專利名稱：一種電解銅鋁合金和精煉鋁的聯(lián)合生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種電解銅鋁合金和精煉鋁的聯(lián)合生產(chǎn)方法，涉及一種電解法生產(chǎn)鋁銅合金與精
鋁煉生產(chǎn)過程聯(lián)合的工藝方法。
背景技術(shù)：
目前電解法為工業(yè)鋁錠生產(chǎn)的唯一方法，但是此方法的能耗高，其電耗高達
13000kW h/噸鋁以上，槽電壓在4. 0V、電流效率在90%左右。由于能源價格的不斷上漲，
對原鋁生產(chǎn)成本壓力愈來愈大，如何降低電耗成為行業(yè)內(nèi)一個共性問題。 為了降低電解鋁廠的成本，拉長產(chǎn)業(yè)鏈條，增加產(chǎn)品種類，很多電解鋁廠的原鋁不
再全部以鋁錠形式出廠，而是直接將鋁水進行熔配生產(chǎn)鋁中間合金，這樣去掉了重熔鋁錠
生產(chǎn)鋁合金過程，降低了生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)效益。 而在精鋁生產(chǎn)中， 一 般使用Al-Cu合金共晶體Al-33 % Cu (Cu的濃度為33 % ±3% )作為陽極，一般是用原鋁與純銅配制的，在電解時的密度為3000kg/m3(75(TC )。陰 極為提純的精鋁，在約75(TC時密度為2400kg/m3。生產(chǎn)中陽極的鋁(鋁及電極電位比鋁更 負的元素如鈉、鈣、鎂)電化學(xué)溶解至電解質(zhì)中，而氟氧復(fù)合離子在陰極放電還原生成鋁。 生產(chǎn)中不斷補充鋁液至陽極中，而陰極的產(chǎn)品即為精鋁。生產(chǎn)中因雜質(zhì)累積需定期更換陽 極，重新注入鋁銅合金。精鋁生產(chǎn)單位電耗11000 14000kWh，電流強度60kA左右，陰極電 流效率達到97 99%，槽電壓為4. 5 4. 6V。 Al-Cu類合金是工業(yè)上最早采用的鑄造鋁合金，在各類鑄造鋁合金中其重要性僅 次于Al-Si類合金。Al-Cu類合金由于其密度小、比強度高等特點，在航空、航天、汽車、機械 等各行業(yè)應(yīng)用較廣，主要用作承受較大載荷的結(jié)構(gòu)件和耐熱零件。A1-Cu類合金具有良好的 綜合力學(xué)性能切削加工性能好，耐熱性能優(yōu)良。現(xiàn)已工業(yè)化生產(chǎn)的高韌性高強度鑄造鋁合 金幾乎全是A1-Cu系合金。 目前的生產(chǎn)流程以串聯(lián)模式為主，即由氧化鋁電解生產(chǎn)原鋁、原鋁重熔配制中間 合金，中間合金供應(yīng)給終端用戶個性使用；原鋁和鋁銅中間合金以及電解銅為主要物料原 料進行精鋁生產(chǎn)。其工藝核心之間僅通過出廠產(chǎn)品進行銜接，類似于產(chǎn)業(yè)鏈上下游的關(guān)系， 不存在聯(lián)合的生產(chǎn)工藝方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種能有效集約幾種鋁產(chǎn) 品生產(chǎn)的物料流程，節(jié)約了能源消耗，提高物料循環(huán)效率，降低成本，緊縮并延長產(chǎn)業(yè)鏈提 高了企業(yè)盈利能力的聯(lián)合生產(chǎn)原鋁、鋁合金和精鋁的方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。 —種電解銅鋁合金和精煉鋁的聯(lián)合生產(chǎn)方法，其特征在于其聯(lián)合生產(chǎn)方法的步驟 包括 (1)在鋁電解槽內(nèi)添加銅或鋁銅合金進行電解，電解得到鋁銅合金；
