CN101696472A - 超高纯铝提纯方法 - Google Patents
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Abstract
一种超高纯铝提纯方法，其包括：选择精铝纯度至少为4N6，且其中Mg＜6ppm，Ti＜0.2ppm，Zr＜0.2ppm的原料精铝，并清洁烘干；将选择的原料精铝装入提纯炉中，并将该提纯炉密闭，抽真空，并用燃气炉加热到680℃-750℃，使原料精铝由固体熔化为液体；再将加热到680℃-750℃的提纯炉移入结晶炉中，该结晶炉加热器加热使结晶炉内恒温保持660℃，提纯炉中铝液在结晶炉加热器内旋转运动，通过控制结晶炉的散热量，使提纯炉内的铝液自维持结晶速度5-10cm/h，经4-6小时后结晶结束；将结晶后的提纯炉冷却，取出结晶锭，从结晶锭的尾部去除结晶锭重量的25％-35％，得到第一次提纯的铝锭；将第一次提纯的铝锭再放入提纯炉中，重复提纯，直到获得符合纯度要求的铝锭。
Description
技术领域
本发明涉及金属铝的提纯方法，特别是超高纯铝提纯方法。
背景技术
随着科学技术不断进步发展，超高纯铝(纯度在5N5以上的铝产品称为超高纯铝。)在电子、航空、航海、化工与国防工业等领域有着广泛地应用，其用量逐年增加。但现在国内能生产出满足用户需求的5N5超高纯铝的企业甚少，研发单位也屈指可数，因此国内所需超高纯铝大部分需进口，如何解决上述难题，是国内需求当务之急。
尽管国内有企业已在试生产或规模化生产超高纯铝，但与国外同类企业及国内对超高纯铝要求来比有较大差距，存在多方不足。
首先是设备，工艺相对复杂，其利用多学科领域技术，使投资成本过大，且不便掌握操控；其次是排出杂质效率上，并不理想，生产不出合格产品；其三是能耗偏高，达15000KWH/吨以上，与国家节能减排政策相违，尽管目前有所降低，但也有万度左右；其四，尽管生产出产品，但质量尚不稳定，使国内用户无法使用。
具体地讲，现有常规超高纯铝生产加热皆为电磁感应加热搅拌同步，采用低电压大电流，电器设备功率因数小于0.3左右，且无法用超大电容器补偿，大量耗电，由于铝的熔化潜热大于比热400多倍，使80％以上的耗电用于熔化铝。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种工艺简化，且节能、高产、高质的超高纯铝提纯方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种超高纯铝提纯方法，其包括下列步骤：
①选择精铝纯度至少为4N6，且其中Mg＜6ppm，Ti＜0.2ppm，Zr＜0.2ppm的原料精铝，并清洁烘干；
②将第①步选择的原料精铝装入提纯炉中，并将该提纯炉密闭，抽真空，使其真空度为10-3；
③将上述装有原料精铝的提纯炉放入燃气炉中加热到680℃-750℃，使提纯炉中的原料精铝由固体熔化为液体；
④将上述加热到680℃-750℃的提纯炉从燃气炉中移入结晶炉中，该结晶炉的加热器环绕在提纯炉四周，提纯炉在该结晶炉的加热器内螺旋式自转，使提纯炉中铝液在结晶炉加热器内旋转运动，同时加热器加热使结晶炉内恒度保持660℃，通过控制冷却水的温度及提纯炉伸出结晶炉的表面积，从而控制结晶炉的散热量，使提纯炉内的铝液自维持结晶速度5-10cm/h，经4-6小时后结晶结束；
⑤将结晶后的提纯炉冷却，取出结晶锭，从结晶锭的尾部去除结晶锭重量的25％-35％，得到第一次提纯的铝锭；
⑥将第一次提纯的铝锭再放入提纯炉中，重复步骤②-⑤，直到获得符合纯度要求的铝锭。
本发明的一较佳实施例为，在上述步骤⑥之后还包括：
a、将第二次提纯后的铝锭在真空状态下熔化，搅拌，起到均质作用后，铸造成用户需要的产品。
本发明另一较佳实施例为，在上述步骤⑥之后将第二次提纯后的铝锭在真空状态下熔化，搅拌，起到均质作用后，铸造成用户需要的产品。且在铸造成用户需要的产品时，取样分析，从而避免对结晶后的产品取样，不能代表整体产品质量的缺点。
