本發(fā)明涉及一種純化鋁合金的方法和設(shè)備，更具體地說(shuō)，涉及一種電解純化鋁合金如鋁-硅型合金的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

鋁-硅合金常規(guī)上是通過(guò)向商業(yè)級(jí)鋁中添加通常獨(dú)立制備的所需量的硅而制得的，因此產(chǎn)生了價(jià)格相對(duì)較高的鋁合金產(chǎn)品。在其他方法中，鋁硅合金直接由氧化鋁-二氧化硅核制備?，F(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)了可以在高爐中制備鋁-硅合金，其中將焦炭或其他合適的含碳材料進(jìn)料到一個(gè)反應(yīng)區(qū)中，并將焦炭和氧化鋁-硅礦石的混合物進(jìn)料到第二反應(yīng)區(qū)中。將焦炭燃燒產(chǎn)生的熱一氧化碳?xì)怏w引入第二反應(yīng)中，以還原氧化鋁-二氧化硅礦石。然而，這種生產(chǎn)鋁-硅合金的方法或類似方法通常導(dǎo)致合金具有非常高的硅和鐵含量，通常必須降低或降低該含量才能使合金具有商業(yè)用途。使此類合金中的鐵含量保持較低的一種方法是使用鐵含量較低的含氧化鋁-二氧化硅的礦石。另一種方法涉及在還原過(guò)程之前通過(guò)物理選礦降低鐵含量的步驟。但是，由于不利的經(jīng)濟(jì)因素和額外的步驟，最好從含鐵量高的含氧化鋁的礦石開(kāi)始，這當(dāng)然會(huì)導(dǎo)致合金中的硅和鐵含量較高，如上所述。需要對(duì)其進(jìn)行純化。另一種方法涉及在還原過(guò)程之前通過(guò)物理選礦降低鐵含量的步驟。但是，由于不利的經(jīng)濟(jì)因素和額外的步驟，最好從含鐵量高的含氧化鋁的礦石開(kāi)始，這當(dāng)然會(huì)導(dǎo)致合金中的硅和鐵含量較高，如上所述。需要對(duì)其進(jìn)行純化。另一種方法涉及在還原過(guò)程之前通過(guò)物理選礦降低鐵含量的步驟。但是，由于不利的經(jīng)濟(jì)因素和額外的步驟，最好從含鐵量高的含氧化鋁的礦石開(kāi)始，這當(dāng)然會(huì)導(dǎo)致合金中的硅和鐵含量較高，如上所述。需要對(duì)其進(jìn)行純化。

本發(fā)明通過(guò)以高度經(jīng)濟(jì)的方式將鋁與合金成分如硅和鐵等分離來(lái)克服了現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提純鋁合金。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提純含有高含量合金成分如硅，鐵等的鋁合金。

本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種純化鋁的電解方法。

本發(fā)明的又一個(gè)目的是生產(chǎn)高純鋁。

本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種適用于鋁合金電解提純的設(shè)備。

根據(jù)這些目的，提供了一種純化鋁合金的方法和設(shè)備。在該方法中，在具有多孔壁的容器中提供熔融鋁合金，該多孔壁的最大平均孔徑為635微米。多孔壁可被熔融電解質(zhì)滲透，而不能被熔融鋁滲透。鋁通過(guò)多孔壁并通過(guò)電解質(zhì)被電解運(yùn)輸或轉(zhuǎn)移到陰極，從而將鋁與其合金成分基本分離。

附圖說(shuō)明

圖1以截面圖示出了適用于本發(fā)明的設(shè)備的形式；

圖2是可以連續(xù)操作以提供純化鋁的設(shè)備的示意圖。

具體實(shí)施方式

本文所指的鋁合金是通常不超過(guò)99.9wt。％的合金。％鋁。然而，根據(jù)本發(fā)明可以純化的合金可以包含大量的雜質(zhì)。例如，鋁合金可包含多達(dá)50wt。％。si％而且，合金可包含大量的fe，例如20重量％。％。另外，根據(jù)本發(fā)明，通?？梢猿ネǔＥc鋁結(jié)合的其他合金成分，例如ti。而且，合金成分可以減少到非常低的水平。即，即使起始原料是相對(duì)純凈的，本發(fā)明也可用于提供高純度的鋁。

具體實(shí)施方式參考圖1，示出了電解池結(jié)構(gòu)10，其中基本上可以根據(jù)本發(fā)明純化鋁合金。該電池包括外部容器20，該外部容器的至少一部分由石墨或類似材料構(gòu)成，該石墨或類似材料可以用作電池中的陰極。例如，可以將電池構(gòu)造成使得僅底部21或其一部分可以用作陰極。電解池10還包括第二容器30，其與通過(guò)電解質(zhì)24稱為陰極的陰極連通。容器30用作容器，如圖2所示。如圖1所示，其中以熔融形式提供鋁合金32。

