專利名稱：高純鋁的提取方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁冶煉提純技術(shù)，特別是一種生產(chǎn)純度在3N以上的精鋁產(chǎn)品的方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)是一個(gè)鋁業(yè)大國(guó)，電解鋁的產(chǎn)量位居世界前列，但是高純鋁(純度在3N以上的鋁產(chǎn)品)大部分依賴進(jìn)口，雖然在20世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)開(kāi)始進(jìn)行這方面的研究，但生產(chǎn)工藝的改進(jìn)僅適用純度低于3N的鋁產(chǎn)品生產(chǎn)，對(duì)3N高純鋁生產(chǎn)工藝的研究則比較緩慢。眾所周知，高純鋁在低溫電工技術(shù)、電子工業(yè)及電子計(jì)算機(jī)、天文望遠(yuǎn)鏡、石油化工、原子能、 雷達(dá)、航空航天、電動(dòng)汽車和半導(dǎo)體等工業(yè)得到廣泛地應(yīng)用，其用量逐年增加。但現(xiàn)在國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)出滿足用戶需求的3N超高純鋁的企業(yè)甚少，研發(fā)單位也屈指可數(shù)，據(jù)報(bào)道，到2010 年只有極少數(shù)廠家能夠生產(chǎn)純度達(dá)99. 9的高純鋁。在國(guó)際市場(chǎng)上，也僅有德、美、法、俄、日等國(guó)具備生產(chǎn)能力，因此國(guó)內(nèi)所需高純鋁大部分需進(jìn)口，盡管國(guó)內(nèi)有企業(yè)已在試生產(chǎn)超高純鋁，但與國(guó)外同類企業(yè)及國(guó)內(nèi)對(duì)超高純鋁要求來(lái)比有較大差距，存在多方不足。首先是設(shè)備，工藝相對(duì)復(fù)雜，其利用多學(xué)科領(lǐng)域技術(shù)，使投資成本過(guò)大，且不便掌握操控；其次是排出雜質(zhì)效率上，并不理想，生產(chǎn)不出合格產(chǎn)品；其三是能耗偏高，達(dá)15000KWH /噸以上，與國(guó)家節(jié)能減排政策相違，盡管目前有所降低，但也有萬(wàn)度左右；其四，盡管生產(chǎn)出產(chǎn)品，但質(zhì)量尚不穩(wěn)定，使國(guó)內(nèi)用戶無(wú)法使用。具體地講，現(xiàn)有常規(guī)超高純鋁生產(chǎn)加熱皆為電磁感應(yīng)加熱攪拌同步，采用低電壓大電流，電器設(shè)備功率因數(shù)小于O. 3左右，且無(wú)法用超大電容器補(bǔ)償，大量耗電，由于鋁的熔化潛熱大于比熱400多倍，使80%以上的耗電用于熔化鋁。如何解決上述難題，是國(guó)內(nèi)需求當(dāng)務(wù)之急。關(guān)于高純鋁的報(bào)道和專利也有一些，以下就我們檢索到一些進(jìn)行評(píng)述
I、《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》2006年4月第四期，“新型5N高純鋁提純裝置原理及控制”，摘要 通過(guò)對(duì)比分析已有提純工藝及設(shè)備，結(jié)合純金屬的凝固特性，自主開(kāi)發(fā)出了一套適用于工業(yè)化生產(chǎn)5N高純鋁的設(shè)備和相應(yīng)的工藝。設(shè)備采用雙線圈雙區(qū)中頻感應(yīng)加熱，獲得了較高且可調(diào)節(jié)的溫度梯度，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制晶體的生長(zhǎng)速度，控制定向凝固中的晶粒形態(tài)， 獲得了生長(zhǎng)均勻的胞狀晶和單晶。成分檢測(cè)顯示，制備的鋁錠純度達(dá)到99. 