镁废料的分级与回收

□编译/苏鸿英

镁废料的分级与回收

□编译/苏鸿英

The Classification and Recycling of Magnesium Waste

镁废料的回收和二次加工，必须重视镁合金中的杂质问题。由于低电化学电势有Fe、Ni和Cu元素存在，会增加部件腐蚀速度，只有Fe较容易从镁熔体中去除。在高纯度镁合金的技术规范中对上述三种元素的极限值是有明确规定的（见表1），如果其中一个极限值超标，腐蚀速度都会加快。对于一些标准镁合金来讲，已明确规定了最低极限值。但是在储存或运输镁废料及铸造嵌入件时，上述三种元素都极易被引入，因此必须考虑杂质的敏感程度，特别是对镁废料进行分级时更是如此。

一、镁废料的分级

已经建立起来的镁废料分级的几个级别主要由镁生产商来确定，ISO标准在2005年已经制定出来。镁废料的级别通常由材料（结构紧凑件或车削碎料）形状，洁净度（干净、涂层、湿或有油），杂质（无杂质或有Ni、Cu或Si污染)，镁含量（100%镁或没有镁以外残留物），焙剂存在（无焙剂或有焙剂）和化学成分（根据合金或混合物分拣）来确定（见表2）。

Brassard等人强调，对于一个有效的回收和二次加工工艺来讲，镁废料的均质性非常重要，均质性的变化可能会有不利的影响。在燃烧含有油的镁废料时，所产生的热会对熔化速度有影响，当返回料非常小（细）时影响特别明显。熔化速度还会受到低表面/体积比的影响，即大块料或镁锭夹杂。如果表面的镁氧化物不熔化并形成渣，会产生不理想的高表面/体积比的氧化返回料，返回料的水分再和镁水反应，会导致气体（如氢气）产生并在炉内产生小爆炸。

1级：通常在压铸车间见到，1级镁废料如泛道、涂料、流道、昌口和溢出物占到每个压铸部件的40%～50%，这种干净、结构紧凑的镁废料可以重熔成结构应用材料，这是用于再次镁合金加工中最常见的镁废料。通常根据由单一化学成分构成的合金收集1级镁废料。通过合金化或添加纯原镁来调整铝和锌的含量。

Franke将回收进一步分为就地（in-cell）、内部（Cin-house）和外部回收 (external recycling)。就地是镁废料在铸造炉里立即重熔，但由于氧化物的进入和模释放剂的污染，就地回收仅能在有限范围内进行，同时熔体需要通过化学分析或金相手段认真检查。根据Franke的观点，一家镁废料公司的年产量可能需要超过1 500万吨才能保证其稳定的生产过程。

表1 几种镁合金的杂质极限值 单位：wt %

表2 镁废料分级一览表

2级：对于2级镁废料，从镁熔体中可以把钢嵌入件去除，而铁可溶性相对较低，通过增加锰可以控制铁的积累。有些嵌入件熔在镁水里会把Cu、Ni或Si引入熔体，例如黄铜、青铜和一些铝合金，这类镁废料不可以二次加工成高纯镁合金，但是可以用于铝合金化或钢脱硫。

3级：3级镁废料的有机涂层和油无论采用机械手段或化学手段都可以去除。在燃烧时，要小心在废气中生成的二恶烷（Dioxins）。King的观点是，清洁过的报废铸件可以当2级镁返回料看待。又因为不同的表面积/体积比，有些分类系统会把涂漆/涤层和湿/有油废料区分开来，而湿/有油镁废料经常含有细的材料，具有高表面/体积比，所以按不同的性别分组。

4级：由于这些镁废料的高比表面积与镁的反应性，车削屑需要单独收集。Westengen和King认为干燥的车削屑可以精炼成高纯镁合金。因为很难采用覆盖气体提供足够的保护，无熔剂重熔镁废料碎屑几乎是不可能的。另一个可选择的用途就是用于钢铁工业的脱硫。而4级镁废料回收率比1级镁废料的回收率低。

5级：根据Franke和Westengen的观点，由于油/水乳液能促进氢气的生成，采用油或油/水乳液加工镁碎屑的居多数。进而言之，松散的镁碎屑被列为危险材料并且只能储存在特殊的钢筒里运输，这就是为什么污染的镁碎屑一定要尽可能压实。

受润滑剂污染的镁屑处理是不成功的。根据King的观点在清洗离心干燥系统里矿物油润滑剂可以利用水基碱去脂溶液去除。但是油/水乳液比较难去除，观点中建议的几种处理工艺来解决污染碎屑问题，例如采用加热螺旋装置的真空蒸馏或蒸发方法从松散碎屑里去除润滑剂，但并未说明这种处理工艺可适用于工业应用。而且处理润滑剂污染镁屑的成本可能超过回收镁的价值，Franke更偏向于把这些材料回填土地。

6级和7级：6级镁废料中含有70%～90%的镁，7级镁废料中含有最多30%的镁，两组材料可采用盐通过重熔和精炼的方法进行回收，这一工艺技术已经在工业上应用，产品是镁、渣或7级镁废料。对于渣的应用已经讨论了3种可能性：倾倒、对所有成分的进一步加工和在铝工业上的应用。

根据Fragner等人的观点，渣被认为是无毒和吸湿的。镁在和水接触时会产生氢气，而渣就会变得难以处理。Fragner等人通过浸出，把渣分割成镁金属、Mg（OH）2和盐水，Ditze等人通过盐酸进一步浸出Mg（OH）2。由于加工处理成本较高，他们偏爱倾倒渣或把渣用于铝工业。Westengen等人称通过采用离心处理手段，额外诱加盐稀释可从渣里分离出镁金属。目前镁含量低的镁灰和渣用来回填土地，但溶液，包括浸出过程都可能用于生产。在一些出版物里，由于含盐氧化物的颜色为黑色，含残留物的焙剂被称为黑镁灰。在这种情况下渣的定义是指坩埚底部无焙剂残留物，而镁灰则指焙体表面的残留物。

8级：本级镁废料包括大多数的后消费镁废料，由于Cu、Ni和Si的进入，不会涉及到不同镁合金的混合物。8级镁废料采用的工业工艺技术不能精炼成高纯镁合金，其用途为钢脱硫和铝合金化。（未完待续）

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