[發明專利]鋁純化

在審

• 申請號: 201980058830.0
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN112673118A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 蔡彪
• 申請（專利權）人: 伯明翰大學
• 主分類號: C22B9/00
• 分類號: C22B9/00;C22B21/06;B03C1/32
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李博

用于從鋁合金分離鐵的方法包括：提供處于第一溫度的鋁合金的第一區域，在該第一溫度所述鋁合金部分熔化并且其內的任何含鐵粒子完全熔化；并且提供處于第二溫度的所述合金的第二區域，在該第二溫度所述鋁合金完全熔化，使得在所述第一區域和第二區域之間產生溫度梯度。通過向所述合金施加靜態均勻磁場，并且將所述溫度梯度和磁場保持一段時間，可以降低所述第一區域和/或第二區域的鐵含量。

本發明涉及從金屬除去雜質的方法。特別地，本發明涉及從鋁合金分離鐵的方法。

對于由廢棄的鋁(Al)產品或廢料生產鋁的能量需求為10至20MJ/kg，而由鋁土礦礦石生產原鋁的能量需求為約186MJ/kg。這為促進Al合金再循環以及再循環的Al合金的使用提供了巨大的吸引力。遺憾地，在再循環過程期間，雜質元素，尤其是鐵(Fe)和硅(Si)在合金中積聚，從而限制了再循環的Al產品在諸如航空器的優質應用中的使用。鐵是對于Al合金再循環來說最具挑戰性的雜質元素之一。源于精煉過程的Fe雜質在重復再循環中逐漸積聚。通常認為Fe具有最有害的作用，在凝固期間形成脆性的金屬間化合物并且降低合金的機械性能。因此，必須嚴格控制Al合金中的Fe的水平。更重要地，Fe極難從Al合金除去。

用于減輕Fe的不利影響或用于從Al合金除去Fe的方法是有限的。之前已經報道了間接方法(例如用原Al稀釋、元素中和和強烈剪切)。一種具體的方法(通過淤渣粒子(α-Al₁₅(FeMn)₃Si₂)分離來除去鐵)已經得到很好發展，但是該方法只能用于基于Al-Si的鑄造合金，并且需要額外的錳(Mn)以在完全液態下形成含Fe和Mn的淤渣粒子。然后，可以通過重力分離和過濾、離心分離或電磁分離來除去那些粒子(KimYoon,J.Mater.Sci.Lett.19(2000)253-255)。為了使電磁分離方法起作用，含鐵粒子需要在液體中自由流動，并受電磁力驅動而移動到預定位置。這需要在熔化的鋁合金中形成含鐵粒子。然而，具有這樣的特性的粒子難以鑒別，并且工藝難以控制，這限制了該電磁分離技術應用于其他Al合金。

US 8,673,048 B2描述了一種從鋁合金除去鐵雜質方法，所述方法使用磁場梯度將不同的液態或固態含鐵相限制在熔化合金的預定區中，然后從熔體物理地分離富鐵區。由于含鐵相僅具有弱的磁性，因此為了使粒子“流動”，需要磁場梯度。然而，這種方法依賴于在鋁合金熔化的同時存在的單獨的含鐵相的存在。

考慮到這些問題，設計了本發明。

根據本發明的第一方面，提供了一種用于從鋁合金分離鐵的方法，所述方法包括：

提供處于第一溫度的鋁合金的第一區域，在該第一溫度所述鋁合金部分熔化并且其內的任何含鐵粒子完全熔化，并且提供處于第二溫度的所述合金的第二區域，在該第二溫度所述鋁合金完全熔化，使得在第一區域和第二區域之間存在溫度梯度；

在所述溫度梯度的存在下向所述合金施加靜態均勻磁場；和

將所述溫度梯度和磁場保持足以使第一區域和/或第二區域的鐵含量降低的時間段。

因此，本發明的方法與US 8,673,048 B2的方法的不同之處在于，本發明的方法使用均勻磁場，而不是磁場梯度。另外，本發明涉及將合金在兩個不同區域中加熱至不同的溫度，從而在這兩個區域之間獲得溫度梯度，而不是如US 8,673,048 B2所教導的那樣將整個合金加熱至單一溫度。本發明的方法允許形成可以通過物理方法分離的富鐵區。這避免了對于在液態下的含Fe相的需求。

不受理論束縛，認為由于熱電效應，不同溫度的兩個區域對于在固/液界面周圍循環的電流的形成是必要的。在施加磁場的情況下，產生洛倫茲力(Lorentz force)，該力將液態區域和部分熔化區域二者中的鐵驅動到樣品的另一區域(例如，在兩個區域之間的界面)，從而產生明顯的富鐵區。