9993%以上，雜質(zhì)元素軸向分布合理。通過(guò)切去頭部和末端，則可獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)合格的成品錠。該文獻(xiàn)報(bào)道的方法在于采用雙線圈雙區(qū)中頻感應(yīng)加熱，屬于高能耗的提純方法和裝置。2、《鑄造技術(shù)》2008第三期，南通泰爾德服裝有限公司投資100萬(wàn)元與上海交通大學(xué)材料學(xué)院開(kāi)展鋁純凈凈化技術(shù)攻關(guān)。經(jīng)過(guò)4年多的研究試驗(yàn)，通過(guò)控制鋁晶料的生長(zhǎng)形態(tài)，提高垂直定向凝固過(guò)程中的雜質(zhì)元素偏析效率，從而提高鋁質(zhì)的潔凈度，成功研制出純度達(dá)5N5的超高純鋁。經(jīng)中科院上海硅酸鹽研究所檢測(cè).產(chǎn)品完全達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)了解， 該方法是采用偏析法提純，存在時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。3、中國(guó)專利名稱一種超高純鋁提純方法，專利號(hào)200910309668專利權(quán)人
公開(kāi)日2010年04月21日授權(quán)公告日2011年05月11日，發(fā)明設(shè)計(jì)人湖南省長(zhǎng)沙市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)長(zhǎng)?；乇彼臉牵?，一種超高純鋁提純方法，其包括選擇精鋁純度至少為4 N 6,且其中Mg < 6ppm,Ti < O. 2ppm, Zr < O. 2ppm的原料精招，并清潔烘干；將選擇的原料精鋁裝入提純爐中，并將該提純爐密閉，抽真空，并用燃?xì)鉅t加熱到680°C — 750°C， 使原料精鋁由固體熔化為液體；再將加熱到680°C — 750°C的提純爐移入結(jié)晶爐中，該結(jié)晶爐加熱器加熱使結(jié)晶爐內(nèi)恒溫保持660°C，提純爐中鋁液在結(jié)晶爐加熱器內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)控制結(jié)晶爐的散熱量，使提純爐內(nèi)的鋁液自維持結(jié)晶速度5 - IOcm / h，經(jīng)4 一 6小時(shí)后結(jié)晶結(jié)束；將結(jié)晶后的提純爐冷卻，取出結(jié)晶錠，從結(jié)晶錠的尾部去除結(jié)晶錠重量的25% — 35%，得到第一次提純的鋁錠；將第一次提純的鋁錠再放入提純爐中，重復(fù)提純，直到獲得符合純度要求的鋁錠。4、中國(guó)專利名稱定向凝固提純高純鋁的方法及其熔煉爐，申請(qǐng)(專利)號(hào) CN201110224938. 8，公開(kāi)(公告)號(hào):CN102277505A,申請(qǐng)(專利權(quán))人:新疆眾和股份有限公司，地址新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市喀什東路18號(hào)新疆眾和股份有限公司科技管理部，發(fā)明(設(shè)計(jì))人··洪濤；努力古·依明，摘要一種定向凝固提純高純鋁的方法及其熔煉爐，該定向凝固提純高純鋁的方法按以第一步選料、第二步熔煉、第三步凝固提純、第四步獲得成品進(jìn)行，該熔煉爐包括爐殼、加熱裝置、容器、攪拌裝置和冷卻裝置；在爐殼內(nèi)固定安裝有容器，在爐殼與容器之間自上而下間隔固定安裝有不少一個(gè)的加熱裝置；在容器下方的爐底處安裝有冷卻裝置，在冷卻裝置和爐殼之間安裝有爐底測(cè)溫裝置。本發(fā)明方法具有能耗低、處理量大、效率高、產(chǎn)品純度高的優(yōu)點(diǎn)，可用于大批量生產(chǎn)5N至6N的高純鋁。