一种基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，是在铝电解生产时，向氧化铝原料中加入A合金元素的氧化物的同时，还穿过电介质层向电解槽内的铝液中加入B合金元素的氧化物，A合金元素的氧化物与氧化铝一起电解得到A合金元素的单质，B合金元素的氧化物在铝的还原作用下得到B合金元素的单质，B合金元素的单质与A合金元素的单质一起融入铝液中，在铝液的高温以及外部的磁力搅拌作用下，均匀的分散到铝液中，取出铝液冷却后即得合金铝。本发明克服了现有技术中的技术困难和技术缺陷，可实现在现代大型预焙电解槽中熔配，也可在自焙槽中熔配，且不影响电解槽工作的稳定性、易控性，可灵活组织生产各种牌号、种类、批量的高品质合金铝。
【专利说明】
一种基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺
技术领域
[0001]本发明涉及一种生产合金铝的工艺，特别是一种基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺。
【背景技术】
[0002]现代合金铝最主要的生产方式是熔配法，部分采用电解法生产。熔配法就是把铝锭在反射炉或者中频电炉中融化，并按所需合金铝成分要求加入各种铝合金熔配中间体或所需的各种金属元素，通过比较长时间的保温并搅拌，一般为2?8小时，使各种合金元素融入铝液中，其主要的缺点是:
[0003]1、熔配温度一般控制在7500C左右，其温度较低，使合金融入铝液不充分，且合金元素融入弥散度较低，合金质量较差，难以生产出高品质合金。
[0004]2、铝锭二次融化后，必须较长时间保温并搅拌，才能使合金元素融入，能耗极大。
[0005]3、铝锭的二次融化和长时间保温，融化的铝液和各种合金成分必然有与空气接触的现象，无法避免产生烧损，烧损率一般约为0.5-1 %。
[0006]4、必须使用铝合金覆盖剂，并会产生严重污染环境的铝灰铝渣。
[0007]而电解法就是把各种金属氧化物融入冰晶石-氧化铝系熔融体中，与氧化铝共同电解，生产合金的一种方法，其存在的缺点是:
[0008]1、加入冰晶石-氧化铝系熔融体中的各种氧化物都会影响电解槽的工作稳定性，使电解生产难度大增。
[0009]2、电解法生产合金铝时，合金成分也较难控制，特别是在现代大型预焙槽生产合金铝时成分更难控制，根本无法实现一个系列分槽生产不同种类、不同牌号的合金铝。
[0010]虽然电解法生产合金铝相对于熔配法有质量好、无二次烧损等优点，但并没有成为合金铝生产的主流，就是因为上述的技术难度太大及其它原因，电解法多用于高端合金铝生产。且现在电解法生产合金都是用相对落后的自焙槽，采用打壳加料的方式生产，与现代大型预焙槽相比，电耗吨铝高3000度以上，车间内产生大量的沥青烟雾及粉尘，氟化物消耗倍增，氧化铝原料损耗较大，生产环境十分恶劣，污染极大。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于，提供一种基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺。本发明克服了上述两种方法中的技术困难和技术缺陷，可实现在现代大型预焙电解槽中熔配生产铝合金，也可以在自焙槽中熔配生产铝合金，且不影响电解槽工作的稳定性、易控性，可灵活组织生产各种牌号、种类、批量的高质量合金铝。
[0012]本发明的技术方案:一种基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，是在铝电解生产过程中，向氧化铝原料中加入A合金元素的氧化物的同时，还穿过电介质层向电解槽内的铝液中加入B合金元素的氧化物，A合金元素的氧化物与氧化铝一起电解得到A合金元素的单质，B合金元素的氧化物在铝的还原作用下得到B合金元素的单质，B合金元素的单质与A合金元素的单质一起融入铝液中，在铝液的高温以及外部的磁力搅拌作用下，均匀的分散到铝液中，取出铝液冷却后即得合金铝。
[0013]前述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，所述A合金元素和B合金元素分别包含有一种或一种以上的合金元素。
[0014]前述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，所述A合金元素和B合金元素为合金铝生产所需元素。
[0015]前述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，所述B合金元素是氧化性强于铝的合金元素。
[0016]前述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，包括如下步骤:
[0017](I)在铝电解过程中取铝液化验，计算得出A合金元素的氧化物以及B合金元素的氧化物所需的量；
[0018](2)称取步骤(I)中计算后所需的A合金元素的氧化物以及B合金元素的氧化物，先将A合金元素的氧化物通过与氧化铝原料一起加入至电解槽中，然后将B合金元素的氧化物穿过电介质层直接投入到电解槽内的铝液中；
