铝合金用添加剂的现状与发展趋势.doc

文章编号 : 1005 - 7854 ( 2009 ) 04 - 0050 - 03铝合金用添加剂的现状与发展趋势张淑婷 ,沈光伟 ,肖宁 ,任先京(北京矿冶研究总院 , 北京 100044 )摘要 : 介绍了铝合金用添加剂的国内外现状 ,指出我国使用的仍然是传统添加剂 ,在其制备工艺及应用研究上相对于国外有很大的差距 ,因此为了节能降耗和消除对环境的污染 ,使用新型无污染的铝合金用添加剂是今后的发展趋势 。关键词 : 铝合金 ;添加剂 ;环保 ;熔剂中图分类号 : tg14612 + 1文献标识码 : asta tu s and pro gr ess o f add it iv e u sed for alum inum allo yzhan g s hu 2ting , sh en guang 2w ei, x iao n ing, r en x ian 2jing(b eijing genera l r esea rch institu te of m in ing & m eta llu rgy , b eijing 100044, c h ina )a bstrac t: the p rogre ss and deve lopm en t sta tu s of add itive s fo r a lum inum a lloy is de sc ribed a t hom e and a2b road1 it po in ts tha t the conven tiona l add itive s a re u sed in ch ina a ll the sam e1 a nd ab road, the re a re gap s in com 2 p a rison a t p rep a ra tion techno loy and inve stiga tion. the re su lts show tha t the add itive w ith non2po llu tion u sed fo r a2 lum inum a lloy is deve lopm en t trend.key w o rd s: a lum inum a lloy; add itive; environm en ta l p ro tec tion; flux随着铝加工业的发展和对铝合金产品质量要求的不断提高 ,铝合金的研制被列为重点发展的基础 技术及国防科技关键技术 ,合金化是铝合金生产工 艺流程中重要的一环 。目前 ,国内外普遍以金属添 加剂的形式向铝液中添加合金元素 ,因此铝合金添 加剂的研制开发也成为研究的重点 。铝合金添加剂主要由金属粉末和助熔剂组成 ,从 20 世纪 70 年代起 ,国内外普遍使用单块质量为500665 g、助熔剂为卤化物盐类的传统添加剂 。它 虽然解决了以铝基中间合金方式添加的问题 ,但含 有大量的钠 、氯 、氟等元素 ,不仅给环境带来污染 ,还 严重影响人体健康1 - 3 。随着可持续发展战略的提 出和环保问题的日益突出 ,欧洲和北美的一些产铝 大国在添加剂的制备及生产工艺上进行技术调整 , 目前已工业化生产并使用 200 g /块 、含少量助熔剂或无助熔剂的新型添加剂 ,而我国使用的仍然是传统添加剂 ,在其制备工艺及应用研究上相对于国外 有很大的差距4 ,因此为了节能降耗和消除铝合金 化过程对环境的污染 ,适应铝合金发展趋势 ,新型铝合金用添加剂的研制势在必行 。1 国内外发展现状与趋势111 国外发展现状与趋势英国的 fo seco 集团总部及下属的 tamwo rth 工 厂和 l sm 公司的 ro the rham 工厂是国外添加剂 研 制和 生 产 的 龙 头 企 业 , 据 相 关 报 道 , 早 期 l sm 和 fo seco 生 产 的 饼 状 添 加 剂 几 何 尺 寸 为 90mm 25mm , l sm 产品种类及规格如表 1 所示 。美国曾 开发了商品名为“n uc lean t2 ”的金属粉和相应盐类添加剂 ; 欧洲最具影响力的中间合金制造厂 ab 公 司以及挪威最大的金属公司 h yde lko生产的盐类添 加剂都已 在 工 业 生 产 中 进 行 了 应 用 。