本發明涉及再生金屬技術領域，及廢雜鋁再生處理領域，特別是提供了一種從廢雜鋁再生過程中產生的大量鋁灰中提取金屬鋁的方法。
背景技術：
鋁灰（又稱鋁渣灰或鋁渣），是在一次和二次鋁工業生產中產生的一種浮渣，呈松散的灰渣狀。在液態原鋁加工過程中產生的鋁灰，一般含有30~70%的金屬鋁，通常稱為白灰或一次鋁灰。二次鋁工業所產生的廢棄物通常含有5~30%的金屬鋁和大量的可溶性浮渣，通常稱為黑灰。金屬鋁主要在氧化鋁和氮化鋁的包覆下存在。鋁灰是一種對環境有害的物質，直接丟棄會造成環境污染，鋁灰又是一種具有綜合利用價值的可再生資源，從中可以回收鋁、鹽和氧化鋁等二次資源，也可作為耐火材料、路用及建筑材料、煉鋼脫硫劑等方面的原材料。
近年來，從鋁灰中提取金屬鋁越來越受到國內外鋁廠的重視。現代鋁廠對鋁灰的處理思路不外乎兩種，一是回收金屬鋁；二是利用鋁灰生產新的有價值的產品，如生產凈水劑、棕剛玉等。目前鋁灰中回收金屬鋁的工藝按有鹽無鹽分為加鹽處理和無鹽處理。經常規熱態炒灰和冷態球磨、篩分兩種方法回收后，回收率可達60~70%，殘余的鋁灰中仍有10%左右的金屬鋁。
本發明主要針對熱態炒灰和隨后冷態球磨、篩分后的20目到60目及其以上的殘余鋁灰，這部分鋁灰采用常規的方法很難提取金屬鋁。這部分鋁灰大多數鋁廠采用外賣的方式處理，其經濟效益低，環境影響大。隨著我國經濟的發展，鋁廠的產量增大，選擇合理有效的回收提取鋁的方式，不但可以解決鋁灰的貯存的問題，還可以給其企業帶來更大的經濟效益。
縱觀國內外，國外文獻報道，應用三氯化鋁反應法可以從Al-Si一次合金中提取出純鋁，并分離出大量的Cu以及Fe、Si、Mn、Ni等。蘇聯有色金屬學院應用低價氯化物蒸餾法從一次Al-Si合金中提取純鋁。1939年威爾穆發現低價愛氟化物，1942年瓦愛斯發現低價氯化物與溴化物。至今應用于精煉Al-Si合金方面或有成效者是低價鹵素化合物，特別是低價氯化物。此種方法的原理在于：三價鋁的化合物與鋁合金在高溫下反應，生成具有很大揮發性的低價鋁化合物，低價鋁化合物在低溫下分解為金屬鋁與三價鋁化合物。而合金中的其他成分則很少起這種反應。這樣，金屬鋁就跟合金中的其他成分分開。但是，至今為止，沒有關于利用低價化合物從鋁灰中提取鋁的報道。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題為提供一種從二次鋁灰中進一步提取金屬鋁的方法。
本發明所述的二次鋁灰指的是鋁工業生產中產生的鋁灰經傳統鋁回收工藝（如熱態炒灰法，冷處理回收法等）提取金屬鋁后產生的殘余鋁灰。特別是指依次經過熱態炒灰、后冷態球磨、篩分后，得到的20目到60目及60目以上粒度的殘余鋁灰。這種二次鋁灰按照目前已知的常規回收工藝已經難以進行二次提取。
為了解決該技術問題，本發明采用的工藝方案為：應用低價氯化物-熔鹽真空處理的方法處理經熱態回收處理和/或經常規冷處理后的二次鋁灰。即以二次鋁灰為原料，經熔劑處理、低價氯化物提取金屬鋁的方法，實現最大程度地提取金屬鋁。
具體的，從鋁灰中提取鋁的方法，包括以下步驟：
1）準備原料，為經熱態炒灰和冷態球磨、篩分后的60目以上的二次鋁灰；
2）準備熔鹽，NaCl、KCl和NaF的混合物，NaCl、KCl和NaF的質量比為4~4.5：4~4.5：1~2；
3）將步驟1）中的二次鋁灰送入預熱爐，在預熱爐中進行預熱，將二次鋁灰預熱到300～500℃；
4）將步驟2）中的熔鹽加入到反應爐中使熔鹽熔化；
5）將預熱后的鋁灰轉移至反應爐，鎖緊反應爐蓋；
6）反應爐內抽真空，至反應爐內壓力達10～70Pa，以及溫度達700～1200℃時，通入AlCl3氣體；AlCl3與Al起激烈反應，生成AlCl；
7）揮發物AlCl進入低溫室，溫度為400-500℃；AlCl在低溫室內分解成AlCl3和Al。