容器30可以由導(dǎo)電或不導(dǎo)電的多孔材料構(gòu)成。在由不導(dǎo)電的多孔材料構(gòu)成的容器30中，必須將陽(yáng)極投射到鋁合金32中，以便可以將鋁電解輸送到陰極。如果容器30由導(dǎo)電的多孔材料制成，則該容器可以充當(dāng)陽(yáng)極，如圖2所示。1。

關(guān)于可滲透壁，當(dāng)期望將諸如硅，鐵等的成分與鋁分離時(shí)，優(yōu)選該材料是碳質(zhì)材料。然而，選擇包含一種或多種鋁原子的離子可滲透的其他材料在本發(fā)明的范圍內(nèi)，但這限制了諸如上述那些成分的通過(guò)。適用于本發(fā)明的優(yōu)選碳質(zhì)材料是最大平均孔徑為635微米的多孔碳或多孔石墨。可以使用5-425微米的平均孔徑，優(yōu)選的直徑在20-220微米的范圍內(nèi)。多孔碳，可從紐約尼亞加拉瀑布城碳素產(chǎn)品部的聯(lián)合碳化物公司獲得，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有約48％的有效孔隙率和約120微米的平均孔徑的稱為pc-25的pc-25是非常合適的。本申請(qǐng)中使用的多孔碳或其他多孔材料的特征還在于，在沒(méi)有電流通過(guò)電池的情況下，熔融鋁及其合金成分不可滲透或不可滲透，但用作電解質(zhì)的熔融鹽可滲透。

關(guān)于孔的尺寸，應(yīng)當(dāng)注意其尺寸可以根據(jù)壓頭的量，熔融鋁的溫度和多孔構(gòu)件的潤(rùn)濕性而變化。同樣，所使用的電解質(zhì)以及合金成分會(huì)影響孔的尺寸，在沒(méi)有電流通過(guò)電池的情況下，熔融鋁及其合金成分將不可滲透或不可滲透。因此，可以看出，在某些情況下，其中孔的最大孔徑較大或平均孔徑大于上述范圍內(nèi)指示值的多孔部件可用于本發(fā)明，并且是熔融鋁不可滲透的。

電解質(zhì)24是本發(fā)明的重要方面。電解質(zhì)應(yīng)包括氟化鋁或氯化鋁和至少一種選自鋰，鉀，鈉，錳和鎂的鹵化物的鹽，優(yōu)選的電解質(zhì)包括氟化鋁，氯化鋰和氯化鉀。氯化鋰的使用允許使用高電流密度，而不會(huì)由于電解質(zhì)中遇到的高電阻而由于發(fā)熱而不利地影響電池的操作。氯化鉀有助于沉積在陰極上的純鋁26的聚結(jié)。即，當(dāng)使用氯化鋰而沒(méi)有氯化鉀時(shí)，沉積在陰極上的鋁會(huì)保留為分開(kāi)的顆粒形式，從而使其難以從電池中回收。

電解質(zhì)可包含按重量百分比計(jì)的5至95％的licl，4至70％的kcl和1至25％的alf3。優(yōu)選地，該組成是38至90％的licl，8至50％的kcl和2至12％的alf3?？梢允褂胊lcl3或mgcl2代替alf3?？梢杂胣acl代替kcl?？梢允褂胠if代替licl，但是是次優(yōu)選的。可以理解的是，也可以使用上述鹽的組合，但是還是在次優(yōu)選的基礎(chǔ)上。

電解質(zhì)的溫度會(huì)影響過(guò)程的整體經(jīng)濟(jì)性。如果電解質(zhì)溫度太低，則可能難以收集純化的鋁。同樣，低溫會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)電導(dǎo)率降低，從而導(dǎo)致電池生產(chǎn)率降低。太高的工作溫度會(huì)縮短陽(yáng)極和陰極的使用壽命，并導(dǎo)致鹽汽化。因此，盡管溫度可以在675℃至925℃的范圍內(nèi)，但是優(yōu)選的溫度在700℃至850℃的范圍內(nèi)。

