CN114622249A - 一种降低电解铝液中铁含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低电解铝液中铁含量的方法，包括对原料根据铁含量的高低进行自动配料，确保原料中的铁元素不超过控制标准，降低劳动强度；建立“高锂盐含量、高极距、高铝水平、低电解质温度、低电解质水平、低氧化铝浓度”的“三高三低”生产工艺体系，减弱熔体对流搅拌作用，促进扩散层厚度增大，提高电解槽稳定性，降低阳极钢爪熔解及铁离子放电生成铁的机率，提升铝液质量；清理残极电解质，并分离破碎炭块中的细粉，降低回收炭块中杂质含量；“二级破碎，三级除铁”的极上料回收工艺，经过二次破碎和三次除铁，阳极覆盖料粒径≤5mm，增强除铁强度。本发明通过相关工艺创新，降低原料对产品质量的影响，提升电解过程稳定性，减少阳极残极及极上料循环利用带入的杂质，实现高品质低铁铝产品的持续稳定生产。
Description
技术领域
本发明属于有色金属冶炼技术领域，具体涉及一种降低电解铝液中铁含量的方法。
背景技术
电解铝液高纯化是生产高质量铝合金铸锭的重要保障，其中铁、硅、钠等元素对合金性能影响较大。电解铝液铁元素主要从原材料氧化铝、阳极炭块、氟化盐、阳极覆盖料、打壳锤头等工艺操作中进入。据统计电解铝液中铁含量主要来源分别为：原料28%，阳极炭块35%，极上覆盖料20%。
预焙阳极炭块经磷生铁水浇铸后用于电解生产，电解残极极上覆盖料经过清理，进行残极炭块压脱，残极炭块经破碎处理后循环生产阳极炭块，残极炭块中的杂质铁在周期循环中不断富积，造成阳极炭块铁含量升高，铁在电解过程带入铝液中。
经检测极上料中铁含量高达900ppm以上，这些铁元素，在生产过程中，随着电解质的冲刷，最后进入铝液，导致铝液中铁含量升高，导致原铝质量下降。而极上料中的铁元素主要来源于阳极钢爪，使用过程中阳极钢爪因电场、磁场及高温等，表面腐蚀形成氧化层或熔解，氧化层脱落进入极上覆盖料。阳极钢爪是电解铝阳极中导杆与炭块间的重要连接结构，是一种要求兼具良好导电性能与力学性能的结构功能一体化材料。阳极钢爪需承受铝电解生产过程中通入电解槽的强大电流，通过每个钢爪的平均电流达15000Ａ左右（双阳极）；阳极钢爪起连接铝导杆与夹持阳极炭块的作用，每块新阳极重达700～1000kg，阳极钢爪必须具有一定的强度和尺寸稳定性，因此阳极钢爪材质通常都采用合金钢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低电解铝液中铁含量的方法。
本发明的目的是这样实现的，所述的降低电解铝液中铁含量的方法包括配料、电解、残极除铁和极上料除铁步骤，具体包括：
A、配料：分析原料中的铁含量，将原料氧化铝进行混合配料得到混合料a，控制混合料a中的铁含量不超过0.200Kg/t.Al；
B、电解：将混合料a于420KA预焙铝电解槽中采用“高锂盐含量、高极距、高铝水平、低电解质温度、低电解质水平、低氧化铝浓度”的“三高三低”生产工艺体系进行电解；
C、残极除铁：阳极底掌清刷装置对残极底掌电解质进行清理，进行阳极钢爪压脱，分离炭块中钢爪脱落的磷生铁、氧化铁；
D、极上料除铁：采用“二级破碎，三级除铁”工艺，经过二次破碎和三次除铁，阳极覆盖料粒径≤5mm，增强除铁强度。
具体操作如下：
A、配料：分析原料中铁含量，将原料进行混合配料，确保原料中的铁元素不超过控制标准；
B、电解：建立“高锂盐含量、高极距、高铝水平、低电解质温度、低电解质水平、低氧化铝浓度”的“三高三低”生产工艺体系；
C、残极除铁：残极底掌清刷电解质，进行阳极钢爪压脱，分离出炭块中钢爪脱落的磷生铁、氧化铁，并通过传动装置将铁杂质自卸至收集容器中，达到降低炭块中铁含量的目的；
D、极上料除铁：“二级破碎，三级除铁”，经过二次破碎、筛分和除铁，阳极覆盖料粒径≤5mm，增强除铁强度。
本发明的有益效果：
1、本发明通过将含铁量不同的原料配合使用，确保原料铁含量的稳定，便于控制产品质量，同时将高含铁的原料配合使用，有利于降低生产成本。
2、本发明高极距减弱熔体对流搅拌作用，促进扩散层厚度增大，提高电解槽稳定性，降低阳极钢爪熔解及铁离子放电生成铁的机率，提升铝液质量。其它工艺参数的优化设置能降低槽电压，减少高极距对槽电压和电流效率的影响。
