本發(fā)明屬于有色金屬火法冶煉技術(shù)領域，具體地說，涉及一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的設備及方法。

背景技術(shù)：

在日常生活中，各式發(fā)動機軸系材料通常選用鋁錫合金以滿足其性能要求，鋁錫合金是以鋁為基體元素和以錫為合金元素的鑄造合金，主要用途是鑄造軸系材料。隨著報廢發(fā)動機數(shù)量的連年增多和錫精礦產(chǎn)量的連年下滑，錫鋁合金材料的回收處理既符合綠色循環(huán)發(fā)展理念又具有巨大經(jīng)濟效益。

目前我國對于報廢發(fā)動機回收處理屬于初級階段，對軸系零部件的處理僅少部分利用鑄造法或表面工程技術(shù)得以再制造回復，但這兩種技術(shù)均有操作人員水平要求高，需后續(xù)機械加工，材料損耗大且產(chǎn)生揮發(fā)金屬氣體對人體有害等缺點，大部分鋁錫合金采用重熔后制造降級合金，造成其中錫資源的浪費，所創(chuàng)收的效益較低。

在公布號為cn109112536a的專利中公開了一種激光熔覆技術(shù)，以不同填料技術(shù)在被涂覆基體表面放置選擇的涂層材料，經(jīng)激光輻照使之與基體表面薄層一起熔化，凝固后與基體一同形成表面涂層。該技術(shù)不屬于冶金領域，技術(shù)要求高，修復成本高等問題，且修復后需進行機械再工。

電熱連續(xù)結(jié)晶法是一種物理冶金方法，利用高溫區(qū)到低溫區(qū)的連續(xù)溫度遞降與連續(xù)螺旋器的輸送實現(xiàn)合金中主體元素的富集，工藝簡單操作方便，現(xiàn)已成為錫冶金過程中粗錫精煉的必備流程。

在公布號為cn203447811u的實用新型中公開了一種高效電熱連續(xù)結(jié)晶機，改良了現(xiàn)在錫冶煉廠的電熱連續(xù)結(jié)晶機設備，但該結(jié)晶機溫度范圍不夠，機體設計使槽中金屬裸露在空氣中，鋁容易氧化，因此此設備無法處理鋁錫合金。

有鑒于此特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的設備及方法，利用真空條件下連續(xù)結(jié)晶實現(xiàn)了鋁錫中鋁和錫的有效分離提純，最終得到粗鋁和粗錫，過程工藝簡單，操作方便，原料普適性高，成本低廉，設備簡單，過程安全可控，能夠處理質(zhì)量變化范圍較廣的鋁錫合金。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是：

一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的設備，包括外殼、真空泵、u型結(jié)晶槽、熔料鍋、熔體鍋、晶體鍋，所述真空泵與外殼的內(nèi)腔連通，外殼為真空密閉結(jié)構(gòu)，u型結(jié)晶槽、熔料鍋、熔體鍋、晶體鍋均設置在外殼的內(nèi)腔中，所述u型結(jié)晶槽呈傾斜設置，高端為槽頭、低端為槽尾，晶體鍋與槽頭連接，熔體鍋與槽尾連接，所述u型結(jié)晶槽的底部設有若干發(fā)熱體，槽頭的溫度比槽尾高，u型結(jié)晶槽內(nèi)設有螺旋器，螺旋器由電動機驅(qū)動，所述熔料鍋的出料口通過溜槽連接在u型結(jié)晶槽上，所述電動機、發(fā)熱體、熔料鍋、真空泵均與電源電連接。

進一步地，所述外殼為兩層結(jié)構(gòu)，分別為內(nèi)層、外層，內(nèi)層與外層之間填充循環(huán)冷卻水，由冷卻水機驅(qū)動冷卻水循環(huán)，冷卻水機與電源電連接。

進一步地，所述u型結(jié)晶槽的外周壁包裹有保溫層，溜槽外周包覆有保溫層。保溫層由現(xiàn)有的保溫材料制作即可。

進一步地，所述發(fā)熱體的分布根據(jù)不同溫度需求設置成若干密度區(qū)域，發(fā)熱體外周包覆有保溫層。

進一步地，所述u型結(jié)晶槽的傾斜角度為2°-7°。

進一步地，所述外殼上設有倉門，倉門與外殼真空密封連接。

一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的方法，包括以下步驟：

步驟1，打開倉門，放一定質(zhì)量的鋁錫合金在熔料鍋中，關閉倉門后打開的真空泵組件，系統(tǒng)真空度保持1000pa以內(nèi)，外殼的內(nèi)部形成真空環(huán)境；熔料鍋將鋁錫合金升溫至600℃-700℃充分熔化；如含錫質(zhì)量分數(shù)為30％的鋁錫合金需加熱至620℃。