在本發(fā)明的方法中，電池可以在高電流密度下操作，從而導(dǎo)致高產(chǎn)率的純鋁。同樣，該電池可以在高電流密度下操作而不會(huì)在電解質(zhì)中遇到高電阻，并且不會(huì)產(chǎn)生不希望的熱量及其伴隨的問(wèn)題。電池可以在1到5伏的電壓下工作，電流密度在200到3000amps/ft2的范圍內(nèi)，或者在某些情況下更高，優(yōu)選電壓在1.5到4.5伏的范圍內(nèi)。最小電流密度應(yīng)不小于200安培/英尺2，最好至少為300安培/英尺2。

在電解池的操作中，熔融電解質(zhì)24被提供在容器20中，并且優(yōu)選地被保持在700℃至850℃的范圍內(nèi)的溫度。熔融形式的鋁合金被放置在容器30中。陽(yáng)極到陰極，鋁借助電解質(zhì)通過(guò)多孔碳傳輸?shù)疥帢O，在陰極沉積并收集。多孔壁限制了諸如硅，鐵和其他殘留物之類的合金成分的通過(guò)，因此可以防止在這些操作條件下污染純鋁。如果容器30是由導(dǎo)電的多孔材料構(gòu)成的，則在其接觸容器30之前，不允許純鋁26積累在容器20中，因?yàn)檫@會(huì)使電池短路。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，許多陽(yáng)極容器，例如圖1中所示，具有多個(gè)陽(yáng)極容器。如圖1所示，可將其放置在陰極或外部容器20內(nèi)以增加電池的產(chǎn)量。同樣，將理解的是，可以使用采用可滲透膜的其他構(gòu)造。例如，容器20可以由非導(dǎo)電材料構(gòu)成，并且多孔膜可以用于分隔容器，從而提供容納不純的熔融鋁32的區(qū)域以及在其中提供電解質(zhì)的另一區(qū)域或空間?？梢酝ㄟ^(guò)在不純鋁中提供陽(yáng)極并在電解質(zhì)中提供陰極并在其間通過(guò)電流來(lái)純化鋁。

參照?qǐng)D2，示出了可以連續(xù)操作的電解池的替代實(shí)施例。電池10′包括由抗純鋁26或熔融電解質(zhì)24侵蝕的材料構(gòu)成的外部容器20′和用作容器的第二容器30′，其中以熔融形式提供鋁合金32。該電池具有伸入電解質(zhì)24中的陰極22。在陰極22下方，放置容器23以接收沉淀或沉積在陰極上的純化鋁26。容器23具有出口27，純化的鋁26可以通過(guò)出口27以基本上與其在陰極22上的沉積速率相當(dāng)?shù)乃俾蔬B續(xù)地去除。2，具有多孔壁29的多孔壁29可被包含一個(gè)或多個(gè)鋁原子的離子滲透或穿透，該離子可通過(guò)壁29被電解傳輸?shù)疥帢O。提供出口34，以便可以去除鋁與鋁分離后殘留的殘余物或合金成分36。在圖1所示的特定實(shí)施例中，如圖2所示，容器30′的側(cè)面29用作電池的陽(yáng)極。

在本發(fā)明的電池中，陽(yáng)極和陰極之間的距離“x”（圖2所示）應(yīng)被嚴(yán)格控制，以幫助使電池兩端的電壓降最小。因此，陰極和陽(yáng)極之間的距離“x”應(yīng)不大于1.0英寸，優(yōu)選不大于0.5英寸。

本發(fā)明在將鋁合金中的硅和鐵等去除到非常低的水平方面是有利的。另外，本發(fā)明能夠從鋁中分離鎂等。即，如果待凈化的鋁合金包含鎂等，即比鋁低的貴金屬，則這些材料可以穿過(guò)多孔膜，但是通常不沉積在陰極上。鎂等通常溶解在浴中，因此，以這種方式，可以防止污染沉積在陰極上的純化鋁。

本發(fā)明以及提供純凈的鋁的優(yōu)點(diǎn)在于，可以提供高純度的硅。另外，由于這些材料不通過(guò)多孔膜，因此可以回收硅鐵化合物。此外，盡管上文已經(jīng)指出，本發(fā)明對(duì)于純化由高硅礦石獲得的鋁合金特別有用，但它也可用于純化含鐵和硅材料的鋁屑。而且，本發(fā)明可以用于純化用于復(fù)合產(chǎn)品例如釬焊合金中的鋁。

下列實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

實(shí)例一

含11.4重量％的鋁合金。％的硅和0.21重量％。將％鐵以熔融形式提供到電池的陽(yáng)極部分中。由5wt。使用％的氟化鋁和95％的氯化鋰。電解質(zhì)溫度為750℃。陽(yáng)極部分由平均孔徑為120微米且孔隙率為48％的多孔碳制成。陽(yáng)極和陰極之間的距離為0.4英寸。使電流密度為650安培/英尺2的電流，安培數(shù)125和電壓4.2穿過(guò)電池。在陰極收集的純化鋁僅包含0.011wt。％的硅和0.05重量％。％鐵。

