本发明属于高纯铝生产领域，具体涉及一种电解铝与定向凝固联合生产5n纯铝的方法。
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高纯铝由于具有的很多独特性能，已经在一些高新行业发挥着越来越重要的作用。利用其抗酸腐蚀性能制作的容器常用于盛放一些强腐蚀性酸。利用延展性和导电性好的特性，5n纯度的高纯铝可拉拔成直径为15μm的细丝，在集成电路中作为配线得到了广泛的应用。高纯铝具有较好的低温导电性能，用于收集太空中的磁波束等高能离子能量作为推动航天器运动的“太阳帆”。溅射靶材市场规模日益扩大，溅射金属靶材中5n级的高纯铝也得到了广泛的应用。随着科技的进步，蓝宝石在电子行业中的应用得到了普及，通过高纯铝活化水解法制备出高纯氧化铝，是一种新型的高纯氧化铝制备方法。铝提纯工业始源于1901年美国人发明的三层液电解法。上世纪70年代，随着技术的发展和人们对环境要求的提高，日本、法国等发达国家开发出了较为先进环保的偏析法。偏析法根据金属凝固过程中的偏析现象，利用物理方法实现提纯的目的，能耗远低于三层液法。我国的纯铝工业始于1958年国家首个铝厂抚顺铝厂，建成第一条三层液电解法生产线。相对于发达国家我国的纯铝工业起步晚、发展比较滞后，三层液电解法依然是纯铝的主要制造方法。我国当前有一些厂家用偏析法生产纯铝，但是由于国外技术的封锁等原因，产品纯度没有达到令人满意的结果。我国3n、5n等级别的高纯铝产量与国内需求量差别较大，与我国十几年来铝产量处于遥遥领先地位不相称，由于投入研发较少，所得的理论成果也极为有限，限制了高质量、高纯度、高效益的产品投入市场。为解决上述问题，国内不少单位近些年来也做了一些研究工作。专利cn1332069c介绍了冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产纯度高的铝的方法，虽然克服了现有生产纯度高的铝的不足，电解法直接生产出铝含量为99.93％纯度高的铝，但是只是一种3n铝产品，附加值有限。cn103695667b提出了一种电磁搅拌下的定向凝固提取超高纯铝方法，目的是用4n以上的铝，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。该方法用4n铝做原料，4n铝本身市场需要较大，就有较高价位，用于生产5n铝经济效益有限。专利cn107345278a提供一种在真空蒸馏炉中真空蒸馏电解铝液制备高纯铝的工艺方法。第一步真空蒸馏：将电解铝液连续输入到真空蒸馏炉中在一个真空度和一个温度下真空蒸发，分别在冷凝器各个不同温度之冷凝室中，连续冷凝易挥发杂质元素na、mg、zn、ca，残留富a1液；第二步真空蒸馏：将富a1熔液连续输入到真空蒸馏炉中进行另一个真空度和另一个温度下真空蒸馏，分别在冷凝器各个不同温度之冷凝室中，连续冷凝蒸发气体中的a1及微量难挥发杂质元素cu、ga等，收集得到高纯铝液。该方法可以将铝液提纯，但是规模不易做大，能耗较大，产品质量不易控制，未有工业化生产。专利cn102534246b在真空环境下，通过精确控制坩埚内铝液的温度场，在铝液的四周及顶部形成过冷度，控制适宜的降温速率，使凝固界面从四周向中心、从顶部向底部推进，通过成份偏析，使杂质元素在坩埚底部中心熔体中富集，杂质富集到一定程度，开启坩埚底部器件将坩埚下部未凝固铝液排出，使已凝固的金属铝得到提纯。该方法是真空偏析方法，需要继续加热重复提纯过程，方可达到较好的提纯效果。cn200410098927.x一种生产超纯铝的方法，其特征在于以原铝为原料，采用三层液法、偏析法、室温离子液体电解法和区域熔炼法串联的四段精炼法制取超纯铝。偏析法、室温离子液体电解法和区域熔炼法分别以上一段生产产品为原料，生产出合格的超纯铝纯度在99.99995％以上。该专利生产超高纯铝，市场容量目前有限，且其需要三层液生产工艺，能耗高，成本高。室温离子液体电解法，生产效率很低，难以工业上应用。区域熔炼法系20世纪50年代提出，但也是由于生产效率低，不适于大批量工业化生产。因此，研发一种工艺简单、提纯效果好且实现几个产品的高纯铝的提纯方法是非常有必要的。技术实现要素：针对
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中提及的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种电解铝与定向凝固联合生产高纯铝的方法，实现两个系统平衡生产。本发明对电解铝原料中影响原铝质量的杂质元素做一定的控制要求，可以生产出3n2-3n5的电解铝液，电解铝可以采用各种容量槽型生产。再利用3n2-3n5的电解铝液在定向结晶炉内一次提纯可以达到5n以上的高纯铝，提纯率达到70％-90％，提纯后的“废铝液”铝品位仍然较高，达到普通电解铝产品重熔用铝锭标准gb/t1196-2008中的a199.70质量要求。本发明采用的技术方案是用电解铝工艺与定向凝固联合生产不同纯度的铝产品，首先电解铝是将氧化铝原料通过霍尔-埃鲁电解法生产得到，生产的电解铝液品位达到3n2-3n5，然后将电解铝液加入定向结晶炉进行定向结晶生产，经过一次提纯后主产品高纯铝纯度达到5n以上，“废液”铸锭后铝品位达到国标gb/t1196规定的al9970品级。