提高偏析法提純效率的研究及應用

（新疆天展新材料科技有限公司，新疆石河子市，832000）谷 洋

在用偏析法對電解鋁提純、生產高精鋁的過程中，由于石墨棒和石墨坩堝與鋁液直接接觸，對鋁液帶來一定污染的隱患，同時，石墨棒、石墨坩堝的使用壽命對提純效率也存在著很大程度地影響，此外，帶動坩堝旋轉、使坩堝受熱的旋轉裝置執行機構的穩定性也影響著提純效率，如執行機構不穩定可導致坩堝受熱不均，對提純的效率就會造成不良的影響。

為了解決上述的技術壁壘，進一步提高高精鋁的純度，全面提高高精鋁提純技術與裝備水平，力爭做出在國際上更有競爭力的優質產品，我們做了研究及實踐嘗試，已達到提高效率并且節約資源的目的。

1 石墨棒、石墨坩堝的致污機理對高精鋁提純的影響

1.1 石墨棒、石墨坩堝與鋁液接觸致污機理

在高精鋁生產過程中，通過加熱裝置將熔體維持在熔融狀態，向冷卻管內通入冷卻氣體，在石墨坩堝內表面將會結晶出鋁晶體，上下移動柱塞（石墨桿）使坩堝內表面的鋁晶體通過金屬流通孔聚集于坩堝底部。初晶前沿聚集了較多的雜質，通過坩堝外部的電加熱裝置使一部分初晶再熔解，通過石墨棒的運動可及時除去這種雜質富集層，從而使鋁的純度得到進一步提高。這就不可避免石墨棒、石墨坩堝與鋁液長期接觸，石墨雖具有化學穩定性、高強度性、高熱導率以及低膨脹系數等特性，但普通的石墨棒和石墨坩堝含有硅化合物，在提純的過程中，會滲入鋁液，從而造成對鋁液的污染，在高精鋁制備過程中，為了保證純度，需盡可能地減少外來雜質對純度的影響。

1.2 石墨棒、石墨坩堝的使用壽命以及物理性能分析

石墨棒、石墨坩堝是提純過程中的關鍵構件，因而頻繁使用，普通的石墨棒與石墨坩堝，隨著使用頻率會逐漸消耗，傳統使用的石墨棒每根平均壽命為90～180d，石墨坩堝平均壽命為150～210d，石墨棒與石墨坩堝消耗不僅使其變細變薄，而且會導致磨耗的雜質滲入鋁液、加重污染，同時石墨棒、石墨坩堝形態變化會導致對鋁液的冷卻變慢、提純效率下降。

通過研究傳統石墨棒、石墨坩堝的最大顆粒直徑、散比重、彎曲強度、拉伸強度、固有抵抗、邵爾氏硬度、熱膨脹系數和熱傳導率等工藝參數，研究石墨棒、石墨坩堝與鋁液接觸雜質和灰質百分比含量，根據規律調整工藝參數，對比分析接觸鋁液后雜質和灰質百分比含量，得出最佳工藝參數，按照最佳工藝參數定制石墨棒、石墨坩堝。可以使石墨棒平均使用壽命提升到120～240d，石墨坩堝平均使用壽命提升到180～240d。最終成功達成了穩定精制效率，并且降低成本的效果。

2 提純執行機構運行狀態分析監測及新型穩定執行機構的研制

由于鋁在提純過程中容易受到外界因素的干擾，石墨坩堝溫度的不均勻或者溫度異常都會對提純造成一定的影響，傳統的旋轉臺執行機構為傳統的鏈條傳動、三點均布的托輥支承方式，旋轉過程中托輥磨損大、需周期性停爐更換，根據實際生產數據得出，短暫停爐會造成提純效率下降、導致產品整體純度下降，同時由于執行機理缺陷，造成旋轉臺不穩定性，從而導致石墨坩堝受溫不均等工藝短板。

通過建立傳統機構運動模型，監測傳統執）行機構的運動機理，分析執行機構運動機理與鋁液受熱作用聯系，并進行模型表征；判斷傳統執行機構關鍵部件疲勞損傷與影響壽命因素，研究執行機構生命周期變化與鋁液受熱趨勢；建立鋁液受熱狀態與鋁液純度二維曲線模型，監測執行機構生命周期；建立分析傳統執行機構全生命周期內鋁液溫度變化曲線，鋁液純度變化曲線。

圍繞執行機構穩定運行需求，開展執行機構應力狀態、機構運行等技術研究，研制新型穩定執行機構；開展新型穩定執行機構結構疲勞損傷模型預測方法、運行狀態診斷和事故預測技術、制動狀態診斷和性能預測技術以及執行機構安全性評價方法研究，開展新型穩定執行機構預知維修決策技術研究，開展機構全生命周期安全管理，并進行示范應用。

3 提純產品檢測技術應用

由于經過提純后所得到的高精鋁雜質含量較低，一般的檢測方法難以測量出其中的具體含量。因此項目購置了輝光放電質譜儀（德國Element-GD）進行痕量元素的檢測。輝光放電質譜法是公認的對固體導電材料直接進行痕量分析的最有效的手段，可以直接固體進樣，樣品準備過程簡單、分析速度快、基體效應小、線性范圍寬，是痕量分析的一種重要分析手段，在國外已經成為高純金屬和半導體分析的行業標準方法。在項目過程中采用的輝光放電質譜儀（德國Element-GD）設備進行成分分析，可以使產品的各成分含量得出更準確的結果，提高產品的可靠性。

4 結語

通過提高石墨棒及石墨盤的使用壽命，建立旋轉裝置新型穩定執行機構，以及使用輝光放電質譜儀在檢測技術上的應用，達到了提高高精鋁的精制提純率以及節約資源的目的。