生產鋁合金的方法及專用預焙炭陽極生塊的製作方法

2023-06-18 13:28:51

專利名稱：：生產鋁合金的方法及專用預焙炭陽極生塊的製作方法
技術領域：
：本發明涉及生產鋁合金的方法及專用預焙炭陽極生塊。
背景技術：
：工業純鋁的電解生產一般是在92097(TC下，以冰晶石(Na3AlF6)為溶劑，添加多種添加劑如A1F3、MgF2、CaF2等的電解質體系，通過溶解並電解氧化鋁粉實現的。如果能夠利用純鋁的電解設備，在基本上不增加設備投入的前提下，採用純鋁的電解工藝和參數，通過向鋁電解槽中添加某些金屬氧化物，且不影響主要電解指標的前提下，直接電解生產鋁基中間合金，將會減少能耗，較大幅度降低其成本。工業上製取鋁中間合金，廣泛採用直接向熔融鋁中加入合金元素的方法製取，該法易造成金屬的無償損失和較高的能量消耗。一般來說，熔鹽電解鋁合金滿足鋁熱還原反應的吉布斯自由能為負值，析出電位小於或者接近於鋁析出電位都可進行電解製取鋁合金。電解法製取金屬及中間合金具有純度高，生產鋁基合金流程短，成本和綜合能耗較低，合金性能比熔配法優越，所以得到廣泛應用。Ti在鋁合金中是非常有效的晶粒細化劑，當鋁基合金中加入少量鈦時，Al3Ti相的形核中心使aAl鋁合金組織可得到明顯細化，而同時合金的強度、韌性、耐磨性、抗疲勞性能及熱穩定性等均有所提高。如果把鈦加入到含鈧鋁合金中，不僅增強了其細化效果，更重要的是Ti可以置換Al3Sc粒子中的Sc生成Al3(ScxThx)複合粒子，並且不改變原有Al3Sc粒子的優異性能，Sc、Ti聯合添加後會對合金的性能有顯著的提高。Zr能使Al3Sc相演變形成Al3(Sc，Zr)複合粒子，具有極強的晶粒細化作用。Zr能強烈地細化合金的晶粒，可以顯著提高合金的再結晶溫度，強烈抑制沿晶斷裂傾向，提高合金的強度，塑性和斷裂韌性。
發明內容本發明的目的是提供一種生產鋁合金的方法及專用預焙炭陽極生塊，目的是解決鋁合金中金屬鈧、鈦、鋯的均勻性差的問題。本發明所提供的專用預焙炭陽極生塊，由煅後石油焦、煤瀝青和如下氧化物中至少兩種製成二氧化鋯、三氧化二鈧和二氧化鈦。其中，按重量百分比計，所述煅後石油焦為7082%;所述煤瀝青為1528%;所述三氧化二鈧為06%;所述二氧化鋯為05%;所述二氧化鈦為05%。所述的預焙炭陽極生塊，可按照合金中鈦、鈧和鋯的含量確定所述預焙炭陽極生塊中二氧化鈦、三氧化二鈧和二氧化鋯的量。如果生產鋁鋯鈧合金，就無需加入二氧化鈦，此時所述預焙炭陽極生塊可由7281%所述煅後石油焦、17%所述煤瀝青、16%所述三氧化二鈧和15%所述二氧化鋯製成。如果生產鋁鈦鈧合金，只需要添加三氧化二鈧和二氧化鈦，所述預焙炭陽極生塊可由7481%所述煅後石油焦、1517%所述煤瀝青、16%所述三氧化二鈧和15%所述二氧化鈦製成。如果生產鋁鈦鋯合金，無需加入三氧化二鈧，所述預焙炭陽極生塊可由7581%所述煅後石油焦、所述煤瀝青l517%、15%所述二氧化鈦和15%所述二氧化鋯製成。要想生產鋁鈦鋯鈧合金，所述預焙炭陽極生塊就要含有三氧化二鈧、二氧化鈦和二氧化鋯、所述的預焙炭陽極生塊可由7082%所述煅後石油焦、1528%所述煤瀝青、0.55%所述三氧化二鈧、15%所述二氧化鈦和0.55%所述二氧化鋯製成。