專利名稱：一種高純鋁的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種高純鋁制備方法，屬于金屬鋁偏析提純技術領域。
背景技術：
含鋁重量百分比在99. 9999 %以上的鋁稱為超純鋁，含鋁量百分比在 99. 999% -99. 9999%之間的鋁稱為高純鋁，含鋁量在99. 99% -99. 999%的鋁稱為精鋁。精鋁及超、高純鋁具有很好的導電性、可塑性、光反射性、延展性和耐腐蝕性以及極低的導磁性，故其在以高科技為主導的當今社會里具有廣泛的應用。尤其是在電子、能源、交通、醫用、計算機、航天、天文和化工等工業和科技領域中更受青睞。早在上世紀80年代，法國、美國等國家都對高純鋁的提純工藝做了研究，國內對偏析法提純工藝也進行了探索。目前在常規的高純鋁提純工藝中，無論是采用三層液電解法，還是偏析法生產高純鋁，都存在能耗較高、提純效率低等問題；同時在提純期間不能防止熔化和凝固過程中外部雜質元素的侵入，所以只能用于生產純度低于4N的純鋁，對生產純度高于5N的高純鋁，是完全不符合條件的。

發明內容
針對現有技術中的不足，本發明旨在提供一種高效的高純鋁制備的新方法，提高提純效率、降低能耗。在真空環境下，通過精確控制坩堝內鋁液的溫度場，在鋁液的四周及頂部形成過冷度，控制適宜的降溫速率，使凝固界面從四周向中心、從頂部向底部推進，并及時排出雜質富集的未凝固鋁液，使已凝固的金屬鋁得到有效提純。經過連續反復提純，金屬鋁的純度得到了較大幅度的提高，整個提純過程能耗顯著降低。本發明高純鋁的制備方基于以下方式實現。將擬提純的鋁錠(99. 7A1)放入熔煉爐的坩堝內，在真空度低于20 的真空環境下，控制坩堝內鋁液溫度在670°C-680°C范圍， 保溫12-15min，使讓熔煉爐內全部鋁液溫度均勻，然后在鋁液的四周及頂部形成低于爐內溫度的過冷溫度，控制鋁液降溫速率在0. 1°C 5°C /min，使鋁液凝固界面從四周向中心、 從頂部向底部推進，通過成份偏析，使雜質元素在坩堝底部中心熔體中富集，當頂部凝固鋁液溫度下降到658°C時，停止冷卻，將熔煉爐坩堝內未凝固的鋁液從坩堝內底排出，留在熔煉爐的坩堝內有已凝固鋁被再一次加熱，重復上述鋁純加熱工序3-5次，最終讓熔煉爐內已凝固的金屬鋁純度可達99. 99A1。擬提純的鋁錠一次性全部裝料，連續反復提純，提高提純效率，降低能耗。通過溫度監控系統精確控制整個坩堝系統的降溫速率，降溫速率為0. 5 2°C / min。制備上述高純鋁裝置是在坩堝(1)底部裝有底部器件( 和電機傳動部件(9)，電機傳動部件(9)能讓底部器件(5)與坩堝(1)底部處于開啟狀態和密封狀態，在坩堝(1) 圓周上裝有一套加熱裝置( 、一套冷卻裝置( 和電磁或超聲波攪拌器(8)，加熱裝置O) 和冷卻裝置(3)分別由溫度監控控制器控制，開啟坩堝底部的底部器件(5)后，坩堝(1)下部未凝固的鋁液可從坩堝(1)下部排出。本發明的有益效果是，大大簡化多次提純時的工藝步驟，利用簡單合理的方法實現一次裝料連續反復提純，既可達到提純要求，又可提高提純效率，節約能源。


圖1為偏析提純裝置結構示意中，1-坩堝，2-加熱裝置，3-冷卻裝置，4-底部保溫裝置，5-底部器件，6-凝固的金屬鋁，7-未凝固金屬鋁，8-電磁(或超聲波)攪拌器，9-電機傳動部件。
具體實施例方式首先將鋁液(或固體鋁)裝入坩堝(1)中，然后密閉爐體抽真空，達到一定真空度后真空系統停止工作，加熱裝置(2)開始工作，使坩堝內鋁液保持在一定溫度。之后加熱裝置停止加熱，冷卻裝置C3)通冷卻介質，與此同時底部保溫裝置(4)和電磁(或超聲波)攪拌器(8)開始工作，通過溫度監控系統控制整個坩堝系統的溫度梯度和降溫速率，使鋁液從四周向中心、從頂部向底部緩慢逐層凝固，通過成份偏析，使雜質元素在坩堝底部中心熔體中富集。至一定溫度時，通過電機傳動部件(9)，將底部器件( 移開，使底部未凝固的鋁液(7)排出。然后驅動電機傳動部件帶動底部器件回到原位，隨即繼續加熱爐內已凝固的金屬鋁(6)至熔化，并重復以上提純過程。