一种电解铝液除杂装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铝电解领域，尤其涉及一种高效脱除电解铝液中钠、氢和氧化铝夹杂的装置与方法。
【背景技术】
[0002]铝在国民经济与国防建设中具有极其重要的地位，氢是唯一能大量溶于铝熔体中的气体，铝液凝固析出氢所产生的气孔、疏松等缺陷，直接影响铝制品质量、组织和性能。A1203降低铝熔体质量、破坏铝基体连续性、降低基体强度，降低铝材耐腐蚀性能和抗断裂韧性，为疲劳裂纹萌生提供核心。
[0003]电解铝液中含有大量的氟-铝、氟-铝-钠、氟-铝-钠-氧络合物，氟化盐是电解铝液理想的净化剂，但按照现有方法出铝-转运电解铝液，转运过程中，络合物离解、分解对电解铝液没有除气、除渣作用。具体参见图1，电解铝液I中溶解有[F-AlkJF-Al-NahJF-Al-Na-Ok 络合物 2，在铝液降温过程中，络合物 2 向铝液表面扩散-迀移，并在铝液表面分解形成固态的氟化盐5。络合物扩散、迀移、离解、分解过程对电解铝液中悬浮的氧化铝夹杂3、电解铝液中溶解的氢4不产生任何影响，没有除气、除渣作用。
[0004]现有的出铝真空包用于从电解槽内抽出铝液，并将铝液转运至铸造部，仅作为液体铝运输的机械使用。传统的铝熔体净化方法，在铝静置炉中除渣，在流槽中除气，由于铝液温度降低到700-720°C，铝液粘度大，静置时间短，除钠效果差，铝液中细微的气泡、夹渣未充分上浮即被浇注入铸锭中，脱钠、除气、除渣效果不佳。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种高效脱除电解铝液中钠、氢和氧化铝夹杂的装置与方法。
[0006]本发明采取如下技术方案:
一种电解铝液除杂装置，所述装置包括出铝真空包(11)，该出铝真空包包括吸铝通道、台包铝液转出通道、真空引射器、台包传动装置，其特征在于，所述装置还包括精炼剂储罐(12b)和气瓶(12a);在所述出铝真空包(11)顶部的设有精炼剂入口，在所述精炼剂入口处安装有精炼剂进入管(11b)，该精炼剂进入管(Ilb)深入所述处理真空包(11)的底部;所述精炼剂储罐(12b)通过输气管连接到所述精炼剂入口。
[0007]根据上述的装置，其特征在于，所述精炼剂进入管(Ilb)的底部还安装有精炼剂喷射装置。
[0008]一种使用上述装置进行除杂的方法，其特征在于，所述方法是在铝液仍处于8000C-940 °C的温度下，在电解铝液由电解部向铸造部转运过程中，利用精炼载气将精炼剂吹入电解铝液中，脱除电解铝液中的金属钠、氢和氧化铝夹杂。
[0009]根据上述的方法，其特征在于，所述精炼剂使用氟化钠、氟化铝、冰晶石、氟化钙、氟化镁、碳酸氢钠、碳酸钠组分中的一种或者几种。
[0010]根据上述的方法，其特征在于，所述精炼剂还包括氯化钠、氯化钾、氟硅酸钠、六氯乙烷组分中的一种或几种。
[0011 ]根据上述的方法，其特征在于，所述载气为氩气或者氮气或者高纯氮气或者为上述气体的混合气体。
[0012]本发明的有益效果:本发明所述的高效脱除电解铝液中钠、氢和氧化铝夹杂的装置与方法，以电解铝液出铝真空包为精炼容器，以电解铝液中固有的电解液为精炼介质，以氩气或者氮气或者高纯氮气或者为上述气体的混合气体为精炼载气，在铝液仍处于900 °C左右的高温下，在电解铝液由电解部向铸造部转运过程中，精炼脱除电解铝液中的金属钠、氢和氧化铝夹杂。本精炼方法所采用的精炼装置包括:在铝液转运车上安装有高纯氮气净化装置。本方法利用铝液真空包由电解部向铸造部转运的时间间隙，利用高温电解铝液中的活性络合物精炼脱除铝液中的金属钠、氢和氧化夹杂，提高了电解铝液的净化效率，降低了精炼过程中的物料消耗，简化了电解铝液后续处理流程，显著降低成本，提高生产效率，具有很高的经济价值和社会效益。
【附图说明】
[0013]图1是现有技术中络合物离解、分解对电解铝液没有除气、除渣作用示意图；
图2是本发明的原理不意图；
图3是本发明的装置结构示意图；
图4是本发明的电解铝液真空包装置抽铝过程示意图；
图5是本发明的电解铝液真空包装置抽铝过程示意图；
