三层液精炼铝工艺技术初探

三层液精炼铝工艺技术初探
杨光辉;张广平;白侠飞;赵磊
【期刊名称】《世界有色金属》
【年(卷),期】2013(000)008
【总页数】2页(P43-44)
【作者】杨光辉;张广平;白侠飞;赵磊
【作者单位】内蒙古新长江矿业投资有限公司;内蒙古新长江矿业投资有限公司;内
蒙古新长江矿业投资有限公司;内蒙古新长江矿业投资有限公司
【正文语种】中文
随着国民经济的发展，随着电子工业及航空航天技术的发展，对精铝的需求越来越多。

本文从精炼铝的主要用途、精炼铝的主要生产工艺及三层液精炼铝工艺技术方面进行了系统的阐述，对认识及发展我国的精铝工业进行了有意义地探讨。

近年来，随着国民经济的发展，随着电子工业及航空航天技术的发展，对精铝的需求也越来越多。

现阶段，国内精铝生产普遍采用三层液电解法。

精炼铝是指普通电解铝经过一定生产工艺提纯到含量达到99．99%以上的金属铝。

制造精炼铝（高纯铝）必须用其它的方法对电解铝再进行精炼。

精炼铝与电解原铝相比具有许多优良的性质。

随着纯度的提高，铝的导电性、延展性、反射性、抗腐蚀性增强。

因此，在一些高新技术部门获得了广泛的应用，成为一类不可或缺的材料。

精炼铝主要用途是一些高技术领域和科学研究领域，主要用来生产精铝箔、配制光亮铝合金、特种铝合金与拉制喷涂丝等。

其中应用最多的是电子工业。

据统计，我国精铝有78%左右用于轧制电解电容器，即电子箔，10%
用于照明灯具，4%用于计算机外部记忆装置磁盘合金的基本金属及光电子存储媒
体等，其它用途如化学电源中阳极合金材料、集成电路的配线、超导体等约为6%。

