作者：郑晓敏
废铝原料复杂，不同类型的废旧金属器件往往混杂有多种金属，这使再生铝成分中有的元素含量过高而影响使用。因此在熔炼再生铝合金时需要采取措施降低某些金属元素的含量。本试验研究熔剂法去除废铝熔体中镁的工艺。
1 铝熔体中除镁工艺研究现状
目前常用的除镁工艺有以下几种。
1)自然氧化法。利用高温下镁比铝有更高亲氧性的特性，在熔炼铝合金熔体时搅拌熔体，使镁充分与氧发生反应，生成氧化镁，以熔渣的形式去除。这种工艺方法简单，容易操作，但是除镁的同时也使铝及其他金属元素严重烧损。
2)通入气体法。主要是通人氯气，高温下氯气和镁发生反应生成MgC12，其密度较小，能上浮到铝液表面，以熔渣的形式去除。另外，氯气还能与铝液中的氢气和钠反应，也对氧化铝有分解作用，还有良好的除气、除渣和除钠作用。但是，氯气及其反应物有毒，污染环境，腐蚀设备，而烟尘的收集和处理设备较为复杂，成本较高。
3)添加熔剂法。目前市场上出售的除镁剂，其主要成分是AIF3刘伯雄等用除镁剂除去易拉罐再生铝中杂质镁进行了研究，结果表明，用除镁剂少量、多次，以氮气为载体充入铝液，温度在740℃时，能将铝熔体的镁含量由最初的l. 21%降至0.31%（质量分数，下同）；将40% NaC1、20% KC1、40%Na3A1F6的混合熔剂在750。C - 800℃时加在铝熔体
表面，利用冰晶石与镁反应将镁除去，这种方法可以使铝熔体中镁含量降至0. 05%以下；Escobedo等将Si02从铝液下方加入，在高温下Si02将镁氧化得到氧化镁，从而以熔渣的形式除去。加入时的温度和加入的速度会影响除镁的效果，这种方法能将含镁量从1. 2%降至0.02%。
4)吸附法。美国矿务局( USBM)的科学家研制了一种向熔融废铝中放入一种特制的钛化锂化合物捕集剂装置，能捕集其中的镁原子，清除铝废料中的镁。
2除镁工艺设计及试验
2.1除镁熔剂设计
除镁熔剂的化学组成主要以氯化物、氟化铝和活性炭为主构成，各组分的物理特性如表1所示。
除镁熔剂中各组分的除镁作用原理如下：
1)氯化物
氯化物加入到废铝熔体中，与铝发生下列反应：
其中生成的AICl3其沸点为183℃，在铝熔体中形成气泡；反应产物MgCl2由于密度较小，容易上浮而吸附于A1C13气泡表面，随着气泡逸出而从铝熔体中排除，达到降低镁含量的目的。
2)氟化铝
氟化铝加入铝熔体后，可以与铝发生反应生成高熔点的MgF2（熔点为1248℃）。
而在熔炼温度下，铝易与氟化物（如AIF3等）反应产生气态AIF。
形成的A1F3气泡可以将反应生成的MgF2等快速带出铝熔体。
3)活性炭
活性炭作为熔剂的反应原理如下：
反应生成的Mg0熔点为2 852℃，可以形成渣吸附在气泡表面而被带出铝熔体。
2.2工艺试验及检测
废铝料的熔炼、熔剂除镁等试验过程在3 kg感应电炉中完成。首先进行单一熔剂的除镁试验，然后在此基础上进行熔剂成分优化，选择效果最好的熔剂为主要组分形成复合熔剂，再用复合熔剂进行试验研究。
试验中设计了A1F3、活性炭、MnC12等不同成分的熔剂以及组合的复合熔剂，并分别开展了不同的熔剂加入量、熔剂加入后的静置时间、加入方法等工艺条件下的除镁的工艺试验。其中，除镁率为绝对除镁量与铝原料中镁含量的比值。
采用德国斯派克分析仪器公司生产的SLABM10型SPECTRO光谱仪进行化学成分的测试，利用日本Rigaku公司D/MAX-2200/PC型X射线粉末衍射仪进行渣相分析，定性分析去除镁的反应机制。
3试验结果与讨论
3.1 单一熔剂的除镁效果
分别开展了AIF3、活性炭、MnCl2、CaCl2等不同单一熔剂的除镁工艺试验，试验中AIF3、活性炭等熔剂均为粉末状，借助氮气采用喷粉处理方式将熔剂喷射到740℃- 760℃的铝合金熔体中，并在反应过程中辅以搅拌。反应完成后取样分析其含镁量。试验结果如图1所示。可以看出，四种熔剂中MnC12’的除镁效果为最好，活性炭的除镁效果最差。
MnC12加入熔体后短时间内即发生反应，产生大量渣。主要原因在于，该熔剂中的氯元素一方面与铝熔体中镁发生反应生成MgC12渣，另一方面与Al发生反应生成AIC13气体，MgC12渣吸附在气泡表面被带出铝熔体，因此除镁效率较高。由于MnC12粉末的密度与铝熔体的接近，在铝熔体中不易上浮或下沉，随着加入的MnC12质量分数增加，MnC12熔剂的反应量增加，因此除镁率具有升高的趋势，参见图1。取渣样进行X-衍射分析，渣相中出现了较为明显的MnC12峰，如图2。说明MnC12加入熔体后发生了较为明显的除镁反应效果，而且反应产物较为容易从熔体中排除。渣相分析中Mg0的产生应为MnC12加入熔体后反应剧烈，造成熔体中的镁发生氧化所致。
CaC12熔剂的反应原理与MnC12的类似，但由于CaC12的密度较小，加入铝熔体后快速从熔体中上浮，它的熔点较高，加入铝熔体后未能快速发生反应，因此降低了除镁的效果。
