[发明专利]用于纯化铝或铝合金的NaCl和MgCl2二元盐熔剂的用途，及其方法

说明书

发明领域

本发明涉及包含NaCl和MgCl₂的二元盐熔剂用于纯化选自铝和铝合金的金属的用途，更具体地，用于移除碱金属和碱土金属。本发明还涉及用所述二元盐熔剂纯化所述金属的方法。

现有技术

熔剂的用途在冶金领域中是众所周知的，并且这些熔剂实现各种功能。

熔剂可以用于在合金的表面形成保护层以防止氧化。当熔剂含有化学活性剂时，它们可以用于通过软化刚玉的堆积层以清洁炉壁。一些放热熔剂还用于清除浮渣并移除陷入氧化物层中的铝。

基于碱金属氯化物和碱土金属氯化物的熔剂也用于合金的精炼。本领域技术人员通常将精炼定义为从合金中移除碱金属和碱金属、非金属夹杂物以及氢。

钠和钙总是作为杂质存在于由霍尔-埃鲁特(Hall-Héroult)方法获得的铝中。通常将氟化锂添加到电解池中以提高池的效率。然而，发现少量以金属态溶解在铝中。这些杂质带来质量问题。例如，在含有镁的合金中，钠的存在可能在热轧过程中产生干扰。钠在铝硅合金中的存在使用于晶粒细化的磷的作用失效。出于上述原因，不推将含钠熔剂用于铝及其合金，尤其是镁含量高于3重量％或者硅含量高于10重量％的铝合金。

同样地，过高浓度氢的存在可能导致铝在其固化过程中过高的孔隙率。在铝的再循环过程中，非金属夹杂物的存在是重要的。

用于铝合金中钙和钠的去除的反应动力学已经得到了充分研究。自然地，在这些合金中，两种杂质的消失对于低浓度的都按照1级动力学进行，并且对于高浓度都按照0级动力学进行。由于其高蒸气压，钠比钙更快地氧化其自身，这是在清除试验过程中使用钙的原因。熔剂的添加包括反应常数的增加，并从而导致杂质含量的更快降低。混合对于杂质的减少也具有不可忽略的作用。混合通过增加杂质与盐熔剂之间的接触加速杂质的去除。

MgCl₂是用于合金中杂质的去除的化学活性剂之一。其浓度对于钙和钠的去除的动力学有直接影响。其熔点为714℃，但是在普通熔剂中，将其与其他盐混合以获得在400和550℃之间的熔点。然而，MgCl₂是吸湿性的并且不能长时期暴露至周围的空气。通过包含氯化镁的盐的熔合获得的熔剂具有吸湿性。因此，对限制在这种熔剂的制备过程中湿气的吸收，包装是一个重要的因素。

存在基于氯化镁的熔剂的实例。美国专利1,377,374涉及具有等摩尔组成的氯化钠和氯化镁的熔剂用于锰或镁合金的制备的用途。美国专利1,754,788涉及相同的熔剂在用于镁的清除的过程中的用途。美国专利1,519,128涉及将氯化钙添加到该组合物中并且美国专利2,262,105涉及除氯化钙之外还添加氯化钾和氧化镁。美国专利5,405,427提及用于处理金属的基于氯化钠、氯化镁、氯化钾和碳的熔剂。

David H.DeYoung的题为“用于从熔融铝移除碱和碱土元素的盐熔剂(Salt Fluxes for Alkali and Alkali and Alkaline Earth Element Removal from Molten Aluminum)”的文章显示基于氯化镁、氯化钠和氯化钾的三元盐用于从铝合金中移除钠、钙和锂的用途。然而，Gruzleski等的题为“液态铝-硅合金的处理(The Treatment of Liquid Aluminum-Silicon Alloys)”的文章中第204-205页指出了对于本领域技术人员重要的是不使用含有钠盐的熔剂。因此，即使可以容忍钠盐含量低的三元熔剂盐，也明确地请求本领域技术人员避免使用钠盐。

最初，通过液态金属中氯和氩的鼓泡进行铝的精炼。然而，由于氯、氢氯酸悬浮中的粒子的释放，这引起环境问题。盐熔剂的使用后来被作为更加生态友好的解决方案被采用。

精炼熔剂通常由碱金属氯化物或碱土金属氯化物组成，将所述碱金属氯化物或碱土金属氯化物混合以获得比合金的操作温度低的熔点-纯化合物的熔点通常相当高。

可以使用几种方法将盐熔剂结合到合金中。美国专利4,099,965涉及在加入铝之前在预热的容器的底部以固体形式加入KCl和MgCl₂熔剂的方法。更普遍地，通过在金属表面下方的管道中的惰性气体加入熔剂(喷枪助解)。最近，开发了这样的方法，其中中空轴用载气将盐熔剂带入合金中，并且通过搅拌器将盐熔剂分散(旋转熔剂喷射)。此方法在提高该盐熔剂在合金中分散性的同时减少了进行纯化所需的盐熔剂的量。在将盐熔剂加入到金属中之后，杂质和盐漂浮在液态金属的表面上并且可以被简单地移除。