所述的煅後石油焦和瀝青可為各種規格的煅後石油焦和瀝青。煅後石油焦質量標準具體可為電阻率《550Qmm2/m;真密度2.02.08g/cm3;水份《0.3%。瀝青質量標準具體可為軟化溫度中溫7595。C，高溫95120。C;甲苯不容物《25%;喹啉不容物《10%;灰分《0.5%;水份《5.0;揮發份5575%。所述的預焙炭陽極生塊經過焙燒後即可獲得預焙炭陽極；所述焙燒的溫度為11501250°C，時間為600720小時。本發明所提供的生產鋁合金的方法，是以所述的預焙炭陽極為陽極，在含有冰晶石的電解質中電解氧化鋁生產鋁合金。其中，所述電解質中還可含有質量百分濃度45%氟化鈣、質量百分濃度23%氟化鎂和質量百分濃度l.52%氟化鋰。所述冰晶石分子比為2.22.6。所述氧化鋁的質量百分比濃度可為l.53.5%，當然也包括氧化鋁濃度l.93.5%這樣的範圍。所述電解生產鋁合金的方法中，電解溫度可為92098(TC;槽電壓為3.84.5V;極距為3.05.O釐米，也包括4.04.9釐米。本發明的預焙炭陽極的理化指標基本無變化。用這種陽極生產鋁合金，鋁合金中鈦、鈧和鋯添加均勻，金屬收率高。本發明無需使用純金屬，從而可大幅度降低生產鋁鈦鈧鋯合金的成本，有利於鋁鈦鈧鋯合金的推廣應用。具體實施例方式下述實施例中煅後石油焦質量標準為電阻率《550Qmm2/m;真密度2.02.08g/cm3;水份《0.3%。瀝青質量標準為軟化溫度中溫7595。C，高溫95120。C;甲苯不容物《25%;喹啉不容物《10%;灰分《0.5%;水份《5.0;揮發份5575%。實施例l、生產鋁鋯鈧合金將煅後石油焦、煤瀝青、三氧化二鈧和二氧化鋯混合，放在混捏鍋中在10(TC下混捏50分鐘制為糊料，糊料中按重量百分比，煅後石油焦佔81%，煤瀝青佔17%、三氧化二鈧佔1%、二氧化鋯佔1%;再將糊料加入成型機中壓製成型，得到預焙炭陽極生塊，將預焙炭陽極生塊置於焙燒爐中焙燒，焙燒的溫度為115(TC，時間為720小時製備得到預焙炭陽極。得到的預焙炭陽極的理化指標如表l所示。表l.實施例l的預焙炭陽極的理化指標tableseeoriginaldocumentpage7電解質為含有氟化鈣、氟化鎂和氟化鋰的冰晶石，其中，氟化鈣的質量百分比濃度為4%、氟化鎂的質量百分比濃度為2%、氟化鋰的質量百分比濃度為1.5%，冰晶石的分子比2.35。氧化鋁的質量百分比濃度為2.5%。電解溫度92(TC;槽電壓4.125V;極距4.3釐米。120小時後，獲得鋁鋯鈧合金，鋁鋯鈧合金的重量百分比組成為鈧0.23%、鋯0.29%、其餘為鋁以及不可避免的雜質，雜質中Fe〈0.15%、Si〈0.12%，其它雜質微量。實施例2、生產鋁鈦鋯合金將煅後石油焦、煤瀝青、二氧化鈦和二氧化鋯混合，放在混捏鍋中在20(TC下混捏20分鐘制為糊料，糊料中按重量百分比為煅後石油焦佔81%，煤瀝青佔17%、二氧化鈦佔1%、二氧化鋯佔1%;再將糊料加入成型機中壓製成型，得到預焙炭陽極生塊；將預焙炭陽極生塊置於焙燒爐中焙燒，焙燒的溫度為125(TC，時間為600小時，製備得到預焙炭陽極。得到的預焙炭陽極的理化指標如表2所示。表2.實施例2的預焙炭陽極的理化指標tableseeoriginaldocumentpage7。