CN110565119A - 一种纯化铝合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯化铝合金的方法，具体而言，本发明的纯化铝合金的方法包括在具有多孔壁的容器中提供熔融铝合金，所述多孔壁能够将熔融铝容纳在容器中并且可被熔融电解质渗透。铝通过多孔壁电解输送到阴极，从而将铝与合金成分基本分离。

Description

一种纯化铝合金的方法

技术领域

本发明涉及一种纯化铝合金的方法和设备，更具体地说，涉及一种电解纯化铝合金如铝-硅型合金的方法和设备。

背景技术

铝-硅合金常规上是通过向商业级铝中添加通常独立制备的所需量的硅而制得的，因此产生了价格相对较高的铝合金产品。在其他方法中，铝硅合金直接由氧化铝-二氧化硅核制备。现有技术中公开了可以在高炉中制备铝-硅合金，其中将焦炭或其他合适的含碳材料进料到一个反应区中，并将焦炭和氧化铝-硅矿石的混合物进料到第二反应区中。将焦炭燃烧产生的热一氧化碳气体引入第二反应中，以还原氧化铝-二氧化硅矿石。然而，这种生产铝-硅合金的方法或类似方法通常导致合金具有非常高的硅和铁含量，通常必须降低或降低该含量才能使合金具有商业用途。使此类合金中的铁含量保持较低的一种方法是使用铁含量较低的含氧化铝-二氧化硅的矿石。另一种方法涉及在还原过程之前通过物理选矿降低铁含量的步骤。但是，由于不利的经济因素和额外的步骤，最好从含铁量高的含氧化铝的矿石开始，这当然会导致合金中的硅和铁含量较高，如上所述。需要对其进行纯化。另一种方法涉及在还原过程之前通过物理选矿降低铁含量的步骤。但是，由于不利的经济因素和额外的步骤，最好从含铁量高的含氧化铝的矿石开始，这当然会导致合金中的硅和铁含量较高，如上所述。需要对其进行纯化。另一种方法涉及在还原过程之前通过物理选矿降低铁含量的步骤。但是，由于不利的经济因素和额外的步骤，最好从含铁量高的含氧化铝的矿石开始，这当然会导致合金中的硅和铁含量较高，如上所述。需要对其进行纯化。

本发明通过以高度经济的方式将铝与合金成分如硅和铁等分离来克服了现有技术中的问题。

发明内容

本发明的目的是提纯铝合金。

本发明的另一个目的是提纯含有高含量合金成分如硅，铁等的铝合金。

本发明的又一个目的是提供一种纯化铝的电解方法。

本发明的又一个目的是生产高纯铝。

本发明的又一个目的是提供一种适用于铝合金电解提纯的设备。

根据这些目的，提供了一种纯化铝合金的方法和设备。在该方法中，在具有多孔壁的容器中提供熔融铝合金，该多孔壁的最大平均孔径为635微米。多孔壁可被熔融电解质渗透，而不能被熔融铝渗透。铝通过多孔壁并通过电解质被电解运输或转移到阴极，从而将铝与其合金成分基本分离。

附图说明

图1以截面图示出了适用于本发明的设备的形式；

图2是可以连续操作以提供纯化铝的设备的示意图。

具体实施方式

本文所指的铝合金是通常不超过99.9wt。％的合金。％铝。然而，根据本发明可以纯化的合金可以包含大量的杂质。例如，铝合金可包含多达50wt。％。Si％而且，合金可包含大量的Fe，例如20重量％。％。另外，根据本发明，通常可以除去通常与铝结合的其他合金成分，例如Ti。而且，合金成分可以减少到非常低的水平。即，即使起始原料是相对纯净的，本发明也可用于提供高纯度的铝。

具体实施方式参考图1，示出了电解池结构10，其中基本上可以根据本发明纯化铝合金。该电池包括外部容器20，该外部容器的至少一部分由石墨或类似材料构成，该石墨或类似材料可以用作电池中的阴极。例如，可以将电池构造成使得仅底部21或其一部分可以用作阴极。电解池10还包括第二容器30，其与通过电解质24称为阴极的阴极连通。容器30用作容器，如图2所示。如图1所示，其中以熔融形式提供铝合金32。

容器30可以由导电或不导电的多孔材料构成。在由不导电的多孔材料构成的容器30中，必须将阳极投射到铝合金32中，以便可以将铝电解输送到阴极。如果容器30由导电的多孔材料制成，则该容器可以充当阳极，如图2所示。1。

