一种基于高温压缩的废渣中铝回收的表征方法

抽象

当铝或其合金熔化时，会产生相当数量的渣滓。在铝产品的生产中，合金类型和方法对副产品渣滓的数量起着重要的作用。铝工业的当前需求以及经济和环境因素要求用简单有效的方法回收在除渣过程中损失的纯材料，这种方法可用于铸造。铝回收的大多数情况下采用的方法是渣滓在高温下压缩。这项研究试图建立一个数学模型来表征回收过程的效率，该过程可用于任何浮渣收集方法甚至压缩装置，从而促进回收方法的直接比较。

1.简介

液态铝表面形成的连续膜，通常称为浮渣，是气体、氮化物、碳化物和其他物质的混合物，因此部分地分为氧化物[1,2]。由于高温度下都存在，上述化合物的发展是有利的。其结果是，约1.5-2.5％的百分比[3.在浇注前，熔融材料的总量中有一部分被表征为渣滓，并从液体中除去。然而，在去除渣滓的过程中，一定数量的纯金属被困在其质量之内，因此被浪费。根据从铸造厂收集和清除渣油的方式，渣油可能含有30-90%完全可回收或可回收的铝[4,5]，而余下的氧化铝可作一系列其他用途[6,7]。

在铸造厂去除浮渣的方法主要是经验的，几乎不能重现，并进行人工或自动化机械方法。执行浮渣收集方法的标准因经济和技术因素以及可用的手段而异。考虑到收集到的材料要经过多种方法的进一步加工，比较不同铸造厂采用的方法并不是一件容易的事情。

最近，对回收诸如铝这样的新材料的需求不断增长，这不仅是因为消耗的铝矿石储量，也因为人们越来越努力地将工业副产品和废物对环境的影响降到最低。

本研究试图介绍一种简单系统的方法来比较基于高温压缩的废渣中的铝回收方法，而不考虑回收方法或采用的设备参数。一个数学模型被开发出来，促进了在生产力方面的恢复过程的表征。

2.实验步骤

在渣滓收集期间，根据去除速度、收集深度等参数的不同，每一批材料可能会有所不同。大多数铸造厂采用自动化[8]或通过安装在克拉克上的机械包手工收集，或由人员直接处理收集装置[9]。在这些情况下，材料去除过程就其组成而言是不可重现的，因为上述参数不能保持不变，因为该过程的表面剪切被描述为相当复杂的现象[10]。

虽然将在以后介绍的模型可以描述涨落过程，一个实验室规模的设置，在图中简要介绍1，后来发展到同时评估采集深度和速度上回收的材料的影响。

在本研究中考虑了两种类型的浮渣收集，手动和自动(通过如图所示的装置)1)。在每一个过程中，自动程序的收集速度保持恒定，同时考虑了两个不同的包速度，0.1和0.15 m/s。在手动操作钢包时，注意将收集速度保持在这个范围内。选择这个速度范围是为了保持氧化膜的完整性，因为较高的收集速度会导致撕裂这种膜。将浮渣收集在一个容器中，容器接收180 gr的材料，每次实验在收集到这个量后终止。这有助于在不同的去除速度和钢包深度的所有情况下进行直接比较。

为了确保在每个去除处理后的熔融铝的顶部上的氧化物膜的适当形成，连续实验在20分钟的时间间隔进行的。

取下的每一批渣滓在处理前都要经过粉碎和筛选。直径小于1毫米的颗粒被去除，而直径为1毫米到2厘米的颗粒被使用，最终形成地面渣土。

地面渣滓然后被放置在加热的圆柱形容器，如图所示2。引入的容器设计表示优化的几何形状从与各种活塞底部（圆锥状，多个穿孔，并且不同的几何形状的孔，等等）个连续实验导出。

The final geometry consists of a 380 mm high cylinder with a 55 mm diameter and a 1 mm peripheral exit gap elevated by 3 mm from the cylinder bottom. The extrusion hole was 43 mm in diameter and 5 mm high.

