重熔铝行业环保型颗粒精炼剂

一、铝液精炼的重要性
在铝合金熔铸生产过程中，原铝液中往往含有气体（主要是氢气）、氧化夹杂物等杂质。这些杂质的存在对铝合金的性能有着显著的不良影响。例如，氢气会在铸件内部形成气孔，降低铸件的致密度，从而严重影响其机械性能，如抗拉强度、延伸率等；氧化夹杂物则会作为裂纹源，在后续加工或使用过程中引发材料断裂，降低合金的疲劳寿命和耐腐蚀性能。

因此，为了获得高质量的铝合金铸锭，必须对铝液进行有效的精炼处理。铝液精炼剂就是在这一过程中发挥关键作用的重要物质。

二、铝液精炼剂的组成与分类

（一）组成成分
1. 氯盐类化合物
氯化钠（NaCl）、氯化钾（KCl）是常见的成分。它们具有较低的熔点，在高温下能够与铝液中的氧化物发生反应。例如，氯化钠可以与铝液中的氧化铝（Al₂O₃）反应生成氯化铝（AlCl₃）和金属氧化物，使氧化铝从铝液中去除。
氯化镁（MgCl₂）也被用于一些精炼剂配方中，它有助于改善精炼剂的流动性，增强其与铝液的接触效果，并且能够参与到去除杂质的化学反应中。
2. 氟盐类化合物
氟化钠（NaF）、氟化钙（CaF₂）等。氟化物具有较强的活性，能够有效地破坏氧化膜，促进杂质的去除。氟化钙还具有良好的吸附性，可以吸附细小的氧化夹杂物，使其更容易上浮到铝液表面被撇除。
3. 覆盖剂组分
除了上述用于去除杂质的成分外，精炼剂中还包含一定量的覆盖剂。覆盖剂通常是一些不易挥发、不易与铝液反应且具有较高熔点的物质，如碱式碳酸镁（MgCO₃·Mg(OH)₂）。它能够在铝液表面形成一层保护膜，阻止空气中的氧气和水分与铝液接触，减少铝液的二次氧化和吸氢。

（二）分类
1. 按物理状态分类
粉状精炼剂：这是最常见的形式，由各种固体粉末状的氯盐、氟盐等混合而成。使用时直接撒入铝液中，由于其颗粒较小，能够快速分散在铝液中并与杂质充分接触反应。但其缺点是在加入铝液时容易产生粉尘，对操作环境有一定污染。
块状精炼剂：将精炼剂成分经过压制等工艺制成块状。它的优点是便于运输和储存，在加入铝液时粉尘较少。然而，块状精炼剂的溶解速度相对较慢，需要较长时间才能完全发挥作用。
2. 按化学性质分类
酸性精炼剂：主要以氯盐、氟盐等酸性物质为主。它们在铝液中有较强的反应活性，能够有效地去除氧化夹杂物和气体，但对炉衬有一定的侵蚀作用，需要合理的使用剂量和频率。
中性精炼剂：相对于酸性精炼剂来说，其化学性质较为温和，对炉衬的侵蚀较小。不过，其中性成分可能在去除杂质方面的效果略逊于酸性精炼剂，一般通过优化配方来提高其精炼性能。

三、铝液精炼剂的作用机理

（一）除气原理
1. 化学除气
精炼剂中的氯盐等成分在高温下分解出氯（Cl₂）。氯与铝液中的氢原子（H）发生反应，2H + Cl₂ = 2HCl。生成的氯化氢（HCl）气体比氢气更易逸出铝液，从而使铝液中的氢含量降低。同时，氯还能够与铝液中的氧化铝等氧化物反应，破坏氧化膜，使隐藏在氧化膜下的氢气能够被释放出来参与反应。
2. 物理除气
当精炼剂加入铝液后，其分解产生的气体（如氯、氟化氢等）形成大量微小气泡。这些气泡在铝液中上升的过程中，不断吸附溶解在铝液中的氢气和其他气体。由于气泡的表面积较大，对气体的吸附能力较强，当气泡上升到铝液表面破裂时，吸附的气体就被释放到空气中，达到除气的目的。

（二）除渣原理
1. 化学除渣
精炼剂中的氯盐、氟盐等成分与铝液中的氧化铝、氧化硅（SiO₂）等氧化夹杂物发生反应。例如，Al₂O₃+3NaCl=2NaAlCl₄+Na₂O，生成的氯化铝等产物的比重较轻，能够上浮到铝液表面形成浮渣，便于用撇渣工具撇除。
2. 物理除渣
精炼剂中的某些成分（如氟化钙）具有良好的吸附性。它可以吸附细小的氧化夹杂物，就像一个个“吸附中心”，使原本分散在铝液中的氧化物聚集在一起，增大了其粒径，从而更容易上浮到铝液表面被清除。

四、铝液精炼剂的应用方法

（一）人工添加
1. 对于小型熔炼炉，如坩埚炉等，通常采用人工添加的方式。操作人员佩戴好防护用品后，将精炼剂均匀地撒入铝液表面。对于粉状精炼剂，要确保撒布的范围尽可能广泛，以便让精炼剂与更多的铝液接触。如果是块状精炼剂，则将其破碎成适当大小的块状后加入。
2. 在添加精炼剂后，要用搅拌工具（如铁棒、扒渣耙等）对铝液进行搅拌。搅拌的目的是使精炼剂充分分散在铝液中，加速其与杂质的反应速度。搅拌时间根据铝液的量和炉型等因素而定，一般为5 10分钟。

（二）自动添加装置
1. 在大型熔炼炉或连续铸造生产线中，为了保证精炼过程的稳定性和准确性，多采用自动添加装置。这种装置可以根据设定的参数（如铝液重量、温度等）自动定量添加精炼剂。
2. 自动添加装置的工作原理一般是利用气流或机械推送等方式将精炼剂准确地送入铝液中。例如，有些装置通过压缩空气将粉状精炼剂吹入铝液，这种方式能够精确控制添加量，并且可以使精炼剂均匀地分布在铝液中。还有些装置采用螺旋送料的方式，将块状精炼剂缓慢推入铝液，避免一次性加入过多造成浪费或精炼不均匀的情况。

五、铝液精炼剂的发展趋势

（一）环保型精炼剂的研发
随着人们对环境保护要求的不断提高，传统的含氯精炼剂由于在使用过程中会产生氯化氢等有害气体，面临着越来越严格的环保限制。因此，研发无氯或低氯的环保型精炼剂成为发展趋势。例如，一些新型精炼剂采用了其他非氯盐类的活性物质，如硝酸盐等，虽然它们的除杂效果可能需要进一步优化，但在环保方面有明显优势。

（二）多功能精炼剂的开发
除了基本的除气、除渣功能外，未来的精炼剂有望具备更多功能。例如，可以添加一些微量元素调节剂，使精炼剂在去除杂质的同时还能调整铝液的微量元素含量，从而满足不同铝合金牌号的特殊要求。另外，还可以开发具有抗氧化功能的精炼剂，减少铝液在熔炼过程中的氧化损失，提高铝液的利用率。

（三）高效精炼剂的研究
为了适应现代高效熔炼和铸造生产工艺的要求，提高精炼剂的效率至关重要。一方面，要优化精炼剂的配方，提高其有效成分的含量和反应活性；另一方面，改进精炼剂的物理形态，如制备超细粉状精炼剂或者开发新型的纳米级精炼剂，以提高其在铝液中的分散性和反应速度，从而缩短精炼时间，提高生产效率。