镁废料的回收技术

□编译/苏鸿英

镁废料的回收技术

□编译/苏鸿英

The Recycling Technology of Magnesium Waste

目前镁废料的回收有两种方法，即无熔剂回收和有熔剂回收。具体采用哪种回收工艺，要根据镁废料的质量来决定。

有熔剂回收

从20世纪20年代起熔剂就用于原镁和镁的熔化、回收，制备好的熔剂盐混合剂用于熔化和精炼，其中熔盐混合剂为MgCl2、KCl和NaCl，而精炼剂还包括CaF2、MgF2和MgO。和镁水相比，熔化熔剂具有的密度差异为0.5～0.8g/cm3，有较高的黏度。对于上述两种类型的熔剂来讲除了薄薄一层熔融状态的盐外，其余全部都会沉降到坩埚底部。由于熔融状态的盐的张力会留在表面作为保护层，不需要覆盖气体来避免熔体氧化，因此熔剂的熔点低于镁及其合金的熔点。

在回收工艺中，精炼熔剂通过从镁熔体里积累氧化物，加上MgO在熔剂中有稠化作用，所以熔剂盐数量会根据镁熔体中氧化物含量来确定。一级镁废料回收所需的熔剂很少甚至不需要，具有较高氧化物含量的镁熔体需要较多的熔剂，液态精炼熔剂黏在氧化层上而不是镁熔体上。熔剂混合物中不同的成分会起到各自不同的作用，CaCl2和 MgCl2用于打碎并剥离氧化层，氟化物则通过降低镁熔体和熔剂熔体之间的接触角来促进镁熔体液滴的聚集。

在回收工艺开始时熔剂通常为液态，液态熔剂和镁水必须混合，这样才可能通过搅拌器或吹入惰性气体与氧化物接触。吹入惰性气体可以和熔体除气同时进行，也可以采用一体化吹入气体系统的搅拌器。镁水和液态熔剂混合后，大部分氧化物会转移到熔剂里，因为密度不同，熔剂和镁水层会分开，熔剂和高含量的金属间化合物颗粒中的一些镁合金液滴会沉降到坩埚的底部。熔剂、氧化物、镁和金属间颗粒在每个熔次后都必须去除。

Waltrip引用了1959年Dow公司雇员培训手册中的精炼工艺：镁必须加热到1 300OF±15OF（704℃±10℃）才能用于净化和精炼，温度太低镁中会有熔剂和其他杂质，温度太高将造成镁的过度烧损，时间太长会降低坩埚使用寿命。加热到1 300OF（704℃）之后，必须在每个熔次表面添加2%～3%wt的熔剂进行精炼，再采用镁水包、撇渣器或机械搅拌装置搅拌15分钟，使熔剂和镁水完全混合。如果装入的镁废料已经严重污染，则需要较多的熔剂和较长的搅拌时间。搅拌之后，让镁熔体沉淀10～15分钟，这段时间里杂质会进入熔剂形成渣沉降到坩埚底部，而油覆盖镁废料的碳质材料会在镁熔体表面形成残渣或浮渣，必须将其撇掉，放到渣盘里，再把新的熔剂粉敷到镁熔剂表面。

如果熔剂留在镁水里或者没有沉降在镁水之外，将会造成铸件的严重腐蚀，所以采用适宜的精炼温度并在搅拌后沉淀10～15分钟是绝对必要的。沉淀时熔体温度允许下降到1 125OF（677℃），特别是镁水运输造成热损失之后，更接近铸造坩埚的温度，这时镁水可以用于运输和铸造。

用熔剂回收镁可以利用不同的炉子。Galovsky报道，单一的炉子适合小公司自身镁废料的回收，对于更先进的回收方案，应该采用额外的铸造炉或一台多室炉。熔化和净化主要在第一台炉子或第一室里进行，第二台炉子用于铸造。第二台炉子对熔体质量非常重要，镁合金熔体的温度变化通常会造成因可溶性变化引起的金属间颗粒的析出。另外，在这一过程中也会失去锰，难以控制铁的污染。wallevik等人建造了一台多室炉用于熔化镁锭和镁废料。炉子的室与室之间用挡板分开，但镁熔体可以从一室不断的流向另一室。关于多室炉的一个重要问题是熔化系统，过热熔剂流的固态镁金属在熔体水平之上是熔融状态，在熔化过程中氧化物已经被捕捉到熔剂里，不必再额外搅动镁水和溶剂盐。熔化之后，镁水通过后面的几个室进行额外的净化工序，如气体吹入或过滤等，然后直接从回收炉里铸造镁锭。交流电的电阻加热与感应加热相比具有更高的效率。

采用熔剂回收镁废料的工艺缺点是腐蚀性气体（Cl2和HCl）的潜在释放和回收镁材料中夹带的熔剂。用过的熔剂盐应该回填土地，镁和水反应生成的氢气也是重要的问题之一。采用有熔剂的镁废料回收工艺通常不能用于含Ca、Sr和稀土元素的镁合金，这些元素比镁具有更高的亲和力，MgCl2在回收过程里会分解，Sr和Ca分解得较少，稀土元素则从熔体中被去除。可能采用钙基或锶基熔剂盐，但这些熔剂盐价格昂贵且具有不合适的物理性能。

无熔剂回收

如前所述，无熔剂回收工艺用于氧化物含量低的镁废料，如一级镁废料，因此它永远无法替代有熔剂回收工艺。镁和镁合金的无熔剂回收工艺广泛用于压铸厂自身产生的镁废料回收。Meridian Magnesiam公司和Norsk Hydro公司合作完成了对一家公司无熔剂回收工艺的调研。他们对熔体氧化物和氯化物含量进行了试验，分别对铸造的试验部件和商业部件的机械性能和抗腐蚀性能进行评估，对化学成分定期加以监控，结果表明回收镁材料具有和原镁一样的质量。

在无熔剂回收工艺里，镁废料应至少预热到350℃，来蒸发游离水并确保Mg（OH）2的分解，熔体保护采用覆盖混合气体。无熔剂精炼工艺步骤包括沉降和漂浮、熔体过滤和气体清洗。

与有熔剂的回收工艺相比，无熔剂回收工艺比更偏爱采用两台炉子，一台炉子用于熔化和净化，另一台炉子用于铸造。镁灰的形成主要发生在熔炉，定期从熔体表面和熔化坩埚底部去除氧化物和金属间颗粒，才不会把镁灰转移到静置炉，而熔体应在镁熔体表面和坩埚底部之间的中间高度取得。Norsk Hydro公司和Husqvarna压铸厂对无熔剂镁废料回收工艺作了详细报告。如果使用最佳的回收工艺，即使采用100%的镁废料回收的镁金属，也能生产出优质的铸件。

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