图6是本发明电解铝液真空包装置倒出电解铝液过程示意图。
【具体实施方式】
[0014]参见图3，本发明的电解铝液除杂装置包括出铝真空包11，出铝真空包11包括吸铝通道Hf、台包铝液转出通道lie、真空引射器11a、台包传动装置11c、台包出铝观察孔Ild等。该装置还包括精炼剂储罐12b和气瓶12a;在出铝真空包11顶部的设有精炼剂入口，在精炼剂入口处安装有精炼剂进入管I Ib，该精炼剂进入管I Ib深入处理真空包11的底部;精炼剂储罐12b通过输气管连接到所述精炼剂入口。精炼剂进入管Ilb的底部还安装有喷射装置。
[0015]本发明的除杂方法是在铝液仍处于800 0C-940 V的高温下，在电解铝液由电解部向铸造部转运过程中，脱除电解铝液中的金属钠、氢和氧化铝夹杂。
[0016]具体来说，本发明的高效脱除电解铝液中钠、氢和氧化铝夹杂的方法，是以电解铝液出铝真空包为精炼容器，以电解铝液中固有的氟-铝、氟-铝-钠、氟-铝-钠-氧络合物为精炼介质，以氩气或者氮气或者高纯氮气或者为上述气体的混合气体为精炼载气，在铝液仍处于900°C左右的高温下，在电解铝液由电解部向铸造部转运过程中，精炼脱除电解铝液中的金属钠、氢和氧化铝夹杂。
[0017]以800°C_940°C的高温电解铝液中，液态氟化盐以[F-AUxjF-Al-NalyjF-Al-Na-Ok 等络合物形式溶解于电解铝液中 ，或者夹带在电解铝液中，络合物离子团本身没有除气、除渣作用，而氟化盐是铝液的高效除气、除渣剂。在电解铝液中，气体和氧化铝夹渣以溶解、寄生、悬浮等形式均匀或者随机分布于铝液中。向电解铝液中鼓入氮气时，络合物向气泡表面扩散，并在气泡表面离解、分解，并在气泡表面形成液态氟化物液膜，电解铝液中的碱金属钠、溶解的氢、氧化铝夹杂向液膜扩散，氢在气泡表面复合为氢分子，氧化铝夹杂被液膜吸附，气泡上升至液体铝表面发生破裂，排放气泡中的碱金属钠、氢、脱除氧化铝夹杂。脱除电解铝液中氢和氧化铝夹渣原理示意图，见图2。图2中，向电解铝液中吹入高纯氮气精炼气体、或者气载精炼剂，在电解铝液中形成很多弥散的气泡，铝液中的钠、氢、活性络合物向气泡扩散，络合物分解并在气泡表面形成氟化盐液膜，液膜吸附铝液中的氧化铝夹杂物，气泡升至铝液表面并发生液膜破裂，排放碱金属钠、氢，脱除氧化铝夹渣。
[0018]本方法所述的精炼剂至少包括以下组分中的一种:((0-100%)氟化钠+(0-100%)氟化铝+(0-100%)冰晶石+(0-100%)氟硅酸钠+(0-100%)氟化钙+(0-100%)氟化镁+(0-100%)氯化钠+(0-100%)氯化钾+(0-100%)六氯乙烷)等，其中，氟化钠可以用碳酸氢钠、碳酸钠部分或者完全替代。精炼剂使用量为电解铝液质量的0-2%，优选使用量为0.1%-1%。使用氟化钠、氟化铝、冰晶石、氟化钙、氟化镁、碳酸氢钠、碳酸钠等组分中的一种或者几种作为精炼剂有效组分时，精炼后所获得的产物浮渣可以直接返回电解槽回收利用。使用含有氯化钠、氯化钾、氟硅酸钠、六氯乙烷组分中的一种作为精炼剂时，精炼浮渣不能返回电解槽回收利用。
[0019]本方法所述的脱钠、降氢和脱除氧化铝夹杂的方法，由真空包抽铝过程、真空包转运-气动精炼过程(在真空包由电解部向铸造部转运过程中，同步完成)、真空包倒出电解铝液过程等三个过程组成。其中，真空包抽铝过程，见图4;真空包转运过程中铝液气动精炼示意图，见图5;真空包中精炼好的电解铝液倒出过程示意图，见图6。
[0020]本方法所述的抽铝过程(从电解槽)、倒出电解铝液过程(向静置炉中倒出电解铝液)与传统方法相同。本方法所述的真空包转运-气动精炼过程，是将抽铝结束后的铝液真空包，安放在配有气体-溶剂精炼装置的铝液转运车上，通过精炼装置向高温电解铝液中输送室温氮气，或者以氮气为载气向电解铝液中输送精炼剂。低温氮气气泡对周围铝液有降温作用，精炼熔剂从周围铝液吸热熔化，降温过程使气泡周围铝液中[F-Al]x、[F-Al-Na]y、[F-Al-Na-0]z络合物发生离解、分解，生成具有除渣、除气作用的氟化盐液膜，液膜包覆在气泡表面。在气泡带动液膜上浮的过程中，气泡和液膜吸附、溶解周围铝液中的钠、氢和氧化铝夹杂，电解铝液中溶解的氢、