另外，精炼铝在航天飞机科学研究中也发挥着重要的作用。

1 直接净化法
主要的作用在于去除铝中的非金属固态夹杂物和气态夹杂物，并同时除掉部分金属杂质。

实际上是铝的初级精炼法，通常是在铝电解出铝时或在铝的铸造前采用。

2 电化学精炼法
主要是将需要精炼提纯的金属铝制成满足电解技术要求的阳极，然后在阴极得到较高纯度的金属铝，而杂质则滞留在阳极或电解质中的电化学精炼法。

在众多的电解铝电化学精炼法中最为普及的有三层液电解精炼法和偏析法。

国内精炼铝生产工艺普遍采用三层液电解精炼法（仅中铝公司包头铝业分公司采用偏析法）。

1 三层液精铝槽
三层液精铝槽主要由阳极（外壳及内衬）、阴极组、精铝槽上部结构组成。

三层液精铝槽的结构与霍尔一埃鲁电解槽结构大致相同，不同的是阴阳极相互倒置，槽膛内衬材质不同。

阳极由外壳及内衬两部分构成。

外壳是型钢与钢板焊接而成的矩形钢壳。

在外壳内砌内衬，槽底保温层由石棉板、填料、保温砖、黏土耐火砖砌成。

其上为炭块及钢棒构成的炭块组，电流自阳极母线经软母线、钢棒导入。

其四周由石棉板、填料、黏土耐火砖砌成的保温层，再槽膛侧砌镁砖。

镁砖在电解质内溶解很少，并可以防止阳极和阴极的短路。

内衬的一端设有加料室，即初金属加料孔。

为防止电解质渗入，加料室由石墨管构成，在其底部有沟槽与槽膛相通。

它是添加原铝锭的加料孔。

在其顶部有用耐火材料制成的罩盖覆盖。

阴极组呈双排排列在槽膛上方。

由石墨化电极制成。

正常的生产过程中，阴极是用
浇注制成的铝阴极。

阴极数根据电流强度而定。

上部铝导杆通过钢爪头和铸铁将石墨阴极电流导出。

铝导杆和钢爪间采用爆炸块接头，以降低其压降。

上部结构是指三层液电解精炼槽壳上部设备的统称。

上部结构主要包括：阴极母线、阴极升降机构、阴极支撑架及阴极罩盖等部分组成。

阴极母线由阴极铝母线、阴极框架及阴极夹具三部分组成。

每个阴极组的铝导杆依靠偏心的凸轮夹具将铝导杆夹紧在阴极铝母线上，使电流导出。

而阴极框架则是将两排铝母线构成整体，完成阴极同时升降调整。

阴极升降机构由电动机、减速机、换向齿轮箱、传动轴、螺旋起重器等部分组成。

用于完成阴极的调整操作，通过升降阴极使其在电解精炼过程中始终保持在最佳位置，是保证电解精铝生产连续安全运行的重要设备。

阴极支撑架由型钢焊接而成，其下部支撑在阳极外壳顶部，并在其间设有绝缘。

上部有阴极升降机构，整体支撑架达到支撑阴极组及阴极母线的作用，阴极罩盖悬吊在其下部。

阴极罩盖有固定罩盖和活动罩盖两部分：固定罩盖是悬吊在支撑架下部，由型钢和薄钢板焊接而成。

活动罩盖则由矩形铝框和薄铝板铆焊而成，以便于在更换阴极操作时移动。

罩盖是为了防止有害气体扩散至车间内设置的，故在其顶部设有排气接口可与烟管连接。

同时在固定罩顶部铺有保温层，可有效减少槽上部的热损失。

2 三层液精铝工艺流程
三层液电解精炼铝的方法是指精炼过程在高于铝与阳极合金的熔点下进行，此时精炼槽中有三层液体：最下层为阳极合金，由原铝和“加重剂”铜组成；中间一层为电解质，其中氯化钡是“加重剂”；最上一层为精炼所得的精炼铝液。

利用阳极合金、电解质以及阴极精铝液之间的密度差，使精炼槽中始终保持着三层液体的状态。

铝从阳极合金中转移到阴极上，而原铝中的杂质元素则残留在阳极合金中，使铝得到精炼。

3 三层液精铝槽工艺技术操作
三层液精铝槽正常的工艺技术操作包括：补充原铝、出铝、补充电解质、清理与更换阴极、捞渣等工作。

补充原铝工艺技术操作。

由于精铝槽的电流效率为96%以上，阳极所消耗的铝和吸出的精铝近于相等，为保证电解过程的连续顺利进行，必须及时补充原铝。

补充原铝前先要检查阴极工作情况，在确认阴极工作正常，阴极高度合适后，方可进行补充原铝工艺技术操作。

补充原铝时要搅拌阳极合金熔体，使原铝均匀分布，否则原铝会直接上浮到阴极而污染精铝。

这是由于注入的铝液密度不仅较阳极合金低，而且还比电解质低很多，当注入铝液时，不搅拌的铝液来不及与阳极合金混合，就穿过电解质，再进入阴极铝层从而污染阴极的精铝。

出铝工艺技术操作。

先去掉精铝面上的电解质薄膜，然后用真空包出铝。

这里的真空包与普通电解铝抬包区别在于吸出管端部有一个石墨套筒，套筒底部只设有若干径向小孔，精铝经此小孔进入抬包。

在铝层中吸铝时，使其形成水平流，防止阴极精铝的波动引起其与阳极合金混合，降低精铝的品级。

出铝工艺技术操作的同时，需要不断降低阴极的高度。

补充电解质工艺技术操作。

在精炼过程中，电解质因挥发和生成槽渣（AlCl3、BaF2、Al2O3）而损失，故需要补充。

一般在出铝后，用专门的石墨管往电解质层中补充电解质熔体（由母槽提供），以保持它应有的厚度。

补充电解质工艺技术操作完成后也需要重新准确调整阴极的高度。

其中，母槽是专门用来熔化和净化电解质的电解槽。

母槽的温度一般高于普通槽，电压保持在10V以上。

加入母槽内的原料盐要预先干燥，以减少熔化时的水解和泥渣化。

电解质在母槽内的电化学净化电解时间一般为4～5小时。

母槽内加入的原料需要红外线干燥设备对原料进行氯化钡脱水，由于不是正常的工艺技术操作，在此不进行阐述。

清理与更换阴极的工艺技术操作。

阴极的底面常沾有精炼中生成的Al2O3渣或结
壳，使电流流过受阻，故需要定期进行清理。

工艺技术条件的好坏，包括精铝槽槽温、阴极导电情况等，决定清理与更换阴极的时间。

捞渣的工艺技术操作。

随着精炼的进行，阳极合金中会逐渐积累Si、Fe等杂质，当其达到一定饱和度时，将以大晶粒形态偏析出来而形成合金渣，所以需要定期清理合金渣，以保持阳极合金清洁。

此外，氟化铝水解会生成不利于生产的氧化铝沉淀，也应该捞除。

目前，我国的精铝工业已经初具规模。

但是，三层液精炼铝工艺技术还存在许多问题需要解决，还有许多需要完善的项目。

总的来说，制约我国精铝工业发展的因素还很多，如电解槽槽容量较小，机械化水平低，绝大部分均为人工操作，劳动条件差，劳动强度大，能耗高，劳动生产率低等等。

提高精炼铝工艺技术水平，不断开发较大型精炼铝电解槽及其相应的配套设备，对发展我国的精铝工业有着重要的意义。