英 国 fo seco 铸造工业服务有限公司和斯堪的那维亚冶金有限公收稿日期 : 2008 - 10 - 15作者简介 : 张淑婷 , 博士 , 主要从事有色金属等方面的研究工 作 。表 1 l sm 产品种类及规格tab le 1 standa rd and sp ec ie s of the l sm合金元素 (质量 % )产品名称产品形式颜色标记每块含 015 kgm n 每种颜色包装纸内 5 块每块含 015 kgc r 每种颜色包装纸内 5 块 每块含 015 kgfe 每种颜色包装纸内 5 块每块含 015 kgcu 每种颜色包装纸内 5 块 每块含 015 kgti 每种颜色包装纸内 3 块 每块含 015 kgn i 每种颜色包装纸内 5 块al tab 80m n al tab 80c r al tab 80 fe al tab 80cu al tab 80 tial tab 80n i80 %m n80 % c r80 % fe80 % cu80 % ti80 % n i银灰色兰色 绿色橙色 红色 黄色白色 al tab 80 zn 80 % zn 每块含 015 kgzn 每种颜色包装纸内 5 块到了 20 世纪 90 年代 ,随着能源短缺的加剧和环保问题的日益突出 ,欧美一些铝业大国对使用的 添加剂产品进行了技术改进 ,原材料由两种变为三种 : ( 1 )合金 元 素 粉 末 ; ( 2 ) 不 吸 湿 无 钠 熔 剂 粉 末 ;( 3 )纯铝粉 。添加剂的配比也出现三种情况 , 第一 种是合金元素粉末与铝粉 ,不含熔剂 ;第二种是合金 元素粉末 、熔剂粉末和铝粉 ;第三种是合金元素粉末 与熔剂 。但在技术上 ,对于熔剂的组成仍处于封闭 状态 。目前 ,欧洲和美洲大规模使用的添加剂由合金元素粉末 、少量熔剂粉末和铝粉构成 ,大大降低了 熔剂中有害盐类的使用 。而全球著名的铝加工企业 nove lis公司在世界各地的铝加工厂则完全 使用 无 熔剂 的 添 加 剂 , 其 规 格 为 : 单 块 直 径 60mm、块 重200 g。在成型和包装方面 , l sm 公司生产的饼状添加 剂使用 7 mn 压力机压制 ,压制前对模具进行润滑 ,内包装材料采用无氯塑料膜 。l sm 公司的 ro the r2ham 厂采用机械包装 ,而 fo seco的 tamwo rth工厂采 用手工包装 , 包装台 是 一块 电加 热的 铁 板 , 温度 可 控 ,包装膜的一面涂有热固性胶结剂 ,铁板温度控制 在可使胶结剂产生粘结作用即可 ,这种包装形式实际上使添加剂与空气隔绝6 - 7 。目前 ,欧洲和美洲使用的添加剂种类及规格如表 2 所示 ,压块直径为90mm ,但塑料 包装 膜 在使 用 过 程 中 会 产 生 大 量 烟 气 ,目前国外的添加剂在压制过程中减少或避免使 用塑料制品 ,单块无包装 ,每摞则用铝箔包装 ,以减少对环境的污染 。112 国内发展现状与趋势金属研究所 、哈尔滨市东胜金属材料加工厂 、西南铝加工厂等 ,目前国内使用的仍然是由合金粉末和卤 化物盐类构成的添加剂 ,全部采用塑料膜进行包装 , 种类及规格如表 3 所示 。表 2 欧洲和美洲使用的添加剂种类及规格tab le 2standa rd and sp ec ie s of the add itivein eu rop e and am e rica合金含量/ %每包块数/块每包合金元素质量 / kg种类单重 / kg113331133301667310310210铜 、铬 、镍铁 、锰 、锌 钛33475铁 、铬铜 锰 、锌 、镍钛11251125112501625310310310210333480 85 锰11176 3 310 100 钛015 4 210 表 3 我国使用的添加剂种类及规格tab le 3 standa rd and sp ec ie s of the add itive in ch ina规格种类直径 /mm 单重 / kg 每包块数 /块铜 、铬 、镍 、铁 、锰 、锌 、钛759001667、0155 60 铬90 015 5 在铝合金添加剂产品出口方面 ,北京矿冶研究总院金属材料研究所和哈尔滨市东胜金属材料加工 厂走在国内同行业前列 ,目前除上述规格产品外 ,还 研制开发了其他规格的添加剂产品 ,如表 4所示 ,但 在添加剂配比 、块形标准 、产品包装上我国的添加剂企业还处于起步阶段 ,还没有完全达到国外市场的 要求 。