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      高纯铝冶炼炉用耐火材料介绍

      • 来源:鑫富华耐火材料厂
      • 发布日期:2021-06-25
             冶炼铝可采用热还原法,但成本过高。工业化冶炼铝采用电解法,其主要原理是霍尔-埃鲁铝电解法:以纯氧化铝为原料,采用电解制铝,由于纯氧化铝熔点高(约2045℃),难以熔化,因此工业均采用熔化冰晶石(Na3AlF6)作为熔剂,使氧化铝在1000℃左右溶于液体冰晶石,成为冰晶石和氧化铝的熔体,然后在电解槽中,将碳块作为阴阳两极,进行电解。
       
            典型的高纯铝冶炼炉用耐火材料通常由高铝耐火材料、Si3N4和SiC耐火材料组成。当使用高铝耐火材料时,耐火材料中的SiO2和杂质Fe2O3会被还原成Si和Fe熔融的金属铝,因此很难获得高纯度金属铝。当使用Si3N4和SiC耐火材料时,虽然可以减少不纯物质熔融到金属铝中,获得高纯度的金属铝,但由于Si3N4和SiC耐火材料中含有Si成分,金属铝从耐火材料中拾取Si的风险仍然存在。因此,为了制造高纯度的铝,需要一种不会引入杂质的耐火材料。根据化学原理,在现有耐火材料产品中,认为以制造与金属铝相同的原料-Al2O3为原料生产的刚玉耐火材料可以满足上述要求。这种刚玉耐火材料主要以烧结氧化铝或板材料为基础,不需要高纯氧化铝。
       
      拜耳法是奥地利化学家拜耳(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。100多年来,工艺技术得到了很多改进,但基本原理没有改变。为了纪念拜耳的贡献,这种方法一直使用拜耳法这个名字。拜耳法包括两个主要过程。首先,氧化铝在一定条件下从铝土矿中溶解(氧化铝工业习惯使用的术语,即浸出。以下是一个过程,然后是氢氧化铝自饱和铝酸钠溶中水解分析的过程,这是拜耳提出的两项专利。拜耳法的本质是从湿法冶金方法中提取氧化铝。拜耳法氧化铝生产过程中,含硅矿物会造成Al2O3和Na2O的损失。拜耳法过程中,铝土矿破碎后,与石灰、循环母液一起进入湿磨,制成合格的硅浆??蠼と群?,经过预热后再进行蒸发,再进行蒸发。
       
            常规铝电解槽的砌筑方法如下:外层为轻质保温砖衬里,其次为耐火砖衬里,在两层砖中间加入一定厚度的Al2O3挡板,耐火砖上边为钢棒、阴极碳块、槽壁为碳块或碳捣打料(具体情况如下图左半部分)。常规砌筑方法在使用过程中存在以下缺点。
      1.冰晶石和氧化铝熔液通过阴极碳块的缝隙渗透到耐火砖层。随着时间的推移,它们逐渐从砖缝渗透到Al2O3阻挡层,后逐渐渗透到保温层。这不仅增加了导热系数,而且一些耐火砖、阻挡层Al2O3和保温衬砖逐渐融入冰晶石熔体。液相增加,散热加剧,越靠外,这些熔体越容易固化,导致体积收缩和裂纹更大,导热系数更大,更容易散热、固化、收缩、裂纹和渗透,形成一系列恶性循环,终槽低材料成为一体,导致能耗增加,能耗大,冰晶石损失加剧,终难以拆槽。
       
      2.当大量冰晶石熔液渗入阴极碳块下的耐火砖中时,碳块不仅会受到电解槽内冰晶石熔体的侵蚀和渗透,还会受到下部冰晶石的侵蚀和渗透。如果碳块下部温度在850℃左右,来自下部的Na蒸汽也会沉积在阴极碳块中,从而逐渐增加阴极电阻,进一步增加功耗;这些钠盐在阴极中聚集的越多,使阴极碳块的热稳定性和体积稳定性越差,裂纹加剧,电解柄寿命结束。
       

          此外,由于铝厂在铝冶炼过程中,温度变化较大,因此用于铝冶炼炉的内衬耐火材料应具有温度急变时不剥落、抗热震性能好等特点。由此可以看出,一种刚玉耐火材料是生产高纯度铝的重要耐火材料,它不会使金属铝受到杂质成分的侵害,而且具有高抗热震性能。这种刚玉耐火材料中A12O3含量大于94%,耐热震性高。
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