1.2 铝冶金与熔炼幻灯片.ppt

注 意： 分解率的高低取决于溶液的硅量指数（溶液中Al2O3与SiO2的质量比）。提高分解率必须相应提高溶液的硅量指数，才能保证Al(OH)3含硅量合格。 1.2.4 金属铝的生产 1．生产工艺原理 (1) 涉及的一些基本概念 铝具有两个特点：化学活性很强，电负性最大。因此，铝的生产过程是先得到氧化铝，然后进行熔盐电解。这种方法成为工业上成熟的大规模炼铝方法。 熔盐电解是用氧化铝、冰晶石（Na3AlF6）及其它氟化盐等作为电解质，把其放入由碳素阳极和阴极组成的电解槽中，然后，通入直流电，使电解质发生一系列物理化学变化，结果在阴极得到液体铝，在阳极得到氧，使碳阳极氧化而析出气体CO2和CO。阴极铝液抽出经净化澄清之后，浇注成商品铝锭。 熔盐电解？ 用冰晶石熔盐电解是因为氧化铝的熔点（2050℃）太高，对电解设备的耐高温性能要求过高。 当用冰晶石（熔点1010℃）作熔剂时，氧化铝溶解于其中（溶解度约10%），将与氧化铝形成低熔点共晶（T共 = 938℃），这时可在1000℃以下进行电解。 通常的电解温度是950-970℃ 为什么用冰晶石？ 除冰晶石外，还要加入氟化铝、氟化钙、氟化镁等物质，对改善电解质性质和提高电流效率有积极作用。 （2）铝电解槽结构与电解原理 铝电解的主要设备是电解槽，如图1-24所示。是由型钢和钢板作成敞口的长方体，内部砌筑耐火材料。 侧面及底部均用碳块作成的内衬作为阴极 插入电解质中的碳质阳极 冰晶石-氧化铝溶液电解质 电解槽工作原理 阴极反应 Al3+ + 3e → Al 阳极反应有 2O2- + C – 4e → CO2 电解过程的总反应 2Al2O3 + 3C → 4Al + 3CO2 在强大直流电的作用下，冰晶石-氧化铝溶液具有离子型结构，其中阳离子有Na+和Al3+；阴离子有AlF63 -、AlF44 –和Al-O-F型络合离子。 综上所述，电解过程是，氧化铝和碳阳极不断消耗，阴极析出金属铝，阳极产生CO2气体。 值得注意的一个问题是，当氧化铝含量小于2%时，会发生阳极效应。即气泡不易析出，贴在阳极表面上，形成气膜，电阻增大，槽电压升高，造成系列电流不稳，电耗增大。积极作用：判断槽子的工作状态，调节电解槽温度。 2. 铝电解生产工艺流程 1.2.5 铝合金的熔炼与铸造 1．熔炼 铝加工的第一步就是熔炼。 熔炼设备：因为铝的熔点低，用油、气、电等都很容易使铝熔化，熔炼可在各种炉内进行。 坩埚炉 反射坩埚炉 感应电炉：无芯工频、无芯中频、有芯感应炉 反射炉 炼铝的炉料： 过程： ① 直接来自于电解槽中的液态铝，或铝锭重熔。 合金化元素、合金化元素的中间锭（master ingot）和废铝料也可按需加入。 熔化前准备与投料 加热熔化 精炼处理 变质处理（加入变质剂，细化组织） 调节温度和浇注 变质剂：NaF + NaCl; NaF + NaCl + KCl; 铝的熔炼过程具有以下特征： 熔化时间长 易氧化。主要生成Al2O3，其比重与熔体接近，易进入铸锭，影响质量。 易吸气。主要吸氢，因为固/液间吸氢溶解度差异很大，铸锭中形成气泡。 容易吸收金属杂质。如Fe、Si、Zn等，主要来自于坩埚、工具、炉衬、熔剂等。 为了获得高质量的铝合金液，在熔炼工艺中采用以下两个重要措施和环节 防止铝液中的气体和夹杂物 精炼——铝液中气体和夹杂物的去除 （1）防止铝液中的气体和夹杂物 炉料。表面清理、干燥 坩埚及熔化浇注工具。用前充分预热，去除表面的铁锈、氧化渣、旧涂料层等。 精炼剂、变质剂。使用前烘干。 熔化、浇注过程的操作。防止表面氧化膜和空气搅拌进入，转注次数要少、减少浇注距离（高度）、浇注完铸件后剩余液体不能倒回坩埚。 熔炼温度、浇注和浇注过程的持续时间。 熔炼温度要合适，一般 750℃；浇注、熔炼时间应尽量短（工厂中，一般要求精炼后2小时内浇注完） 气候条件。湿度大一般回增加H的溶解度 （2）精炼——铝液中气体和夹杂物的去除 熔融铝液中一般包含气体元素（H）、氧化物、金属间化合物、碱金属和碱土金属（如Na，Li，Ca等）等。 这些夹杂损害冷热成形性以及力学和化学性能，在铸造之前必须尽可能彻底地将这些夹杂物从熔体中除掉，即精炼。 精 炼：铝液中气体和夹杂物的去除过程。 吸附精炼 非吸附精炼 精 炼 ？ 指在熔体中加入吸附剂（各种气体、液体和固体精炼剂等），与熔体中的气体和固态夹杂物发生物理化学的、物理或机械的作用，达到除气、除渣的方法。 属于吸附精炼的方法有： ① 吸附精炼 吹气精炼 氯盐精炼 熔剂精炼 熔体过