52矿冶融铝液中添加金属锰的方法 ,该专利中的金属锰特指表面包裹了氟化钾盐的锰片 ,即在熔剂的助熔下 ,使 金 属 锰 在 铝 液 中 的 熔 解 速 度 加 快 ; 美 国 专 利39350049 则介绍了一种有金属粉末和熔剂制成的 小球状添加剂 ;美国专利 291129710 中 ,提到的由合 金粉末和一些熔剂所组成的金属添加剂 ,首先将合金粉末和一些熔剂压制成块状 ,然后投入到铝熔体 中 ,当这些熔剂加入到铝熔体后 ,会发生反应释放出气体 ,同时使金属粉末在铝熔体中充分分散 。但是它存在着以下缺点 : 熔剂产生的气体会使铝熔体出 现沸腾效应 ,因此会对人身安全造成威胁 ,同时容易 导致未熔化的金属粉末漂浮在铝熔体的表面 ; 美国 专利 417121511 介绍了一种由锰粉和铝粉组成的饼 状添加剂 ,该添加剂压制后在铝熔体中快速溶解 ,并 且提高了锰元素的实收率 ;此外 ,介绍添加剂的相关 专利还有美国专利 456439312 、489712713 等 。表 4 出口添加剂种类及规格standa rd and sp ec ie s of the add itive fo r expo rttab le 4规格种类直径 /mm单重 / g每包块数 /块每包合金元素质量 / kg7580铜 、铬 、镍 、铁 、锰 、锌 、钛锰6090200625520175110 85 锰60 200 5 0185 国内铝合金的相关专利有湖南铁合金集团有限公 司 申 请 的 铬 铝 合 金 的 生 产 工 艺 , 专 利 号 为0113153914 ,该专利公开了一种铬铝合金的生产工 艺 :将含铬 99 %以上的块状金属铬破碎加工 , 粉磨 成 0138mm 以下的粒度 ; 将含铝 99 %以上的铝锭喷 制成铝粉 ,再通过筛分选取 0138mm 以下的粒度 ,将 上述铬粉和铝粉进行工业配制 ,通过混料机械均匀 混合 ,再冷压成块状 ,压力为 120 200m pa,保压时 间为 215315 s,压制成每块重量为 300500 g的铬 铝合金块 ,用于铝合金材料的添加剂 ,在冶炼过程中 不仅具有熔化同步 、沉降合理 、添加均匀 ,从而大大 提高铝合金材料的质量 ,而且铬的损耗明显降低 ,减 低生产成本 。中国科学院金属研究所则申请了一种 熔炼铝合金用的添加剂 , 专利号为 104619315 , 该 专利公开的添加剂的主要成分为金属粉末和卤化物 熔盐 ,本发明的特征在于采用油脂或高级脂肪酸作 粘结剂 ,组成物 (以重量百分比计算 ,以下均同 )为 : 颗粒 尺 寸 在 0105 012mm 之 间 金 属 粉 末 10 % 80 % ,卤化物盐类助溶剂 20 % 90 % , 油脂或高级 脂肪酸 015 % 5 % 。所 说 的 金 属 粉 末 可 以 是 铁 、锰 、钛 、铜之中的一种或几种 。 国内铝合金添加剂的行业标准于 2003 年由哈尔滨东胜金属材料加工厂起草 ,并提交有色金属协目前国内添加剂产量较大的生产企业有 3 4 家 ,年产量约占市场需求量的 10 % ,国内市场的另外 90 %的添加剂生产技术仍然比较落后 ,因此新型铝合金 添加剂的研制成功将大大提高国内添加剂的技术水平 ,推动我国铝加工行业的进一步发展 。展望未来 ,国内添加剂产品的研发应主要 解决 以 下方 面的 内 容 :( 1 )研制新型熔剂 ,取代卤化物盐类 ,使添加剂既具有高的元素实收率又不污染环境 ;( 2 )新型添加剂的金属粉末与熔剂的配比关系 研究 ;( 3 )新型添加剂的使用方法研究 ;( 4 )添加剂块形及包装标准与国际接轨 , 避免 或减少塑料制品的使用量 ,达到环保要求 。参考文献 :1 严旺生 1中国锰系铁合金发展现状与对策 j . 中国锰业 , 2003, 21 ( 4 ) : 13 - 2112刘亮 ,刘国凡 1 新型高效速熔锰添加剂应用前景 j .中国锰业 , 2004, 22 ( 2) : 13 - 17.3谷兰成 ,邵际平 ,郑林薄 1 铝合金用高效速熔添加剂的 研制与应用 j . 轻合金加工技术 , 2004, 31 ( 4 ) : 9 -11.4范广新 ,王明星 ,刘志勇 ,等 1电解加钛与熔配加钛对工 业纯铝晶粒细化作用的研究 j . 