㈠ 工业炼铝的方法
主要原理是霍尔-埃鲁铝电解法:以纯净的氧化铝为原料采用电解制铝 ,因纯净的氧化铝熔点高(约2045℃),很难熔化,所以工业上都用熔化的冰晶石(Na3AlF6)作熔剂,使氧化铝在1000℃左右溶解在液态的冰晶石中,成为冰晶石和氧化铝的熔融体,然后在电解槽中,用碳块作阴阳两极,进行电解。
全面介绍如下:
《铝的生产加工》
铝在生产过程中有四个环节构成一个完整的产业链:铝矿石开采-氧化铝制取-电解铝冶炼-铝加工生产。
一般而言,两吨铝矿石生产一吨氧化铝;两吨氧化铝生产一吨电解铝。
(一)氧化铝的生产方法
迄今为止,已经提出了很多从铝矿石或其它含铝原料中提取氧化铝的方法。由于技术和经济方面的原因,有些方法已被淘汰,有些还处于试验研究阶段。已提出的氧化铝生产方法可归纳为四类,即碱法、酸法、酸碱联合法与热法。目前用于大规模工业生产的只有碱法。
铝土矿是世界上最重要的铝矿资源,其次是明矾石、霞石、粘土等。目前世界氧化铝工业,除俄罗斯利用霞石生产部分氧化铝外,几乎世界上所有的氧化铝都是用铝土矿为原料生产的。
铝土矿是一种主要由三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石组成的矿石。到目前为止,我国可用于氧化铝生产的铝土矿资源全部为一水硬铝石型铝土矿。
铝土矿中氧化铝的含量变化很大,低的仅约30%,高的可达70%以上。铝土矿中所含的化学成分除氧化铝外,主要杂质是氧化硅、氧化铁和氧化钛。此外,还 含有少量或微量的钙和镁的碳酸盐、钾、钠、钒、铬、锌、磷、镓、钪、硫等元素的化合物及有机物等。其中镓在铝土矿中含量虽少,但在氧化铝生产过程中会逐渐 在循环母液中积累,从而可以有效地回收,成为生产镓的主要来源。
衡量铝土矿优劣的主要指标之一是铝土矿中氧化铝含量和氧化硅含量的比值,俗称铝硅比。
用碱法生产氧化铝时,是用碱(NaOH或Na2CO3)处理铝矿石,使矿石中的氧化铝转变成铝酸钠溶液。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶 解的化合物。将不溶解的残渣(赤泥)与溶液分离,经洗涤后弃去或进行综合处理,以回收其中的有用组分。纯净的铝酸钠溶液即可分解析出氢氧化铝,经分离、洗 涤后进行煅烧,便获得氧化铝产品。分解母液则循环使用来处理另一批矿石。碱法生产氧化铝有拜耳法、烧结法以及拜耳--烧结联合法等多种流程。 拜耳法是由奥地利化学家拜耳(K·J·Bayer)于1889~1892年发明的一种从铝土矿中提取氧化铝的方法。一百多年来在工艺技术方面已经有了 许多改进,但基本原理并未发生变化。为纪念拜耳这一伟大贡献,该方法一直沿用拜耳法这一名称。
拜耳法包括两个主要过程。首 先是在一定条件下氧化铝自铝土矿中的溶出(氧化铝工业习惯使用的术语,即浸出。以下同)过程,然后是氢氧化铝自过饱和的铝酸钠溶中水解析出的过程,这就是 拜耳提出的两项专利。拜耳法的实质就是以湿法冶金的方法,从铝土矿中提取氧化铝。在拜耳法氧化铝生产过程中,含硅矿物会引起Al2O3和Na2O的损失。
在拜耳法流程中,铝土矿经破碎后,和石灰、循环母液一起进入湿磨,制成合格矿浆。矿浆经预脱硅之后预热至溶出温度进行溶出。 溶出后的矿浆再经过自蒸发降温后进入稀释及赤泥(溶出后的固相残渣)的沉降分离工序。自蒸发过程产生的二次汽用于矿浆的前期预热。沉降分离后,赤泥经洗涤 进入赤泥堆场,而分离出的粗液(含有固体浮游物的铝酸钠溶液,以下同)送往叶滤。粗液通过叶滤除去绝大部分浮游物后称为精液。精液进入分解工序经晶种分解 得到氢氧化铝。分解出的氢氧化铝经分级和分离洗涤后,一部分作为晶种返回晶种分解工序,另一部分经焙烧得到氧化铝产品。晶种分解后分离出的分解母液经蒸发 返回溶出工序,形成闭路循环。氢氧化铝经焙烧后得到氧化铝。