(2)將電解得到的鋁銅合金作為精煉劑進行原鋁精煉過程，得到精煉鋁；
(3)將原鋁精煉過程產(chǎn)生的廢鋁銅合金返回步驟(1)，進行銅鋁合金電解。
本發(fā)明的一種電解銅鋁合金和精煉鋁的聯(lián)合生產(chǎn)方法，其特征在于所述的步驟 (1)的在鋁電解槽內(nèi)添加銅或鋁銅合金進行電解過程，銅或銅合金的加入量以銅計為陰極 液總重量的2% —36%，電解過程控制的工藝參數(shù)為電解平均電壓3. 7 4. 2伏，陰極電 流密度為0. 65 0. 85A/cm2，電流效率88 97% 。 本發(fā)明的一種電解銅鋁合金和精煉鋁的聯(lián)合生產(chǎn)方法，其特征在于其步驟還包括 將步驟(1)電解得到鋁銅合金二次重熔，進行鋁銅合金成份調(diào)配。 本發(fā)明的方法，在鋁電解槽內(nèi)添加銅或生產(chǎn)精鋁的廢棄物鋁銅中間合金或其它 廢棄的鋁銅合金，使鋁電解槽中陰極為液態(tài)鋁和少量銅形成的鋁銅液態(tài)合金，其密度值在 2400 2800kg/m 合金初晶溫度在600 69(TC之間。對于鋁電解生產(chǎn)的優(yōu)勢在于通過 增加陰極的密度、提高陰極對于炭素材料的潤濕性能，還減少了陰極中的鋁在電解質(zhì)中的 溶解損失，能夠有效提高生產(chǎn)的電流效率，試驗證明生產(chǎn)工藝條件下，一般能夠提高電流效 率2.5% 4%。同時由于降低陰極中鋁的活度，也相應(yīng)降低了理論分解電壓和陰極過電 壓，同時能夠有效降低槽電壓至少0. 1 0. 2V。 本發(fā)明的方法，將鋁電解的終端產(chǎn)品變?yōu)榛虿糠肿優(yōu)殇X銅中間合金，其核心優(yōu)勢 在于通過工廠個性化單槽生產(chǎn)，避免了產(chǎn)品單一化造成的生產(chǎn)風(fēng)險，在不增加生產(chǎn)設(shè)備的 情況下增加了產(chǎn)品種類，提高了產(chǎn)品附加值，增強了企業(yè)競爭力。在生產(chǎn)成本方面，充分利 用了現(xiàn)代大型預(yù)焙槽散熱型的特點，利用多余熱量可以直接熔配鋁中間合金，無需額外消 耗電能，節(jié)約了能源，降低了鋁銅中間合金的生產(chǎn)成本。而且添加的物料可能是其它生產(chǎn)的 廢料，原料成本可能有較大優(yōu)勢，同時可以利用電解槽內(nèi)雜質(zhì)濃度平衡，將過高雜質(zhì)稀釋或 以炭渣形式排出流程之外。此外，利用電解槽內(nèi)磁場強度高的特點，使合金混合均勻，偏析 程度降低。 對于鋁合金生產(chǎn)，鋁電解槽的產(chǎn)品既可以作為中間產(chǎn)品再次進行調(diào)配，也可以作 為低銅含量鋁合金產(chǎn)品直接出廠，利用鋁電解槽陰極的密閉環(huán)境，減少了熔配的氧化損失， 提高了成品率。 對于精鋁生產(chǎn)來說，新工藝中鋁電解槽既提高了精鋁生產(chǎn)所需的鋁銅中間合金和
原鋁，也將雜質(zhì)含量過高(主要是硅、鐵)的鋁銅廢合金，回頭到鋁電解槽中作為原料。既
能保證產(chǎn)品的最終質(zhì)量，也能最大程度提高原料利用率，節(jié)約了生產(chǎn)現(xiàn)金流。 綜合來說，這種創(chuàng)新的聯(lián)合生產(chǎn)工藝方法，集約了幾種鋁產(chǎn)品生產(chǎn)的物料流程，從
全局上節(jié)約了能源消耗，提高了物料循環(huán)效率，降低了財務(wù)成本，緊縮并延長了產(chǎn)業(yè)鏈，大
大提高了企業(yè)盈利能力。


圖1為本發(fā)明的方法的工藝流程圖。
具體實施例方式
