㈠ 工業煉鋁的方法
主要原理是霍爾-埃魯鋁電解法:以純凈的氧化鋁為原料採用電解制鋁 ,因純凈的氧化鋁熔點高(約2045℃),很難熔化,所以工業上都用熔化的冰晶石(Na3AlF6)作熔劑,使氧化鋁在1000℃左右溶解在液態的冰晶石中,成為冰晶石和氧化鋁的熔融體,然後在電解槽中,用碳塊作陰陽兩極,進行電解。
全面介紹如下:
《鋁的生產加工》
鋁在生產過程中有四個環節構成一個完整的產業鏈:鋁礦石開采-氧化鋁製取-電解鋁冶煉-鋁加工生產。
一般而言,兩噸鋁礦石生產一噸氧化鋁;兩噸氧化鋁生產一噸電解鋁。
(一)氧化鋁的生產方法
迄今為止,已經提出了很多從鋁礦石或其它含鋁原料中提取氧化鋁的方法。由於技術和經濟方面的原因,有些方法已被淘汰,有些還處於試驗研究階段。已提出的氧化鋁生產方法可歸納為四類,即鹼法、酸法、酸鹼聯合法與熱法。目前用於大規模工業生產的只有鹼法。
鋁土礦是世界上最重要的鋁礦資源,其次是明礬石、霞石、粘土等。目前世界氧化鋁工業,除俄羅斯利用霞石生產部分氧化鋁外,幾乎世界上所有的氧化鋁都是用鋁土礦為原料生產的。
鋁土礦是一種主要由三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石組成的礦石。到目前為止,我國可用於氧化鋁生產的鋁土礦資源全部為一水硬鋁石型鋁土礦。
鋁土礦中氧化鋁的含量變化很大,低的僅約30%,高的可達70%以上。鋁土礦中所含的化學成分除氧化鋁外,主要雜質是氧化硅、氧化鐵和氧化鈦。此外,還 含有少量或微量的鈣和鎂的碳酸鹽、鉀、鈉、釩、鉻、鋅、磷、鎵、鈧、硫等元素的化合物及有機物等。其中鎵在鋁土礦中含量雖少,但在氧化鋁生產過程中會逐漸 在循環母液中積累,從而可以有效地回收,成為生產鎵的主要來源。
衡量鋁土礦優劣的主要指標之一是鋁土礦中氧化鋁含量和氧化硅含量的比值,俗稱鋁硅比。
用鹼法生產氧化鋁時,是用鹼(NaOH或Na2CO3)處理鋁礦石,使礦石中的氧化鋁轉變成鋁酸鈉溶液。礦石中的鐵、鈦等雜質和絕大部分的硅則成為不溶 解的化合物。將不溶解的殘渣(赤泥)與溶液分離,經洗滌後棄去或進行綜合處理,以回收其中的有用組分。純凈的鋁酸鈉溶液即可分解析出氫氧化鋁,經分離、洗 滌後進行煅燒,便獲得氧化鋁產品。分解母液則循環使用來處理另一批礦石。鹼法生產氧化鋁有拜耳法、燒結法以及拜耳--燒結聯合法等多種流程。 拜耳法是由奧地利化學家拜耳(K·J·Bayer)於1889~1892年發明的一種從鋁土礦中提取氧化鋁的方法。一百多年來在工藝技術方面已經有了 許多改進,但基本原理並未發生變化。為紀念拜耳這一偉大貢獻,該方法一直沿用拜耳法這一名稱。
拜耳法包括兩個主要過程。首 先是在一定條件下氧化鋁自鋁土礦中的溶出(氧化鋁工業習慣使用的術語,即浸出。以下同)過程,然後是氫氧化鋁自過飽和的鋁酸鈉溶中水解析出的過程,這就是 拜耳提出的兩項專利。拜耳法的實質就是以濕法冶金的方法,從鋁土礦中提取氧化鋁。在拜耳法氧化鋁生產過程中,含硅礦物會引起Al2O3和Na2O的損失。
在拜耳法流程中,鋁土礦經破碎後,和石灰、循環母液一起進入濕磨,製成合格礦漿。礦漿經預脫硅之後預熱至溶出溫度進行溶出。 溶出後的礦漿再經過自蒸發降溫後進入稀釋及赤泥(溶出後的固相殘渣)的沉降分離工序。自蒸發過程產生的二次汽用於礦漿的前期預熱。沉降分離後,赤泥經洗滌 進入赤泥堆場,而分離出的粗液(含有固體浮游物的鋁酸鈉溶液,以下同)送往葉濾。粗液通過葉濾除去絕大部分浮游物後稱為精液。精液進入分解工序經晶種分解 得到氫氧化鋁。分解出的氫氧化鋁經分級和分離洗滌後,一部分作為晶種返回晶種分解工序,另一部分經焙燒得到氧化鋁產品。晶種分解後分離出的分解母液經蒸發 返回溶出工序,形成閉路循環。氫氧化鋁經焙燒後得到氧化鋁。
