[发明专利]一种电解铝与定向凝固联合生产5N纯铝的方法

说明书

本发明公开一种电解铝与定向凝固联合生产5N纯铝的方法，该方法包括：(1)氧化铝原料通过电解法生产电解铝液；(2)将步骤(1)得到的电解铝液加入定向结晶炉，定向凝固得到5N纯铝，定向凝固后的“废铝液”铝品位仍然较高，可满足GB/T1196中的A199.70质量要求，可以根据市场需求情况灵活调节产品分配比例，无A199.60等低品级铝的产生。本发明的生产方法工艺简单、提纯效果好，5N高纯铝比例高。

技术领域

本发明属于高纯铝生产领域，具体涉及一种电解铝与定向凝固联合生产5N纯铝的方法。

背景技术

高纯铝由于具有的很多独特性能，已经在一些高新行业发挥着越来越重要的作用。利用其抗酸腐蚀性能制作的容器常用于盛放一些强腐蚀性酸。利用延展性和导电性好的特性，5N纯度的高纯铝可拉拔成直径为15μm的细丝，在集成电路中作为配线得到了广泛的应用。高纯铝具有较好的低温导电性能，用于收集太空中的磁波束等高能离子能量作为推动航天器运动的“太阳帆”。溅射靶材市场规模日益扩大，溅射金属靶材中5N级的高纯铝也得到了广泛的应用。随着科技的进步，蓝宝石在电子行业中的应用得到了普及，通过高纯铝活化水解法制备出高纯氧化铝，是一种新型的高纯氧化铝制备方法。

铝提纯工业始源于1901年美国人发明的三层液电解法。上世纪70年代，随着技术的发展和人们对环境要求的提高，日本、法国等发达国家开发出了较为先进环保的偏析法。偏析法根据金属凝固过程中的偏析现象，利用物理方法实现提纯的目的，能耗远低于三层液法。我国的纯铝工业始于1958年国家首个铝厂抚顺铝厂，建成第一条三层液电解法生产线。相对于发达国家我国的纯铝工业起步晚、发展比较滞后，三层液电解法依然是纯铝的主要制造方法。我国当前有一些厂家用偏析法生产纯铝，但是由于国外技术的封锁等原因，产品纯度没有达到令人满意的结果。我国3N、5N等级别的高纯铝产量与国内需求量差别较大，与我国十几年来铝产量处于遥遥领先地位不相称，由于投入研发较少，所得的理论成果也极为有限，限制了高质量、高纯度、高效益的产品投入市场。

为解决上述问题，国内不少单位近些年来也做了一些研究工作。专利CN1332069C介绍了冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产纯度高的铝的方法，虽然克服了现有生产纯度高的铝的不足，电解法直接生产出铝含量为99.93％纯度高的铝，但是只是一种3N铝产品，附加值有限。CN103695667B提出了一种电磁搅拌下的定向凝固提取超高纯铝方法，目的是用4N以上的铝，经4～5小时后结晶结束，将成品铝锭上端切去2～3cm，下端切去原重的15％～20％，剩余部分为5N以上成品。该方法用4N铝做原料，4N铝本身市场需要较大，就有较高价位，用于生产5N铝经济效益有限。专利CN107345278A提供一种在真空蒸馏炉中真空蒸馏电解铝液制备高纯铝的工艺方法。第一步真空蒸馏：将电解铝液连续输入到真空蒸馏炉中在一个真空度和一个温度下真空蒸发，分别在冷凝器各个不同温度之冷凝室中，连续冷凝易挥发杂质元素Na、Mg、Zn、Ca，残留富A1液；第二步真空蒸馏：将富A1熔液连续输入到真空蒸馏炉中进行另一个真空度和另一个温度下真空蒸馏，分别在冷凝器各个不同温度之冷凝室中，连续冷凝蒸发气体中的A1及微量难挥发杂质元素Cu、Ga等，收集得到高纯铝液。该方法可以将铝液提纯，但是规模不易做大，能耗较大，产品质量不易控制，未有工业化生产。专利CN102534246B在真空环境下，通过精确控制坩埚内铝液的温度场，在铝液的四周及顶部形成过冷度，控制适宜的降温速率，使凝固界面从四周向中心、从顶部向底部推进，通过成份偏析，使杂质元素在坩埚底部中心熔体中富集，杂质富集到一定程度，开启坩埚底部器件将坩埚下部未凝固铝液排出，使已凝固的金属铝得到提纯。该方法是真空偏析方法，需要继续加热重复提纯过程，方可达到较好的提纯效果。