活性炭的密度较小，而且与铝液润湿性差，活性炭难以进入熔体与镁发生相关化学反应，无法达到除镁的效果。
在AIF3加入铝熔体后迅速发生反应，并产生了大量气泡。其渣相分析中也发现了MgF2的成分，如图3，证明AIF3作为熔剂发生了有效的除镁作用。其中出现的Mg0成分是因为熔体中的镁元素氧化所致。但由于AIF3熔点较高，达1 040℃，在试验温度条件下不能与铝熔体充分反应；另一方面，AIF3的密度较小，搅拌过程中容易上浮到表面。因此，单一组分的AIF3熔剂除镁效率有限。
3.2加入复合熔剂的除镁效果
根据单一熔剂除镁试验的效果，设计了以MnC12为主要成分的复合熔剂，采用喷粉法加入，铝熔体温度在740℃～760℃，结果如图4。
比较三种复合熔剂的除镁率可知，MnC12+A1F3的效果最佳。一方面，MnC12和A1F3混合加入，使复合熔剂的密度与铝熔体的基本相当，因此熔剂加入铝熔体内不易上浮或下沉，使熔剂的反应更为彻底；该复合熔剂的两种主要成分都可以生成气体，有助于固体反应产物MnC12与MgF3被快速浮出熔体，在一定程度上促进了除镁反应的进行。因此MnC12+
AIF，复合熔剂除镁反应较为完全。
而MnC12+CaC12和MnC12+活性炭两组的复合熔剂除镁效果不佳，主要原因在于：①CaC12的密度相对较小，复合熔剂加入后CaC12迅速逸出熔体，未起到有效的除镁作用；②CaC12逸出熔体后迅速吸湿，形成了黏度较大的浮渣，这些渣对熔剂中的MnC12也有一定的吸附作用，弱化了MnC12的除镁效果；③活性炭的加入也未能起到促进CaC12除镁反应的作用，与CaC12相似，其快速逸出熔体时会吸附带出一部分MnC12，对MnC12除镁反应不利。
3.3保温时间对除镁效果的影响
试验条件为：在740℃ -760℃温度范围内加入除镁熔剂，待反应完毕、液面保持平稳后，分别静置15 min、30 min、60 min后取样分析镁含量。试验结果如图5、6所示。
无论是单一组分熔剂，还是复合熔剂均呈现了大致相同的趋势，即：随着静置时间的延长，镁含量不断下降，除镁率不断上升，但在30 min之后基本上趋于平缓：①熔剂刚加入到铝熔体中时的温度相对较低，熔剂被加热需要一定的时间，因此熔剂加入初期的时间内反应较为平和；②熔剂被加热一定温度后即发生较为激烈的反应，但由于有的熔剂密度较小，随时间增加也在逐渐上浮，因此在30 min后的除镁效率基本趋于平缓，除镁反应趋于停滞；③对于MnC12单一组分熔剂，因为MnC12粉末的密度与铝熔体的比较接近，它在铝合金熔体中下沉较慢，所以MnC12粉末的除镁反应可维持较长时间，其在30 min后仍具有较大的除镁效果；④由MnC12+A1F3组成的复合熔剂，其密度与铝熔体的大致相当，因此该熔剂的上浮速度慢，除镁反应更为彻底，除镁效果达到最佳。
3.4加入时熔体温度对除镁效果的影响
熔剂加入时熔体温度对除镁效率的影响规律如图7。温度较低时，熔体的黏性较大，流动性差，熔剂难以达到均匀分布，因此反应效果差；在过高温度下，熔剂加入后迅速发生飞溅现象，熔剂短时间内即浮出熔体，无法参与除镁过程；最佳的熔剂加入温度在740℃~760℃，此时反应较为平稳，而且反应较为完全。
3.5熔剂加入方法对除镁效果的影响
采用喷粉法加入粉末状熔剂，受到操作技巧的影响以及熔剂吸湿造成的堵塞等影响，使得除镁过程不稳定。因此试验了压块加入熔剂的方法，即将水玻璃、水与熔剂混合均匀，轻压成块，完全烘干后将熔剂块压入铝熔体中。由图8可知，喷粉法加入的除镁效果要远远超过压块法的。主要原因在于，喷粉法可以使熔剂粉末与铝熔体充分接触，反应较为完全；而压块熔剂加入铝熔体后，只有表面的熔剂参与反应，生成的铝渣黏附在熔剂块表面，导致内部的熔剂不再参与反应，大大降低了其利用率，因此除镁效果不佳。
4结 论
通过对熔剂组分、静置时间、加入温度以及加入方法等不同工艺条件下的铝熔体除镁试验与分析，得出如下结论：
1)复合熔剂的除镁效果优于单一组分熔剂的；在单一熔剂中以MnC12的效果最佳；使用复合熔剂时，MnC12+A1F3（质量比为2:1）的效果最佳，除镁率可达98. 3%。
2)最佳工艺条件为：采用MnC12+A1F3复合熔剂，加入量为质量分数1%，采用喷粉法加入，加入时铝熔体温度为740℃ - 760℃，静置时间超过30 min。
5摘要：废铝料中常常镁含量较高，在将废铝料熔炼成再生铝合金时，较高的镁含量有时不符合要求。试验研究了熔剂法去除废铝熔体中镁元素的工艺原理，并设计试验方案、开展了工艺试验。结果表明，用A1F3和MnC12(质量比1:2)组成的复合熔剂，加入量为1%~1.5%（质量分数），并静置30 min左右时间的条件下，可以达到较为理想的除镁效果。
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