应器内部的MgO颗粒分别取样分析，分离得到的熔盐和MgO颗粒的宏观形貌及SEM图如图6所示，EDS图如图7所示。由图6和图7可以看出精炼镁渣中的熔盐与MgO颗粒实现了高效快速分离，且分离的熔盐与MgO颗粒纯度均非常高，其微观结构和EDS能谱中均没有检测到明显的杂质相。

本实施例实现了山西瑞格镁合金厂粗镁精炼工序产生的熔融镁精炼渣中熔盐的在线高效回收，分离的熔盐中氯盐含量高达99.78％，熔盐的回收率高达99.64％。

实施例4

超重力分离铝灰中金属铝，包括以下步骤：

步骤1、将800kg山西瑞格镁合金厂产生的二次铝灰(主要成分及质量百分比为：Al20.2％，Al

步骤2、开启离心旋转，控制重力系数为1000g，分离时间为3min，利用超重力驱动铝灰中铝液与Al

步骤3、铝液由反应器出铝口流入收铝槽，Al

将流入收铝槽的铝液、拦截在反应器内部的Al

本实施例实现了山西瑞格镁合金厂二次铝灰中金属铝液滴与Al

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。