不同类型的铝土矿所需要的溶出条件差别很大。三水铝石型铝土矿 在105℃的条件下就可以较好地溶出,一水软铝石型铝土矿在200℃的溶出温度下就可以有较快的溶出速度,而一水硬铝石型铝土矿必须在高于240℃的温度 下进行溶出,其典型的工业溶出温度为260℃。溶出时间不低于60分钟。
拜耳法用于处理高铝硅比的铝土矿,流程简单,产品 质量高,其经济效果远比其它方法为好。用于处理易溶出的三水铝石型铝土矿时,优点更是突出。目前,全世界生产的氧化铝和氢氧化铝,90%以上是用拜耳法生 产的。由于中国铝土矿资源的特殊性,目前中国大约50%的氧化铝是由拜耳法生产的。
将拜耳法和烧结法二者联合起来的流程称 之为联合法生产工艺流程。联合法又可分为并联联合法、串联联合法与混联联合法。采用什么方法生产氧化铝,主要是由铝土矿的品位(即矿石的铝硅比)来决定 的。从一般技术和经济的观点看,矿石铝硅比为3左右通常选用烧结法;铝硅比高于10的矿石可以采用拜耳法;当铝土矿的品位处于二者之间时,可采用联合法处 理,以充分发挥拜耳法和烧结法各自的优点,达到较好的技术经济指标。
目前全球氧化铝年产量在5500万吨左右,我国的氧化铝产量约为680万吨。
(二)原铝、铝合金及铝材的生产方法
目前工业生产原铝的唯一方法是霍尔-埃鲁铝电解法。由美国的霍尔和法国的埃鲁于1886年发明。霍尔-埃鲁铝电解法是以氧化铝为原料、冰晶石 (Na3AlF6)为熔剂组成的电解质,在950-970℃的条件下通过电解的方法使电解质熔体中的氧化铝分解为铝和氧,铝在碳阴极以液相形式析出,氧在 碳阳极上以二氧化碳气体的形式逸出。每生产一吨原铝,可产生1.5吨的二氧化碳,综合耗电在15000kwh左右。
工业铝电解槽大体上可以分为侧插阳极自焙槽、上插阳极自焙槽和预焙阳极槽三类。由于自焙槽技术在电解过程中电耗高、并且不利于对环境的保护,所以自焙槽技术正在被逐渐淘汰。目前全球原铝年产量约为2800万吨,我国的原铝年产量约为700万吨。
必要时可以对电解得到的原铝进行精炼得到高纯铝。目前的铝合金生产方法主要以熔配法为主。由于铝及其合金具有优良的可加工性能,所以通过锻、铸、轧、冲、压等方法生产板、带、箔、管、线等型材。
㈡ 工业铝型材有什么加工方式
不知道您说的铝材加工是不是挤压加工?我这边有些铝材挤压机工作流程及注意事项,您可以参考一下,
一.铝型材挤压机的工作流程
1.检查油压系统是否漏油,空气压力是否正常。
2.检查传输带,冷床,储料台是否有破损和擦伤型材之处。
3.拉伸前要确认铝型材的长度,在预定拉伸率,即主夹头移动位置,通常6063T5拉伸率为0.5%-1%,6061T6拉伸率为0.8%-1.5%。
4.根据铝型材的形状确认夹持方法,大断面空心型材,可塞入拉伸垫块,但尽量要确保足够的夹持面积。
5.当铝型材冷却至50度以下时,才能拉伸型材。
6.当型材同事存在弯曲和扭拧时,应先矫正扭拧后拉伸。
7.第一根和第二跟进行拉试,确认预定拉伸率和夹持方法是否合适。目视弯曲,扭拧,检查型材的平面间隙,扩口,并口,如不合适要适当进行调整拉伸率。
8.正常拉伸率仍不能消除弯曲,扭拧,或不能是几何尺寸合格时,应通知操作手停止挤压。
9.冷却台上的型材不能互相摩擦,碰撞,重叠堆放,防止擦花。
二.铝型材挤压模具注意事项
