鎂廢料的回收技術(shù)

□編譯/蘇鴻英

鎂廢料的回收技術(shù)

□編譯/蘇鴻英

The Recycling Technology of Magnesium Waste

目前鎂廢料的回收有兩種方法，即無熔劑回收和有熔劑回收。具體采用哪種回收工藝，要根據(jù)鎂廢料的質(zhì)量來決定。

有熔劑回收

從20世紀(jì)20年代起熔劑就用于原鎂和鎂的熔化、回收，制備好的熔劑鹽混合劑用于熔化和精煉，其中熔鹽混合劑為MgCl2、KCl和NaCl，而精煉劑還包括CaF2、MgF2和MgO。和鎂水相比，熔化熔劑具有的密度差異為0.5～0.8g/cm3，有較高的黏度。對于上述兩種類型的熔劑來講除了薄薄一層熔融狀態(tài)的鹽外，其余全部都會(huì)沉降到坩堝底部。由于熔融狀態(tài)的鹽的張力會(huì)留在表面作為保護(hù)層，不需要覆蓋氣體來避免熔體氧化，因此熔劑的熔點(diǎn)低于鎂及其合金的熔點(diǎn)。

在回收工藝中，精煉熔劑通過從鎂熔體里積累氧化物，加上MgO在熔劑中有稠化作用，所以熔劑鹽數(shù)量會(huì)根據(jù)鎂熔體中氧化物含量來確定。一級鎂廢料回收所需的熔劑很少甚至不需要，具有較高氧化物含量的鎂熔體需要較多的熔劑，液態(tài)精煉熔劑黏在氧化層上而不是鎂熔體上。熔劑混合物中不同的成分會(huì)起到各自不同的作用，CaCl2和 MgCl2用于打碎并剝離氧化層，氟化物則通過降低鎂熔體和熔劑熔體之間的接觸角來促進(jìn)鎂熔體液滴的聚集。

在回收工藝開始時(shí)熔劑通常為液態(tài)，液態(tài)熔劑和鎂水必須混合，這樣才可能通過攪拌器或吹入惰性氣體與氧化物接觸。吹入惰性氣體可以和熔體除氣同時(shí)進(jìn)行，也可以采用一體化吹入氣體系統(tǒng)的攪拌器。鎂水和液態(tài)熔劑混合后，大部分氧化物會(huì)轉(zhuǎn)移到熔劑里，因?yàn)槊芏炔煌蹌┖玩V水層會(huì)分開，熔劑和高含量的金屬間化合物顆粒中的一些鎂合金液滴會(huì)沉降到坩堝的底部。熔劑、氧化物、鎂和金屬間顆粒在每個(gè)熔次后都必須去除。

Waltrip引用了1959年Dow公司雇員培訓(xùn)手冊中的精煉工藝：鎂必須加熱到1 300OF±15OF（704℃±10℃）才能用于凈化和精煉，溫度太低鎂中會(huì)有熔劑和其他雜質(zhì)，溫度太高將造成鎂的過度燒損，時(shí)間太長會(huì)降低坩堝使用壽命。加熱到1 300OF（704℃）之后，必須在每個(gè)熔次表面添加2%～3%wt的熔劑進(jìn)行精煉，再采用鎂水包、撇渣器或機(jī)械攪拌裝置攪拌15分鐘，使熔劑和鎂水完全混合。如果裝入的鎂廢料已經(jīng)嚴(yán)重污染，則需要較多的熔劑和較長的攪拌時(shí)間。攪拌之后，讓鎂熔體沉淀10～15分鐘，這段時(shí)間里雜質(zhì)會(huì)進(jìn)入熔劑形成渣沉降到坩堝底部，而油覆蓋鎂廢料的碳質(zhì)材料會(huì)在鎂熔體表面形成殘?jiān)蚋≡仨殞⑵淦驳簦诺皆P里，再把新的熔劑粉敷到鎂熔劑表面。

如果熔劑留在鎂水里或者沒有沉降在鎂水之外，將會(huì)造成鑄件的嚴(yán)重腐蝕，所以采用適宜的精煉溫度并在攪拌后沉淀10～15分鐘是絕對必要的。沉淀時(shí)熔體溫度允許下降到1 125OF（677℃），特別是鎂水運(yùn)輸造成熱損失之后，更接近鑄造坩堝的溫度，這時(shí)鎂水可以用于運(yùn)輸和鑄造。