上述圆筒加热至800℃，所述的实验步骤之前，将含有铝用活塞压缩，同时将温度保持恒定。The aluminum released from the dross flows through the small 1 mm peripheral gap in the bottom part of the device and is collected in a container placed below the apparatus. This recovery procedure was chosen since compression of dross is a common practice during Al retrieval [11- - - - - -13]。

在实验过程中，最大压力是基于预先定义的在挤出容器内考虑的半固体材料的摩擦计算[14]。的压力用的实验装置的液压件施加，从而迫使活塞移动。当存在是为最大施加压力在活塞运动没有改变实验停止。在整个过程中，该装置的控制单元中登记的活塞位移与所得到的力。

3.回收过程的数学模型

有自1980年以来已开发出了许多为糟粕的处理方法[15]。然而，渣滓的收集是基于同样的原则，无论是通过轻浮溢流或撇油。浮渣由氧化物、盐类、孔隙和纯金属组成，因此其体积大可以用 在哪里是氧化物的体积包含的，通过盐占据的体积，通常由空气或铸造气体组成的材料中所包含的气孔的体积捕获金属的体积。

的力学特性呈现在恢复处理中的最高冲击是所述金属将从氧化物-盐排出压力。浮渣含有孔隙，陶瓷（氧化物），和Al酷似的金属基质复合材料的形态。

当它被压缩时，铝被移除，它的弹性值不断改变。浮渣内的孔隙减少，最终形成形成最终弹性的氧化物和盐的混合物。值得一提的是，复合材料的弹性模量与金属孔隙和聚团氧化盐的组成有关。

应用（ROM）混合的规则（1)提供该复合材料的弹性模量()由 在哪里,氧化物、盐和铝的体积百分比分别是多少,氧化物、盐和铝的弹性模量。(2因为它不改变材料的弹性模量。

收集物的流动性是一个强烈影响回收过程的参数。增加了流动性，简化了程序，提高了效率。合金成分在决定流动性方面起着特殊的作用，温度也是如此。金属对成分的流动性依赖性可以用图来描述3.(16]。在此基础上，在回收过程中，将收集的浮渣在金属熔点上加热，以进一步增加材料的流动性。

在回收铝的压缩过程中，活塞反作用力与活塞位移的关系如图所示4。曲线1、3分别为从40个实验中选取的特征手工渣集。它们表现出实验过程中所表现出的典型行为。另一方面，曲线2和4与自动采集有关，为所选工艺参数(采集速度、深度等)的4次实验的平均值。

由于地下液体以各种方式与收集的氧化膜相互作用的水动力效应，两种收集方法都没有再现性，因此实验重复进行。

图中所示曲线4显示复合材料弹性模量的趋势[17,18]。

每个样品的清洗深度见表1。

数字5显示了回收材料的百分比与收集深度的关系。在具体实验中，将点A作为理想清洗过程，点B为草率清洗过程，则AB为收集的完美度与草率度之间的距离。

图中所示方程的二阶导数5给出曲线的最小值，该曲线定义了用上述程序可收集的最小氧化物厚度为0.36毫米。在自动化过程中，将钢包浸入该深度，铝回收率为32.1%，与图中曲线所示的理论最佳回收率34.86%相吻合5。

回收率百分比与收集速度的关系如图所示6。可以看出，无论选择的收集深度如何，收集速度的影响都是恒定的。

4.结果与讨论

收集速度的增加显著将导致撕裂形成的液体的Al的表面上，同时迫使纯Al漂移沿，因此，连续膜，收集更纯材料而非渣滓降低效率和提高回收的Al的比例。增加采集深度遵循同样的原则;更深的浇包进入熔融铝中，更纯Al收集因而使处理生产率较低。

5.结论

所提出的铝回收方法证明，回收材料的百分比不能反映工艺质量，因为它可能是由于纯铝的过度收集造成的。为了比较各种回收工艺，必须考虑该工艺的生产率。

参考文献

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