本發(fā)明熔煉爐結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用方便，其通過(guò)加熱裝置、爐底冷卻裝置、爐底測(cè)溫裝置的配合使用，能極大地提高工作效率，從而提高了提純出來(lái)的高純鋁的質(zhì)量。主權(quán)項(xiàng)一種定向凝固提純高純鋁的方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行第一步，選料，選用純度4N至5N 的鋁原料，并對(duì)上述鋁原料的表面進(jìn)行物理清潔；第二步，熔煉，將第一步中準(zhǔn)備好的鋁原料放入熔煉爐提純?nèi)萜鲀?nèi)，將鋁原料加熱到670°C至730°C，使鋁原料取全部熔化，得到鋁液體；第三步，凝固提純，將第二步所得的鋁液體在670°C至730°C下靜置7分鐘至80分鐘； 然后對(duì)熔煉爐爐底實(shí)施冷卻，對(duì)鋁液體實(shí)施加熱，使鋁液體的溫度從結(jié)晶面向上由低到高控制在660°C至700°C范圍內(nèi)，從爐底向上結(jié)晶，I小時(shí)至8小時(shí)得到結(jié)晶錠，結(jié)晶過(guò)程中將攪拌槳預(yù)熱烘干后置于鋁液體中實(shí)施旋轉(zhuǎn)攪拌或/和實(shí)施電磁攪拌；第四步，獲得成品，根據(jù)純度需求的不同，從結(jié)晶錠的尾部去除厚度的15%至70%部分，得到所需純度的高純鋁。 該方法存在每次只能得到一個(gè)結(jié)晶錠，能耗高。5、中國(guó)專利名稱一種高效高純鋁提取裝置，申請(qǐng)(專利)號(hào) CN201110264876. 3，公開(kāi)(公告)號(hào):CN102321811A，申請(qǐng)(專利權(quán))人衣慶波，地址:遼寧省撫順市新?lián)釁^(qū)武功街9-2號(hào)樓8單元301號(hào)，發(fā)明(設(shè)計(jì))人衣慶波；劉鵬；衣娜；孫羽飛；衣慶軍；姜杰；原建昌；王勁松；趙志浩；王述雷；張穎，摘要一種高效高純鋁提取裝置，包括支撐于支架上的爐殼、爐殼內(nèi)的電磁電阻爐套及被電磁電阻爐套圍繞的圓柱形鍋體；電磁電阻爐套為立式、12葉片圓筒形結(jié)構(gòu)，其上部向外翻折的葉片端為接電端；所述的圓柱形鍋體由疊落在一起的上部提純復(fù)合鍋和下部提純鑄錠復(fù)合鍋構(gòu)成；提純復(fù)合鍋的進(jìn)出料口由法蘭蓋密封，其上部外側(cè)設(shè)有支撐圈；提純鑄錠復(fù)合鍋的下端支撐在托升機(jī)構(gòu)上。該發(fā)明的兩個(gè)鍋體上、下交替反復(fù)加熱提純，工作效率得到了極大的提升。鍋體提升或下降過(guò)程中，始終對(duì)其中的另一個(gè)鍋體進(jìn)行預(yù)熱，不僅避免了電能的浪費(fèi)，空耗電能得到了極大的降低，而且還大幅度提高了高純鋁產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，降低了運(yùn)行成本。主權(quán)項(xiàng)一種高效高純鋁提取裝置，包括支撐于支架(6 )上的爐殼(20 )、爐殼(20 )內(nèi)的電磁電阻爐套
(I)及被電磁電阻爐套(I)圍繞的圓柱形鍋體；電磁電阻爐套(I)為立式葉片圓筒形結(jié)構(gòu)， 其上部向外翻折的葉片端為接電端(15);其特征是所述的圓柱形鍋體由疊落在一起的上部提純復(fù)合鍋(2)和下部提純鑄錠復(fù)合鍋(3)構(gòu)成；提純復(fù)合鍋的進(jìn)出料口由法蘭蓋密封， 其上部外側(cè)設(shè)有支撐圈；提純鑄錠復(fù)合鍋的下端支撐在托升機(jī)構(gòu)上。該文獻(xiàn)的高純鋁提取裝置屬于高能耗的提純裝置。除了上述文獻(xiàn)公開(kāi)的高純鋁電磁電阻爐冶煉方法以外，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外通用的高純鋁制備工藝還有冷凝法、三層液電解法、偏析法、單向凝固法、區(qū)熔法和分步結(jié)晶法。為了比較幾種方法，我們列出以下的工藝對(duì)比