与现有技术相比，本发明的优点是：本发明首先对原料精铝进行复检，同时对符合要求的原料精铝清洁烘干后再放入提纯炉中，这样就避免了由于原料本身问题影响产品质量。本发明的提纯炉仅用于熔化原料精铝，其通过燃气炉加热使原料精铝熔融，而不是使用现有的电磁感应加热低电压大电流，虽然可燃气体也是热能，但与电能相比其费用不足1/5，与现有超高纯铝生产企业相比，减少耗电4/5，节约能耗成本2/3，根据需要该燃气炉可设计多个炉眼，当一个炉眼熔铝时，其它炉眼可分别预热下次，或再次使用的提纯炉，更为节约熔铝成本，另外燃气炉热量爆发力强，加热熔化时间短，至少可提高3倍产量。本发明的结晶是将装有熔融原料精铝的提纯炉移入结晶炉中，并使提纯炉凸出结晶炉的长度可调节，同时该结晶炉的加热器环绕在提纯炉四周，提纯炉在该结晶炉的加热器内螺旋式自转，使提纯炉中铝液在结晶炉加热器内旋转运动，加热器加热使结晶炉内恒度保持660℃，通过控制冷却水的温度及提纯炉伸出结晶炉的表面积，从而控制结晶炉的散热量，使提纯炉内的铝液自维持结晶速度5-10cm/h，经4-6小时后结晶结束。本发明在结晶过程中，使提纯炉内的铝液在结晶炉加热器内旋转运动，这样就能有效地均匀析出杂质，提高结晶铝液的纯度。目前常规超高纯铝生产技术，因为熔化原料精铝与搅拌结晶在同一个炉中进行，时间一般在15小时以上才能结晶结束，所以本发明与常规生产比，产量至少提高3倍，如果同等规模连续生产，总投资可减少一半。
附图说明
图1为本发明提纯炉放入结晶炉中使用状态示意图。
具体实施方式
以下实施例中都采用30kg容量的提纯炉。
以下实施例中采用的结晶炉的结构如图1所示：该结晶炉1的大致结构与现有的结晶炉类似，该结晶炉1的中间设有内空的且固定不动的加热器2，该加热器2内可置放提纯炉3，同时提纯炉3可在该结晶炉1的加热器2内螺旋式自转，这样不仅该结晶炉可通过控制冷却水的温度实现散热量的控制，还可通过调节提纯炉伸出加热器的表面积实现散热量的控制，同时在结晶的同时，使提纯炉3内的铝液在结晶炉1的加热器2内旋转运动，这样就可有效地均匀析出杂质，提高结晶铝液的纯度。
实施例1：选择精铝纯度至少为4N6，且其中Mg＜6ppm，Ti＜0.2ppm，Zr＜0.2ppm的30kg原料精铝，并清洁烘干；将该原料精铝装入提纯炉中，并将该提纯炉密闭，抽真空，使其真空度为10-3；再将装有原料精铝的提纯炉放入燃气炉中加热到680℃，使提纯炉中的原料精铝由固体熔化为液体；接着将该加热到680℃的提纯炉从燃气炉中移入结晶炉，使提纯炉中铝液在结晶炉的加热器内旋转运动，该结晶炉的加热器恒度保持660℃，通过控制冷却水的温度及使提纯炉以5cm/h的速度螺旋伸出结晶炉，使提纯炉内的铝液自维持结晶速度5cm/h，经6小时后结晶结束；待结晶后的提纯炉冷却，取出结晶锭，从结晶锭的尾部去除结晶锭重量的25％-35％，得到第一次提纯的铝锭；最后将第一次提纯的铝锭再放入提纯炉中，重复上述熔化、结晶及去尾部步骤，得到第二次提纯后的铝锭。
实施例2：选择精铝纯度至少为4N6，且其中Mg＜6ppm，Ti＜0.2ppm，Zr＜0.2ppm的30kg原料精铝，并清洁烘干；将该原料精铝装入提纯炉中，并将该提纯炉密闭，抽真空，使其真空度为10-3；再将装有原料精铝的提纯炉放入燃气炉中加热到715℃，使提纯炉中的原料精铝由固体熔化为液体；接着将该加热到715℃的提纯炉从燃气炉中移入结晶炉，使提纯炉中铝液在结晶炉的加热器内旋转运动，该结晶炉的加热器恒度保持660℃，通过控制冷却水的温度及使提纯炉以7.5cm/h的速度螺旋伸出结晶炉，，使提纯炉内的铝液自维持结晶速度7.5cm/h，经5小时后结晶结束；待结晶后的提纯炉冷却，取出结晶锭，从结晶锭的尾部去除结晶锭重量的25％-35％，得到第一次提纯的铝锭；最后将第一次提纯的铝锭再放入提纯炉中，重复上述熔化、结晶及去尾部步骤，得到第二次提纯后的铝锭，并将第二次提纯后的铝锭在真空状态下熔化，搅拌，起到均质作用后，铸造成用户需要的产品。
实施例3：选择精铝纯度至少为4N6，且其中Mg＜6ppm，Ti＜0.2ppm，Zr＜0.2ppm的30kg原料精铝，并清洁烘干；将该原料精铝装入提纯炉中，并将该提纯炉密闭，抽真空，使其真空度为10-3；再将装有原料精铝的提纯炉放入燃气炉中加热到750℃，使提纯炉中的原料精铝由固体熔化为液体；接着将该加热到750℃的提纯炉从燃气炉中移入结晶炉，使提纯炉中铝液在结晶炉的加热器内旋转运动，该结晶炉的加热器恒度保持660℃，通过控制冷却水的温度及使提纯炉以10cm/h的速度螺旋伸出结晶炉，，使提纯炉内的铝液自维持结晶速度10cm/h，经4小时后结晶结束；待结晶后的提纯炉冷却，取出结晶锭，从结晶锭的尾部去除结晶锭重量的25％-35％，得到第一次提纯的铝锭；最后将第一次提纯的铝锭再放入提纯炉中，重复上述熔化、结晶及去尾部步骤，得到第二次提纯后的铝锭，并将第二次提纯后的铝锭在真空状态下熔化，搅拌，起到均质作用后，铸造成用户需要的产品。
在采用同样30kg容量的提纯炉时，测得上述各实施例的各项数据如下(下表中的传统产品为采用传统方法制得)：