經過連續的2-5次反復提純，產品會達到5N級別的高純鋁，甚至達到超純鋁的級別。實施例1 以IOkg鋁錠(99. 7A1)為提純對象，采用熔煉爐將金屬鋁加溫到670°C， 保溫12min使爐內鋁液溫度均勻，以0. 1°C/min的速率降低爐內溫度，直到頂部凝固鋁監測溫度為658°C時，停止冷卻，將爐內未凝固的鋁液從爐底排出，排出鋁液約為^cg,爐內已凝固的金屬鋁純度可達99. 99A1。關閉爐底，重新加熱爐內金屬鋁至670°C，再經1次上述提純過程后，可將爐內金屬鋁提純到99. 9995A1。實施例2 以IOkg鋁液(99. 7A1)為提純對象，采用熔煉爐將鋁液的溫度保持在 675°C，保溫IOmin使爐內鋁液溫度均勻，以0. 5°C/min的速率降低爐內溫度，直到頂部凝固鋁監測溫度為658°C時，停止冷卻，將爐內未凝固的鋁液從爐底排出，排出鋁液約為^g，爐內已凝固的金屬鋁純度可達99. 95A1。關閉爐底，重新加熱爐內金屬鋁至675°C，再經2次上述提純過程后，可將爐內金屬鋁提純到99. 9995A1。實施例3 以IOkg鋁錠(99. 7A1)為提純對象，采用熔煉爐將金屬鋁加溫到680°C， 保溫15min使爐內鋁液溫度均勻，以5°C/min的速率降低爐內溫度，直到頂部凝固鋁監測溫度為658°C時，停止冷卻，將爐內未凝固的鋁液從爐底排出，排出鋁液約為^^，爐內已凝固的金屬鋁純度可達99. 9A1。關閉爐底，重新加熱爐內金屬鋁至680°C，再經4次上述提純過程后，可將爐內金屬鋁提純到99. 9995A1。實施例4 以IOkg鋁錠(99. 7A1)為提純對象，采用熔煉爐將金屬鋁加溫到678°C， 保溫Hmin使爐內鋁液溫度均勻，以2°C/min的速率降低爐內溫度，直到頂部凝固鋁監測溫度為658°C時，停止冷卻，將爐內未凝固的鋁液從爐底排出，排出鋁液約為^^，爐內已凝固的金屬鋁純度可達99. 9A1。關閉爐底，重新加熱爐內金屬鋁至678°C，再經3次上述提純過程后，可將爐內金屬鋁提純到99. 9995A1。
權利要求
1.一種高純鋁的制備方法，其特征是，將擬提純的鋁錠(99.7A1)放入熔煉爐的坩堝內，在真空度低于20 的真空環境下，控制坩堝內鋁液溫度在670°C -680°C范圍，保溫 12-15min，使讓熔煉爐內全部鋁液溫度均勻，然后在鋁液的四周及頂部形成低于爐內溫度的過冷溫度，控制鋁液降溫速率在0. 1°C 5°C /min，使鋁液凝固界面從四周向中心、從頂部向底部推進，通過成份偏析，使雜質元素在坩堝底部中心熔體中富集，當頂部凝固鋁液溫度下降到658 °C時，停止冷卻，將熔煉爐坩堝內未凝固的鋁液從坩堝內底排出，留在熔煉爐的坩堝內有已凝固鋁被再一次加熱，重復上述鋁純加熱工序3-5次，最終讓熔煉爐內已凝固的金屬鋁純度可達99. 99A1。
2.根據權利要求1所述的高純鋁制備方法，其特征是，擬提純的鋁錠一次性全部裝料， 連續反復提純，提高提純效率，降低能耗。
3.根據權利要求1所述的高純鋁制備方法，其特征是，通過溫度監控系統精確控制整個坩堝系統的降溫速率，降溫速率為0. 5 2V /min。
全文摘要
本發明涉及一種金屬鋁偏析提純的方法。在真空環境下，通過精確控制坩堝內鋁液的溫度場，在鋁液的四周及頂部形成過冷度，控制適宜的降溫速率，使凝固界面從四周向中心、從頂部向底部推進，通過成份偏析，使雜質元素在坩堝底部中心熔體中富集，雜質富集到一定程度，開啟坩堝底部器件將坩堝下部未凝固鋁液排出，使已凝固的金屬鋁得到提純。隨即繼續加熱重復以上提純過程，經過連續低能耗的幾次提純過程強化提純效果。本發明既可達到提純要求，又可提高提純效率，節約能源。
文檔編號C22B21/06GK102534246SQ20111044336
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者張玲, 方樹銘, 李玉章, 楊鋼, 王昶, 趙偉 申請人:昆明冶金研究院