Al-Cu合金提純除雜工藝初探

王潔櫻（西北民族大學化工學院，甘肅蘭州730100）

Al-Cu合金提純除雜工藝初探

王潔櫻（西北民族大學化工學院，甘肅蘭州730100）

我國作為Al、Cu等有色金屬資源消耗的大國，每年需要進口大量的礦石來進行生產冶煉，以此來滿足國內對于Al、Cu資源的需求，也因此對于Al、Cu等合金材料使用后所產生的廢料進行再次提純除雜是很有必要的，也是實現資源可持續發展的有效途徑，有著深遠的影響。本文就針對Al-Cu合金提純除雜工藝進行簡單的探討。

Al-Cu合金；提純；除雜工藝

國家經濟發展是離不開工業發展的支持，而工業發展中對于各種資源的需求是很大的，而Al、Cu等有色金屬的需求也是很多的，為了實現資源的可持續發展就需要對Al-Cu合金產生的廢料進行提純除雜的處理，同時提高Al-Cu合金的純度，以此來提高資源的利用率。

1 Al-Cu合金的應用現狀

1.1 Al、Cu資源應用現狀

目前來說，世界上發達國家對于資源的綜合利用都是十分重視的，尤其是對于廢舊資源的二次利用，為了人類能夠有一個良好的生存環境就需要對有色金屬進行再生，并使其使用范圍擴寬。我國的鋁資源是十分匱乏的，但是需求卻是很大的，很多的鋁土礦都是需要進口的，為了開辟鋁的第二資源的使用范圍就需要加大廢鋁的回收力度，并且采用先進的技術將其進行處理。我國銅礦產資源具有幾個明顯的特征，分別是：貧礦多、富礦少；復雜伴生礦多；分布范圍廣人均占有低；礦床類型全已開礦床比較少。對于廢銅的回收工作是有著比較明顯的優勢的，且廢銅回收再利用可以有效的緩解因銅資源短缺而造成的資源短缺現狀。

1.2 Al-Cu合金的應用現狀

Al-Cu合金主要應用在航空產品方面，這種合金具有良好的拉伸性能、可塑性比較強、沖擊韌性也足夠，所以它主要作為承受大載荷結構件和需熱零件來使用。不過此合金的鑄造性能比較差，有明顯的熱裂傾向，且耐腐蝕性能比較低，通常適合使用砂型鑄造。根據它的合金性能可以應用的范圍還是很廣的，而且在不斷的與其它有色金屬進行融合后可以提高合金的性能，使其得到更好的發展。

2 Al-Cu合金提純除雜工藝

為了提高Al-Cu合金的性能就需要對其就進行必要的提出除雜處理，而這也是因為合金中雜質對于合金性能的影響。

2.1 雜質對合金的影響

Al-Cu合金中主要的元素就是Al和Cu，這兩種元素都具有比較大的晶格常數，且銅是可以在鋁中固溶的，這樣就會使得鋁的點陣發生比較大的變化，且這個固溶是會隨著溫度的變化而產生變化的。不過銅含量的增加雖可以提高合金的電阻率和密度，但是它也使得合金的耐腐蝕性降低。除了這兩個主要元素的雜質影響以外還有Mn元素、Si元素等對合金都是會產生影響的。比如說Mn元素，當它達到飽和狀態時，合金經過淬火處理后，固溶體就會得到分解，形成比較細小的相質點，而這可以提高合金的高溫性能，一旦它的含量比較高的時候，就會導致合金的機械性能降低。再比如Si元素，它也是一種雜質元素，它的熔點比較低，它的含量比較多的時候就會使得合金的高溫延伸率降低。

2.2 主要的提純除雜工藝

金屬材料本身就是日常生活中使用比較廣泛的材料，多數的金屬材料都是從礦石中直接進行提取的，比如說Al和Cu，在對其進行提取的過程中所得到的并不是最純凈的，由于受到工藝操作的限制，在這些金屬提取的過程中就會含有一定雜質，而這些雜質是會影響到其物理化學性能的，想要得到比較純凈的合金就一定要對其進行提純除雜的工藝，而這有著很明顯的現實意義。對于Al-Cu合金常用的提出除雜方法有三個，分別是：合金化法、物理機械法、偏析法。

2.2.1 合金化法

合金化法一般來說就是通過向金屬溶體中添加合適的合金元素，讓其與金屬溶體中的雜質元素形成高熔點化合物析出，并且通過重力沉降的作用將其進行除去，以此來達到凈化熔體的目的。

2.2.2 物理機械法

物理機械法主要就是采用物理的方法直接將金屬熔體中的雜質去除。此方法在使用時就需要根據元素的性能來進行雜質的處理，這樣的方式也屬于比較常用的。

2.2.3 偏析法

偏析法進行提純時主要就是跟金屬的效果與雜質元素在金屬熔體中的平衡分配系數有著密切的關系。一般來說它可以分為分步結晶法、定向凝固法、冷凝法和區域熔煉法。在凝固的狀體下使得雜質元素在液相中的分配濃度遠大于在其固相中的分配濃度，這樣使用偏析法進行除雜的效果是最好的。

在實際的Al-Cu合金提純除雜工藝中，要對裝置的容積進行很好的確定，因為Al-Cu合金的密度會受到溫度而發生變化，比如7kg合金溶體的體積因為溫度不同而出現差異，從下面的公式可以看出：

在實驗的時候，要對實驗的溫度進行的確定，然后根據溫度計算出實驗中需要容器的體積。

上訴的除雜方法其實是可以穿插使用的，也就是說會根據實際的情況對其進程不同程度的使用，不過也由于受到實際環境的限制很多方法目前來說只適合在實驗室中使用，在工業生產上的使用范圍還比較小，比如說合金化法和偏析法，這兩種方法在實驗室中已經取得了不錯的研究效果，可是在實際的運用上局限性也是很明顯的。合金化法是要想合金中添加其他的金屬元素來進行除雜，且還需要經過大量的燒損，成本會增加的同時，也把操作的難度提高了許多。偏析法存在生產效率比較低，且產量小，成本也是很高的，這種技術是不適合進行大規模的工業化生產的，所以說要選用合適的方式進行提純除雜。

3 結語

綜上所述，我國作為Al、Cu等有色金屬資源消費的大國，在國民經濟發展中對于Al、Cu等資源的需求是很高的，為了滿足經濟發展的需求就需要對Al、Cu等合金產生的廢料進行提純再生，從而實現再次應用，只有提高了合金的純度才能減少能源的消耗，實現資源的綜合利用。

[1]梁東東.Al-Cu合金提純除雜的工藝研究[D].東北大學, 2013.

[2]汪建華.雜質元素對SCR生產過程及銅桿質量的影響[J]，中國金屬通報，2008,(49):40-41.

王潔櫻(1996-)，女，籍貫：河北邯鄲，學歷：本科，學生，研究方向：化學工程，單位：西北名族大學化工學院