[发明专利]旋转磁场下净化原铝熔体的方法

说明书

本发明属于金属的提纯方法，特别涉及一种旋转磁场下净化提纯原铝熔体的方法。

原铝的纯度一般为99.5％～99.85％，杂质种类有18～22种，但主要的杂质是Fe和Si。Fe以针状的FeAl₃金属间化合物形式存在。Si则与铝形成Al-Si枝状的金属间化合物。现有的分离原铝中Fe和Si杂质的方法主要有四种：三层液电解法、有机物电解法、区熔法和偏析法。其中有机物电解法和区熔法生产规模小，主要用于高纯铝的制备。三层液电解法耗能高，并产生大量的含铜合金。目前美国、法国和日本的精铝生产主要采用偏析法，其中日本有70％的精铝采用偏析法。目前国内厂家主要以工艺成熟的三层液电解法生产精铝。

本发明的目的在于提供一种工艺简单、搅拌均匀、易于控制、能耗低、净化效果好的在旋转磁场下净化原铝熔体的方法。

旋转磁场分离熔体中杂质的机理是利用电磁力使金属液旋转，在离心力的作用下，密度与金属液有较大差异的夹杂物向不同方向聚集。密度小的向熔池中心聚集，碰撞加剧而长大上浮除去，密度大的则甩向熔池边部。偏析净化分离原铝中杂质的机理类似于区熔法，都是利用原铝凝固过程中杂质在固液两相间的分配比的差异来实现熔体净化。杂质富集于液相之中，固相为纯净铝。本发明是利用电磁力和偏析的共同作用，使得杂质富集在铝熔体的上部，下部为纯净铝，从而达到净化提纯工业原铝的目的。杂质元素Fe和Si的密度均大于铝，另外杂质元素Na的密度小于铝。通过采用电子探针、扫描电镜和波谱及原子吸收等方法对样品进行研究，结果表明，杂质Fe、Si主要聚集于样品上部，中心部位Si相对多，边部Fe相对富集。这是旋转磁场与偏析共同作用的结果。原铝中钠与铝无限互熔，一般Na的分离主要是通Cl₂形成NaCl浮渣。在旋转磁场下，由于Na的密度小，它富集于熔体上部中心区。

本发明的主要工艺步骤为：将工业电解槽中的原铝熔体装入旋转磁场净化炉中，关闭加料口，通入保护气体，控制温度；启动旋转磁场，旋转磁场作用时间在0.5-10小时内调整，待达到要求时间后，启动炉底冷却装置，使铝熔体从底部开始缓慢结晶；结晶量达到铝加入量的50-80％，取出上层富集杂质的铝熔体，然后再取出结晶的纯净铝。其主要技术参数为：旋转磁场由三相交流工频电源供电，通过调整电压来控制磁场强度，电压调整范围为：0～380V；电阻加热炉由单相交流工频电源供电，通过调整电压来控制铝熔体温度，电压调整范围为：0～220V；偏析结晶速度由计算机控制，结晶速度控制在0.1～10mm/min。本发明的主要优点是：

1 采用旋转磁场对铝熔体进行搅拌，使得铝熔体与外部环境隔离开，避免了机械搅拌方法存在的易带入新的杂质、存在消耗件和难以维护等缺点。

2 采用封闭体系并通入惰性气体，避免铝熔体的氧化。

3 电磁力对铝熔体的作用，使得铝熔体中的杂质因密度的不同而定向移动，实现杂质的富集。

4 电磁力与偏析的共同作用，原铝的净化效果更好。以99.8％的业原铝为原料，可获得纯度为99.95％以上的精铝。

5 结晶速度由计算机控制，产品质量稳定；

6 工艺简单，易于控制，能耗低，搅拌均匀。

实施例：

99.8％的工业原铝，依上述方法，旋转磁场强度0.01～1特斯拉，结晶速度0.2～10mm/min，得到精铝纯度为99.95％。