1、冷凝法
鋁液保持在一定的溫度，把帶水冷的冷卻結(jié)晶器插入鋁液中，就會(huì)在結(jié)晶器周圍結(jié)晶出純度高的晶體，通過(guò)旋轉(zhuǎn)結(jié)晶體，增加固液界面的流動(dòng)，提高溶質(zhì)的擴(kuò)散效果。這種工藝的提純效果一般，但生產(chǎn)效率較高。
2、三層液電解法
由Hoopes于1901年發(fā)明，至今已有一百多年的歷史，三層液電解法提純精度和生產(chǎn)效率較高，三層液電解法的提純精度可以達(dá)到4 5N，但其能耗大，同時(shí)，在電解過(guò)程中產(chǎn)生氟化氫、一氧化碳、二氧化硫等有害氣體及廢電解液嚴(yán)重污染環(huán)境；
3、偏析法
偏析法是利用合金凝固時(shí)偏析現(xiàn)象進(jìn)行提純的方法，主要方法有(I)分別結(jié)晶精制法，(2)定向凝固精制法。這種方法不能連續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低，并殘留鋁液對(duì)已提純的鋁存在二次污染。包頭鋁業(yè)集團(tuán)公司法國(guó)普基公司(Pechiney)現(xiàn)屬諾威力(Novelis) 鋁業(yè)公司引進(jìn)的生產(chǎn)能力10 k t / a的高純鋁項(xiàng)目，已于2007年12月投產(chǎn)。4、單向凝固法
通過(guò)強(qiáng)制冷卻或加熱來(lái)控制晶體的生長(zhǎng)方向，使凝固方向背離熱流傳遞方向以連續(xù)單向結(jié)晶排除雜質(zhì)元素的I種方法，利用電磁攪拌的技術(shù)，對(duì)固/液界面前沿的液相進(jìn)行強(qiáng)制性的攪拌，可以降低界面前沿液相中溶質(zhì)富集層的厚度，有利于溶質(zhì)的擴(kuò)散，提高提純的效率。
5、區(qū)熔法
是提純高純鋁的主要方法，主要用來(lái)生產(chǎn)5N5 6N5的超高純鋁。日本的研究者對(duì)此工藝進(jìn)行了深人的研究，最終獲得了 7N的純鋁。
上述幾種工藝中，由于3層液電解法生產(chǎn)高純鋁能耗大，美國(guó)、加拿大、德國(guó)、日本、 法國(guó)以及俄羅斯等國(guó)，大部分的高純鋁產(chǎn)品越來(lái)越趨向于利用單向凝固或分步結(jié)晶等偏析法制備，以圓錠供應(yīng)市場(chǎng)。所述的分步結(jié)晶法是一直純鋁冶煉的一種新方法，它是將坩堝內(nèi)鋁熔體溫度保持在熔點(diǎn)附近，在熔體中插入水冷的結(jié)晶器，促使晶體在結(jié)晶器上生長(zhǎng)，當(dāng)晶體生長(zhǎng)到一定程度，采用刮除法將結(jié)晶的固體聚集到坩堝底部，再通過(guò)保溫壓榨把晶體間包裹的低熔點(diǎn)富含雜質(zhì)的液體擠出，此種方法可使原鋁量的80得到精煉，純度可由3 N5提高到4 N5?！遁p金屬》1990年第8期詳細(xì)介紹分步結(jié)晶法操作方法如下。把作為原料的電解原鋁液裝入石墨坩堝，石墨冷卻管中的氣體冷卻鋁液，在冷卻管周圍結(jié)晶出初晶。然后，使環(huán)狀柱塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將冷卻管周圍的初晶刮落到下方，并用柱塞向刮落到下方的結(jié)晶周期地施加不大的壓縮力。在此工藝過(guò)程中，小的結(jié)晶燒結(jié)變成大的結(jié)晶。部分大結(jié)晶再熔解，并被柱塞壓縮，晶格問(wèn)的含雜質(zhì)液體被擠到上方的母潰部分。由于反復(fù)進(jìn)行這種操作，使高純度的固體層和含有雜質(zhì)的液體層分離。投入的原鋁約有80%可被精煉，精煉過(guò)程結(jié)束屆可采用傾動(dòng)精煉裝置排出含質(zhì)雜決的液體層，或者待全部金屬凝固后，切除精煉鑄錠上部的含雜質(zhì)部分，就得到高純鋁。