實(shí)施例二

實(shí)施例i的鋁合金按實(shí)施例i的方法純化，所不同的是電解液中含5wt。％的電解質(zhì)。alf3的％，10重量％。％kcl和85wt。％licl。電池在4.2伏特下工作，電流密度約為700安培/英尺2。在陰極處收集的純化鋁含有0.009重量％。si和0.015重量％鐵

實(shí)施例三

將具有鋁合金3105的芯（0.5％的mn，0.5％的mg，剩余的基本上為al）和在其兩側(cè)的包層（成分為9.75％的si，1.5％的mg，剩余的基本上為al）的包層產(chǎn)品熔融以提供一種合金。具有3.10％的si，0.45％的fe，0.11％的cu，0.16％的mn和0.56％的mg的鋁合金組合物。為了純化的目的，將熔體提供在陽(yáng)極部分中，并按實(shí)施例i的方法處理，所不同的是電解質(zhì)組合物為10％alf3和90％licl，電流密度為500安培/ft2。純化鋁的分析顯示僅0.002％的si，0.004％的fe，0.001％的cu，0.004％的mn和0.0003％的mg，因此基本上提供99.99％的鋁。

從上面的例子可以看出，鋁中硅和鐵的含量大大降低了。此外，可以看出，本發(fā)明能夠生產(chǎn)高純度的鋁金屬。

盡管已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入本發(fā)明的精神內(nèi)的其他實(shí)施例。

技術(shù)特征：

1.一種純化鋁合金的方法，包括：

（a）在其中具有多孔膜的容器中提供處于熔融狀態(tài)的鋁合金，所述多孔膜能夠?qū)⑷廴阡X容納在容器中并且可被熔融電解質(zhì)滲透；

（b）在電解質(zhì)存在下，將鋁通過(guò)所述多孔膜電解轉(zhuǎn)移到陰極，該轉(zhuǎn)移以大于[200]500安培/英尺2的電流密度進(jìn)行，其特征在于沉積基本上全部通過(guò)鋁轉(zhuǎn)移的鋁，在陰極處的多孔膜，從而通過(guò)將鋁與其合金成分分離而基本上將其純化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中多孔膜的最大平均孔徑為635微米。

3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中采用多孔碳作為多孔膜。

4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中多孔碳的平均孔徑為5-425微米。

5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述電解質(zhì)包括選自氟化鋁和氯化鋁的至少一種鹽和選自鈉，鉀，鋰，錳和鹵化鎂的至少一種鹽。

6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所用的電解質(zhì)包括至少一種選自氟化鋁和氯化鋁的鹽和至少一種選自鈉，鉀，鋰，錳和氯化鎂的鹽。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電解質(zhì)基本上由5至95重量％的電解質(zhì)組成4至70重量％的licl％的氯化鉀和1至25wt％alf3。

8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述電解質(zhì)的溫度為675℃至925℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中以至少[300]500安培/英尺2的電流密度轉(zhuǎn)移鋁。

10.一種純化鋁合金的方法，包括：

（a）將鋁合金提供在其中具有多孔碳膜的容器中，所述多孔膜的最大平均孔徑為635微米，并且可被包含至少一種選自氟化鋁和鋁的鹽的熔融電解質(zhì)所滲透，氯化鋁和至少一種選自鈉，鉀，鋰，錳和鹵化鎂的鹽；

（b）在675℃至925℃的溫度范圍內(nèi)，在電解質(zhì)的存在下，通過(guò)所述多孔膜將鋁電解轉(zhuǎn)移至陰極，轉(zhuǎn)移在[300]500的電流密度下進(jìn)行鋁至約3000安培/英尺其特征在于基本上將通過(guò)多孔膜轉(zhuǎn)移的所有鋁沉積在陰極上，從而通過(guò)將鋁與合金成分分離而基本上將其純化。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種純化鋁合金的方法，具體而言，本發(fā)明的純化鋁合金的方法包括在具有多孔壁的容器中提供熔融鋁合金，所述多孔壁能夠?qū)⑷廴阡X容納在容器中并且可被熔融電解質(zhì)滲透。鋁通過(guò)多孔壁電解輸送到陰極，從而將鋁與合金成分基本分離。

技術(shù)研發(fā)人員：楊剛強(qiáng)

受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇廣坤鋁業(yè)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2019.10.10

技術(shù)公布日：2019.12.13