3、本发明通过对残极底掌的清刷和压脱炭块除铁，降低炭块中的灰分及杂质含量，避免残极炭块循环利用造成的铁等杂质富集。
4、本发明通过对极上料多次破碎和除铁，有效降低了极上料中的杂质铁含量，有利于提升电解铝液质量。
5、本发明通过有效控制电解铝液杂质铁的主要来源，提升了电解铝液质量，可生产高品质的低铁铝产品。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明所述的降低电解铝液中铁含量的方法包括配料、电解、残极除铁和极上料除铁步骤，具体包括：
A、配料：分析原料中的铁含量，将原料氧化铝进行混合配料得到混合料a，控制混合料a中的铁含量不超过0.200Kg/t.Al；
B、电解：将混合料a于420KA预焙铝电解槽中采用“高锂盐含量、高极距、高铝水平、低电解质温度、低电解质水平、低氧化铝浓度”的“三高三低”生产工艺体系进行电解；
C、残极除铁：阳极底掌清刷装置对残极底掌电解质进行清理，进行阳极钢爪压脱，分离炭块中钢爪脱落的磷生铁、氧化铁；
D、极上料除铁：采用“二级破碎，三级除铁”工艺，经过二次破碎和三次除铁，阳极覆盖料粒径≤5mm，增强除铁强度。
B步骤中420KA预焙铝电解槽工艺参数如下：
C步骤残极除铁包括以下步骤：
1）阳极底掌清刷装置对残极底掌电解质进行清理，减少阳极炭块灰分含量；
2）压脱残极炭块，分离炭块跟阳极钢爪，分拣大块铁渣；
3）破碎炭块在输送带进料口通过除铁器除铁；
4）筛分破碎炭块，将3mm以下的细粉分离，吸粉中含有20~30%的细小电解质及铁杂质；
5）合格炭块回系统循环使用。
步骤3）中所述的除铁器为永磁自卸式除铁器、干式电磁除铁器或抽屉式除铁器。
步骤4）中所述的筛分破碎炭块是采用直线振动筛、重型振动筛或双轴振动筛进行筛分。
D步骤极上料除铁包括以下步骤：
1）残极清理产生的极上料，除铁后进回收处理系统；
2）极上料送至颚式破碎机破碎；
3）破碎料除铁；
4）一次破碎极上料送至圆锥破碎机进行二次破碎；
5）二次破碎料除铁；
6）筛分破碎料，大颗粒物料返回至颚式破碎机破碎，合格破碎料送至料仓供循环使用。
步骤3）中破碎料除铁是采用永磁自卸式除铁器、干式电磁除铁器或抽屉式除铁器进行除铁。
步骤6）中筛分破碎料是采用筛孔为4~6mm的惯性振动筛、直线振动筛或单轴振动筛进行筛分。
本发明包括的具体步骤如下：
A、配料：原料氧化铝以2000吨为一批进行检验，将铁含量低于0.150 kg/t·Al的氧化铝原料配铁含量偏高的原料，配料后，氧化铝中的铁含量不超过0.200kg/t·Al。
B、电解：420KA电解工艺，其工艺参数设置为如表1所示。
表1. 420kA预焙铝电解槽工艺参数表
C、残极除铁：①阳极底掌清刷装置对残极底掌电解质进行清理，人工检查电解质清理情况，并对未清理干净的电解质进一步清理，减少阳极炭块灰分含量；②压脱残极炭块；③对破碎炭块除铁；④筛分破碎炭块，分离破碎后的细小电解质及铁杂质，合格炭块循环使用。
D、极上料除铁：①残极清理产生的极上料，除铁后进回收处理系统；②极上料送至颚式破碎机破碎；③破碎料除铁；④一次破碎极上料送至圆锥破碎机进行二次破碎；⑤二次破碎料除铁；⑥筛分破碎料，大颗粒物料返回至颚式破碎机破碎，合格破碎料送至料仓供循环使用。
所述A步骤中的配料，包括料仓、计量设备、混料设备及输送设备，不同批次的原料分别进入单独的料仓，控制人员根据分析结果确定配料比例，进行设定后，系统自动进行计量和混合，并输送至电解厂房料仓或电解槽内。
所述计量设备包括失重秤、皮带秤、称重螺旋中的一种或几种。
所述混料设备包括螺旋混料机、螺带混料机中的一种或几种。
所述输送设备包括气力输送、管带输送、皮带输送中的一种或几种。
所述C步骤中的破碎炭块除铁包括电磁除铁、永磁除铁设备中的一种或几种。
所述破碎炭块筛分包括直线振动筛、重型振动筛、双轴振动筛中的一种或几种，筛孔3~5mm。
所述D步骤中的除铁包括永磁自卸式除铁器、干式电磁除铁器、抽屉式除铁器中的一种或几种。
所述极上料筛分包括惯性振动筛、直线振动筛、单轴振动筛中的一种或几种，筛孔4~6mm。
下面以具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例1