電解質為含有氟化鈣、氟化鎂和氟化鋰的冰晶石，其中，氟化鈣的質量百分比濃度為5%、氟化鎂的質量百分比濃度為3%、氟化鋰的質量百分比濃度為2%，冰晶石的分子比2.50。氧化鋁的質量百分比濃度為3.5%。電解溫度96(TC;槽電壓4.5V;極距4.9釐米。150小時後，獲得鋁鈦鋯合金，鋁鈦鋯合金的重量百分比組成為鈦0.22%、鋯0.29%、其餘為鋁以及不可避免的雜質，雜質中Fe〈0.15%、Si〈0.12%，其它雜質微量。實施例3、生產鋁鈦鈧合金將煅後石油焦，煤瀝青、三氧化二鈧和二氧化鈦混合，放在混捏鍋中在20(TC下混捏50分鐘制為糊料；糊料中按重量百分比，煅後石油焦佔81%，煤瀝青佔17%、三氧化二鈧佔1%、二氧化鈦佔1%;再將糊料加入成型機中壓製成型，得到預焙炭陽極生塊，將預焙炭陽極生塊置於焙燒爐中焙燒，焙燒的溫度為115(TC，時間為720小時，製備得到預焙炭陽極。得到的預焙炭陽極的理化指標如表3所示。表3.實施例3的預焙炭陽極的理化指標tableseeoriginaldocumentpage8得到的預焙炭陽極—匕系列電流200kA的電解槽進行電解試驗。電解質為含有氟化鈣、氟化鎂和氟化鋰的冰晶石，其中，氟化鈣的質量百分比濃度為4%、氟化鎂的質量百分比濃度為2%、氟化鋰的質量百分比濃度為1.5%，冰晶石的分子比2.40。氧化鋁的質量百分比濃度為2.0%。電解溫度95(TC;槽電壓4.IV;極距4.0釐米。150小時後，獲得鋁鈦鈧合金，鋁鈦鈧合金的重量百分比組成為鈧0.295%、鈦O.23%、其餘為鋁，以及不可避免的雜質，雜質中Fe〈0.15%、Si〈0.12%，其它雜質微量。實施例4、生產鋁鈦鈧鋯合金將煅後石油焦、煤瀝青、三氧化二鈧、二氧化鈦和二氧化鋯混合放在混捏鍋中在20(TC下混捏50分鐘制為糊料；糊料中按重量百分比，煅後石油焦佔80%、煤瀝青佔17%、三氧化二鈧佔1%、二氧化鈦佔1%、二氧化鋯佔1%;再將糊料加入成型機中壓製成型，得到預焙炭陽極生塊，將預焙炭陽極生塊置於焙燒爐中焙燒，焙燒的溫度為125(TC，時間為600小時，製備得到預焙炭陽極。得到的預焙炭陽極的理化指標如表4所示。表4.實施例4的預焙炭陽極的理化指標tableseeoriginaldocumentpage8電解質為含有氟化鈣、氟化鎂和氟化鋰的冰晶石，其中，氟化鈣的質量百分比濃度為5%、氟化鎂的質量百分比濃度為3%、氟化鋰的質量百分比濃度為2%，冰晶石的分子比2.50。氧化鋁的質量百分比濃度為3.5%。電解溫度96(TC;槽電壓4.125V;極距4.3釐米。120小時後，獲得鋁鈦鈧鋯合金，鋁鈦鈧鋯合金的重量百分比組成為鈧0.289%、鈦0.227%、鋯O.236%、其餘為鋁和不可避免的雜質，雜質中Fe〈0.15%、Si〈0.12%、其它雜質微實施例5、生產鋁鈦鈧鋯合金將煅後石油焦、煤瀝青、三氧化二鈧、二氧化鈦和二氧化鋯混合，放在混捏鍋中在200。C下混捏50分鐘制為糊料；糊料中按重量百分比，將煅後石油焦佔70%、煤瀝青佔15%、三氧化二鈧佔5%、二氧化鈦佔5%和二氧化鋯佔5%;將糊料加入成型機中壓製成型，得到預焙炭陽極生塊，將預焙炭陽極生塊置於焙燒爐中焙燒，焙燒的溫度為115(TC，時間為720小時，製備得到預焙炭陽極。