專利名稱：從輕金屬和非金屬分散混合物制取金屬相的方法
技術領域：
本發明涉及一種從分散混合物中制取金屬相的方法，該混合物中有至少一種輕金屬特別是鋁、或者是這些種輕金屬的合金，以及至少一種非金屬相，該非金屬相中至少一種氧化物或者這種金屬的氧化物、可能還有一種或者多種材料例如鹽或者鹽的混合物以及同類物質在高溫下構成，本發明還尤其涉及從鋁和鋁合金的生產、加工以及回收過程中所產生的廢料中回收金屬相且必要時至少部分分離非金屬相的方法。
輕金屬如鋁、硅、鎂以及同類材料如輕金屬合金具有非常強的與氧和氮的親和力并與其發生反應，基本上在大氣環境下與氣體生成氧化物和氮化物。
鋁氧化物具有比金屬鋁高的比重，該氧化物的表面張力及界面張力以及宏觀結構對表面的氧化物構成部分起一個支撐的作用，或對熔體中的廢渣起一個漂浮作用。
輕金屬的熔體冶金、加工、回收等過程大部分在空氣中進行。因此溶液表面和/或熔池表面生成反應產物或非金屬相尤其是氧化物，且復蓋于金屬熔池表面。
液體金屬的排放以及燒注之前必須排出廢渣。然而，在廢渣中常常含有很可觀的金屬量。金屬以細滴的形式存在于氧化物晶體之間。這類分散混合物中常常能含有高達80%的金屬。按照權利要求1的概述，這種分散混合物的簡單脫金屬方法在高于金屬熔點的通常溫度下進行。由于非金屬相表面和界面張力以及結構性能的復雜性，使得熔煉過程中金屬的回收率降低，大量金屬浪費。到目前為止從廢料中脫金屬的方法和設備是較浪費和/或收效甚微的。因為在殘渣中還有相當多的金屬存在。含金屬的廢料以及目前工業上對廢料/熔渣中有用金屬進行回收處理后得到的仍含較多金屬的殘渣均對環境造成危害。為了無害存放這些物質則需要高費用。
本發明將解決這個問題，并給出解決此問題的方法。這種方法以簡單方式從分散混合物如廢料和熔渣中獲得高回收率的金屬相以及必要時至少部分地分離非金屬相。
這一目的可以通過開始所稱的方法達到。分散混合物可能由多種單個混合物構成，選擇在該金屬或合金的熔化溫度以上一個溫度范圍，將其加熱和/或保溫和/或均勻化，之后將混合物置入一設備中，該設備最好具有可調整溫度的、特別是可冷卻的接觸面例如金屬鑄模面，且使它在基本上垂直于這個接觸面的或者垂直于這個面的大范圍投影的方向上得到一個加速并使之分離，使金屬相聚集在接觸面及其周圍，并受以上因素作用而凝固。
本發明所具有的特殊優點在于分散混合物以高效率脫金屬，即以低的能量消耗得到高的回收率。使用本發明的方法能夠從廢料中將90%以上的分散、細小分布的金屬聚集、凝固，并由此獲得相對純的形式而重新使用。其中重要的是，在所用設備中，分散混合物的整個體積范圍基本上處于相同溫度，即處于所獲得金屬的熔化溫度以上。在此過程中，比氧化物輕的金屬相在加速度力的方向且在氧化物的下方聚集，即，一個重的物體飄浮在一個輕的物體之上。這對專業人員來說是出乎意料的，且只能用非金屬相界面以及表面張力和結構性能的整體作用來解釋。金屬繼續凝固，隨后并不產生所預期的氧化物結晶，而是形成一個幾何相界面。
當聚集的金屬相以限定尺寸凝固時，對金屬的高純度特別有利，從接觸面上脫落的、基本上呈晶體和析出物形成的自由金屬液體聚集體逐漸轉變成固態，從而呈現一定強度和深度，調整導向接觸面的熱流，使該金屬液體聚集體的大小等于或大于固相粒子的最大直徑，特別是使它與基本上由氧化物所構成的固相粒子大小相應。同時通過適當調整熱流使設備每次處理的加料及加工時間達到最短。
