一種alsn合金的分離回收方法

技術(shù)領(lǐng)域

1.本發(fā)明涉及錫合金回收技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種alsn合金的分離回收方法。

背景技術(shù)：

2.隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速增長，各類自然資源面臨著巨大消耗和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的雙重約束。錫是一種稀缺和價(jià)值高的金屬，在高新技術(shù)中的用量日益增加，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，產(chǎn)生的廢棄錫的數(shù)量和種類越來越多，這就要求我們對資源樹立新的認(rèn)識和觀念，采用新技術(shù)和新方法進(jìn)行資源的有效開發(fā)與循環(huán)利用。

3.目前，錫合金中錫的回收方法主要有火法冶金、濕法冶金和電解法?；鸱ㄒ苯鹬械碾姞t熔煉法適用于報(bào)廢錫粉末的回收，加熱熔析法適用于熱鍍錫廢料的回收，結(jié)晶分離法適用回收鉛錫合金廢料中的錫，真空蒸餾法適用回收含錫量高于5％的鉛錫合金廢料。濕法冶金和電解法是典型的回收馬口鐵廢料中錫的方法。以上三種方法綜合利用起來就是回收焊錫渣中錫的綜合回收法。

4.錫具有在表面滯留潤滑油膜的性質(zhì)和良好的耐腐蝕性能，鋁錫合金是目前應(yīng)用最為廣泛的軸瓦材料之一，主要用于制造中高速、中負(fù)荷內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上的軸瓦。鋁錫合金有低錫鋁合金和高錫鋁合金兩種。低錫鋁錫合金含sn為5％

?

7％，高錫鋁合金的含sn為20％

?

40％。這類合金中錫回收的工藝不能只限于傳統(tǒng)的火法、濕法以及電解法來對錫進(jìn)行回收，要對回收的工藝有所突破。

5.鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

6.本發(fā)明的目的在于提供alsn合金的分離回收方法。

7.本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

8.第一方面，本發(fā)明提供一種alsn合金的分離回收方法，其包括：向待回收的alsn合金中添加金屬bi，升溫至高于液相線溫度30

?

40℃的溫度后，獲得混合合金熔液，將所述混合合金熔液置于液相線以下50

?

60℃的溫度下，靜置分層，分別獲得上層的al液和下層的bisn合金液。

9.在可選的實(shí)施方式中，將獲得的所述al液和所述bisn液冷卻至室溫，獲得純al以及bisn合金。

10.在可選的實(shí)施方式中，在加入所述金屬bi之前，還包括對按照錫和鉍形成共晶合金時(shí)的合金成分計(jì)算所述金屬bi的加入量。

11.在可選的實(shí)施方式中，所述合金成分組成為albi40sn34 wt％。

12.在可選的實(shí)施方式中，所述金屬bi的加入量為所述alsn合金中錫的重量的1

?

1.5倍。

13.在可選的實(shí)施方式中，所述金屬bi的加入量為所述alsn合金中錫的重量的1.1

?

1.3倍。

14.在可選的實(shí)施方式中，所述混熔溫度為800

?

850℃。

15.在可選的實(shí)施方式中，靜置分層的時(shí)間為1

?

1.5h。

16.在可選的實(shí)施方式中，所述混合合金熔液于分離坩堝中進(jìn)行分離，所述分離坩堝中上部設(shè)置有al液排出管，所述分離坩堝底部設(shè)置有bisn液排出管。

17.在可選的實(shí)施方式中，所述分離坩堝的高徑比為2

?

3。

18.本發(fā)明具有以下有益效果：本技術(shù)提供的alsn合金的分離回收方法利用難混熔合金的凝固特點(diǎn)來分離提純，向待回收的alsn合金中添加金屬bi，使得相互熔和的alsn合金通過添加金屬bi形成兩液相難混熔合金，然后再利用其凝固特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)分離回收，從而將報(bào)廢alsn合金中的sn以bisn合金的方式分離出來，回收99％以上，bisn合金的價(jià)格以及應(yīng)用價(jià)值遠(yuǎn)高于報(bào)廢alsn合金，本技術(shù)通過將alsn合金中的sn轉(zhuǎn)化為bisn合金，顯著提高了sn的價(jià)值，同時(shí)還可以將alsn合金中的al以單質(zhì)純al的方式分離出來，大大提高了合金的價(jià)值。

附圖說明

19.為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

20.圖1為本技術(shù)提供的alsn合金的分離回收方法的原理中涉及的難混熔合金相圖；

21.圖2為本技術(shù)提供的alsn合金的分離回收方法的原理中涉及的al

?

sn相圖；

22.圖3為本技術(shù)提供的alsn合金的分離回收方法的原理中涉及的al

?

bisn相圖；

23.圖4為本技術(shù)提供的alsn合金的分離回收方法的實(shí)驗(yàn)過程圖。

24.圖標(biāo)：1

?