—種電解銅鋁合金和精煉鋁的聯(lián)合生產(chǎn)方法，其聯(lián)合生產(chǎn)方法的步驟包括 (1)在鋁電解槽內(nèi)添加銅或鋁銅合金進行電解，電解得到鋁銅合金；，銅或銅合金的加入量以銅計為陰極液總重量的2% —36%，電解過程控制的工藝參數(shù)為電解平均電 壓3. 7 4. 2伏，陰極電流密度為0. 65 0. 85A/cm2，電流效率88% 97%。
(2)將電解得到的鋁銅合金作為精煉原料進行原鋁精煉過程，得到精煉鋁；或電 解得到鋁銅合金二次重熔，進行鋁銅合金成份調(diào)配； (3)將原鋁精煉過程產(chǎn)生的廢鋁銅合金返回步驟(1)，進行銅鋁合金電解。
實施例1 原生產(chǎn)采用160KA電解槽，電壓波動范圍3. 95 4. 2V，平均槽電壓4. 05V ;陰極 電流密度控制在0. 65 0. 75A/cm2，陰極電流效率波動范圍86 % 92 % ，平均電流效率
90. 2%，噸鋁直流電耗達13240kW h，產(chǎn)品為原鋁。 在陰極鋁液加入總重2%的銅或廢鋁銅合金(以銅重量計)。在生產(chǎn)穩(wěn)定后，陰 極電流密度維持在0. 65 0. 75A/cm2，單槽電壓降到為3. 9 4. 1V之間，平均槽電壓為 4. 02V，瞬時電流效率提高到95 % ，波動范圍在88 93 % ，平均電流效率在90. 8 % ，噸鋁直 流電耗下降為13200kW'h，產(chǎn)品為2X的鋁銅母合金。將電解槽產(chǎn)品2%鋁銅合金作為鋁合
金中間產(chǎn)品外售。
實施例2 原生產(chǎn)采用160KA電解槽，電壓波動范圍3. 95 4. 3V，平均槽電壓4. 10V ;陰極 電流密度控制在0. 65 0. 75A/cm2，陰極電流效率波動范圍88 % 94 % ，平均電流效率
91. 2%，噸鋁直流電耗達13400kW h，產(chǎn)品為原鋁。 實施方案為在陰極鋁液加入總重5%左右的銅或廢鋁銅合金(以銅重量計)。在 生產(chǎn)穩(wěn)定后，陰極電流密度維持在0. 65 0. 75A/cm2，單槽電壓降到為3. 7 4. IV之間， 平均槽電壓為3. 90V，瞬時電流效率提高到95 % ，波動范圍在90 95 % ，平均電流效率在
92. 8%，噸鋁直流電耗下降為12700kW h，產(chǎn)品為5%的鋁銅母合金。將電解槽產(chǎn)品5%鋁
銅合金作為鋁合金中間產(chǎn)品外售。
實施例3 原生產(chǎn)采用160KA電解槽，電壓波動范圍4. 05 4. 5V，平均槽電壓4. 15V ;陰極 電流密度控制在0. 65 0. 75A/cm2，陰極電流效率波動范圍90 % 95 % ，平均電流效率 91.8%，噸鋁直流電耗達13560kW* h，產(chǎn)品為原鋁。 實施方案為在陰極鋁液加入總重10%左右的銅或廢鋁銅合金(以銅重量計)。 在生產(chǎn)穩(wěn)定后，陰極電流密度維持在O. 65 0. 75A/cm2，單槽電壓降到為3. 7 4. 2V之間， 平均槽電壓為3. 95V，瞬時電流效率提高到96. 7% ，波動范圍在91 97% ，平均電流效率在
93. 7%，噸鋁直流電耗下降為12550kW'h，產(chǎn)品為10%的鋁銅母合金。將電解槽產(chǎn)品5%鋁
銅合金作為鋁合金中間產(chǎn)品外售。
實施例4 原生產(chǎn)采用200KA電解槽，電壓波動范圍4. 00 4. 16V，平均槽電壓4. IIV;陰 極電流密度控制在0. 65 0. 80A/cm2，陰極電流效率波動范圍90% 93%，平均電流效率 90. 9%，噸鋁直流電耗達13480kW h，產(chǎn)品為原鋁。 實施方案為在陰極鋁液加入總重20%左右的銅或廢鋁銅合金(以銅重量計)。 在生產(chǎn)穩(wěn)定后，陰極電流密度維持在0. 70 0. 80A/ci^，單槽電壓降到為3. 75 4. 05V之 間，平均槽電壓為3. 90V，瞬時電流效率提高到96% ，波動范圍在92 96% ，平均電流效率在94%，噸鋁直流電耗下降為12370kW'h，產(chǎn)品為20%的鋁銅母合金。將電解槽產(chǎn)品20% 鋁銅合金加入鋁精煉電解槽作為部分精煉原料，通過預(yù)電解和電解精煉后作為99. 9%的精 鋁產(chǎn)品出售。