但是上述介紹的分步結(jié)晶法由于需要使用環(huán)狀柱塞，操作過(guò)程比較復(fù)雜，而且不容易控制純鋁的結(jié)晶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種將改進(jìn)的分步結(jié)晶法進(jìn)行鋁純化的方法和裝置，通過(guò)本方法和裝置能夠得到99. 9(3N)以上的純鋁產(chǎn)品，本方法能耗低，容易操作。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了改進(jìn)的分步結(jié)晶的方法，它是將熔融的鋁液(鋁水)注入一級(jí)結(jié)晶器的中部，在適當(dāng)?shù)臏囟认拢冧X開(kāi)始結(jié)晶(未到凝固點(diǎn))，密度變小，上升 (上浮)到結(jié)晶器的上部，而雜質(zhì)的金屬未到結(jié)晶溫度，則沉降到結(jié)晶器的中下部，在攪拌狀況下從結(jié)晶器的鋁液出口斜管中，在重力的作用下進(jìn)入二級(jí)結(jié)晶器的中部，控制結(jié)晶器的溫度，繼續(xù)進(jìn)行二次結(jié)晶，一直進(jìn)行三級(jí)、四級(jí)或多級(jí)結(jié)晶，就可以得到99. 9-99. 99以上的高純鋁，送到后續(xù)的生產(chǎn)線制造高端鋁制品，例如做電解電容器用的陽(yáng)極箔、電容器引線、 集成電路導(dǎo)線、真空蒸發(fā)材料、超導(dǎo)體的穩(wěn)定導(dǎo)體、磁盤合金和高斷裂韌性鋁合金的基體金屬等；在二級(jí)結(jié)晶器、三級(jí)結(jié)晶器或四級(jí)以上結(jié)晶器的攪拌過(guò)程中，除了純鋁能夠前移外， 部分含雜質(zhì)的鋁液能夠從鋁液出口斜管返回前一級(jí)結(jié)晶器，重新進(jìn)行提純；部分含雜質(zhì)的鋁液也可以從后一級(jí)結(jié)晶器下部的雜質(zhì)鋁出口管排出，通過(guò)控制閥返回前一級(jí)結(jié)晶器繼續(xù)操作，經(jīng)過(guò)多級(jí)結(jié)晶器，最后一級(jí)的雜質(zhì)在前移過(guò)程中濃度增加，使得純鋁可以連續(xù)的提純；有較多雜質(zhì)的鋁液送到雜質(zhì)鋁容器，可以通過(guò)控制閥定時(shí)送到雜質(zhì)鋁容器，作為生產(chǎn)普通鋁材，例如門窗鋁型材、鋁鍋、自行車鋁型材或普通工業(yè)鋁制品的原料；
為了能更好的保存純鋁晶體，第二個(gè)結(jié)晶器的溫度需與第一個(gè)容器的溫度相近，可以通過(guò)結(jié)晶器內(nèi)部的加熱器和溫度傳感器進(jìn)行控制；
在連續(xù)的提純純鋁過(guò)程中，每一級(jí)結(jié)晶器的上部、中部或下部可以設(shè)鋁液分析取樣口或自動(dòng)金屬成份分析傳感器，隨時(shí)控制每一級(jí)結(jié)晶器的熔融金屬鋁含量。本發(fā)明高純鋁的提取方法可以采用真空操作，或者投入氮?dú)饣驓鍤膺M(jìn)入結(jié)晶器操作。理論上純鋁的熔點(diǎn)為660°C，所以注入一級(jí)結(jié)晶器的鋁液可以在加熱器加熱到 690 - 700°C，在670°C — 680°C的溫度下產(chǎn)生結(jié)晶，純鋁結(jié)晶后密度變小，在攪拌狀況下從鋁液出口斜管中，在重力的作用下進(jìn)入二級(jí)結(jié)晶器的中部，結(jié)晶器下方有雜質(zhì)的鋁液溫度還在熔點(diǎn)以上，二級(jí)結(jié)晶器的純鋁含量可能比一級(jí)結(jié)晶器的低，可以通過(guò)控制閥A返回加熱爐，再次進(jìn)入一級(jí)結(jié)晶器重結(jié)晶。