铝合金生产方法技术

本发明专利技术涉及利用电解生产铝基合金的方法。该方法包括：使用铝电解槽的低消耗阳极作为合金元素的来源；通过将来自微溶阳极的合金元素溶解到铝电解槽的电解质熔体中和/或通过将合金元素的氧化物和/或氟化物和/或碳酸盐添加到铝电解槽的电解质熔体中，将合金元素引入熔融阴极铝中；在熔融阴极铝上还原引入到铝电解槽的电解质熔体中的合金元素，由此产生铝合金基体；测定铝合金基体中元素的百分比；并且通过以所需量向铝合金基体添加合金元素，使合金达到指定的组成。本发明专利技术通过电解生产铝的过程中引入合金添加物然后使合金达到指定组成而提供预定组成的多成分铝合金，因此简化了技术和控制，减少了母合金的消耗，从而降低了铝合金生产成本。

Production Method of Aluminum Alloy

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铝合金生产方法
本专利技术涉及有色冶金，即涉及铝的合金化。
技术介绍
对于铝合金的生产，通常使用由电解氟氧化物熔体制成的铝。将给定组成和给定量的铝母合金添加到所得的铝中，从而实现所需化学组成的合金。来自电解铝的铝合金是通过将合金元素的浓度为X1、X2、X3、......的母合金添加到合金炉中而生产的。例如，8011型箔生产用铝合金是通过将含有Si、Fe、Ti、B的母合金添加到A5、A7或A8级铝中而获得的。以这种方式生产铝合金需要具有低水平共混物的铝。反过来，对于铝的电解生产，该要求限制了进入罐的原料和待消耗的碳阳极材料中的共混物含量，即铝生产需要高质量的原料。还必须考虑到以下事实：母合金的高成本影响铝合金的成本。因此，需要降低铝合金的成本。降低合金成本的方法之一是直接在铝电解槽中生产合金或合金元素含量高的铝。存在一种使用具有高合金成分含量的碳阳极生产铝合金的方法[专利US8992661，IPCС25С3/06，С25С3/26，2015年3月31日公开]。该方法包括在特定的电解槽组中使用铝合金用合金元素含量高的碳阳极。该方法允许使用共混物含量高的低品质阳极原料来生产铝，同时通过在进一步制备铝合金的过程中，通过削减母合金的消耗来降低铝合金的成本。该方法的缺点是电解铝中有用的合金元素的含量有限(例如，铝中钒的可实现浓度为0.1至0.25％)，以及低品质原料对碳阳极的如导电性等特性的负面影响。存在一种在电解过程中生产Al-Si铝合金的方法[专利US3980537，IPCС25С3/36，С22С21/02，1976年9月14日公开]。该方法包括在铝的电解过程中使用氧化铝和氧化硅的混合物。为了防止形成由硅酸钠和硅酸铝组成的不溶性沉淀物，在该方法中，必须停止将原料送入电解中来定期地引起所谓的“阳极效应”。该技术是该方法的一个缺点，原因是阳极效应伴随着CF4和C2F6温室气体的排放以及增加的槽电压。存在一种在电解过程中生产Al-Ti铝合金的方法[专利US3507643，IPCС22С21/00，С22В3/12，C25C3/36，1970年4月21日公开]。该方法包括以下事实：将含钛和含铝的原料(例如，含钛铝土矿或粘土和氧化铝的混合物)送入电解槽中以生产含有0.3％至2％的钛的铝。此后，将获得的铝保持在700℃-750℃的温度，以获得钛浓度大于10％的金属间相，然后对固相和液相进行机械分离。这种方法的缺点是增加了来自含钛铝土矿或粘土的共混物(Fe和Si)对铝钛合金的污染，因此Al-Ti合金的适用性有限。该方法的另一个缺点是在槽底积聚仅在槽停产后才能去除的固体钛-铝-硅化合物。存在一种通过向阳极糊中添加含硼化合物而在铝电解槽中生产含硼铝合金的方法[USSR作者证书号707996，IPCС25В11/12，С25С3/36，1980年1月5日公开]。该方法使铝通过硼在电解质中的阳极溶解与硼合金化，然后在液态铝阴极上还原硼离子，由于该过程，将其转化为Al-B合金。该方法的缺点是增加了阳极的电阻，从而增加了功率消耗。
技术实现思路
通过电化学方法生产铝合金的方法[专利RU2401327，IPCС25С3/36，2010年10月10日公开]在技术方面与所提出的专利技术最接近。该方法包括通过将来自微溶阳极的合金元素溶解在钾/钠冰晶石-氧化铝熔体中而将其引入熔融阴极铝中并在熔融阴极铝中还原合金元素。作为微溶阳极，使用合金元素含量为2重量％-97重量％的金属合金或金属陶瓷或陶瓷材料。锡、镍、铁、铜、锌、铬、钴用作合金元素。该方法的缺点在于，在工业环境中实施该方法时，不可能获得许多已知和流行的合金，并且在相应合金的给定范围内，很难保持所有来自微溶阳极的合金元素在铝中的浓度。从原型中给出的示例可以看出这一点。例如，不可能获得含有钛、硅和镁的合金，这些合金由于它们具有强负电化学电位并增加阳极腐蚀而通常不会引入到微溶阳极的组成中。这导致所有来自阳极的合金元素的溶解速率增加，并因此使其在所得铝合金中的浓度增加。另外，不可能长时间确保含有两种以上成分的多成分铝合金中的所有合金元素的所需浓度。应当注意的是，几乎所有使用过的铝合金都是多成分的。以下因素阻碍了使用已知方法制备稳定组成的多成分合金。