實施例5 原生產(chǎn)采用300KA電解槽，電壓波動范圍4. 20 4. 46V，平均槽電壓4. 30V ;陰 極電流密度控制在0. 75 0. 85A/cm2，陰極電流效率波動范圍89% 92%，平均電流效率 90. 5%，噸鋁直流電耗達14160kW h，產(chǎn)品為原鋁。 實施方案為在陰極鋁液加入總重36%左右的銅或廢鋁銅合金(以銅重量計)。在 生產(chǎn)穩(wěn)定后，陰極電流密度維持在0. 75 0. 85A/cm2，單槽電壓降到為3. 85 4. OOV之間， 平均槽電壓為3. 95V，瞬時電流效率提高到94%，波動范圍在91 95%，平均電流效率在 93. 1%，噸鋁直流電耗下降為12650kW h，產(chǎn)品為36%的鋁銅母合金。將電解槽產(chǎn)品36% 鋁銅合金直接作為精煉原料加入鋁精煉槽，通過預(yù)電解和電解精煉后作為99. 9%的精鋁產(chǎn) 品出售。
權(quán)利要求
一種電解銅鋁合金和精煉鋁的聯(lián)合生產(chǎn)方法，其特征在于其聯(lián)合生產(chǎn)方法的步驟包括(1)在鋁電解槽內(nèi)添加銅或鋁銅合金進行電解，電解得到鋁銅合金；(2)將電解得到的鋁銅合金作為精煉劑進行原鋁精煉過程，得到精煉鋁；(3)將原鋁精煉過程產(chǎn)生的廢鋁銅合金返回步驟(1)，進行銅鋁合金電解。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電解銅鋁合金和精煉鋁的聯(lián)合生產(chǎn)方法，其特征在于所 述的步驟(1)的在鋁電解槽內(nèi)添加銅或鋁銅合金進行電解過程，銅或銅合金的加入量以銅 計為陰極液總重量的2% —36%，電解過程控制的工藝參數(shù)為電解平均電壓3. 7 4. 2 伏，陰極電流密度為0. 65 0. 85A/cm2，電流效率88% 97%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電解銅鋁合金和精煉鋁的聯(lián)合生產(chǎn)方法，其特征在于其 步驟還包括將步驟(1)電解得到鋁銅合金二次重熔，進行鋁銅合金成份調(diào)配。
全文摘要
一種電解銅鋁合金和精煉鋁的聯(lián)合生產(chǎn)方法，涉及一種電解法生產(chǎn)鋁銅合金與精鋁煉生產(chǎn)過程聯(lián)合的工藝方法。其特征在于其聯(lián)合生產(chǎn)方法的步驟包括(1)在鋁電解槽內(nèi)添加銅或鋁銅合金進行電解，電解得到鋁銅合金；(2)將電解得到的鋁銅合金作為精煉劑進行原鋁精煉過程，得到精煉鋁；(3)將原鋁精煉過程產(chǎn)生的廢鋁銅合金返回步驟(1)，進行銅鋁合金電解。本發(fā)明可降低鋁合金生產(chǎn)能耗、提高成品回收率，同時還能減少生產(chǎn)中物料流量，降低財務(wù)成本。
文檔編號C25C3/00GK101698950SQ200910235989
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者徐建華, 秦慶東, 羅麗芬, 邱仕麟, 黃海波 申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司