得到的預焙炭陽極的理化指標如表5所示。表5.實施例5的預焙炭陽極的理化指標灰份％0.8電阻率QmmVm59耐壓強度MPa31體積密度g/cm"1.55氣孔率％〈26真密度g/cm。2.06得到的預焙炭陽極—匕系列電流200kA的電解槽進行電解試驗。電解質為含有氟化鈣、氟化鎂和氟化鋰的冰晶石，其中，氟化鈣的質量百分比濃度為5%、氟化鎂的質量百分比濃度為3%、氟化鋰的質量百分比濃度為1.5%，冰晶石的分子比2.50。氧化鋁的質量百分比濃度為1.9%。電解溫度96(TC;槽電壓4.125V;極距4.3釐米。150小時後，獲得鋁鈧鈦合金，鋁鈧鈦合金的重量百分比組成為鈧O.585%、鈦O.461%、鋯0.472%、其餘為鋁和不可避免的雜質，雜質中Fe〈0.15%、Si〈0.12%，其它雜質微量。實施例6、生產鋁鈦鈧鋯合金將煅後石油焦、煤瀝青、三氧化二鈧、二氧化鈦和二氧化鋯混合，放在混捏鍋中在200。C下混捏20分鐘制為糊料；糊料中按重量百分比，煅後石油焦佔82%、煤瀝青佔15%、三氧化二鈧佔1%、二氧化鈦佔1%、二氧化鋯佔1%，將糊料加入成型機中壓製成型，得到預焙炭陽極生塊，將預焙炭陽極生塊置於焙燒爐中焙燒，焙燒的溫度為125(TC，時間為600小時，製備得到預焙炭陽極。得到的預焙炭陽極的理化指標如表6所示。表6.實施例6的預焙炭陽極的理化指標灰份％0.6電阻率QmmVm56耐壓強度MPa29體積密度g/cm"1.55氣孔率％〈26真密度g/cm。2.04得到的預焙炭陽極—匕系列電流200kA的電解槽進行電解試驗。電解質為含有氟化鈣、氟化鎂和氟化鋰的冰晶石，其中，氟化鈣的質量百分比濃度為5%、氟化鎂的質量百分比濃度為2%、氟化鋰的質量百分比濃度為1.5%，冰晶石的分子比2.40。氧化鋁的質量百分比濃度為3.1%。電解溫度95(TC;槽電壓4.125V;極距4.3釐米。150小時後，獲得鋁鈧鈦合金，鋁鈧鈦合金的重量百分比組成為鈧0.287%、鈦O.225%、鋯0.235%、其餘為鋁和不可避免的雜質，雜質中Fe〈0.16%、Si〈0.13%，其它雜質微量。實施例7、生產鋁鈦鈧鋯合金將煅後石油焦、煤瀝青、三氧化二鈧、二氧化鈦、二氧化鋯混合，放在混捏鍋中在200。C下混捏20分鐘制為糊料，糊料中按重量百分比，煅後石油焦佔70%、煤瀝青佔28%、三氧化二鈧佔0.5%、二氧化鈦佔1%、二氧化鋯佔0.5%;再將糊料加入成型機中壓製成型，得到預焙炭陽極生塊，將預焙炭陽極生塊置於焙燒爐中焙燒，焙燒的溫度為125(TC，時間為600小時，製備得到預焙炭陽極。得到的預焙炭陽極的理化指標如表7所示。表7.實施例7的預焙炭陽極的理化指標灰份％0.6電阻率QmmVm56耐壓強度MPa29體積密度g/cm"1.55氣孔率％〈26真密度g/cm。2.04得到的預焙炭陽極—匕系列電流200kA的電解槽進行電解試驗。電解質為含有氟化鈣、氟化鎂和氟化鋰的冰晶石，其中，氟化鈣的質量百分比濃度為5%、氟化鎂的質量百分比濃度為3%、氟化鋰的質量百分比濃度為1.5%，冰晶石的分子比2.45。氧化鋁的質量百分比濃度為2.6%。電解溫度95(TC;槽電壓4.125V;極距4.3釐米。