另一個優點是，若把分散混合物加熱到金屬熔點以及合金熔化范圍以上2至400℃、特別是約250℃時，流動金屬將在設備中聚集，不僅迅速，而且有可能使金屬相完全提純和析出。
當分散混合物(如按一個方案所預見)基本上受到一個切向加速度和徑向加速度、特別是強度變化的加速度時，就可能在較高的廢料溫度產生快速分離，得到特別純的金屬。當分散混合物基本上經受徑向加速度時，應特別考慮優先選擇一個簡單的分離設備。
當分散混合物至少經受一個暫時的加速度-該加速度由切向和徑向加速度構成和/或由切向和徑向加速度附加一個通常加速度構成和/或由切向和徑向加速度附加一個旋轉軸方向的加速度構成，其間，必要時一個或多個加速度呈現變換的強度-時，不僅能快速聚集金屬，而且也能達到高的脫金屬程度，這對生產是特別有利的。通過一個由此獲得的“振動效果”，將使分散混合相的非金屬元素的宏觀組織發生變化，并且造成高的脫金屬程度以及可能的非金屬相部分分離。
當分散混合物經受一個至少短時間的加速度-該加速度選擇為重力加速度的至少1倍，較好為大于3倍，最高可為重力加速度的280倍，優選最高為20倍，特別優選的是最高10倍-時，本方法的上述敘述證明是有效的。從分散混合物以及廢料中獲得鋁和鋁合金時，選擇該加速度例如大于重力加速度的3至7倍是特別有利的。
當按照一種優選形式進行時，這樣的加速度使分散混合物脫金屬總量至少為80%，最好的至少為95%，通過這種可以再使用的金屬的高效回收，使這一方法具有高經濟意義。
從廢料回收金屬，例如從鋁廢料如罐頭以及類似物質中回收金屬，能夠用金屬反應吸附或者帶走氧，形成氧化物和殘渣以及熔渣。在少數冶金過程中，低熔點的鹽混合物例如NaCl和KCl按照約1∶1的比例配給，在這些鹽中加入的及形成的氧化物能被熔解。通過加入鹽，可以對這個工藝過程和金屬回收產生有利影響，然而也產生一個附加的非金屬相。為了盡可能降低在環境中存放的花費，且特別是為了減少新添加的鹽量，在金屬相從非金屬混合相中聚集時或者聚集后，至少一種基本上呈氧化物的成分與鹽成分部分分離、并且必要時使至少一種這些成分以分離形式自分離設備中排出，或者再使用，或者在冶金過程中再添加進去，這將是有利的。
下面借助實施例詳細說明本發明實施例120kg含有75%鋁的鋁廢料，在一個熔化爐中熔化，并放入溫度約840℃的分離設備中，該分離設備為離心機滾筒，內直徑400mm，內高250mm，由鋼材制成垂直結構形式。試運行1.5分鐘之后，按照內層的徑向加速度為重力加速度的4.5倍的方式來設置轉速。在800-660℃溫度范圍內，離心時間為3分鐘。從滾筒外側噴水冷卻。結果得到了一個15.2kg的完整的金屬鋁環。所形成的4.8kg的Al2O3廢料排出是沒有問題的。廢料為細沙狀，含殘余金屬鋁約為7(質量)%。
實施例2如例1所述，離心機垂直安放，但在旋轉軸方向上附加一振動，內空間中內直徑為450mm，下邊部分用一段小的內直徑，為350mm，內高為200mm，總內高為500mm，下邊這段起預分離區作用。結晶后完整環狀金屬鋁質量為15.7kg，實際上沒有氧化物夾雜。細沙狀的4.3kg的鋁氧化物中殘余鋁含量約為5(質量)%。
實施例3與例1所述的方法一樣，只是在廢料中添加100gl1(w/w)的NaCl/KCl。結果是鋁環質量為15.5kg，形成的鋁氧化物(4.4kg)含約6%金屬鋁。