本發(fā)明的高純鋁的提取方法所采用的設(shè)備包括加熱爐、鋁液儲(chǔ)槽、2個(gè)或2個(gè)以上的結(jié)晶器，純鋁容器和雜質(zhì)鋁容器，加熱爐將鋁液加熱送到一級(jí)結(jié)晶器，一級(jí)結(jié)晶器中部有鋁液入口管，每級(jí)結(jié)晶器上部有鋁液出口斜管，通到下一級(jí)結(jié)晶器的中部，結(jié)晶器下部有雜質(zhì)鋁出口管和控制閥，每個(gè)結(jié)晶器下部雜質(zhì)鋁可以匯集一起，通過(guò)控制閥返回加熱爐，再次進(jìn)入一級(jí)結(jié)晶器重結(jié)晶，或者接雜質(zhì)鋁容器接普通鋁材生產(chǎn)線。本發(fā)明高純鋁的提取設(shè)備中，每一個(gè)結(jié)晶器都安裝攪拌器，可以采用機(jī)械攪拌器和電磁攪拌器。為了使得結(jié)晶器純鋁結(jié)晶出口能夠流動(dòng)，可以在結(jié)晶器下部設(shè)加熱裝置、溫度傳感器和化學(xué)成分檢測(cè)傳感器，對(duì)結(jié)晶鋁液加熱，使其順利控制結(jié)晶器的溫度和成分，和掌握結(jié)晶的時(shí)間。本發(fā)明高純鋁的提取設(shè)備可以采用真空操作，或者投入氮?dú)饣驓鍤獠僮?，具體設(shè)備與其它金屬冶煉采用的非氧冶煉結(jié)構(gòu)原理相同，此處不再詳細(xì)描述。本發(fā)明高純鋁的提取設(shè)備的工作原理
物料從中間進(jìn)入結(jié)晶器后，在結(jié)晶段產(chǎn)生晶體，在攪拌狀況下，一部分結(jié)晶的純鋁從出口斜管，流到下一級(jí)結(jié)晶器，雜質(zhì)鋁可以通過(guò)出口斜管隨著上升回流到前一級(jí)的結(jié)晶器，或者從后一級(jí)結(jié)晶器下部的雜質(zhì)鋁出口管排出，通過(guò)控制閥返回前一級(jí)結(jié)晶器繼續(xù)操作。連續(xù)多級(jí)分步結(jié)晶與單級(jí)結(jié)晶的關(guān)系，類似于化學(xué)物質(zhì)精餾與單級(jí)蒸餾的關(guān)系。利用本發(fā)明的方法，可以將含有Si、Fe、Cu、Pb、Zn、Ca、Ti、Cd、Ag、In等多種元素的鋁錠經(jīng)過(guò)分步結(jié)晶后分離出99. 9-99. 999 (5N)以上的純鋁產(chǎn)品，分離效果好，不需要重新熔融加熱鋁棒，過(guò)程節(jié)省了大量能源。本發(fā)明的有益效果
I、本發(fā)明的高純鋁的提取方法實(shí)際上是改進(jìn)的分步結(jié)晶法，現(xiàn)有的分步結(jié)晶法是純鋁在結(jié)晶器結(jié)晶后立刻冷卻取出，得到鋁棒，通過(guò)分析取得鋁棒各部的化學(xué)含量數(shù)據(jù)，然后用機(jī)械切除雜質(zhì)鋁，這樣既浪費(fèi)了能源，得到的鋁棒也不規(guī)則，有的短，有的長(zhǎng)，生產(chǎn)精鋁產(chǎn)品成分不一致，有的時(shí)候還要重新熔融加熱。2、本發(fā)明的高純鋁的提取設(shè)備可以利用現(xiàn)有的鋁熔煉設(shè)備改進(jìn)，只要結(jié)晶器保溫良好，操作很方便，控制閥門可以采用計(jì)算機(jī)控制方式，完成自動(dòng)化控制。


圖I是本發(fā)明的高純鋁的提取方法的工藝流程以及設(shè)備的連接關(guān)系圖。圖2是含3. 0%硅的鋁硅合金提純鋁的相圖。圖中序號(hào)和部件名稱1、加熱爐，2、鋁液儲(chǔ)槽，3、鋁液入口管，4、一級(jí)結(jié)晶器，5、鋁液出口斜管，6、二級(jí)結(jié)晶器，7、三級(jí)結(jié)晶器，8、四級(jí)結(jié)晶器，9、精鋁產(chǎn)品生產(chǎn)線，10、控制閥，