步驟2，鋁錫合金融化后，由于重力作用會經(jīng)溜槽流入到u型結(jié)晶槽中，過程中開啟螺旋器，流入u型結(jié)晶槽的金屬熔體由于重力作用流向低溫區(qū)結(jié)晶，晶體經(jīng)螺旋輸送向高溫區(qū)重新熔化，過程連續(xù)往復；

步驟3，在槽頭的高溫區(qū)不斷得到粗鋁進入到晶體鍋，槽尾低溫區(qū)不斷得到粗錫熔體進入熔體鍋，定期關閉真空系統(tǒng)放出錫、鋁粗金屬，實現(xiàn)鋁錫分離。

進一步地，步驟1中鋁錫合金的質(zhì)量分數(shù)為5～70％。

進一步地，所述螺旋器的轉(zhuǎn)動速度根據(jù)需求設定，優(yōu)選為5-20r/min。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果。

1、熔樣鍋與連續(xù)結(jié)晶機槽體間由傾斜溜槽連接，熔樣鍋中合金樣品被下置的電加熱裝置加熱融化后，融化后由于熔體流動性及重力作用自然流入連續(xù)結(jié)晶機中，溜槽本身外側(cè)有保溫層，方便金屬熔體加入的同時也減少了金屬熔體熱量的散失。

2、熔樣鍋頂部、晶體鍋底部、熔體鍋底部均與設備真空外殼相連，連接部分設置了小型真空倉門，連續(xù)結(jié)晶作業(yè)時關閉保持系統(tǒng)真空度，鍋中物料熔盡或晶體液體將滿時，便可打開進行合金的加入和粗金屬的取出，倉門處采用真空密封。

3、連續(xù)結(jié)晶機u型槽下部不同密度加裝發(fā)熱體，以達到不同區(qū)域的溫度要求。發(fā)熱體外側(cè)包覆保溫材料，同樣減少結(jié)晶機主體熱量散失造成的溫度下降。

4、外部真空系統(tǒng)包括真空泵及金屬外殼。金屬外殼采用耐高溫金屬材料，同時采用雙層外殼，中間留有空腔加裝循環(huán)冷卻水，循環(huán)水有效降低真空連續(xù)結(jié)晶機設備外殼溫度，有益操作人員的作業(yè)安全性。

5、本發(fā)明實現(xiàn)了錫鋁合金中錫、鋁的有效分離提取，工藝簡單，操作方便，原料普適性高，成本低廉，綠色環(huán)保，過程安全可控。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的描述。

附圖說明

附圖作為本申請的一部分，用來提供對本發(fā)明的進一步的理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。顯然，下面描述中的附圖僅僅是一些實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來說，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。在附圖中：

圖1為本發(fā)明設備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2本發(fā)明方法流程示意圖。

圖標號：1.u型結(jié)晶槽，2.溜槽，3.熔料鍋，4.電動機，5.螺旋器，6.發(fā)熱體，7.晶體鍋，8.熔體鍋，9.倉門，10外殼，11.真空泵及冷卻水機。

需要說明的是，這些附圖和文字描述并不旨在以任何方式限制本發(fā)明的構(gòu)思范圍，而是通過參考特定實施例為本領域技術(shù)人員說明本發(fā)明的概念。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

實施例1

一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的設備，包括外殼、真空泵、u型結(jié)晶槽、熔料鍋、熔體鍋、晶體鍋，真空泵與外殼的內(nèi)腔連通，外殼為真空密閉結(jié)構(gòu)，通過真空泵抽真空實現(xiàn)內(nèi)腔的真空環(huán)境。u型結(jié)晶槽、熔料鍋、熔體鍋、晶體鍋均設置在外殼的內(nèi)腔中，u型結(jié)晶槽呈傾斜設置，高端為槽頭、低端為槽尾，u型結(jié)晶槽的傾斜角度為2°-7°，晶體鍋與槽頭連接，熔體鍋與槽尾連接。u型結(jié)晶槽的底部設有若干發(fā)熱體，槽頭的溫度比槽尾高，u型結(jié)晶槽內(nèi)設有螺旋器，螺旋器由電動機驅(qū)動，熔料鍋的出料口通過溜槽連接在u型結(jié)晶槽上，電動機、發(fā)熱體、熔料鍋、真空泵均與電源電連接。

