超高纯铝提纯方法

文档序号:3354031阅读:938来源:国知局

专利名称::超高纯铝提纯方法
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<6卯m,Ti<0.2卯m,Zr<0.2卯m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°C-750°〇,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°C-750°〇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°C,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°C,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。图1为本发明提纯炉放入结晶炉中使用状态示意图。具体实施例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l:选择精铝纯度至少为4N6,且其中Mg〈6卯m,Ti<0.2卯m,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68(TC,使提纯炉中的4原料精铝由固体熔化为液体;接着将该加热到68(TC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66(TC,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<6卯m,Ti<0.2卯m,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715t:,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715t: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66(TC,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<6卯m,Ti<0.2卯m,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75(TC,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75(TC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66(TC,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<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>权利要求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。全文摘要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。文档编号C22B21/06GK101696472SQ200910309668公开日2010年4月21日申请日期2009年11月13日优先权日2009年11月13日发明者刘宗仁,吴多民,李卫东申请人:湖南希源新材料有限公司;
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