熔化爐；2

?

混合合金熔液；3

?

al液；4

?

分離坩堝；5

?

al液排出管；6

?

bisn液排出管；7

?

bisn液。

具體實(shí)施方式

25.為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

26.本發(fā)明提供了一種alsn合金的分離回收方法，其包括如下步驟：

27.s1、合金設(shè)計(jì)

28.按照錫和鉍形成共晶合金時(shí)的合金成分計(jì)算金屬bi的加入量。

29.根據(jù)al

?

bisn合金相圖，當(dāng)合金中bi:sn＝13.5:20(摩爾比)，凝固時(shí)錫和鉍形成共晶合金，此時(shí)熔點(diǎn)最低141.39℃(共晶點(diǎn))，成分越接近該比值bisn凝固點(diǎn)越接近最低點(diǎn)。換算成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，最低點(diǎn)的合金成分為albi40sn34 wt％，也即是，合金成分組成包括質(zhì)量百分比為16：40：34的al元素、bi元素和sn元素。

30.按上述成分，添加bi將待回收alsn配制成bisn共晶點(diǎn)附近成分的albisn合金。擬回收alsnx wt％合金中需添加bi的質(zhì)量為：

31.w

bi

＝40/34*q*x％；

32.式中，q為鋁錫合金的重量，x為合金中錫的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

33.通過上述計(jì)算，合金成分為albi40sn34 wt％，金屬bi的加入量為alsn合金中錫的重量的1.2倍。應(yīng)理解，當(dāng)本技術(shù)中控制金屬bi的加入量為alsn合金中錫的重量的1

?

1.5倍。優(yōu)選地，金屬bi的加入量為alsn合金中錫的重量的1.1

?

1.3倍時(shí)，也可以獲得較佳的效果。

34.s2、獲得混合合金熔液2

35.向待回收的alsn合金中添加金屬bi，升溫至液相線溫度以上30

?

40℃，獲得混合合金熔液2。

36.稱量所要回收的鋁錫合金的重量，計(jì)算合金中錫的重量，按照步驟s1獲得的錫重量進(jìn)行稱取。把鋁錫合金和金屬鉍放入熔化爐1內(nèi)，溫度升至液相線溫度以上30℃，本技術(shù)中，液相線溫度為800

?

850℃。

37.s3、分離回收

38.將混合合金熔液2置于包晶反應(yīng)鋁析出溫度tm以上50

?

60℃，靜置分層1

?

1.5h，分別獲得上層的al液3和下層的bisn液7，導(dǎo)出后將獲得的al液3和bisn液7冷卻至室溫，獲得純al以及bisn合金。本技術(shù)中合金的tm為600

?

650℃。

39.本技術(shù)中，混合合金熔液2于分離坩堝4中進(jìn)行分離，分離坩堝4中上部設(shè)置有al液排出管5，分離坩堝4底部設(shè)置有bisn液排出管6，分離坩堝4的高徑比為2

?

3。本技術(shù)采用細(xì)長的分離坩堝4，能夠使al液3和bisn液7累積高度更高，便于分離。

40.本技術(shù)提供的alsn合金的分離回收方法是利用難混熔合金的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)分離并回收錫，將報(bào)廢alsn合金中的sn以bisn合金的方式分離出來，回收99％以上，大大提高了合金的價(jià)值。

41.本技術(shù)提供的alsn合金的分離回收方法的原理依據(jù)如下：

42.難混熔合金是一種在高溫區(qū)完全混合、溫度降至某區(qū)間會(huì)由單一的液相轉(zhuǎn)變?yōu)榛ゲ幌嗳艿膬梢合嗟暮辖?。這類合金顯著的特點(diǎn)是在相圖中存在一個(gè)穩(wěn)定或亞穩(wěn)的兩液相不混熔區(qū)，在不混熔區(qū)中兩液相互不相溶、平衡共存。

43.圖1為典型的難混熔合金相圖。從相圖中可以看出，在組元互溶溫度線mcb曲線以上，兩液相完全混合。隨著溫度降低至mcb曲線以下，液相分離產(chǎn)生(l

→

l1+l2)，熔體由單一液相分解成兩互不相溶的液相。

44.難混熔合金的液相分離過程主要包括第二相的形核、擴(kuò)散長大、ostwald熟化、marangoni遷移以及stokes運(yùn)動(dòng)。液相分離之后的兩種難混熔液相會(huì)存在一定的密度差異，重力在液

?