[0019](3)控制铝液中的温度在930°C_970°C，最后取出铝液，冷却，得铝合金。
[0020]前述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，所述B合金元素的氧化物投入铝液中的方法是:在换极时由提开的阳极开口处加入、从火眼口中加入或另行开口加入。
[0021]前述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，所述B合金元素的氧化物投入铝液中的方法是从火眼口中加入。
[0022]前述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，所述铝电解是在自焙槽或预焙槽中进行。
[0023]前述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，所述铝电解是在预焙槽中进行。
[0024]前述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，所述铝液中的温度控制在940-950 °C。
[0025]本发明的有益效果:与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0026]1、电解槽内的温度比熔配炉内的温度高约200°C，合金元素融入铝液更快、弥散度更高、合金品质更好。
[0027]2、电解槽一般24?48小时左右出一次铝液，与常规的熔配法2-8小时的保温熔配时间相比，熔配时间大幅增加，同时，熔配法配套的机械式电磁搅拌器的搅拌能力与电解槽内在上百千安电流作用下强大的电磁搅拌作用及电解产生的气流的共同作用下产生的强大搅拌能力无法相比，合金元素融入更快、弥散度更高，质量更好。
[0028]3、电解槽内是一个强还原环境，不存在铝液和合金成分被烧损的可能，不需要使用铝合金覆盖剂，熔配过程中不会产生严重污染环境的铝灰铝渣，对环境比较友好。
[0029]4、与电解法相比，本发明通过将部分合金元素的氧化物混入氧化铝原料中与氧化铝一起电解得到合金元素的单质，另外的合金元素的氧化物直接加入铝液中，通过铝液的还原作用将合金元素还原出来并与电解得到的合金元素一起融入铝液中，已融入铝液的合金元素不会反向被氧化，同时减少了各种氧化物融入冰晶石-氧化铝熔融体系中，降低了对电解槽的工作稳定性的干扰，熔配过程更加稳定和可控，同时，在合金铝生产过程中，通过随时分析铝液中合金元素的含量配比，通过将合金元素的氧化物直接加入铝液中对含量不足的合金元素进行补充，降低了合金铝生产过程中合金元素配比的控制难度。
[0030]5、本发明的生产组织灵活，一个系列的电解槽一般由数十至数百个单槽组成，各槽独立工作，实现分槽独立生产不同牌号、种类和批量的合金非常容易，只需分槽配入合金元素即可。
【具体实施方式】
[0031]实施例1:一种基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，是在铝电解生产过程中，向氧化铝原料中加入A合金元素的氧化物的同时，还穿过电介质层向电解槽内的铝液中加入B合金元素的氧化物，A合金元素的氧化物与氧化铝一起电解得到A合金元素的单质，B合金元素的氧化物在铝的还原作用下得到B合金元素的单质，B合金元素的单质与A合金元素的单质一起融入铝液中，在铝液的高温以及外部的磁力搅拌作用下，均匀的分散到铝液中，取出铝液冷却后即得合金铝。
[0032]所述A合金元素和B合金元素分别包含有一种或一种以上的合金元素。
[0033]所述A合金元素和B合金元素为合金铝生产所需元素(A合金元素和B合金元素为同种元素或不同种元素)。
[0034]所述B合金元素是氧化性强于铝的合金元素。
[0035]其具体工艺包括如下步骤:
[0036](I)在铝电解过程中取铝液化验，计算得出A合金元素的氧化物以及B合金元素的氧化物所需的量；
[0037](2)称取步骤(I)中计算后所需的A合金元素的氧化物以及B合金元素的氧化物，先将A合金元素的氧化物通过与氧化铝原料一起加入至电解槽中，然后将B合金元素的氧化物穿过电介质层直接投入到电解槽内的铝液中；
[0038](3)控制铝液中的温度在930 °C -970 °C，最后取出铝液，冷却，得铝合金。
[0039]所述B合金元素的氧化物投入铝液中的方法是:在换极时由提开的阳极开口处加入、从火眼口中加入或另行开口加入。
[0040]作为优选，所述B合金元素的氧化物投入铝液中的方法是从火眼口中加入。
[0041]所述铝电解是在自焙槽或预焙槽中进行。
[0042]作为优选，所述铝电解是在预焙槽中进行。
[0043]作为优选，所述铝液中的温度控制在940_950°C。
[0044]实施例2:—种基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，所述合金铝为铝铜合金，其生产方法包括如下步骤:
[0045](I)在预焙槽中电解铝，铝电解过程中取铝液化验，计算得出所需氧化铜的量；
[0046](2)称取所需量的氧化铜，将部分称取得到的氧化铜通过与氧化铝一起投入到电解槽中(氧化铜与氧化铝一起电解得到单质铜和铝单质，并混合在一起)，同时将部分称取得到的氧化铜通过火眼口中穿过电介质层直接加入铝液中(铝将氧化铜中的铜离子还原成单质铜，部分铝被氧化成氧化铝并沉降到电解槽的底部)，还原得到的单质铜与电解得到的单质铜一起融入铝液中，在铝液的高温以及外部的磁力搅拌的作用下均匀分散在铝液中；
[0047](3)控制铝电解槽中的温度在9400C-950°C，最后取出铝液(铝液一般在电解48小时以后放出一次)，冷却，得铝铜合金。
[0048]实施例3:—种基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，所述合金铝为铝镁硅合金，其生产方法包括如下步骤:
[0049](I)在自焙槽中电解铝，铝电解过程中取铝液化验，计算得出氧化镁和氧化硅所需的量；
[0050](2)分别称取所需量的氧化镁和氧化硅，将称取得到的氧化镁通过与氧化铝一起投入到电解槽中(氧化镁与氧化铝一起电解得到单质镁和铝单质，并混合在一起)，同时将称取得到的氧化硅通过在换极时由提开的阳极开口处(或在电解槽上另行开口后)穿过电介质层直接加入铝液中(铝将氧化硅中的硅离子还原成单质硅，部分铝被氧化成氧化铝并沉降到电解槽的底部)，还原得到的单质硅与电解得到的单质镁一起融入铝液中，在铝液的高温以及外部的磁力搅拌的作用下均匀分散在铝液中；
[0051 ] (3)控制铝电解槽中的温度在9500C-970°C，最后取出铝液(铝液一般在电解48小时以后放出一次)，冷却，得招镁娃合金。
[0052]当合金元素达到三种或三种以上时，均可通过上述方法进行添加。
【主权项】
1.一种基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，其特征在于:是在铝电解生产过程中，向氧化铝原料中加入A合金元素的氧化物的同时，还穿过电介质层向电解槽内的铝液中加入B合金元素的氧化物，A合金元素的氧化物与氧化铝一起电解得到A合金元素的单质，B合金元素的氧化物在铝的还原作用下得到B合金元素的单质，B合金元素的单质与A合金元素的单质一起融入铝液中，在铝液的高温以及外部的磁力搅拌作用下，均匀的分散到铝液中，取出铝液冷却后即得合金铝。2.根据权利要求1所述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，其特征在于:所述A合金元素和B合金元素分别包含有一种或一种以上的合金元素。3.根据权利要求1或2所述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，其特征在于:所述A合金元素和B合金元素为合金铝生产所需元素。4.根据权利要求1所述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，其特征在于:所述B合金元素是氧化性强于铝的合金元素。5.根据权利要求1所述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，其特征在于，包括如下步骤: (1)在铝电解过程中取铝液化验，计算得出A合金元素的氧化物以及B合金元素的氧化物所需的量； (2)称取步骤(I)中计算后所需的A合金元素的氧化物以及B合金元素的氧化物，先将A合金元素的氧化物通过与氧化铝原料一起加入至电解槽中，然后将B合金元素的氧化物穿过电介质层直接投入到电解槽内的铝液中； (3)控制铝液中的温度在930°C-970 °C，最后取出铝液，冷却，得铝合金。6.根据权利要求5所述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，其特征在于:所述B合金元素的氧化物投入铝液中的方法是:在换极时由提开的阳极开口处加入、从火眼口中加入或另行开口加入。7.根据权利要求6所述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，其特征在于:所述B合金元素的氧化物投入铝液中的方法是从火眼口中加入。8.根据权利要求5所述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，其特征在于:所述铝电解是在自焙槽或预焙槽中进行。9.根据权利要求8所述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，其特征在于:所述铝电解是在预焙槽中进行。10.根据权利要求5所述的基于电解法和铝还原法在电解槽中生产合金铝的工艺，其特征在于:所述铝液中的温度控制在940-950 °C。
【文档编号】C25C3/36GK105821450SQ201610104745
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年2月25日
【发明人】邹建明
【申请人】周俊和, 杜艳华