這里的外殼為兩層結(jié)構(gòu)，分別為內(nèi)層、外層，內(nèi)層與外層之間填充循環(huán)冷卻水，由冷卻水機驅(qū)動冷卻水循環(huán)，冷卻水機與電源電連接。金屬外殼采用耐高溫金屬材料，同時采用雙層外殼，中間留有空腔加裝循環(huán)冷卻水，循環(huán)水有效降低真空連續(xù)結(jié)晶機設備外殼溫度，有益操作人員的作業(yè)安全性。外殼上設有倉門，倉門與外殼真空密封連接，便于控制物料的加入、回收錫鋁的收取，可操控性高。

為避免溫度的過多流失，u型結(jié)晶槽的外周壁包裹有保溫層，溜槽外周包覆有保溫層，發(fā)熱體外周包覆有保溫層。保溫層由現(xiàn)有的保溫材料制作即可。發(fā)熱體的分布根據(jù)不同溫度需求設置成若干密度區(qū)域，以達到不同區(qū)域的溫度要求。

實施例2

本實施例為上述實施例1的應用，一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的方法，包括：

步驟1、打開真空泵、循環(huán)水機，首先將500g鋁錫合金(其中錫的質(zhì)量分數(shù)為20％)在真空條件(真空度為500pa)下升溫至650℃充分熔化。

步驟2、完全熔化的鋁錫合金熔體經(jīng)溜槽流入u型結(jié)晶槽中，溫度范圍為228℃-660℃，u型結(jié)晶槽傾斜角度為3°，在螺旋器的帶動下進行連續(xù)結(jié)晶分離(螺旋器轉(zhuǎn)速為20r/min)，流入u型結(jié)晶槽的金屬熔體由于重力作用流向低溫區(qū)結(jié)晶，晶體經(jīng)螺旋輸送向高溫區(qū)重新熔化，過程連續(xù)往復。

步驟3，在槽頭的高溫區(qū)不斷得到粗鋁進入到晶體鍋，槽尾低溫區(qū)不斷得到粗錫熔體進入熔體鍋(u型結(jié)晶槽內(nèi)壁或底壁與螺旋葉留一間隙，根據(jù)鋁結(jié)晶的粒徑大小控制，優(yōu)選0.5-3mm)，結(jié)束后在晶體鍋和熔體鍋中分別得到一定量的鋁晶體和錫熔體，關閉真空系統(tǒng)放出錫、鋁粗金屬，實現(xiàn)鋁錫分離。經(jīng)進一步分析檢測，高溫端所得晶體al的質(zhì)量分數(shù)為95.50％，低溫端熔體中sn的質(zhì)量分數(shù)為75.63％。

實施例3

本實施例為上述實施例1的應用，一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的方法，包括：

步驟1、打開真空泵、循環(huán)水機。首先將500g鋁錫合金(其中錫的質(zhì)量分數(shù)為30％)在真空條件(真空度為500pa)下升溫至630℃充分熔化。

步驟2、完全熔化的鋁錫合金熔體經(jīng)溜槽流入u型結(jié)晶槽中，溫度范圍為228℃-660℃，u型結(jié)晶槽傾斜角度為3°，在螺旋器的帶動下進行連續(xù)結(jié)晶分離(螺旋器轉(zhuǎn)速為10r/min)，流入u型結(jié)晶槽的金屬熔體由于重力作用流向低溫區(qū)結(jié)晶，晶體經(jīng)螺旋輸送向高溫區(qū)重新熔化，過程連續(xù)往復。

步驟3，在槽頭的高溫區(qū)不斷得到粗鋁進入到晶體鍋，槽尾低溫區(qū)不斷得到粗錫熔體進入熔體鍋，結(jié)束后在晶體鍋和熔體鍋中分別得到一定量的鋁晶體和錫熔體，關閉真空系統(tǒng)放出錫、鋁粗金屬，實現(xiàn)鋁錫分離。經(jīng)進一步分析檢測，高溫端所得晶體al的質(zhì)量分數(shù)為94.44％，低溫端熔體中sn的質(zhì)量分數(shù)為78.85％。

以上所述僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專利的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述提示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明方案的范圍內(nèi)。