液相分離過程起著很重要的作用。密度較大的液相在重力的作用下向下遷移，第二相上浮，極易產(chǎn)生上下分層的現(xiàn)象。其次，兩液相間的界面效應(yīng)在其分離過程中也起著重要的作用。當(dāng)熔體內(nèi)部產(chǎn)生溫度梯度或濃度梯度時(shí)，少數(shù)相液滴會(huì)在界面張力的作用下向界面張力小的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，即向高溫區(qū)或高濃度區(qū)運(yùn)動(dòng)。最后，stokes效應(yīng)、marangoni遷移和凝固過程中的對流均會(huì)促使第二相液滴發(fā)生遷移，第二相液滴的遷移過程中發(fā)生碰撞、凝并進(jìn)而發(fā)生液滴長大。這種情況的長大速度要遠(yuǎn)大于純擴(kuò)散情況下的液滴長大速度。

45.本技術(shù)發(fā)明人根據(jù)上述理論，將兩液相互相溶合的合金，通過添加另外一種金屬使之形成兩液相難混熔合金，利用其凝固特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)分離回收。

46.經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)鋁錫合金相圖(圖2)，絕大部分鋁錫合金不屬于難混熔合

金，無法利用以上所述難混熔合金的凝固特點(diǎn)來分離提純。研究alsn與其他元素的相圖發(fā)現(xiàn)，alsnbi是一種難混熔合金(圖4)。alsn合金中添加bi，在800℃以上，alsnbi合金的熔液al液相和bisn液7相互相溶合。在800℃

?

600℃近200℃的區(qū)間范圍內(nèi)，發(fā)生液

?

液相分離，大量的單相均一液體分解成兩個(gè)難混熔的液相，即l

→

l1(富al)+l2(富bi

?

sn)。隨后，al液3滴和bisn液7滴通過擴(kuò)散、布朗運(yùn)動(dòng)、marangoni運(yùn)動(dòng)和stokes沉積等方式進(jìn)行生長長大。純al、bi、sn三種物質(zhì)的密度分為2.70g/cm3、9.78g/cm3和7.28g/cm3，bi和sn的密度要遠(yuǎn)大于al的密度，當(dāng)液滴長大到一定程度的時(shí)候在重力的作用下，較重的富bisn液7滴下沉，而較輕的富al的液滴上浮，而且較大的液滴在運(yùn)動(dòng)的過程中會(huì)吞并途中碰撞到的小液滴。最終bi

?

sn相下沉至底部，使得合金熔液在宏觀上呈現(xiàn)出上下分層。

47.本技術(shù)中通過al

?

bisn合金相圖和待處理的alsn，設(shè)計(jì)合金成分，并利用上述原理向alsn合金中添加金屬bi，按照本技術(shù)提供的方法進(jìn)行分離回收。

48.采用本技術(shù)提供的alsn合金的分離回收方法，可將報(bào)廢alsn合金中的sn回收99％以上，大大提高了合金的價(jià)值。

49.以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的特征和性能作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

50.實(shí)施例1

51.本實(shí)施例提供了一種alsn合金(alsn20 wt％)的分離回收方法，其包括如下步驟：

52.1)根據(jù)al

?

bisn合金相圖(圖3)，當(dāng)bi:sn＝13.5:20(摩爾比)，凝固時(shí)錫和鉍形成共晶合金，此時(shí)熔點(diǎn)最低141.39℃，換算成質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，合金成分為albi40sn34。按上述成分，將alsn待回收合金配制成albi40sn34合金。