首先，在微溶阳极的操作过程中，合金元素基于以下机理进入电解质：1)元素或其化合物在电解质中的溶解→2)从液态阴极铝上的熔体中元素的回收→3)合金元素在铝中的溶解。在这三个过程中，对于不同的元素，至少过程速度(1)是不同的而且随时间不断变化。这是由于以下事实：每种合金元素的接受率显著取决于它们的电化学电位和氧亲和力、元素在阳极中的扩散系数、合金元素及其化合物在电解质中的溶解度、工艺温度、阳极和电解液中的合金元素浓度以及电解质的离子组成。这些参数是不同的并且不同地影响来自阳极的各种元素的氧化和去除。铝合金中的成分越多，就越难以确保来自阳极的元素以所需比例转变为铝。另外，当合金元素从体积中去除到微溶阳极的表面然后进入电解质中时，扩散限制增加并且元素去除速率降低，而对于不同元素的扩散速率的变化是不同的，这些元素从阳极表面层扩散的速率逐渐增加，其浓度在具有最高氧亲和力和最负电化学电位的元素在初始时刻氧化后增加。由于这种非静态过程，阴极铝中合金元素的浓度改变，这有碍于获得稳定的预定组成的多成分铝合金。因此，在所得的铝合金中合金元素越多，就越难以找到将确保生产目标组成的铝合金的阳极组成和电解条件。因此，该方法在所得合金方面具有局限性，并且其仅可用于获得组成不稳定的具有少量合金元素的合金。所提出的本专利技术的目的是简化技术和控制，减少母合金的消耗，并因此降低铝合金生产的成本。因此，我们讨论的是通过在通过电解生产铝的过程中引入合金共混物然后使合金达到给定组成来生产具有给定组成的多成分铝合金。本专利技术的一个优点是在减少含有合金元素的母合金的消耗的情况下生产铝合金。为了解决该问题并实现规定的效果，提出了一种通过电解生产铝基合金的方法，其中，使用铝电解槽的低消耗阳极作为合金元素的来源，并选择以下之一来减少母合金的消耗：-溶解来自微溶阳极的合金元素，-将合金元素的氧化物和/或氟化物和/或碳酸盐添加到铝电解槽的电解质熔体中，-在溶解来自微溶阳极的合金元素的同时，将合金元素的氧化物和/或氟化物和/或碳酸盐添加到铝电解槽的电解质熔体中。该方法包括以下步骤：-通过将合金元素从低消耗阳极溶解在铝电解槽的电解质熔体中和/或通过将合金元素添加到铝电解槽的电解质熔体中，将合金元素引入熔融阴极铝中，-在熔融阴极铝上还原引入到铝电解槽的电解质熔体中的合金元素，从而获得铝合金基体，-测定铝合金基体中元素的百分比，并且-通过以所需量向铝合金基体添加合金元素，使合金达到给定的组成。所提出的解决方案的主要特征在于：通过将其从微溶阳极溶解在铝电解槽的电解质熔体中和/或通过将合金元素的氧化物和/或氟化物和/或碳酸盐添加到铝电解槽的电解质熔体中(两者可同时进行)，将部分合金元素引入熔融阴极铝中；然后在熔融阴极铝上还原引入到铝电解槽的电解质熔体中的合金元素以获得铝合金基体，测量电解质和从槽中倒入的铝(其为铝合金的基体)中的元素浓度，控制合金元素的氧化物和/或氟化物和/或碳酸盐的进料速率，计算生产给定组成的铝合金所需的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过电解生产铝基合金的方法，根据该方法，使用铝电解槽的低消耗阳极作为合金元素的来源；其特征在于，为了减少母合金的消耗，选择以下之一：‑溶解来自微溶阳极的合金元素，‑将合金元素的氧化物和/或氟化物和/或碳酸盐添加到铝电解槽的电解质熔体中，‑在溶解来自微溶阳极的合金元素的同时，将合金元素的氧化物和/或氟化物和/或碳酸盐添加到铝电解槽的电解质熔体中；该方法包括以下阶段：‑通过将合金元素从低消耗阳极溶解在铝电解槽的电解质熔体中和/或通过将合金元素的氧化物和/或氟化物和/或碳酸盐添加到铝电解槽的电解质熔体中，将合金元素引入熔融阴极铝中，‑在熔融阴极铝上还原引入到铝电解槽的电解质熔体中的合金元素，从而获得铝合金基体，‑测定所述铝合金基体中的元素的百分比，并且‑通过以所需量向铝合金基体添加合金元素，使合金达到给定的组成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过电解生产铝基合金的方法，根据该方法，使用铝电解槽的低消耗阳极作为合金元素的来源；其特征在于，为了减少母合金的消耗，选择以下之一：-溶解来自微溶阳极的合金元素，-将合金元素的氧化物和/或氟化物和/或碳酸盐添加到铝电解槽的电解质熔体中，-在溶解来自微溶阳极的合金元素的同时，将合金元素的氧化物和/或氟化物和/或碳酸盐添加到铝电解槽的电解质熔体中；该方法包括以下阶段：-通过将合金元素从低消耗阳极溶解在铝电解槽的电解质熔体中和/或通过将合金元素的氧化物和/或氟化物和/或碳酸盐添加到铝电解槽的电解质熔体中，将合金元素引入熔融阴极铝中，-在熔融阴极铝上还原引入到铝电解槽的电解质熔体中的合金元素，从而获得铝合金基体，-测定所述铝合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·K·曼，A·O·古谢夫，D·A·斯马科夫，
申请(专利权)人：俄铝工程技术中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：俄罗斯,RU