用熔劑回收鎂可以利用不同的爐子。Galovsky報(bào)道，單一的爐子適合小公司自身鎂廢料的回收，對于更先進(jìn)的回收方案，應(yīng)該采用額外的鑄造爐或一臺多室爐。熔化和凈化主要在第一臺爐子或第一室里進(jìn)行，第二臺爐子用于鑄造。第二臺爐子對熔體質(zhì)量非常重要，鎂合金熔體的溫度變化通常會(huì)造成因可溶性變化引起的金屬間顆粒的析出。另外，在這一過程中也會(huì)失去錳，難以控制鐵的污染。wallevik等人建造了一臺多室爐用于熔化鎂錠和鎂廢料。爐子的室與室之間用擋板分開，但鎂熔體可以從一室不斷的流向另一室。關(guān)于多室爐的一個(gè)重要問題是熔化系統(tǒng)，過熱熔劑流的固態(tài)鎂金屬在熔體水平之上是熔融狀態(tài)，在熔化過程中氧化物已經(jīng)被捕捉到熔劑里，不必再額外攪動(dòng)鎂水和溶劑鹽。熔化之后，鎂水通過后面的幾個(gè)室進(jìn)行額外的凈化工序，如氣體吹入或過濾等，然后直接從回收爐里鑄造鎂錠。交流電的電阻加熱與感應(yīng)加熱相比具有更高的效率。

采用熔劑回收鎂廢料的工藝缺點(diǎn)是腐蝕性氣體（Cl2和HCl）的潛在釋放和回收鎂材料中夾帶的熔劑。用過的熔劑鹽應(yīng)該回填土地，鎂和水反應(yīng)生成的氫氣也是重要的問題之一。采用有熔劑的鎂廢料回收工藝通常不能用于含Ca、Sr和稀土元素的鎂合金，這些元素比鎂具有更高的親和力，MgCl2在回收過程里會(huì)分解，Sr和Ca分解得較少，稀土元素則從熔體中被去除。可能采用鈣基或鍶基熔劑鹽，但這些熔劑鹽價(jià)格昂貴且具有不合適的物理性能。

無熔劑回收

如前所述，無熔劑回收工藝用于氧化物含量低的鎂廢料，如一級鎂廢料，因此它永遠(yuǎn)無法替代有熔劑回收工藝。鎂和鎂合金的無熔劑回收工藝廣泛用于壓鑄廠自身產(chǎn)生的鎂廢料回收。Meridian Magnesiam公司和Norsk Hydro公司合作完成了對一家公司無熔劑回收工藝的調(diào)研。他們對熔體氧化物和氯化物含量進(jìn)行了試驗(yàn)，分別對鑄造的試驗(yàn)部件和商業(yè)部件的機(jī)械性能和抗腐蝕性能進(jìn)行評估，對化學(xué)成分定期加以監(jiān)控，結(jié)果表明回收鎂材料具有和原鎂一樣的質(zhì)量。

在無熔劑回收工藝?yán)铮V廢料應(yīng)至少預(yù)熱到350℃，來蒸發(fā)游離水并確保Mg（OH）2的分解，熔體保護(hù)采用覆蓋混合氣體。無熔劑精煉工藝步驟包括沉降和漂浮、熔體過濾和氣體清洗。

與有熔劑的回收工藝相比，無熔劑回收工藝比更偏愛采用兩臺爐子，一臺爐子用于熔化和凈化，另一臺爐子用于鑄造。鎂灰的形成主要發(fā)生在熔爐，定期從熔體表面和熔化坩堝底部去除氧化物和金屬間顆粒，才不會(huì)把鎂灰轉(zhuǎn)移到靜置爐，而熔體應(yīng)在鎂熔體表面和坩堝底部之間的中間高度取得。Norsk Hydro公司和Husqvarna壓鑄廠對無熔劑鎂廢料回收工藝作了詳細(xì)報(bào)告。如果使用最佳的回收工藝，即使采用100%的鎂廢料回收的鎂金屬，也能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的鑄件。

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