三层液法和偏析法对比

一、三层液电解精练法

1、基本原理：是在三层液电解法的电解槽内有三层溶体，而溶体按密度的不同自下而上分别为：阳极合金熔体层、电解质层和精铝层。

其中最下层的阳极熔体层由待精炼的原铝和加重剂（一般为铜）组成，通常原铝在其中占70％，铜占30％，该层的密度为3.2-3.7g/cm3，最重；中间层的电解质层一般为纯氟化物体系或氟氯化物体系组成，其密度为2.7-2.8/cm3；最上层精铝层是精练出来的铝液，密度为2.3g/cm3，最轻，其与石墨阴极或固体铝阴极相接触成为实际的阴极。因此，三层液电解精炼法是因精炼体系中依密度的差别而分上中下三层熔体组成而得名。

阳极极化是由两方面的原因引起，一是阳极表面上的A3＋浓度和电解液本体中A13＋浓度的存在差异，二是阳极合金表面的留浓度与合金本体中铝浓度存在差异，这两方面的原因引起阳板极化电势的产生，阳根根化电势一般为0.135。

2、三层液电解的电液效率很高，阴极电流效率一般在96％以上，阳板电流效率达100％

提高电流效率的方法有以下几个途经：

A、电解温度低，只有750～800℃．只高出铝的熔点100℃，铝的溶解量少；

B、电解过程没有气体析出，没有阳极效应，电解质不“沸腾”，对流循环很，电解过程平稳，铝的损失量很小；

C、极距高达80～120mm；

D、电解质与阴极铝液的密度差别较大，分层请除，的溶解失少。

3、三层液电解精练的技术参数：

电流/kA 18～100

工作电压/ 5.0～6.0

电解质温度/℃760～810

电解质电流密度/A.cm-30.57～0.70

电解质高度/cm 10～15

阴极铝高度（出铝后）/cm 12～16

阳极合会高度（如原铝前）/cm 20～35

阳极合金中Cu浓度/cm 30～40

明极电流效率/% ＞96

电能消耗（交速)/kw.h.kg-1（A1）18～19

精铝纯度/% 99.99

注：

（1）GL采用的净化原铝方法是：三层液电解法与偏析法相结合的提纯净化模式。

其三层液电解法的各层厚度为:

阳极铝制合金层200－300m

电解液80－150m

精铝层150－200mm

上层预留层100－150mm

（2）ZH采用的净化原铝方法是三层液电解法和偏析法两种提纯净化模式。

（3）QD采用的净化原铝方法是：三层液电解法的提纯净化模式。

其三层液电解法的各层厚度为：

阳极铝铜合金层180－200mm

电解液100－120m

精铝层150C200m

上层预留层100m

（4）GL采用的净化原铝方法是：三层液电解法和偏析法两种提纯净化模式。

其三层液电解法的各层厚度为：

阳极铝铜合金层180－200mm

电解液100－120mm

精铝层150－200mm

上层预留层100mm

（5）BL采用的净化原铝方法是：偏析法提纯净化模式。

（6）FS采用的净化原铝方法是：三层液电解法的提纯净化模式。

4、三层液电解精练槽的原材料消耗量

氯化钡/kg.t-1（Al）35～40

氟盐（按氟计算）/kg.t-1（Al）16～21

石墨/kg.t-1（Al）12～13

原铝/kg.t-1（Al）1020～1030

铜/kg.t-1（Al）10～14

5、三层液电解精练铝的电能消耗很高，是原铝生产的130％（本方法的最大缺点）。这是由于为了获得高纯度的铝而不得不提高极距，以免阴极产物与阳极合金相混滑。

6、三层液电解精练法目前几乎在所有的铝精炼）都有应用。正常的操作程序包括：出铝量、补充原铝、添加电解质、清理与跟换阳极、捞渣等。

目前，世界上运转的铝精炼电解槽的电流一般为18～100kA。

二、偏析熔炼法基本原理

就是利用各种元素在液相和固相中的分配差异，从而达到提纯的目的。也是将二元金属组成的液体缓慢冷却至略高于其最低熔点之上，使主体金属以较纯的固体晶体析出，而杂质元素富集于液体中，然后将液体与固体分离。重复该过程就可得到一种较纯的金属。

偏析净化分离原铝中杂质的机理类似于区熔法，都是利用原铝凝固过程中杂质在液两相间的分配比的差异来实现熔体净化。杂质富集于液相之中，相为精铝。

偏析培炼法根据采用的具体工艺不同，又分为

1、分步结晶法

其基体原理是把经过净化的原铝在石墨槽（石墨坩埚）中均匀熔化；然后往槽中石墨制冷却管道内通入冷却气体，则纯度很高的铝便在石墨制冷管外壁上结晶出来，上下抽动冷却管外面的石墨制活塞套管（又称石墨环），可把冷却管壁上的结品铝粉刮下来，使之沉到槽底：同时石墨环还对堆积于槽底的结晶铝粉进往加工，挤出晶体之间富集了杂质元素的铝熔体；石墨槽周围的加热器对铝粉层加热并使之部分再熔化。

如此反复，原铝被分成精铝固体层和杂质元素富集的液体层，再把铝液层抽上来，排出槽外，然后再注入新的原铝液，使纯度很高的结晶出来，反复操作，从而进行铝的提纯精炼

2、定向凝固提纯法

主要通过使冷却面轨连续凝固来制取高纯铝。接不同的冷却、凝固方式分：冷却管凝固法、底部凝固法、侧壁凝固法、上部凝固拉晶法、横向拉晶法等。

定向凝固提纯法的最大特点是可以连续生产，而且可以通过增加重复次数来提高铝的纯度。

定向凝固提纯法的操作过程是：

在凝固过程中，在逐渐凝固的界面上（2～3cm）将铝液进行搅拌使杂质元素不断地扩散转移到液相，凝固结晶的铝即为高纯铝，然后将杂质元素（K＜1）富集的液铝层同本体分离。重复上述操作，凝固下来的铝可进一步提纯精炼，进一步分离杂质元素，并且重复的次