150小時後，獲得鋁鈧鈦合金，鋁鈧鈦合金的重量百分比組成為鈧O.146%、鈦O.114%、鋯O.119%、其餘為鋁和不可避免的雜質，雜質中Fe〈0.16%、Si〈0.13%，其它雜質微量。實施例8、生產鋁鋯鈧合金將煅後石油焦，煤瀝青、三氧化二鈧、二氧化鋯混合，放在混捏鍋中在10(TC下混捏50分鐘制為糊料，糊料中按重量百分比，煅後石油焦佔72%，煤瀝青佔17%、三氧化二鈧佔6%、二氧化鋯佔5%;再將糊料加入成型機中壓製成型，得到預焙炭陽極生塊，將預焙炭陽極生塊置於焙燒爐中焙燒，焙燒的溫度為125(TC，時間為600小時，製備得到預焙炭陽極。得到的預焙炭陽極的理化指標如表8所示。表8.實施例8的預焙炭陽極的理化指標tableseeoriginaldocumentpage11。電解質為含有氟化鈣、氟化鎂和氟化鋰的冰晶石，其中，氟化鈣的質量百分比濃度為4%、氟化鎂的質量百分比濃度為2%、氟化鋰的質量百分比濃度為1.5%，冰晶石的分子比2.35。氧化鋁的質量百分比濃度為2.5%。電解溫度95(TC;槽電壓4.125V;極距4.3釐米。150小時後，獲得鋁鋯鈧合金，鋁鋯鈧合金的重量百分比組成為鈧1.675%、鋯l.128%、其餘為鋁以及不可避免的雜質，雜質中Fe〈0.15%、矽Si〈0.12%，其它雜質微量。實施例9、生產鋁鈦鋯合金將煅後石油焦、煤瀝青、二氧化鈦和二氧化鋯混合，放在混捏鍋中在20(TC下混捏20分鐘制為糊料，糊料中按重量百分比煅後石油焦佔75%、煤瀝青佔15%、二氧化鈦佔5%、二氧化鋯佔5%;再將糊料加入成型機中壓製成型，得到預焙炭陽極生塊，將預焙炭陽極生塊置於焙燒爐中焙燒，焙燒的溫度為125(TC，時間為600小時，製備得到預焙炭陽極。得到的預焙炭陽極的理化指標如表9所示。表9.實施例9的預焙炭陽極的理化指標tableseeoriginaldocumentpage11電解質為含有氟化鈣、氟化鎂和氟化鋰的冰晶石，其中，氟化鈣的質量百分比濃度為5%、氟化鎂的質量百分比濃度為3%、氟化鋰的質量百分比濃度為5%，冰晶石的分子比2.50。氧化鋁的質量百分比濃度為3.5%。電解溫度96(TC;槽電壓4.5V;極距4.8釐米。150小時後，獲得鋁鈦鋯合金，鋁鈦鋯合金的重量百分比組成為鈦l.119%、鋯1.157%、其餘為鋁以及不可避免的雜質，雜質中Fe〈0.15%、Si〈0.12%，其它雜質微量。實施例IO、生產鋁鈦鈧合金將煅後石油焦、煤瀝青、三氧化二鈧和二氧化鈦混合，放在混捏鍋中在20(TC下混捏50分鐘制為糊料，糊料中按重量百分比，煅後石油焦佔74%，煤瀝青佔15%、三氧化二鈧佔6%;二氧化鈦佔5%;再將糊料加入成型機中壓製成型，得到預焙炭陽極生塊，將預焙炭陽極生塊置於焙燒爐中焙燒，焙燒的溫度為125(TC，時間為600小時，製備得到預焙炭陽極。得到的預焙炭陽極的理化指標如表10所示。表IO.實施例10的預焙炭陽極的理化指標灰份％0.8電阻率QmmVm59耐壓強度MPa32體積密度g/cm"1.58氣孔率％〈26真密度g/cm。2.07得到的預焙炭陽極—匕系列電流200kA的電解槽進行電解試驗。電解質為含有氟化鈣、氟化鎂和氟化鋰的冰晶石，其中，氟化鈣的質量百分比濃度為4%、氟化鎂的質量百分比濃度為2%、氟化鋰的質量百分比濃度為1.5%，冰晶石的分子比2.40。