11、加熱器，12、溫度傳感器，13、攪拌器；14、雜質(zhì)鋁出口管；15、雜質(zhì)鋁容器；16、普通鋁材生產(chǎn)線；17、雜質(zhì)鋁回流控制閥。如圖I所示，提取設(shè)備包括加熱爐I、鋁液儲(chǔ)槽2、四個(gè)結(jié)晶器分別是，一級(jí)結(jié)晶器 4，二級(jí)結(jié)晶器6，三級(jí)結(jié)晶器7，四級(jí)結(jié)晶器8，鋁液入口管3設(shè)在結(jié)晶器中部，前一級(jí)結(jié)晶器與后級(jí)有鋁液出口斜管5連接；結(jié)晶器下部有雜質(zhì)鋁出口管14，雜質(zhì)鋁出口管14安裝有雜質(zhì)鋁回流控制閥17，四級(jí)結(jié)晶器8后接精鋁產(chǎn)品生產(chǎn)線9，每級(jí)結(jié)晶器下部都有雜質(zhì)鋁出口管；可以通過(guò)雜質(zhì)鋁回流控制閥17和控制閥10接回加熱爐1，或者接雜質(zhì)鋁容器15然后接普通鋁材生產(chǎn)線16 ;也可以將雜質(zhì)鋁從結(jié)晶器的鋁液出口斜管5中返回前級(jí)結(jié)晶器。結(jié)晶器內(nèi)部安裝有加熱器11、溫度傳感器12和攪拌器13。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
將熔融的含有Si、Fe、Cu、Pb、Zn、Ca、Ti、Cd、Ag、In等多種元素的鋁錠放到真空加熱器加熱到690 - 700°C，得到鋁液，含有注入一級(jí)結(jié)晶器的中部，在670°C — 680°C的溫度下產(chǎn)生結(jié)晶，結(jié)晶后純鋁由于密度較大，沉降在一級(jí)結(jié)晶器的下部，結(jié)晶器上方有雜質(zhì)的鋁液溫度還在熔點(diǎn)以上，浮在一級(jí)結(jié)晶器的上方，并送到二級(jí)結(jié)晶器，繼續(xù)進(jìn)行結(jié)晶，同樣結(jié)晶后的純鋁沉降在二級(jí)結(jié)晶器的下部，含有雜質(zhì)的鋁液浮在二級(jí)結(jié)晶器的上方，并送到三級(jí)結(jié)晶器，通過(guò)三級(jí)或四級(jí)結(jié)晶器，將含有較多雜質(zhì)的鋁液送到雜質(zhì)鋁容器，即作為生產(chǎn)普通工業(yè)鋁制品的原料；沉降在各級(jí)結(jié)晶器下部的純鋁，可以進(jìn)一步通過(guò)控制閥A返回加熱爐，再次進(jìn)入結(jié)晶器重結(jié)晶，經(jīng)過(guò)幾次重結(jié)晶，最后得到99. 99以上的純鋁產(chǎn)品，通過(guò)控制閥B送到精鋁產(chǎn)品生產(chǎn)線，制造高端鋁制品?？梢杂肎DMS方法對(duì)一級(jí)結(jié)晶器下部不同高度的各個(gè)元素進(jìn)行分析。圖2所示，含3. 0%硅的鋁硅合金的相圖中，垂直箭頭顯示組成。隨著合金凝固它分解成兩個(gè)部分固體成分移動(dòng)至相圖靠鋁方向，不純的組成部分移動(dòng)至右方。這個(gè)過(guò)程是物理上總所周知的在634°C —切都達(dá)到溫度的平衡。然后在圖純的一邊有大約30%的材料， 其Si含量是O. 5% ;在另一邊有70%的材料，其Si含量是4. 0%。這是發(fā)生在一個(gè)批次過(guò)程中的典型，不純的遠(yuǎn)遠(yuǎn)比純的分?jǐn)?shù)要高，凈化程度相對(duì)較小。經(jīng)過(guò)四次結(jié)晶，可以得到99. 99 以上的純鋁產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.高純鋁的提取方法，其特征在于采用改進(jìn)的分步結(jié)晶的方法，它是將熔融的鋁液注入一級(jí)結(jié)晶器的中部，在結(jié)晶的溫度下，純鋁密度變小，上升到結(jié)晶器的上部，而雜質(zhì)的合金沉降到結(jié)晶器的中下部，在攪拌狀況下純鋁結(jié)晶從結(jié)晶器的鋁液出口斜管中，進(jìn)入二級(jí)結(jié)晶器的中部，控制結(jié)晶器的溫度，繼續(xù)進(jìn)行二次結(jié)晶，一直進(jìn)行三級(jí)、四級(jí)或多級(jí)結(jié)晶， 得到高純鋁，送到后續(xù)的生產(chǎn)線制造高端鋁制品，在二級(jí)結(jié)晶器、三級(jí)結(jié)晶器或四級(jí)以上結(jié)晶器的攪拌過(guò)程中，除了純鋁能夠前移外，部分含雜質(zhì)的鋁液返回前一級(jí)結(jié)晶器，重新進(jìn)行提純；有較多雜質(zhì)的鋁液送到雜質(zhì)鋁容器，通過(guò)控制閥定時(shí)送到雜質(zhì)鋁容器，作為生產(chǎn)普通鋁材。