关于可渗透壁，当期望将诸如硅，铁等的成分与铝分离时，优选该材料是碳质材料。然而，选择包含一种或多种铝原子的离子可渗透的其他材料在本发明的范围内，但这限制了诸如上述那些成分的通过。适用于本发明的优选碳质材料是最大平均孔径为635微米的多孔碳或多孔石墨。可以使用5-425微米的平均孔径，优选的直径在20-220微米的范围内。多孔碳，可从纽约尼亚加拉瀑布城碳素产品部的联合碳化物公司获得，已经发现具有约48％的有效孔隙率和约120微米的平均孔径的称为PC-25的PC-25是非常合适的。本申请中使用的多孔碳或其他多孔材料的特征还在于，在没有电流通过电池的情况下，熔融铝及其合金成分不可渗透或不可渗透，但用作电解质的熔融盐可渗透。

关于孔的尺寸，应当注意其尺寸可以根据压头的量，熔融铝的温度和多孔构件的润湿性而变化。同样，所使用的电解质以及合金成分会影响孔的尺寸，在没有电流通过电池的情况下，熔融铝及其合金成分将不可渗透或不可渗透。因此，可以看出，在某些情况下，其中孔的最大孔径较大或平均孔径大于上述范围内指示值的多孔部件可用于本发明，并且是熔融铝不可渗透的。

电解质24是本发明的重要方面。电解质应包括氟化铝或氯化铝和至少一种选自锂，钾，钠，锰和镁的卤化物的盐，优选的电解质包括氟化铝，氯化锂和氯化钾。氯化锂的使用允许使用高电流密度，而不会由于电解质中遇到的高电阻而由于发热而不利地影响电池的操作。氯化钾有助于沉积在阴极上的纯铝26的聚结。即，当使用氯化锂而没有氯化钾时，沉积在阴极上的铝会保留为分开的颗粒形式，从而使其难以从电池中回收。

电解质可包含按重量百分比计的5至95％的LiCl，4至70％的KCl和1至25％的AlF3。优选地，该组成是38至90％的LiCl，8至50％的KCl和2至12％的AlF3。可以使用AlCl3或MgCl2代替AlF3。可以用NaCl代替KCl。可以使用LiF代替LiCl，但是是次优选的。可以理解的是，也可以使用上述盐的组合，但是还是在次优选的基础上。

电解质的温度会影响过程的整体经济性。如果电解质温度太低，则可能难以收集纯化的铝。同样，低温会导致电解质电导率降低，从而导致电池生产率降低。太高的工作温度会缩短阳极和阴极的使用寿命，并导致盐汽化。因此，尽管温度可以在675℃至925℃的范围内，但是优选的温度在700℃至850℃的范围内。

在本发明的方法中，电池可以在高电流密度下操作，从而导致高产率的纯铝。同样，该电池可以在高电流密度下操作而不会在电解质中遇到高电阻，并且不会产生不希望的热量及其伴随的问题。电池可以在1到5伏的电压下工作，电流密度在200到3000amps/ft2的范围内，或者在某些情况下更高，优选电压在1.5到4.5伏的范围内。最小电流密度应不小于200安培/英尺2，最好至少为300安培/英尺2。

在电解池的操作中，熔融电解质24被提供在容器20中，并且优选地被保持在700℃至850℃的范围内的温度。熔融形式的铝合金被放置在容器30中。阳极到阴极，铝借助电解质通过多孔碳传输到阴极，在阴极沉积并收集。多孔壁限制了诸如硅，铁和其他残留物之类的合金成分的通过，因此可以防止在这些操作条件下污染纯铝。如果容器30是由导电的多孔材料构成的，则在其接触容器30之前，不允许纯铝26积累在容器20中，因为这会使电池短路。

本领域技术人员将认识到，许多阳极容器，例如图1中所示，具有多个阳极容器。如图1所示，可将其放置在阴极或外部容器20内以增加电池的产量。同样，将理解的是，可以使用采用可渗透膜的其他构造。例如，容器20可以由非导电材料构成，并且多孔膜可以用于分隔容器，从而提供容纳不纯的熔融铝32的区域以及在其中提供电解质的另一区域或空间。可以通过在不纯铝中提供阳极并在电解质中提供阴极并在其间通过电流来纯化铝。

参照图2，示出了可以连续操作的电解池的替代实施例。电池10′包括由抗纯铝26或熔融电解质24侵蚀的材料构成的外部容器20′和用作容器的第二容器30′，其中以熔融形式提供铝合金32。该电池具有伸入电解质24中的阴极22。在阴极22下方，放置容器23以接收沉淀或沉积在阴极上的纯化铝26。容器23具有出口27，纯化的铝26可以通过出口27以基本上与其在阴极22上的沉积速率相当的速率连续地去除。2，具有多孔壁29的多孔壁29可被包含一个或多个铝原子的离子渗透或穿透，该离子可通过壁29被电解传输到阴极。提供出口34，以便可以去除铝与铝分离后残留的残余物或合金成分36。在图1所示的特定实施例中，如图2所示，容器30′的侧面29用作电池的阳极。

在本发明的电池中，阳极和阴极之间的距离“x”（图2所示）应被严格控制，以帮助使电池两端的电压降最小。因此，阴极和阳极之间的距离“x”应不大于1.0英寸，优选不大于0.5英寸。