中国有 色 金 属 学 报 ,2004 , 14 ( 2 ) : 250 - 254.5周家荣 1 英国铝合金添加剂的生产及应用 (下 ) j .铝加工 , 1992 ( 2) : 1 - 8.6 张建新 1微量添加剂对 6063铝合金晶粒细化及强度影 响的研究 d . 江西赣州 :南方冶金学院 , 2003.(下转至第 86页 )会 ,于 2005年 9 月 23 日发布 ,施 ,代码为 ys / t 492 - 2005。2006 年2 月1 日实3 展望2007年世界铝合金产量约为2700 万 t,铝合金添加剂的需求量约为 370万 t,国内约为 140万 t,但的 ,但是该工艺可以推广到由重金属污染的其它矿1 刘优平 ,余巍伟 1酸性环境下黏土渗透特性的试验分析 j . 黄金 , 2008, 29 ( 11 ) : 47 - 49.2饶运章 ,徐水太 ,张见 1 含硫矿山酸性废水及其金属离 子污染防治方法的探讨 j . 中国钨业 , 2004 , 19 ( 04 ) : 33- 35.3trom an s d1 酸性矿 山 水 处 理 技 术 的 新 进 展 j . 杨 文 甫 ,祝玉学 ,译 1国外金属矿山 , 2001 ( 04) : 60 - 64.4陈永贵 ,邹银生 ,张可能 1 黏土固化注浆在污水库防渗 中的应用研究 j . 矿业研究与开发 , 2007 , 27 ( 02) : 79 -80.5 兰秋平 ,占幼鸿 1利用电石渣替代石灰处理酸性水的研 究与应用 j . 矿业快报 , 2007 ( 04) : 43 , 91.6姜立春 , 陈嘉生 1amd 蚀 化砂岩的性征及 其 机 理 研 究 j . 矿业研究与开发 , 2006, 26 ( 06 ) : 27 - 31.7王永红 1 酸尾 混合输送工艺研究 j . 铜业 工 程 , 2005 ( 03 ) : 60 - 62.8yiana to s j b , b e rgh l g, a gu ile ra j1 b auxso ltm 矿山酸性水处理技术 j . 张晓云 ,译 1矿业快报 , 2002 ( 06) : 22 -23.9feng d , a ld rich c, tan h1利用重金属沉淀和离子交换 处理 矿 山 酸 性 水 j . 孙 时 元 , 译 1 矿 业 快 报 , 2000( 23 ) : 20 - 21.山废水的处理 。根据试验结果 ,用石灰氧化和沉淀重金属随后 进行硫化物载体磁选 ,特别适合于特定金矿的废水中除去重金属离子 。该沉淀工艺有下列特点 :( 1 ) 该 工 艺 可 以 产 出 高 质 量 的 固 体 石 膏 副 产 品 ,可以作为有价值的原料出售给石膏工业生产厂 , 以补偿生产成本 ;( 2 )阳离子和阴离子树脂可以分别由低成本硫酸和石灰再生 ,与普通高成本洗提液相比 ,成本可显 著降低 ;( 3 )工艺灵活 。试验 表 明 , 所产 生水 的 质量 符 合水排放标准和饮用标准 。树脂接触时间和特定工 艺设计取决于流量和废水中的离子浓度 。4 结语由于各个矿山的局部地质和水文地质条件不 同 ,矿坑涌水量也不尽相同 ; 另外 ,水处理材料的供 应和使用条件也不一样 ,所以对所有矿山而言 ,没有 单一的最佳防治方法 。因此 ,各类矿山应认真评价 自己的实际条件 ,因地制宜地选择有效的酸性废水(上接第 52页 )7周家荣 1 英国铝合金添加剂的生产及应用 (上 ) j .铝加工 , 1992 ( 1 ) : 9 - 13.8jo rdan p, tu th ill g1 m e thod of add ing m angane se to a lum i2num: u s, 3591369 p . 1974 - 11 - 11.9faunce p1 a dd ition of a lloying con stituen ts to a lum inum: u s, 3935004 p . 1976 - 01 - 27.10 f lo renz j1p roce sse s fo r the in troduc tion of a lloying con stit2uen ts in to m e ta l m e lts: u s, 2911297 p . 1959 - 11 -20.11 cha rl