浅谈电解原铝偏析法生产高纯铝用硼除钛、钒

浅谈电解原铝偏析法生产高纯铝用硼除钛、钒
张虎
【摘要】电解原铝偏析法提纯高纯铝过程中,Ti、V杂质平衡分配系数大于1,通过偏析法提纯不能除去,反而在固溶体中含量增加,影响了高纯铝的使用性能.本文从工业偏析法提纯高纯铝的角度,大致的分析了Ti、V杂质元素的来源,提出了控制Ti、V杂质元素在偏析法生产高纯铝中的去除方法.
【期刊名称】《世界有色金属》
【年(卷),期】2017(000)017
【总页数】2页(P6,8)
【关键词】偏析法;高纯铝;硼;钛;钒
【作者】张虎
【作者单位】中国铝业贵州分公司电解铝厂,贵州贵阳550001
【正文语种】中文
【中图分类】TF821
高纯铝由于具有很好的导电性、可塑性、光反射性、延展性和耐腐蚀性以及极低的导磁性，使其在以高科技为主导的当今社会里具有广泛的应用。

其中在半导体应用中，用制造液晶（LC）、无机和有机薄膜电致发光（EL和OEL）平板显示器等的基础材料，在电子方面5N以上的高纯铝/铝合金用于制造超大规模IC和TFT-LCD靶材的原材料，能源方面用于铝/空气电池的材料，还用在光电子储存媒体及其他领域。

高纯铝又属于弱磁性材料，而磁化率与铝的纯度有关，其铝纯度一般要
求在99.999%以上。

然而，Ti、V杂质元素的平衡分配系数大于1，偏析法提纯会反而增加固熔态中的含量，所以，提纯前对电解原铝进行了预处理非常重要[1]。

偏析法又称凝固提纯法，是当今世界上提取精铝成熟的先进工艺，其原理是利用互溶的固溶体在冷凝时，固相和液相的组成是不同的，即各种组分在固相和液相中的浓度是不同的。

偏析法主要根据各元素平衡分配系数的不同，在金属凝固时产生的偏析现象来提高固相金属的纯度。

根据各元素的平衡分配系数，铝液中的杂质元素可分为两类：a）平衡分配系数小于1，通过偏析法可除去的杂质元素，这些元素占据了杂质元素的大多数；b）平衡分配系数大于1，通过偏析法不能除去的杂质元素，如Ti和V就是其中的两种，在电解原铝中含量较高，严重影响高纯铝品质，需要采取方式进行除去。

高纯铝生产过程中，经过大量实验分析数据，成品中的Ti、V含量与原铝样相比
基本无变化，说明在生产过程各工序未带入Ti、V杂质，同时说明不加入相应熔剂，Ti、V提纯去除效率极低。

对电解原铝生产主要原材料阳极及氧化铝取样分析，从分析结果显示，Ti、V杂质含量与由阳极、氧化铝有很大关系（见表1、表2）。

从电解槽中将电解原铝装入盛铝容器，同时取电解原铝样进行成份分析，测量盛铝容器中电解原铝温度，加入硼添加剂，对铝熔体进行充分搅拌，使硼添加剂充分溶解，并静置一段时间，将盛铝容器中电解原铝经过过滤器过滤倒入提纯坩埚内，测量铝液温度，经过偏析提纯得初级品及副料，对其进行取样分析，与电解原铝分析样结果对比[2]。

控制电解原铝温度在高纯铝工艺要求温度范围，加入硼添加剂，利用事先进行过表面处理的搅拌工具进行搅拌，按照试验得出的最佳静止时间，静止一定时间，将铝液经过过滤器倒入坩埚，待温度降至试验总结出的偏析法提纯工艺要求后，合盖进行偏析法提纯，产品厚度达到工艺要求提纯结束，从坩埚内将副料及产品取出，取
样进行化验分析。

前期生产实验期间，在稳定的电解槽生产工艺技术条件下，分别采用了几家氧化铝生产的电解原铝为原材料，进行高纯铝的提纯生产试验，不同厂家氧化铝生产的电解原铝，取样分析结果表明，只有个别杂质元素含量相对不同氧化铝生产的电解原铝含量低，如Zn或Ga。

个别杂质元素保持不变，如Ti元素；但有的杂质含量依旧较高，如杂质元素V，通过取大量不同厂家氧化铝生产的电解原铝样，分析结果显示，Ti含量平均为18.5ppm左右，V含量为178ppm左右。

说明国内部分电
解原铝生产用原材料氧化铝及阳极材料，对微量杂质元素的含量控制还是不够全面，导致铝熔体中部分杂质含量高；增加辅助设备也只能降低部分微量元素含量，分配系数大于1的杂质元素，在提纯过程中还是会富聚在固溶体中，如杂质元素Ti，
含量虽低，但在未添加辅助剂提纯情况下，Ti含量反而在固熔态中的增加，严重
影响产品质量。

经过大量的试验及总结，三个不同公司氧化铝生产的电解原铝中加入B添加剂进
行预处理，在坩埚中取样分析，Ti、V杂质元素含量有所下降，Ti元素的去除效率基本为50%～70%，V元素去除效率基本为45%～75%，经过偏析法提纯，可以有效降低Ti、V杂质元素在提纯产品固熔态中的含量，但a公司氧化铝生产的电
解原铝，分析样样本数量为42次，Ti元素的提纯效率平均约为56.2%，V元素的提纯效率为平均约为52.4%，b公司氧化铝生产的电解原铝，分析样样本数量为
76次，Ti元素的提纯效率平均约为61.9%，V元素的提纯效率为平均约为61.4%，b公司氧化铝生产的电解原铝和c公司氧化铝生产的电解原铝混合，分析样样本数量为69次，Ti元素的提纯效率平均约为71.9%，V元素的提纯效率为平均约为69.9%。

使用b公司氧化铝生产的电解原铝进行B添加剂处理，一次提纯出的产
品再进行一次提纯，Ti、V杂质几乎被去除，Ti＜1.0ppm，可满足Al-5N标准；
V＜10ppm，可满足Al-4N5标准。

电解原铝偏析法提纯高纯铝，加入适量的B作为辅助剂提纯，可抑制Ti、V在固态中的增加，经过再次提纯，富余的B经过提纯去除；同时采用Ti、V含量较低氧化铝、阳极，从源头控制其在电解原铝中的含量，可有效降低高纯铝中Ti、V 的含量，达到高纯铝的要求。

【相关文献】
[1]陈本孝，郭芳洲，李祥鸿.《稀土铝硼对铝合金的变质细化及对性能的影响》《江西冶金学院学报》1986.7卷1期.
[2]陈亚军，许庆彦，黄天佑.《铝钛硼稀土中间合金的微观组织及其细化纯铝机制研究》《中国稀土学报》2007.25卷5期.。