得到的金屬鋁部分返回到再生鋁熔化爐中進行熔解，而AlCl3氣體可以返回去循環使用，也可以降溫處理后回收AlCl3固體。
本發明中步驟3）和4）的順序可以根據各自所需要的時間進行優化確定。
本方法所用裝置由高溫反應室、低溫沉積室和真空系統以及加熱系統等組成。整個過程在真空條件下，鋁灰處于熔融熔劑中，金屬鋁表面Al2O3膜被熔鹽溶解，金屬鋁暴露在外，與高價氯化物接觸反應生成低價氯化物后逸出熔體，逸出的低價氯化物進入低溫室后分解成高價氣態氯化物和金屬鋁沉積在石墨或者氧化鋁料盤中。
本發明具有以下有益效果。
本發明的優點是熔解過程操作簡易，原料價格低廉、易得，用于提取金屬鋁的低價氯化物可以循環使用，不產生對環境有污染的物質。整個過程在真空中進行，產品的純度高且對環境無影響。
本發明的方法避免了碳熱還原的使用，在反應過程中不會產生影響金屬鋁品質的Al4C3，能夠得到高品質高純度的金屬鋁。按照本發明的方法回收的金屬鋁純度可以達到99.99%。
本發明應用低價氯化物-熔鹽真空處理60目以上的鋁灰，實現最大程度地提取金屬鋁。填補了該類型鋁灰處理的工藝空白。本發明工藝的特點是：①固定氯化鋁在183℃升華，因此氣體AlCl3很容易制取；②低價氯化物的生成溫度低；③在冷凝器中分解出來的是液體Al與氣體狀態的AlCl3，Al致密地冷凝下來，而氣體AlCl3跟Al分開以后，就有可能循環使用；④消耗能量不多，每回收一公斤鋁需要能量不到兩度電。原料經熔劑處理，低價氯化物提取金屬鋁，整個工藝過程安全可控，操作方便，所需設備簡單，對環境友好，金屬的收得率高。該法還可應用于再生高爐煉鋁、電爐煉鋁等新法煉鋁得到鋁灰中的鋁。
具體實施方式
以下結合具體實施例對本發明作進一步說明。
實施例1
一種從鋁灰中提取鋁的方法，包括以下步驟：
1）準備原料，為經熱態炒灰和冷態球磨、篩分后的60目以上的二次鋁灰；
2）準備熔鹽，NaCl、KCl和NaF的混合物，NaCl、KCl和NaF的質量比為4.2：4.2：1.6；
3）將步驟1）中的二次鋁灰送入預熱爐，在預熱爐中進行預熱，將二次鋁灰預熱到400℃，預熱時間30min；
4）將步驟2）中的熔鹽加入到反應爐中使熔鹽熔化；
5）將預熱后的鋁灰轉移至反應爐，鎖緊反應爐蓋；
6）反應爐內抽真空，至反應爐內壓力達10Pa，以及溫度達700℃時，通入AlCl3氣體；AlCl3與Al起激烈的反應，生成了AlCl；
7）揮發物AlCl進入低溫室，溫度為300℃；AlCl在低溫室內分解成AlCl3和Al。
實施例2
一種從鋁灰中提取鋁的方法，包括以下步驟：
1）準備原料，為經熱態炒灰和冷態球磨、篩分后的60目以上的二次鋁灰；
2）準備熔鹽，NaCl、KCl和NaF的混合物，NaCl、KCl和NaF的質量比為4.5：4.5：1；
3）將步驟1）中的二次鋁灰送入預熱爐，在預熱爐中進行預熱，將二次鋁灰預熱到500℃，預熱時間120min；
4）將步驟2）中的熔鹽加入到反應爐中使熔鹽熔化；
5）將預熱后的鋁灰轉移至高溫反應爐，鎖緊反應爐蓋；
6）反應爐內抽真空，至反應爐內壓力達50Pa，以及溫度達900℃時，通入AlCl3氣體；AlCl3與Al起激烈的反應，生成了AlCl；
7）揮發物AlCl進入低溫室，溫度為500℃；AlCl在低溫室內分解成AlCl3和Al。
實施例3
一種從鋁灰中提取鋁的方法，包括以下步驟：
1）準備原料，為經熱態炒灰和冷態球磨、篩分后的60目以上的二次鋁灰；
2）準備熔鹽，NaCl、KCl和NaF的混合物，NaCl、KCl和NaF的質量比為4：4：2；
3）將步驟1）中的二次鋁灰送入預熱爐，在預熱爐中進行預熱，將二次鋁灰預熱到300℃，預熱時間60min；
4）將步驟2）中的熔鹽加入到反應爐中使熔鹽熔化；