不同類型的鋁土礦所需要的溶出條件差別很大。三水鋁石型鋁土礦 在105℃的條件下就可以較好地溶出,一水軟鋁石型鋁土礦在200℃的溶出溫度下就可以有較快的溶出速度,而一水硬鋁石型鋁土礦必須在高於240℃的溫度 下進行溶出,其典型的工業溶出溫度為260℃。溶出時間不低於60分鍾。
拜耳法用於處理高鋁硅比的鋁土礦,流程簡單,產品 質量高,其經濟效果遠比其它方法為好。用於處理易溶出的三水鋁石型鋁土礦時,優點更是突出。目前,全世界生產的氧化鋁和氫氧化鋁,90%以上是用拜耳法生 產的。由於中國鋁土礦資源的特殊性,目前中國大約50%的氧化鋁是由拜耳法生產的。
將拜耳法和燒結法二者聯合起來的流程稱 之為聯合法生產工藝流程。聯合法又可分為並聯聯合法、串聯聯合法與混聯聯合法。采用什麼方法生產氧化鋁,主要是由鋁土礦的品位(即礦石的鋁硅比)來決定 的。從一般技術和經濟的觀點看,礦石鋁硅比為3左右通常選用燒結法;鋁硅比高於10的礦石可以採用拜耳法;當鋁土礦的品位處於二者之間時,可採用聯合法處 理,以充分發揮拜耳法和燒結法各自的優點,達到較好的技術經濟指標。
目前全球氧化鋁年產量在5500萬噸左右,我國的氧化鋁產量約為680萬噸。
(二)原鋁、鋁合金及鋁材的生產方法
目前工業生產原鋁的唯一方法是霍爾-埃魯鋁電解法。由美國的霍爾和法國的埃魯於1886年發明。霍爾-埃魯鋁電解法是以氧化鋁為原料、冰晶石 (Na3AlF6)為熔劑組成的電解質,在950-970℃的條件下通過電解的方法使電解質熔體中的氧化鋁分解為鋁和氧,鋁在碳陰極以液相形式析出,氧在 碳陽極上以二氧化碳氣體的形式逸出。每生產一噸原鋁,可產生1.5噸的二氧化碳,綜合耗電在15000kwh左右。
工業鋁電解槽大體上可以分為側插陽極自焙槽、上插陽極自焙槽和預焙陽極槽三類。由於自焙槽技術在電解過程中電耗高、並且不利於對環境的保護,所以自焙槽技術正在被逐漸淘汰。目前全球原鋁年產量約為2800萬噸,我國的原鋁年產量約為700萬噸。
必要時可以對電解得到的原鋁進行精煉得到高純鋁。目前的鋁合金生產方法主要以熔配法為主。由於鋁及其合金具有優良的可加工性能,所以通過鍛、鑄、軋、沖、壓等方法生產板、帶、箔、管、線等型材。
㈡ 工業鋁型材有什麼加工方式
不知道您說的鋁材加工是不是擠壓加工?我這邊有些鋁材擠壓機工作流程及注意事項,您可以參考一下,
一.鋁型材擠壓機的工作流程
1.檢查油壓系統是否漏油,空氣壓力是否正常。
2.檢查傳輸帶,冷床,儲料台是否有破損和擦傷型材之處。
3.拉伸前要確認鋁型材的長度,在預定拉伸率,即主夾頭移動位置,通常6063T5拉伸率為0.5%-1%,6061T6拉伸率為0.8%-1.5%。
4.根據鋁型材的形狀確認夾持方法,大斷面空心型材,可塞入拉伸墊塊,但盡量要確保足夠的夾持面積。
5.當鋁型材冷卻至50度以下時,才能拉伸型材。
6.當型材同事存在彎曲和扭擰時,應先矯正扭擰後拉伸。
7.第一根和第二跟進行拉試,確認預定拉伸率和夾持方法是否合適。目視彎曲,扭擰,檢查型材的平面間隙,擴口,並口,如不合適要適當進行調整拉伸率。
8.正常拉伸率仍不能消除彎曲,扭擰,或不能是幾何尺寸合格時,應通知操作手停止擠壓。
9.冷卻台上的型材不能互相摩擦,碰撞,重疊堆放,防止擦花。
二.鋁型材擠壓模具注意事項
