偏析法铝提纯过程中,铝液中的杂质元素偏析行为不同,利用不同技术对熔体中杂质元素进行预处理,从而获取品质精铝产品。
偏析法铝提纯过程中,铝液中的杂质元素偏析行为可分为三类:
1,偏析效率高、含量高杂质元素,属于这类元素的有Fe和Si。Fe和Si具有较高的偏析效率,但铝液中这两种元素含量通常比较高,提纯后仍是主要的杂质元素。
2,偏析效率低、含量高杂质元素,属于这类元素的有Zn和Ga。Zn和Ga偏析效率低,含量高,是影响提纯锭品质的主要元素。
3,反偏析元素,属于这类元素的有Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W,这类元素不能通过偏析实现提纯。通常原铝中含量较高的是Ti、V、Cr和Zr,经提纯后,这些元素在固态中含量增加。
为了提高成品锭的品质,针对上述杂质元素的特点,分别研究了相应的去除方法:
利用除铁熔剂去除纯铝熔体中的Fe元素(专利号:ZL200810034831.5):通过计算模拟Al、Fe、B以及B化合物三元系统的相图,揭示了富铝角熔体中相的析出规律,并通过实验研究探明了添加B或B化合物对铝熔体中铁元素的影响规律。同时,对硼化合物-铝熔体体系进行了系统的热力学计算,揭示了其除铁反应的热力学途径,建立了B化合物熔剂除铁的扩散动力学模型。在此基础上发明了一种去除铝熔体中杂质铁元素的硼化物除铁熔剂,澄清了主要工艺因素对除铁效果的影响规律。
有效去除铝液中低浓度杂质Si的精炼剂(专利号:ZL200910055215.2):针对铝液中低浓度的Si杂质,发明了多种精炼剂组合。该精炼剂体系的作用原理是:铝熔体中的杂质硅元素与精炼剂在高温下发生物理化学反应生成SiF4气体溢出,其余的反应产物会漂浮并混入浮渣中,通过扒渣去除。通过上述熔剂处理,对硅含量低于1wt%的纯铝或铝合金,处理后可使铝熔体中的硅含量降低30%-50%。
偏析法精铝提纯中有效去除V的方法(专利号:201510242133.4): 从头算分子动力学研究表明,当熔体中Si、V两种原子比接近一定比例时,这两种元素原子会形成稳定的共价键,Si,V原子的在体系中的扩散能力会明显的减弱,其在液固相变过程中倾向于滞留在液相中,也就是说,相关的元素的分配系数会小于1。Si/V比过大或过小,都不利于改变V的分配系数。这一研究成果从根本上改变了V元素的偏析行为,打破了偏析法提纯技术一直无法突破的本征缺陷。
用于偏析法精铝提纯的熔体复合处理剂及其制备方法(专利号:201510240283.1):从头算分子动力学计算和试验研究发现在以铝熔体为溶剂的高温、复杂化学成分环境中,不同杂质元素的含量,造成特定元素在铝熔体中的化学位发生变化,最终造成其与熔剂中的离子反应条件发生变化。该铝熔体处理方法,实现了最低成本的条件下杂质元素去除效果最大化。