[發明專利]一種高純鋁的分離提純方法及設備

有效

• 申請號: 201310737750.2
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103898338A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 何天明;何鳳榮
• 申請（專利權）人: 東莞市長安東陽光鋁業研發有限公司
• 主分類號: C22B21/06
• 分類號: C22B21/06;C22B9/10;C22B9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及金屬鋁的提純方法，特別是高純鋁的提純方法及設備。

背景技術

隨著科學技術不斷進步發展，高純鋁在電子、航空、航天與國防工業等領域有著廣泛地用途，其用量逐年增加。目前，世界各國大多數采用三層液電解精煉法、偏析提純法、有機溶液電解法等來制備各種純度的高純或超高純鋁。三層液電解精煉法提取鋁的純度在4N至5.5N之間，但電耗一般在13000kwh/t以上，是偏析法的4至5倍左右，能耗高；同時，在電解過程中產生的氟氯化物等有害氣體嚴重污染環境。有機溶液電解法由于產量低、工藝復雜，一般只用于7N以上純度超高純鋁的少量制取，不適合工業化生產。偏析原理提純法屬于物理提純法，根據原料、工藝和設備的不同可用來制備3.5N至6N純度的高純鋁，且具有能耗低、勞動強度小、無污染的特點，使用越來越廣泛。

鋁的偏析提純法主要有定向凝固法、區域熔煉法、分步結晶法。區域熔煉法能夠獲得5.5N至6N的高純鋁，主要用于將三層液電解精煉法或其他偏析法高純鋁進一步提純，設備復雜、效率低下、能耗較高，不適合工業化生產。定向凝固法能夠獲得4N至6N的高純鋁，但其工藝復雜、尺寸小、產量低，難以實現大規模量產。分步結晶法在國內外已經大量工業化使用，提純效果取決于原鋁的純度，一般使用99.5-99.95%的鋁原料經提純可獲得3.5N至6N的高純鋁，但現有工藝對原料要求高、生產效率低、耗材量大等缺點，需進一步優化、改進。目前，使用分步結晶法生產高純鋁的核心問題是改進、優化結晶方式，提高產品質量的同時保持較好的提純效果和較高的生產效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種工藝靈活、簡單，且節能、環保、高產、高質的高純鋁提純方法。

本發明的一個技術方案提供了一種高純鋁的分離提純方法，包含以下步驟：

1）將工業鋁原料，表面進行清理并烘干；

2）將步驟1）所得原料放入熔煉爐中，加熱完全熔化后保溫；

3）向步驟2）所得熔融液中加入精煉劑中間合金，開始攪拌，攪拌反應后靜置保溫，將底層1-10%的鋁液排出；

4）將步驟3）剩余鋁液轉入偏析爐，558-665℃保溫后，冷卻并壓實晶體，同時通過間歇式超聲波剝晶，至鋁液剩余15-35%時停止，并將上層殘余鋁液倒出；

5）冷卻至常溫，取出鋁錠，將結晶錠的頭部與尾部分別去除結晶錠重量的

3-15%，即得高純鋁產品。

根據上述技術方案提供的方法，重復工藝步驟，即可獲得更高純度的高純鋁。

在一些實施方式中，本發明所述工業鋁原料純度大于等于99.7%。

在一些實施方式中，本發明所得高純鋁產品純度為99.99-99.9999%。

在一些實施方式中，本發明步驟2）所述加熱為加熱到680-750℃

在一些實施方式中，步驟2）所述保溫時間為0.5-2小時，步驟3）所述攪拌反應時間為0.5-2小時，步驟4）所述保溫時間為0.5-2小時。

本發明的另一個技術方案提供了一種用于上述技術方案提供的方法的偏析爐，包含間隙式超聲波剝晶裝置3、壓實裝置4、環形氣體冷卻管道5、加熱裝置6、石墨坩堝2和不銹鋼坩堝7，且石墨坩堝置于不銹鋼坩堝內，加熱裝置自上而下間隔固定安裝于不銹鋼坩堝與爐殼服夾層之間；環形氣體冷卻管道與不銹鋼坩堝直接接觸，并置于其外側；間歇式超聲剝晶裝置與環形氣體冷卻管道水平放置，且直接接觸，超聲源置于爐殼外。

在一些實施方式中，熔煉爐采用燃氣加熱使原料熔融，采用電阻加熱保溫。在一些實施方式中，采用蓄熱式熔煉爐，當一個爐眼熔鋁時，其他爐眼可分別預熱，以節約熔鋁成本。

本發明的上述技術方案改進了偏析爐結晶及初晶刮落方式，結晶過程在結晶爐中進行，坩堝在爐內螺旋式逆時針轉動，壓實裝置在坩堝內螺旋式順時針轉動，充分攪拌了熔體，加熱器保持結晶爐內溫度恒定在558-665℃；冷卻氣體通過爐壁冷卻氣體管道對結晶爐坩堝內鋁熔體進行局部冷卻，使熔體產生細小初晶；采用間歇式超聲波震動源對坩堝內壁初晶體進行震動，將初晶體震落沉降至坩堝底部；通過晶體壓實裝置對初晶體進行擠壓，將晶間熔體擠壓，同時初晶體表層反熔，以提高提純效率；通過控制冷卻氣體流量、壓力、壓實裝置升降速率、間歇式超聲波震動間隔時間可控制結晶速率；通過壓實裝置行程可測定殘余鋁液量；通過控制殘余鋁液量控制高純鋁產品純度；采用間歇式超聲波震動分離初晶體，可省去初晶刮板，減少石墨材料的消耗并減少了其對產品的污染。

本發明的有益效果在于：