本发明在将铝合金中的硅和铁等去除到非常低的水平方面是有利的。另外，本发明能够从铝中分离镁等。即，如果待净化的铝合金包含镁等，即比铝低的贵金属，则这些材料可以穿过多孔膜，但是通常不沉积在阴极上。镁等通常溶解在浴中，因此，以这种方式，可以防止污染沉积在阴极上的纯化铝。

本发明以及提供纯净的铝的优点在于，可以提供高纯度的硅。另外，由于这些材料不通过多孔膜，因此可以回收硅铁化合物。此外，尽管上文已经指出，本发明对于纯化由高硅矿石获得的铝合金特别有用，但它也可用于纯化含铁和硅材料的铝屑。而且，本发明可以用于纯化用于复合产品例如钎焊合金中的铝。

下列实施例进一步说明本发明。

实例一

含11.4重量％的铝合金。％的硅和0.21重量％。将％铁以熔融形式提供到电池的阳极部分中。由5wt。使用％的氟化铝和95％的氯化锂。电解质温度为750℃。阳极部分由平均孔径为120微米且孔隙率为48％的多孔碳制成。阳极和阴极之间的距离为0.4英寸。使电流密度为650安培/英尺2的电流，安培数125和电压4.2穿过电池。在阴极收集的纯化铝仅包含0.011wt。％的硅和0.05重量％。％铁。

实施例二

实施例I的铝合金按实施例I的方法纯化，所不同的是电解液中含5wt。％的电解质。AlF3的％，10重量％。％KCl和85wt。％LiCl。电池在4.2伏特下工作，电流密度约为700安培/英尺2。在阴极处收集的纯化铝含有0.009重量％。Si和0.015重量％铁

实施例三

将具有铝合金3105的芯（0.5％的Mn，0.5％的Mg，剩余的基本上为Al）和在其两侧的包层（成分为9.75％的Si，1.5％的Mg，剩余的基本上为Al）的包层产品熔融以提供一种合金。具有3.10％的Si，0.45％的Fe，0.11％的Cu，0.16％的Mn和0.56％的Mg的铝合金组合物。为了纯化的目的，将熔体提供在阳极部分中，并按实施例I的方法处理，所不同的是电解质组合物为10％AlF3和90％LiCl，电流密度为500安培/ft2。纯化铝的分析显示仅0.002％的Si，0.004％的Fe，0.001％的Cu，0.004％的Mn和0.0003％的Mg，因此基本上提供99.99％的铝。

从上面的例子可以看出，铝中硅和铁的含量大大降低了。此外，可以看出，本发明能够生产高纯度的铝金属。

尽管已经根据优选实施例描述了本发明，但是所附权利要求旨在涵盖落入本发明的精神内的其他实施例。

Claims (10)

1.一种纯化铝合金的方法，包括：

（a）在其中具有多孔膜的容器中提供处于熔融状态的铝合金，所述多孔膜能够将熔融铝容纳在容器中并且可被熔融电解质渗透；

（b）在电解质存在下，将铝通过所述多孔膜电解转移到阴极，该转移以大于[200]500安培/英尺2的电流密度进行，其特征在于沉积基本上全部通过铝转移的铝，在阴极处的多孔膜，从而通过将铝与其合金成分分离而基本上将其纯化。

2.根据权利要求1的方法，其中多孔膜的最大平均孔径为635微米。

3.根据权利要求1的方法，其中采用多孔碳作为多孔膜。

4.根据权利要求3的方法，其中多孔碳的平均孔径为5-425微米。

5.根据权利要求1的方法，其中所述电解质包括选自氟化铝和氯化铝的至少一种盐和选自钠，钾，锂，锰和卤化镁的至少一种盐。

6.根据权利要求5的方法，其中所用的电解质包括至少一种选自氟化铝和氯化铝的盐和至少一种选自钠，钾，锂，锰和氯化镁的盐。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电解质基本上由5至95重量％的电解质组成4至70重量％的LiCl％的氯化钾和1至25wt％AlF3。

8.根据权利要求1的方法，其中所述电解质的温度为675℃至925℃。

9.根据权利要求1所述的方法，其中以至少[300]500安培/英尺2的电流密度转移铝。

10.一种纯化铝合金的方法，包括：

（a）将铝合金提供在其中具有多孔碳膜的容器中，所述多孔膜的最大平均孔径为635微米，并且可被包含至少一种选自氟化铝和铝的盐的熔融电解质所渗透，氯化铝和至少一种选自钠，钾，锂，锰和卤化镁的盐；

（b）在675℃至925℃的温度范围内，在电解质的存在下，通过所述多孔膜将铝电解转移至阴极，转移在[300]500的电流密度下进行铝至约3000安培/英尺其特征在于基本上将通过多孔膜转移的所有铝沉积在阴极上，从而通过将铝与合金成分分离而基本上将其纯化。