技術(shù)特征：

1.一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的設備，其特征在于：包括外殼、真空泵、u型結(jié)晶槽、熔料鍋、熔體鍋、晶體鍋，所述真空泵與外殼的內(nèi)腔連通，外殼為真空密閉結(jié)構(gòu)，u型結(jié)晶槽、熔料鍋、熔體鍋、晶體鍋均設置在外殼的內(nèi)腔中，所述u型結(jié)晶槽呈傾斜設置，高端為槽頭、低端為槽尾，晶體鍋與槽頭連接，熔體鍋與槽尾連接，所述u型結(jié)晶槽的底部設有若干發(fā)熱體，槽頭的溫度比槽尾高，u型結(jié)晶槽內(nèi)設有螺旋器，螺旋器由電動機驅(qū)動，所述熔料鍋的出料口通過溜槽連接在u型結(jié)晶槽上，所述電動機、發(fā)熱體、熔料鍋、真空泵均與電源電連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的設備，其特征在于：所述外殼為兩層結(jié)構(gòu)，分別為內(nèi)層、外層，內(nèi)層與外層之間填充循環(huán)冷卻水，由冷卻水機驅(qū)動冷卻水循環(huán)，冷卻水機與電源電連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的設備，其特征在于：所述u型結(jié)晶槽的外周壁包覆有保溫層，溜槽外周包覆有保溫層。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的設備，其特征在于：所述發(fā)熱體的分布根據(jù)不同溫度需求設置成若干密度區(qū)域，發(fā)熱體外周包覆有保溫層。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的設備，其特征在于：所述u型結(jié)晶槽的傾斜角度為2°-7°。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的設備，其特征在于：所述外殼上設有倉門，倉門與外殼真空密封連接。

7.一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，打開倉門，放一定質(zhì)量的鋁錫合金在熔料鍋中，關閉倉門后打開的真空泵組件，系統(tǒng)真空度保持1000pa以內(nèi)，外殼的內(nèi)部形成真空環(huán)境；熔料鍋將鋁錫合金升溫至600℃-700℃充分熔化；

步驟2，鋁錫合金融化后，由于重力作用會經(jīng)溜槽流入到u型結(jié)晶槽中，過程中開啟螺旋器，流入u型結(jié)晶槽的金屬熔體由于重力作用流向低溫區(qū)結(jié)晶，晶體經(jīng)螺旋輸送向高溫區(qū)重新熔化，過程連續(xù)往復；

步驟3，在槽頭的高溫區(qū)不斷得到粗鋁進入到晶體鍋，槽尾低溫區(qū)不斷得到粗錫熔體進入熔體鍋，定期關閉真空系統(tǒng)放出錫、鋁粗金屬，實現(xiàn)鋁錫分離。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的方法，其特征在于：步驟1中鋁錫合金的質(zhì)量分數(shù)為5～70％。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的方法，其特征在于：所述螺旋器的轉(zhuǎn)動速度為5-20r/min。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種真空連續(xù)結(jié)晶分離提純回收鋁錫合金的設備及方法，該設備包括外殼、真空泵、U型結(jié)晶槽、熔料鍋、熔體鍋、晶體鍋，外殼為真空密閉結(jié)構(gòu)，U型結(jié)晶槽、熔料鍋、熔體鍋、晶體鍋均設置在外殼的內(nèi)腔中，U型結(jié)晶槽呈傾斜設置，高端為槽頭、低端為槽尾，晶體鍋與槽頭連接，熔體鍋與槽尾連接，U型結(jié)晶槽的底部設有若干發(fā)熱體，槽頭的溫度比槽尾高，U型結(jié)晶槽內(nèi)設有螺旋器，螺旋器由電動機驅(qū)動。本發(fā)明利用真空條件下連續(xù)結(jié)晶實現(xiàn)了鋁錫中鋁和錫的有效分離提純，最終得到粗鋁和粗錫，過程工藝簡單，操作方便，原料普適性高，成本低廉，設備簡單，過程安全可控，能夠處理質(zhì)量變化范圍較廣的鋁錫合金。

技術(shù)研發(fā)人員：李一夫;馬進萍;楊斌;徐寶強;蔣文龍;田陽;徐俊杰;張環(huán);王雙平

受保護的技術(shù)使用者：昆明理工大學

技術(shù)研發(fā)日：2019.09.02

技術(shù)公布日：2020.05.19