表1
| 项目名称 | 纯度 | 耗电量 | 结晶时间 | 能耗成本 |
| 实施例1 | 5N5 | 3000KWH/吨 | 6h | 2万 |
| 实施例2 | 5N5 | 3100KWH/吨 | 5h | 2.5万 |
| 实施例3 | 5N5 | 3050KWH/吨 | 4h | 1.9万 |
| 传统产品 | 5N5 | 15000KWH/吨 | 15h | 6万 |
Claims (3)
1.一种超高纯铝提纯方法，其特征在于包括下列步骤：
①选择精铝纯度至少为4N6，且其中Mg＜6ppm，Ti＜0.2ppm，Zr＜0.2ppm的原料精铝，并清洁烘干；
②将第①步选择的原料精铝装入提纯炉中，并将该提纯炉密闭，抽真空，使其真空度为10-3；
③将上述装有原料精铝的提纯炉放入燃气炉中加热到680℃-750℃，使提纯炉中的原料精铝由固体熔化为液体；
④将上述加热到680℃-750℃的提纯炉从燃气炉中移入结晶炉中，该结晶炉的加热器环绕在提纯炉四周，该提纯炉在该结晶炉的加热器内螺旋式自转，使提纯炉中铝液在结晶炉加热器内旋转运动，同时加热器加热使结晶炉内恒温保持660℃，通过控制冷却水的温度及提纯炉伸出结晶炉的表面积，从而控制结晶炉的散热量，使提纯炉内的铝液自维持结晶速度5-10cm/h，经4-6小时后结晶结束；
⑤将结晶后的提纯炉冷却，取出结晶锭，从结晶锭的尾部去除结晶锭重量的25％-35％，得到第一次提纯的铝锭；
⑥将第一次提纯的铝锭再放入提纯炉中，重复步骤②-⑤，直到获得符合纯度要求的铝锭。
2.根据权利要求1所述的超高纯铝提纯方法，其特征在于，所述步骤⑥之后还包括：
a、将第二次提纯后的铝锭在真空状态下熔化，搅拌，起到均质作用后，铸造成用户需要的产品。
3.根据权利要求2所述的超高纯铝提纯方法，其特征在于，在铸造成用户需要的产品时，取样分析。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Owner name: CHANGSHA ZHONGDA TIMES ELECTRONIC TECHNOLOGY DEVEL Free format text: FORMER OWNER: HUNAN XIYUAN NEW MATERIAL CO., LTD. Effective date: 20111213 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20111213 Address after: 410000, Hunan Changsha high tech Zone torch city MO group north seven floor Patentee after: CHANGSHA ZHONGDA TIMES ELECTRONIC TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD. Address before: Four North building, Changhai base, hi tech Industrial Development Zone, Hunan, Changsha, 410000 Patentee before: Hunan Xiyuan New Material Co., Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 410000, Hunan Changsha high tech Development Zone torch city MO group north seven floor Patentee after: Hunan Zhongda times Technology Co., Ltd. Address before: 410000, Hunan Changsha high tech Zone torch city MO group north seven floor Patentee before: CHANGSHA ZHONGDA TIMES ELECTRONIC TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110511 Termination date: 20201113 |
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