53.500kg alsn20 wt％合金中含錫：500*0.20＝100kg，需添加bi的重量為：w

bi

＝40/34*500*20％＝117.6kg。稱量118kg金屬bi，與500kg alsn合金一同放入熔化爐1內(nèi)。熔化后，熔液溫度升至850℃。

54.2)將步驟1)的混合合金熔液2倒入分離坩堝4內(nèi)，分離坩堝4呈細(xì)長形(高徑比＝2.618)，溫度保持在700℃，靜置1小時(shí)。

55.3)打開al液排出管5，將上層的al液3放出。然后再打開底部的bisn液排出管6，將bisn液7放出。

56.4)冷卻室溫后，獲得純al重量402kg，獲得bisn合金重量216kg，bisn含量99％以上。

57.實(shí)施例2

58.本實(shí)施例提供了一種alsn合金(alsn20 wt％)的分離回收方法，其包括如下步驟：

59.1)配制成albi37sn34合金。

60.500kg alsn20 wt％合金中含錫：500*0.20＝100kg，需添加bi的重量為：w

bi

＝37/34*500*20％＝108.8kg。稱量110kg bi，與500kg alsn合金一同放入熔化爐1內(nèi)。熔化后，熔液溫度升至830℃。

61.2)將步驟1)的混合合金熔液2倒入分離坩堝4內(nèi)，分離坩堝4呈細(xì)長形(高徑比＝2.618)，溫度保持在700℃，靜置1小時(shí)。

62.3)打開al液排出管5，將上層的al液3放出。然后再打開底部的bisn液排出管6，將bisn液7放出。

63.4)冷卻室溫后，獲得純al重量401kg，獲得bisn合金重量209kg，bisn含量99％以

上。

64.實(shí)施例3

65.本實(shí)施例提供了一種alsn合金(alsn30 wt％)的分離回收方法，其包括如下步驟：

66.1)配制成albi40sn34合金。

67.500kg alsn30 wt％合金中含錫：500*0.30＝150kg，需添加bi的重量為：w

bi

＝40/34*500*30％＝176.5kg。稱量177kg金屬bi，與500kg alsn合金一同放入熔化爐1內(nèi)。熔化后，熔液溫度升至880℃。

68.2)將步驟1)的混合合金熔液2倒入分離坩堝4內(nèi)，分離坩堝4呈細(xì)長形(高徑比＝2.618)，溫度保持在710℃，靜置1.5小時(shí)。

69.3)打開al液排出管5，將上層的al液3放出。然后再打開底部的bisn液排出管6，將bisn液7放出。

70.4)冷卻室溫后，獲得純al重量353kg，獲得bisn合金重量324kg，bisn含量99％以上。

71.實(shí)施例4

72.實(shí)施例4與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別在于：分離坩堝4的高徑比不同。本實(shí)施例中分離坩堝4為1.5。

73.綜上所述，本技術(shù)提供的alsn合金的分離回收方法利用難混熔合金的凝固特點(diǎn)來分離提純，向待回收的alsn合金中添加金屬bi，使得相互熔和的alsn合金通過添加金屬bi形成兩液相難混熔合金，然后再利用其凝固特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)分離回收，從而將報(bào)廢alsn合金中的sn以bisn合金的方式分離出來，回收99％以上，bisn合金的價(jià)格以及應(yīng)用價(jià)值遠(yuǎn)高于報(bào)廢alsn合金，本技術(shù)通過將alsn合金中的sn轉(zhuǎn)化為bisn合金，顯著提高了sn的價(jià)值，同時(shí)還可以將alsn合金中的al以單質(zhì)純al的方式分離出來，大大提高了合金的價(jià)值。

74.以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種alsn合金的分離回收方法，其特征在于，其包括：向待回收的alsn合金中添加金屬bi，升溫至高于混熔溫度30

?

40℃的溫度后，獲得混合合金熔液，將所述混合合金熔液置于高于鋁凝固溫度50

?

60℃的溫度下，靜置分層，分別獲得上層的al液和下層的bisn液。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的alsn合金的分離回收方法，其特征在于，將獲得的所述al液和所述bisn液冷卻至室溫，獲得純al以及bisn合金。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的alsn合金的分離回收方法，其特征在于，在加入所述金屬bi之前，還包括對按照錫和鉍形成共晶合金時(shí)的合金成分組成計(jì)算所述金屬bi的加入量。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的alsn合金的分離回收方法，其特征在于，所述合金成分組成為albi40sn34 wt％。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的alsn合金的分離回收方法，其特征在于，所述金屬bi的加入量為所述alsn合金中錫的重量的1

?

1.5倍。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的alsn合金的分離回收方法，其特征在于，所述金屬bi的加入量為所述alsn合金中錫的重量的1.1

?

1.3倍。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的alsn合金的分離回收方法，其特征在于，所述混熔溫度為800

?

850℃。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的alsn合金的分離回收方法，其特征在于，靜置分層的時(shí)間為1

?

1.5h。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的alsn合金的分離回收方法，其特征在于，所述混合合金熔液于分離坩堝中進(jìn)行分離，所述分離坩堝中上部設(shè)置有al液排出管，所述分離坩堝底部設(shè)置有bisn液排出管。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的alsn合金的分離回收方法，其特征在于，所述分離坩堝的高徑比為2

?

3。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種AlSn合金的分離回收方法，涉及錫合金回收技術(shù)領(lǐng)域。該回收方法包括：向待回收的AlSn合金中添加金屬Bi，升溫至高于混熔溫度30

技術(shù)研發(fā)人員：張佼 萬祥輝 王永利

受保護(hù)的技術(shù)使用者：臨沂利信鋁業(yè)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.08.06

技術(shù)公布日：2021/11/14