1.鋁型材截面本身就千變萬化,並且鋁型材擠壓行業發展到今天,鋁合金,鋁型材截面本身就千變萬化,有機身清,強度好等重要優點, 目前已經有許多行業採用鋁型材來代替原有材料。 由於部分型材的特殊導致模具由於型材截面特殊,設計和製作難度較大。如果還是採用常規的擠壓方法往往難於達到模具額定產量,必須採用特殊工藝,嚴格控制各項生產工藝參數才能正常進行生產
2.選擇合適的擠壓機進行生產。進行擠壓生產前,型材截面的尺寸,根據型材截面的復雜程度,壁厚大小以及擠壓系數來確定擠壓機噸位大小,
3.合理選擇錠坯及加熱溫度,對錠坯進行均勻化處理,要嚴格控制擠壓錠坯的合金成分。企業要求鑄錠晶粒度達到一級標准,以增強塑性和減少各項異性。當鑄錠中有氣,孔,組織疏鬆或有中心裂紋時,擠壓過程中氣體的突然釋放類似"放炮",使得模具局部工作帶突然減載又載入,形成局部巨大的沖擊載荷,對模具影響很大。
4.優化擠壓工藝延長模具壽命,在擠壓生產中一定要採取合理的措施來確保模具的組織性能,採取適宜的擠壓速度。在擠壓過程中,擠壓速度一般應控制在 25mm/s 以下,當擠壓速度過快時,會造成金屬流動難於均勻,致使模具工作帶磨損加速,合理選擇擠壓溫度,擠壓溫度是由模具加熱溫度、盛錠筒溫度和鋁棒溫度來決定的。鋁棒溫度過低容易引起擠壓力升高或產生悶車現象, 模具容易出現局部微量的彈性變形或在應力集中的部位產生裂紋而導致模具早期報廢。鋁棒溫度過高會使金屬組織軟化, 而使得黏附於模具工作帶表面甚至堵模 (嚴重時模具在高壓下崩塌)未均勻鑄錠合理加熱溫度在 460-520°C,經過均勻化的鑄錠合理加熱溫度在 430-480°C。
5.擠壓模具使用前期必須對模具進行合理的表面滲氮處理過程。需要注意的是表面滲氮並不是一次就可以完成的,在模具服役期間必須進行3-4次的反復滲氮處理,一般要求滲氮層厚度達到0.15mm左右。 模具腔內要清理干凈,不可殘留鹼渣或異物顆粒。一般情況下模具的氮化次數不超過4-5次,要注意的是前期氮化時要經過合適的生產過程方能進行氮化,氮化次數不能過於頻繁,否則工作帶易脫層。
6.模具上機前工作帶必須經過研磨拋光,工作帶一般要求拋光至鏡面。 模具上機前工作帶必須經過研磨拋光,工作帶一般要求拋光至鏡面對模具工作帶的平面度和垂直度裝配前要進行檢查。 氮化質量的好壞一定程度上決定了工作帶拋光的光潔度。模具腔內必須用高壓氣以及毛刷清理干凈,不得有粉塵或雜質異物,否則極易在金屬流的帶動下拉傷工作帶,使擠壓出來的型材產品出現表面粗糙或劃線等缺陷。
7.擠壓生產時模具保溫時間一般在2-3小時左右,使用模具時要有與模具相配套的模支撐,模套和支承墊,避免因支承墊內孔過大而導致模具出口面與支承墊接觸面太小,使得模具變形或破裂。
8.採用正確的鹼洗(煮模)方法。模具卸模後,此時模具溫度在 500°C 如果模具溫度下 降迅速,模具極易發生開裂現象。正確方法是等卸模後將模具在空氣中放置到 100°-150°C 再浸入鹼水中。擠壓結束後,擠壓桿先於擠壓筒後退,壓余留在擠壓筒中,然後擠壓筒後退,可同時將模具分流孔中的部分殘鋁 隨同壓余拔出,然後再進行鹼煮。
9.模具使用上採用由低到高再到低的使用強度。模具使用中期,由於模具的各項性能已基本處於平穩狀態,可適當提高使用強度。到後期,模具的金屬組織已經開始惡化,疲勞強度,穩定性和韌性經過長期的生產服役已經開始走入下降曲線,此時應適當降低模具的使用強度直至模具報廢。
10.加強模具在擠壓生產過程中的使用維護記錄,完善每套模具的跟蹤記錄,加強模具在擠壓生產過程中的使用維護記錄方便管理。