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高純鋁的提取方法，其特征在于第二個(gè)結(jié)晶器的溫度需與第一個(gè)容器的溫度相近，通過(guò)結(jié)晶器內(nèi)部的加熱器和溫度傳感器進(jìn)行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高純鋁的提取方法，其特征在于每一級(jí)結(jié)晶器的上部、中部或下部可以設(shè)鋁液分析取樣口或自動(dòng)金屬成份分析傳感器，隨時(shí)控制每一級(jí)結(jié)晶器的熔融金屬鋁含量。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高純鋁的提取方法，其特征在于含雜質(zhì)的鋁液返回前一級(jí)結(jié)晶器的操作是通過(guò)鋁液出口斜管或者從結(jié)晶器底部匯集一起，通過(guò)控制閥返回加熱爐， 再次進(jìn)入前級(jí)結(jié)晶器重結(jié)晶，或者接雜質(zhì)鋁容器接普通鋁材生產(chǎn)線。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高純鋁的提取方法，其特征在于提取方法采用真空操作，或者投入氮?dú)饣驓鍤膺M(jìn)入結(jié)晶器操作。
6.如權(quán)利要求I所述的高純鋁的提取方法所采用的設(shè)備，其特征在于它包括加熱爐、 鋁液儲(chǔ)槽、若干個(gè)結(jié)晶器，純鋁容器和雜質(zhì)鋁容器，加熱爐將鋁液加熱送到一級(jí)結(jié)晶器，一級(jí)結(jié)晶器中部有鋁液入口管，每級(jí)結(jié)晶器上部有鋁液出口斜管，通到下一級(jí)結(jié)晶器的中部， 結(jié)晶器下部有雜質(zhì)鋁出口管和控制閥，每個(gè)結(jié)晶器下部雜質(zhì)鋁匯集一起，通過(guò)控制閥接加熱爐，進(jìn)入一級(jí)結(jié)晶器，或者接雜質(zhì)鋁容器接普通鋁材生產(chǎn)線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高純鋁的提取方法所采用的設(shè)備，其特征在于每一個(gè)結(jié)晶器都安裝攪拌器，采用機(jī)械攪拌器和電磁攪拌器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高純鋁的提取方法所采用的設(shè)備，其特征在于在結(jié)晶器下部設(shè)有加熱裝置、溫度傳感器和化學(xué)成分檢測(cè)傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高純鋁的提取方法所采用的設(shè)備，其特征在于結(jié)晶器與真空系統(tǒng)連接，或者與提供氮?dú)饣驓鍤獾脑O(shè)備連接。
全文摘要
一種高純鋁的提取方法，采用改進(jìn)的分步結(jié)晶的方法，它是將熔融的鋁液注入一級(jí)結(jié)晶器的中部，在攪拌狀況下純鋁從結(jié)晶器的鋁液出口斜管中，進(jìn)入二級(jí)結(jié)晶器，繼續(xù)進(jìn)行二次結(jié)晶，一直進(jìn)行三級(jí)、四級(jí)或多級(jí)結(jié)晶，得到99.9995以上的純鋁產(chǎn)品，送到后續(xù)的生產(chǎn)線制造高端鋁制品，含雜質(zhì)的鋁液能夠返回前一級(jí)結(jié)晶器，重新進(jìn)行提純；本方法純鋁分離效果好，不需要重新熔融加熱鋁棒，能耗低，容易操作。
文檔編號(hào)C22B21/06GK102586623SQ20121007014
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者鄭玉林 申請(qǐng)人:南南鋁業(yè)股份有限公司