本发明霍尔-埃鲁电解法生产时需要控制氧化铝原料和炭阳极中部分杂质化学成份，其中氧化铝原料中sio2、fe2o3、ga2o3、zno、tio2分别为100、100、40、10和50ppm以下，炭阳极原料中si、fe、ni、ga、v、ti、zn分别为200、300、150、70、100、50和20ppm以下。本发明采用的定向结晶炉容量为1～5吨，电解铝液为原料，结晶温度为655～750℃，结晶速度为50～970mm/h。在结晶炉内经过一次提纯后即可获得5n的高纯铝，比例达到70％-90％，结晶后的“废液”铸造后a199.70品级铝锭达到10％-30％。有益效果本发明的生产方法工艺简单、提纯效果好，5n高纯铝比例高。可以根据市场需求情况灵活调节产品分配比例，无a199.60等低品级铝的产生。具体实施方式下面将对本
发明内容中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明用电解铝工艺与定向凝固联合生产不同纯度的铝产品，首先通过霍尔-埃鲁电解法生产得到电解铝液，生产的电解铝液品位达到3n2-3n5，然后将电解铝液加入定向结晶炉进行定向结晶生产，经过一次提纯后主产品高纯铝纯度达到5n以上，“废液”铸锭后铝品位达到国标gb/t1196规定的al9970品级。霍尔-埃鲁(hall-heroult)电解法是目前工业化应用的电解铝工艺，由美国的霍尔和法国的埃鲁于1886年发明。该电解法是以氧化铝为原料、冰晶石(na3alf6)为熔剂组成的电解质，在950～970℃的条件下通过电解的方法使电解质熔体中的氧化铝分解为铝和氧，铝在碳阴极以液相形式析出，氧在碳阳极上以二氧化碳气体的形式逸出。本发明对电解铝原料中影响原铝质量的杂质元素做一定的控制要求，即控制氧化铝原料和炭阳极中部分杂质化学成份，可以生产出3n2-3n5(即99.92％-99.95％)的电解铝液。实施例1(1)电解铝工艺采取工业化应用的霍尔-埃鲁电解法生产，生产槽型为400ka中间下料大型预焙槽。氧化铝原料、炭阳极及电解铝液中部分杂质化学成份化验分析结果如下：氧化铝中控制杂质分析结果杂质种类sio2fe2o3ga2o3znotio2含量/ppm9095401048炭阳极中控制杂质分析结果杂质种类sifenigavtizn含量/ppm195290100651004520电解铝液杂质分析结果(2)将电解生产的3n4级铝液加入定向结晶炉，定向凝固时控制结晶温度为655～660℃，结晶速度为70～100mm/h，废铝液可直接铸成a199.70铝锭。一次提纯后得到的5n铝和a19970铝比例为73.5wt％：26.5wt％。其中5n高纯铝中mg、zn和ga分别中2.2、2.1和2.5ppm，其它杂质均小于1个ppm，杂质总和为7.9个ppm。a199.70铝中杂质fe和si分别为0.15％和0.07％，国标(gb/t1196-2008)要求检测杂质元素总和为0.30％。未特别说明的其它操作均按常规霍尔-埃鲁电解法和定向凝固的操作进行，ppm为质量分数。实施例2(1)电解铝工艺采取工业化应用的霍尔-埃鲁电解法生产，生产槽型为400ka中间下料大型预焙槽。氧化铝原料、炭阳极及电解铝液中部分杂质化学成份化验分析结果如下：氧化铝中控制杂质分析结果杂质种类sio2fe2o3ga2o3znotio2含量/ppm100100401048炭阳极中控制杂质分析结果杂质种类sifenigavtizn含量/ppm200300100651005025电解铝液杂质分析结果(2)将电解生产的3n3级铝液加入定向结晶炉，定向凝固时控制结晶温度为720～730℃，结晶速度为600～700mm/h，废铝液可直接铸成a199.70铝锭。一次提纯后得到的5n铝和a19970铝比例为85wt％：15wt％。其中5n高纯铝中mg、zn和ga分别中3.1、2.2和2.8ppm，其它杂质均小于1个ppm，杂质总和为9个ppm。a199.70铝中杂质fe和si分别为0.14％和0.08％，国标要求检测杂质元素总和为0.30％。实施例3(1)电解铝工艺采取工业化应用的霍尔-埃鲁电解法生产，生产槽型为400ka中间下料大型预焙槽。氧化铝原料、炭阳极及电解铝液中部分杂质化学成份化验分析结果如下：氧化铝中控制杂质分析结果杂质种类sio2fe2o3ga2o3znotio2含量/ppm808540835炭阳极中控制杂质分析结果杂质种类sifenigavtizn含量/ppm15021013540813012电解铝液杂质分析结果(2)将电解生产的3n4级铝液加入定向结晶炉，定向凝固时控制结晶温度为650～660℃，结晶速度为200～280mm/h，废铝液可直接铸成a199.70铝锭。一次提纯后得到的5n铝和a19970铝比例为81wt％：19wt％。其中5n高纯铝中mg、zn和ga分别中2.4、1.8和1.9ppm，其它杂质均小于1个ppm，杂质总和为8.6个ppm。a199.70铝中杂质fe和si分别为0.13％和0.07％，国标要求检测杂质元素总和为0.30％。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12