S100：原料氧化铝以2000吨为一批进行检验，将铁含量低于0.150kg/t·Al的氧化铝原料配铁含量偏高的原料，控制人员设定配料比例，系统按照计量秤的计量调整下料量，计量秤将物料送入混料螺旋，螺旋混合后通过气力输送进入电解槽。混合后的氧化铝中铁含量不超过0.200kg/t·Al。
S200：调整电解工艺参数：电流强度420KA，极距4.2~4.5cm，锂盐浓度2.0~2.2%，氧化铝浓度3.2%，电解温度940~945℃，铝水平32~34cm，电解质水平17~18cm。
S300：①阳极底掌清刷装置对残极底掌电解质进行清理，人工检查电解质清理情况，并对未清理干净的电解质进一步清理，减少阳极炭块灰分含量；②压脱残极炭块，分离炭块跟阳极钢爪，分拣大块铁渣；③破碎炭块在输送带进料口通过永磁自卸式除铁器除铁；④直线振动筛筛分破碎炭块，将3mm以下的细粉分离，吸粉中含有20~30%的细小电解质及铁杂质；⑤合格炭块回系统循环使用。
S400：①残极清理产生的极上料，在输送皮带进料端通过永磁自卸式除铁器除铁，送至破碎系统；②极上料送至颚式破碎机破碎至50mm左右；③在输送皮带进料端通过永磁自卸式除铁器破碎料除铁；④一次破碎极上料送至圆锥破碎机进行二次破碎，破碎至5mm左右；⑤二次破碎料通过干式电磁除铁器除铁；⑥通过直线振动筛筛分，大于5mm物料返回至颚式破碎机破碎，小于5mm物料送至料仓供循环使用。
通过上述处理后，电解残极铁含量从0.2%～0.3%降低至0.1%以内；极上料的平均含量由0.42%降至0.12%以下。经统计，电解原铝液铁含量≤0.08%的电解槽槽台率平均每年达86%，可生产99.85%低铁重熔用铝锭。
Claims (8)
1.一种降低电解铝液中铁含量的方法，其特征在于所述的降低电解铝液中铁含量的方法包括配料、电解、残极除铁和极上料除铁步骤，具体包括：
A、配料：分析原料中的铁含量，将原料氧化铝进行混合配料得到混合料a，控制混合料a中的铁含量不超过0.200Kg/t.Al；
B、电解：将混合料a于420KA预焙铝电解槽中采用“高锂盐含量、高极距、高铝水平、低电解质温度、低电解质水平、低氧化铝浓度”的“三高三低”生产工艺体系进行电解；
C、残极除铁：阳极底掌清刷装置对残极底掌电解质进行清理，进行阳极钢爪压脱，分离炭块中钢爪脱落的磷生铁、氧化铁；
D、极上料除铁：采用“二级破碎，三级除铁”工艺，经过二次破碎和三次除铁，阳极覆盖料粒径≤5mm，增强除铁强度。
2.根据权利要求1所述的降低电解铝液中铁含量的方法，其特征在于，B步骤中420KA预焙铝电解槽工艺参数如下：
3.根据权利要求1所述的降低电解铝液中铁含量的方法，其特征在于，C步骤残极除铁包括以下步骤：
1）阳极底掌清刷装置对残极底掌电解质进行清理，减少阳极炭块灰分含量；
2）压脱残极炭块，分离炭块跟阳极钢爪，分拣大块铁渣；
3）破碎炭块在输送带进料口通过除铁器除铁；
4）筛分破碎炭块，将3mm以下的细粉分离，吸粉中含有20~30%的细小电解质及铁杂质；
5）合格炭块回系统循环使用。
4.根据权利要求3所述的降低电解铝液中铁含量的方法，其特征在于，步骤3）中所述的除铁器为永磁自卸式除铁器、干式电磁除铁器或抽屉式除铁器。
5.根据权利要求3所述的降低电解铝液中铁含量的方法，其特征在于，步骤4）中所述的筛分破碎炭块是采用直线振动筛、重型振动筛或双轴振动筛进行筛分。
6.根据权利要求1所述的降低电解铝液中铁含量的方法，其特征在于，D步骤极上料除铁包括以下步骤：
1）残极清理产生的极上料，除铁后进回收处理系统；
2）极上料送至颚式破碎机破碎；
3）破碎料除铁；
4）一次破碎极上料送至圆锥破碎机进行二次破碎；
5）二次破碎料除铁；
6）筛分破碎料，大颗粒物料返回至颚式破碎机破碎，合格破碎料送至料仓供循环使用。
7.根据权利要求6所述的降低电解铝液中铁含量的方法，其特征在于，步骤3）中破碎料除铁是采用永磁自卸式除铁器、干式电磁除铁器或抽屉式除铁器进行除铁。
8.根据权利要求6所述的降低电解铝液中铁含量的方法，其特征在于，步骤6）中筛分破碎料是采用筛孔为4~6mm的惯性振动筛、直线振动筛或单轴振动筛进行筛分。
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