5）將預熱后的鋁灰轉移至高溫反應爐，鎖緊反應爐蓋；
6）反應爐內抽真空，至反應爐內壓力達70Pa，以及溫度達1000℃時，通入AlCl3氣體；AlCl3與Al起激烈的反應，生成了AlCl；
7）揮發物AlCl進入低溫室，溫度為450℃；AlCl在低溫室內分解成AlCl3和Al。
實施例4
一種從鋁灰中提取鋁的方法，包括以下步驟：
1）準備原料，為經熱態炒灰和冷態球磨、篩分后的60目以上的二次鋁灰；
2）準備熔鹽，NaCl、KCl和NaF的混合物，NaCl、KCl和NaF的質量比為4：4：2；
3）將步驟1）中的二次鋁灰送入預熱爐，在預熱爐中進行預熱，將二次鋁灰預熱到470℃，預熱時間80min；
4）將步驟2）中的熔鹽加入到反應爐中使熔鹽熔化；
5）將預熱后的鋁灰轉移至高溫反應爐，鎖緊反應爐蓋；
6）反應爐內抽真空，至反應爐內壓力達20Pa，以及溫度達1100℃時，通入AlCl3氣體；AlCl3與Al起激烈的反應，生成了AlCl；
7）揮發物AlCl進入低溫室，溫度為500℃；AlCl在低溫室內分解成AlCl3和Al。
實施例5
一種從鋁灰中提取鋁的方法，包括以下步驟：
1）準備原料，為經熱態炒灰和冷態球磨、篩分后的60目以上的二次鋁灰；
2）準備熔鹽，NaCl、KCl和NaF的混合物，NaCl、KCl和NaF的質量比為4.5：4.5：1；
3）將步驟1）中的二次鋁灰送入預熱爐，在預熱爐中進行預熱，將二次鋁灰預熱到300℃，預熱時間60min；
4）將步驟2）中的熔鹽加入到反應爐中使熔鹽熔化；
5）將預熱后的鋁灰轉移至高溫反應爐，鎖緊反應爐蓋；
6）反應爐內抽真空，至反應爐內壓力達60Pa，以及溫度達900℃時，通入AlCl3氣體；AlCl3與Al起激烈的反應，生成了AlCl；
7）揮發物AlCl進入低溫室，溫度為400℃；AlCl在低溫室內分解成AlCl3和Al。
實施例6
一種從鋁灰中提取鋁的方法，包括以下步驟：
1）準備原料，為經熱態炒灰和冷態球磨、篩分后的60目以上的二次鋁灰；
2）準備熔鹽，NaCl、KCl和NaF的混合物，NaCl、KCl和NaF的質量比為4：4：2；
3）將步驟1）中的二次鋁灰送入預熱爐，在預熱爐中進行預熱，將二次鋁灰預熱到500℃，預熱時間100min；
4）將步驟2）中的熔鹽加入到反應爐中使熔鹽熔化；
5）將預熱后的鋁灰轉移至高溫反應爐，鎖緊反應爐蓋；
6）反應爐內抽真空，至反應爐內壓力達40Pa，以及溫度達750℃時，通入AlCl3氣體；AlCl3與Al起激烈的反應，生成了AlCl；
7）揮發物AlCl進入低溫室，溫度為350℃；AlCl在低溫室內分解成AlCl3和Al。
實施例7
一種從鋁灰中提取鋁的方法，包括以下步驟：
1）準備原料，為經熱態炒灰和冷態球磨、篩分后的60目以上的二次鋁灰；
2）準備熔鹽，NaCl、KCl和NaF的混合物，NaCl、KCl和NaF的質量比為4.5：4.5：1；
3）將步驟1）中的二次鋁灰送入預熱爐，在預熱爐中進行預熱，將二次鋁灰預熱到450℃，預熱時間60min；
4）將步驟2）中的熔鹽加入到反應爐中使熔鹽熔化；
5）將預熱后的鋁灰轉移至高溫反應爐，鎖緊反應爐蓋；
6）反應爐內抽真空，至反應爐內壓力達70Pa，以及溫度達850℃時，通入AlCl3氣體；AlCl3與Al起激烈的反應，生成了AlCl；
7）揮發物AlCl進入低溫室，溫度為300℃；AlCl在低溫室內分解成AlCl3和Al。
本發明可用其他的不違背本發明的精神或主要特征的具體形式來概述。因此，無論從哪一點來看，本發明的上述實施方案都只能認為是對本發明的說明而不能限制發明，權利要求書指出了本發明的范圍，而上述的說明并未指出本發明的范圍，因此，在與本發明的權利要求書相當的含義和范圍內的任何變化，都應認為是包括在權利要求書的范圍內。