權利要求
1.一種自分散混合物中獲得金屬相的方法，該分散混合物中含至少一種輕金屬特別是鋁、或者這些種輕金屬的一種合金，并含有至少一種非金屬相，該非金屬相由至少一種這(些)種金屬的氧化物或者氧化化合物或者它們的其它非金屬化合物、可能一種或多種其它材料例如鹽或鹽混合物以及這類物質在高溫下形成，該分散混合物特別是由鋁和鋁合金的生產、加工以及回收過程中產生的廢料、以及可能至少部分分離了廢料中的非金屬相后構成的，其特征在于，將分散混合物、可能是由多種單個混合物構成的分散混合物在金屬或者合金的熔化溫度或者熔化區域以上一個溫度范圍內加熱和/或保溫和/或均勻化，然后將此混合物導入一個最好具有溫度可調的、最好是可冷卻的接觸面如金屬鑄模面的設備中，并在基本上垂直于這個面或者垂直于在這個面的大范圍投影的方向上使該混合物經受一個加速度并使之分離，同時使金屬相聚集在接觸面及其周圍，并在這些因素作用下使金屬相凝固。
2.按權利要求1的方法，其特征在于，使聚集的金屬相按一定尺寸凝固，且使從接觸面上脫落的、基本上呈晶體和析出物形成的、且自身逐漸固化的金屬液體聚集體呈現一定強度或深度，在此過程中，特別是通過調節導向接觸面上的熱流，使它等于或大于固相粒子的最大直徑，特別是使它基本上與由氧化物構成的固相粒子大小相應。
3.按權利要求1或2的方法，其特征在于，將分散混合物導入其加熱溫度選擇在金屬熔點或合金熔化溫度范圍以上2至400℃、優選250℃的設備中，以使液態金屬粒子聚集。
4.按權利要求1至3的方法，其特征在于，分散混合物經受一個基本上是徑向的加速度。
5.按權利要求1至3的方法，其特征在于，分散混合物經受一種徑向加速度、特別是其強度變換的徑向加速度。
6.按權利要求1至5的方法，其特征在于，分散混合物經受一個加速度，該加速度由切向和徑向加速度和/或切向和徑向加速度附加一個通常加速度和/或徑向和切向加速度再加上一個在旋轉軸方向上的加速度構成，必要時這些加速度有變換的強度。
7.按權利要求1至6的方法，其特征在于，分散混合物經受一個至少是短時間的加速度，該加速度至少為重力加速度的1倍，最好大于3倍，最高為280倍，優選最高為20倍，特別優選最高為10倍。
8.按權利要求1至7的方法，其特征在于，分散混合物經受一個加速度脫金屬過程，脫金屬率達到至少80%，優選至少95%。
9.按權利要求1至8的方法，其特征在于，在金屬相聚集時或聚集后，被分離的非金屬相自分離設備中分離出來并回收。
10.按權利要求1至9的方法，其特征在于，在金屬相聚集時或聚集后，使至少一種基本上呈氧化性的成分和一種鹽成分至少部分分離，這些分離形式的成分從分離設備中排出，且必要時將它再次使用或者再添加到冶金過程中。
全文摘要
本發明涉及從分散混合物中獲取金屬相以及必要時完成非金屬相的至少部分分離的有利的方法。分散混合物中有至少一種輕金屬，一種非金屬相。為此，分散混合物設置在金屬或合金熔化溫度以上一個溫度范圍內，將混合物置入一個設備中并經受一個加速度，使金屬相聚集，凝固。
文檔編號C22B7/04GK1098747SQ94106169
公開日1995年2月15日 申請日期1994年5月23日 優先權日1993年5月24日
發明者伯恩德·高絲, 哈拉德·馬爾霍爾德 申請人:伯恩德·高絲, 哈拉德·馬爾霍爾德