1.铝型材截面本身就千变万化,并且铝型材挤压行业发展到今天,铝合金,铝型材截面本身就千变万化,有机身清,强度好等重要优点, 目前已经有许多行业采用铝型材来代替原有材料。 由于部分型材的特殊导致模具由于型材截面特殊,设计和制作难度较大。如果还是采用常规的挤压方法往往难于达到模具额定产量,必须采用特殊工艺,严格控制各项生产工艺参数才能正常进行生产
2.选择合适的挤压机进行生产。进行挤压生产前,型材截面的尺寸,根据型材截面的复杂程度,壁厚大小以及挤压系数来确定挤压机吨位大小,
3.合理选择锭坯及加热温度,对锭坯进行均匀化处理,要严格控制挤压锭坯的合金成分。企业要求铸锭晶粒度达到一级标准,以增强塑性和减少各项异性。当铸锭中有气,孔,组织疏松或有中心裂纹时,挤压过程中气体的突然释放类似"放炮",使得模具局部工作带突然减载又加载,形成局部巨大的冲击载荷,对模具影响很大。
4.优化挤压工艺延长模具寿命,在挤压生产中一定要采取合理的措施来确保模具的组织性能,采取适宜的挤压速度。在挤压过程中,挤压速度一般应控制在 25mm/s 以下,当挤压速度过快时,会造成金属流动难于均匀,致使模具工作带磨损加速,合理选择挤压温度,挤压温度是由模具加热温度、盛锭筒温度和铝棒温度来决定的。铝棒温度过低容易引起挤压力升高或产生闷车现象, 模具容易出现局部微量的弹性变形或在应力集中的部位产生裂纹而导致模具早期报废。铝棒温度过高会使金属组织软化, 而使得黏附于模具工作带表面甚至堵模 (严重时模具在高压下崩塌)未均匀铸锭合理加热温度在 460-520°C,经过均匀化的铸锭合理加热温度在 430-480°C。
5.挤压模具使用前期必须对模具进行合理的表面渗氮处理过程。需要注意的是表面渗氮并不是一次就可以完成的,在模具服役期间必须进行3-4次的反复渗氮处理,一般要求渗氮层厚度达到0.15mm左右。 模具腔内要清理干净,不可残留碱渣或异物颗粒。一般情况下模具的氮化次数不超过4-5次,要注意的是前期氮化时要经过合适的生产过程方能进行氮化,氮化次数不能过于频繁,否则工作带易脱层。
6.模具上机前工作带必须经过研磨抛光,工作带一般要求抛光至镜面。 模具上机前工作带必须经过研磨抛光,工作带一般要求抛光至镜面对模具工作带的平面度和垂直度装配前要进行检查。 氮化质量的好坏一定程度上决定了工作带抛光的光洁度。模具腔内必须用高压气以及毛刷清理干净,不得有粉尘或杂质异物,否则极易在金属流的带动下拉伤工作带,使挤压出来的型材产品出现表面粗糙或划线等缺陷。
7.挤压生产时模具保温时间一般在2-3小时左右,使用模具时要有与模具相配套的模支撑,模套和支承垫,避免因支承垫内孔过大而导致模具出口面与支承垫接触面太小,使得模具变形或破裂。
8.采用正确的碱洗(煮模)方法。模具卸模后,此时模具温度在 500°C 如果模具温度下 降迅速,模具极易发生开裂现象。正确方法是等卸模后将模具在空气中放置到 100°-150°C 再浸入碱水中。挤压结束后,挤压杆先于挤压筒后退,压余留在挤压筒中,然后挤压筒后退,可同时将模具分流孔中的部分残铝 随同压余拔出,然后再进行碱煮。
9.模具使用上采用由低到高再到低的使用强度。模具使用中期,由于模具的各项性能已基本处于平稳状态,可适当提高使用强度。到后期,模具的金属组织已经开始恶化,疲劳强度,稳定性和韧性经过长期的生产服役已经开始走入下降曲线,此时应适当降低模具的使用强度直至模具报废。
10.加强模具在挤压生产过程中的使用维护记录,完善每套模具的跟踪记录,加强模具在挤压生产过程中的使用维护记录方便管理。