氧化鋁的質量百分比濃度為2.5%。電解溫度95(TC;槽電壓4.2V;極距4.4釐米。120小時後，獲得鋁鈦鈧合金，鋁鈦鈧合金的重量百分比組成為鈧1.677%、鈦l.121%、其餘為鋁，以及不可避免的雜質，雜質中Fe〈0.15%、Si〈0.12%，其它雜質微量。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。權利要求1.預焙炭陽極生塊，由煅後石油焦、煤瀝青和如下氧化物中至少兩種製成二氧化鋯、三氧化二鈧和二氧化鈦。2.據權利要求l所述的預焙炭陽極生塊，其特徵在於按重量百分比計，所述煅後石油焦為7082%;所述煤瀝青為1528%;所述三氧化二鈧為06%;所述二氧化鋯為05%;所述二氧化鈦為05%。3.根據權利要求1或2所述的的預焙炭陽極生塊，其特徵在於所述預焙炭陽極生塊由7281%所述煅後石油焦、17%所述煤瀝青、16%所述三氧化二鈧和15%所述二氧化鋯製成。4.根據權利要求1或2所述的預焙炭陽極生塊，其特徵在於所述預焙炭陽極生塊由7581%所述煅後石油焦、1517%所述煤瀝青、15%所述二氧化鈦和15%所述二氧化鋯製成。5.根據權利要求1或2所述的預焙炭陽極生塊，其特徵在於所述預焙炭陽極生塊由7481%所述煅後石油焦、1517%所述煤瀝青、16%所述三氧化二鈧和15%所述二氧化鈦製成。6.根據權利要求1或2所述的預焙炭陽極生塊，其特徵在於所述預焙炭陽極生塊由7082%所述煅後石油焦、1528%所述煤瀝青、0.55%所述三氧化二鈧、15%所述二氧化鈦和0.55%所述二氧化鋯製成。7.預焙炭陽極，是將權利要求1至6中任一所述的預焙炭陽極生塊焙燒獲得的預焙炭陽極8.根據權利要求7所述的預焙炭陽極，其特徵在於所述焙燒的溫度為11501250°C，時間為600720小時。9.一種生產鋁合金的方法，是以權利要求7或8所述的預焙炭陽極為陽極，在含有冰晶石的電解質中電解氧化鋁生產鋁合金。10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於所述電解質中還含有質量百分濃度45%氟化鈣、23%氟化鎂和1.52%氟化鋰；所述冰晶石的分子比為2.22.6;所述氧化鋁的質量百分比濃度為l.53.5%。全文摘要本發明公開了一種生產鋁合金的方法及專用預焙炭陽極生塊。本發明的專用預焙炭陽極生塊，由煅後石油焦、煤瀝青和如下氧化物中至少兩種製成二氧化鋯、三氧化二鈧和二氧化鈦。所述的預焙炭陽極生塊經過焙燒後即可獲得預焙炭陽極；所述焙燒的溫度為1150～1250℃，時間為600～720小時。本發明的生產鋁合金的方法，是以所述的預焙炭陽極為陽極，在含有冰晶石的電解質中電解氧化鋁生產鋁合金。本發明的預焙炭陽極的理化指標基本無變化。用這種陽極生產鋁合金，鋁合金中鈦、鈧和鋯添加均勻，金屬收率高。文檔編號C25C3/36GK101643922SQ20091030684公開日2010年2月10日申請日期2009年9月10日優先權日2009年9月10日發明者尼雲泉,曹新樂,楊凱長,林玉勝,王振才,田忠良,賴延清,馬紹良申請人:中國鋁業股份有限公司