CN107354321A - 一种高纯铝的提纯方法 - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明涉及一种高纯铝的提纯方法，包括以下步骤：（1）将熔融的铝液注入坩埚中，且通过坩埚加热，使铝液保温在680℃‑700℃；（2）使设置在坩埚中部的结晶器在坩埚内螺旋式旋转，对坩埚内的铝液进行搅拌，并不断向结晶器内通入冷却水，进行冷却结晶；（3）经4～6小时结晶结束，将结晶器取出进行冷却，冷却至40℃‑42℃，取出结晶锭，从结晶锭的尾部去除结晶锭重量的1/4‑1/3，得到提纯的铝锭。本发明的优点在于：通过坩埚外表面的加热丝使铝液保持在一定的温度，并向结晶器中不断加入冷却水，铝液就会在结晶器周围结晶出纯度高的晶体；这种工艺简单，且生产效率高；同时，提纯后铝的纯度可高达99.9999%。

Description

一种高纯铝的提纯方法
技术领域
本发明涉及金属铝的提纯方式，特别涉及一种高纯铝的提纯方法。
背景技术
我国是一个铝业大国，电解铝的产量位居世界前列，但是高纯铝（纯度在3N以上的铝产品）大部分依赖进口，虽然在20世纪80年代，国内开始进行这方面的研究，但生产工艺的改进仅适用纯度低于3N的铝产品生产，对3N高纯铝生产工艺的研究则比较缓慢。众所周知，高纯铝在低温电工技术、电子工业及电子计算机、天文望远镜、石油化工、原子能、雷达、航空航天、电动汽车和半导体等工业得到广泛地应用，其用量逐年增加。但现在国内能生产出满足用户需求的高纯铝的企业甚少，研发单位也屈指可数，因此国内所需的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高纯铝，但与国外同类企业相比，有较大差距，存在多方不足：1.设备及工艺相对复杂，其利用多学科领域技术，使投资成本过大，且不便掌握操控；2.排出杂质效率并不理想，生产不出合格产品；3.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；4.尽管生产出产品，但质量尚不稳定，使国内用户无法使用。
针对上述现象，中国专利号为201310710807.X提出了一种电磁搅拌下的定向凝固提取超高纯铝方法，将待提纯的精铝表面清洗烘干后装入放有高纯石墨坩埚的全封闭炉套中构成炉胆，将炉胆放入电磁搅拌加热炉中，先用真空泵将炉胆抽成真空，再通入氩气至标准大气压值；对炉胆加热，同时将电磁搅拌装置移至炉体下部，配合加热系统，对先熔化的铝液搅拌至原铝完全熔化，利用提拉装置将炉胆从电磁搅拌炉中恒速拉出，同时将电磁搅拌装置移至铝液的固液界面前沿，对固液面前沿的铝液进行轴向流搅拌，同时利用安装在炉口位置的冷却装置对已拉出炉体的炉胆部分进行冷却，经4～5小时后结晶结束；将成品铝锭上端切去2～3cm，下端切去原重的15%～20%，剩余部分为5N以上成品。与常规生产技术相比，节约了能耗，缩短了周期，提高了效率，但其提纯度很难得到99.9999%以上。
因此，研发一种工艺简单且提纯效果好的高纯铝的提纯方法是非常有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单且提纯效果好的高纯铝的提纯方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种高纯铝的提纯方法，其创新点在于：包括以下步骤：
（1）将熔融的铝液注入坩埚中，且通过坩埚加热，使铝液保温在680℃-700℃；
（2）使设置在坩埚中部的结晶器在坩埚内螺旋式旋转，对坩埚内的铝液进行搅拌，并不断向结晶器内通入冷却水，进行冷却结晶；（3）经4～6小时结晶结束，将结晶器取出进行冷却，冷却至40℃-42℃，取出结晶锭，从结晶锭的尾部去除结晶锭重量的1/4-1/3，得到提纯的铝锭。
进一步地，所述熔融的铝液中铝的纯度为99.99%。
本发明的优点在于：本发明高纯铝的提纯方法，通过坩埚加热使铝液保持在一定的温度，并向结晶器中不断加入冷却水，铝液就会在结晶器周围结晶出纯度高的晶体，并通过不断旋转结晶器，增加固液界面的流动，提高溶质的扩散效果；这种工艺简单，且生产效率高；同时，提纯后铝的纯度可高达99.9999%。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例的高纯铝的提纯方法，包括以下步骤：
（1）将熔融的铝液注入坩埚中，且通过坩埚加热，使铝液保温在680℃；
（2）使设置在坩埚中部的结晶器在坩埚内螺旋式旋转，对坩埚内的铝液进行搅拌，并不断向结晶器内通入冷却水，进行冷却结晶；
（3）经4小时结晶结束，将结晶取出进行冷却，冷却至42℃，取出结晶锭，从结晶锭的尾部去除结晶锭重量的1/4，得到提纯的铝锭。
实施例2
本实施例的高纯铝的提纯方法，包括以下步骤：
（1）将熔融的铝液注入坩埚中，且通过坩埚加热，使铝液保温在700℃；
（2）使设置在坩埚中部的结晶器在坩埚内螺旋式旋转，对坩埚内的铝液进行搅拌，并不断向结晶器内通入冷却水，进行冷却结晶；
（3）经6小时结晶结束，将结晶取出进行冷却，冷却至40℃，取出结晶锭，从结晶锭的尾部去除结晶锭重量的1/3，得到提纯的铝锭。
实施例3
本实施例的高纯铝的提纯方法，包括以下步骤：
（1）将熔融的铝液注入坩埚中，且通过坩埚加热，使铝液保温在690℃；
（2）使设置在坩埚中部的结晶器在坩埚内螺旋式旋转，对坩埚内的铝液进行搅拌，并不断向结晶器内通入冷却水，进行冷却结晶；
（3）经5小时结晶结束，将结晶4取出进行冷却，冷却至41℃，取出结晶锭，从结晶锭的尾部去除结晶锭重量的11/36，得到提纯的铝锭。
表1是实施例3铝液提纯前各元素GDMS分析报告单。
表2是实施例3铝液提纯后各元素GDMS分析报告单。
表1 GDMS分析报告单
单位：ppm
Si Cu Fe Ti V Zn Mg Na Ca Ga
3.4714 4.106 4.916 0.3758 0.6141 1.165 2.9465 0.577 0.1714 0.1199
表2 GDMS分析报告单
单位：ppm
本发明高纯铝的提纯方法，使得铝中杂质总和由原有的100ppm变为10ppm，通过坩埚加热使铝液保持在一定的温度，并向结晶器中不断加入冷却水，铝液就会在结晶器周围结晶出纯度高的晶体，并通过不断旋转结晶器，增加固液界面的流动，提高溶质的扩散效果；这种工艺简单，且生产效率高；同时，提纯后铝的纯度可高达99.9999%。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种高纯铝的提纯方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将熔融的铝液注入坩埚中，且通过坩埚加热，使铝液保温在680℃-700℃；
（2）使设置在坩埚中部的结晶器在坩埚内螺旋式旋转，对坩埚内的铝液进行搅拌，并不断向结晶器内通入冷却水，进行冷却结晶；（3）经4～6小时结晶结束，将结晶器取出进行冷却，冷却至40℃-42℃，取出结晶锭，从结晶锭的尾部去除结晶锭重量的1/4-1/3，得到提纯的铝锭。
2.根据权利要求1所述的高纯铝的提纯方法，其特征在于：所述熔融的铝液中铝的纯度为99.99%。
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