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      高純鋁冶煉爐用耐火材料介紹

      • 來源:鑫富華耐火材料廠
      • 發布日期:2021-06-25
             冶煉鋁可采用熱還原法,但成本過高。工業化冶煉鋁采用電解法,其主要原理是霍爾-埃魯鋁電解法:以純氧化鋁為原料,采用電解制鋁,由于純氧化鋁熔點高(約2045℃),難以熔化,因此工業均采用熔化冰晶石(Na3AlF6)作為熔劑,使氧化鋁在1000℃左右溶于液體冰晶石,成為冰晶石和氧化鋁的熔體,然后在電解槽中,將碳塊作為陰陽兩極,進行電解。
       
            典型的高純鋁冶煉爐用耐火材料通常由高鋁耐火材料、Si3N4和SiC耐火材料組成。當使用高鋁耐火材料時,耐火材料中的SiO2和雜質Fe2O3會被還原成Si和Fe熔融的金屬鋁,因此很難獲得高純度金屬鋁。當使用Si3N4和SiC耐火材料時,雖然可以減少不純物質熔融到金屬鋁中,獲得高純度的金屬鋁,但由于Si3N4和SiC耐火材料中含有Si成分,金屬鋁從耐火材料中拾取Si的風險仍然存在。因此,為了制造高純度的鋁,需要一種不會引入雜質的耐火材料。根據化學原理,在現有耐火材料產品中,認為以制造與金屬鋁相同的原料-Al2O3為原料生產的剛玉耐火材料可以滿足上述要求。這種剛玉耐火材料主要以燒結氧化鋁或板材料為基礎,不需要高純氧化鋁。
       
      拜耳法是奧地利化學家拜耳(K.J.Bayer)于1889~1892年發明的一種從鋁土礦中提取氧化鋁的方法。100多年來,工藝技術得到了很多改進,但基本原理沒有改變。為了紀念拜耳的貢獻,這種方法一直使用拜耳法這個名字。拜耳法包括兩個主要過程。首先,氧化鋁在一定條件下從鋁土礦中溶解(氧化鋁工業習慣使用的術語,即浸出。以下是一個過程,然后是氫氧化鋁自飽和鋁酸鈉溶中水解分析的過程,這是拜耳提出的兩項專利。拜耳法的本質是從濕法冶金方法中提取氧化鋁。拜耳法氧化鋁生產過程中,含硅礦物會造成Al2O3和Na2O的損失。拜耳法過程中,鋁土礦破碎后,與石灰、循環母液一起進入濕磨,制成合格的硅漿。礦漿預熱后,經過預熱后再進行蒸發,再進行蒸發。
       
            常規鋁電解槽的砌筑方法如下:外層為輕質保溫磚襯里,其次為耐火磚襯里,在兩層磚中間加入一定厚度的Al2O3擋板,耐火磚上邊為鋼棒、陰極碳塊、槽壁為碳塊或碳搗打料(具體情況如下圖左半部分)。常規砌筑方法在使用過程中存在以下缺點。
      1.冰晶石和氧化鋁熔液通過陰極碳塊的縫隙滲透到耐火磚層。隨著時間的推移,它們逐漸從磚縫滲透到Al2O3阻擋層,后逐漸滲透到保溫層。這不僅增加了導熱系數,而且一些耐火磚、阻擋層Al2O3和保溫襯磚逐漸融入冰晶石熔體。液相增加,散熱加劇,越靠外,這些熔體越容易固化,導致體積收縮和裂紋更大,導熱系數更大,更容易散熱、固化、收縮、裂紋和滲透,形成一系列惡性循環,終槽低材料成為一體,導致能耗增加,能耗大,冰晶石損失加劇,終難以拆槽。
       
      2.當大量冰晶石熔液滲入陰極碳塊下的耐火磚中時,碳塊不僅會受到電解槽內冰晶石熔體的侵蝕和滲透,還會受到下部冰晶石的侵蝕和滲透。如果碳塊下部溫度在850℃左右,來自下部的Na蒸汽也會沉積在陰極碳塊中,從而逐漸增加陰極電阻,進一步增加功耗;這些鈉鹽在陰極中聚集的越多,使陰極碳塊的熱穩定性和體積穩定性越差,裂紋加劇,電解柄壽命結束。
       

          此外,由于鋁廠在鋁冶煉過程中,溫度變化較大,因此用于鋁冶煉爐的內襯耐火材料應具有溫度急變時不剝落、抗熱震性能好等特點。由此可以看出,一種剛玉耐火材料是生產高純度鋁的重要耐火材料,它不會使金屬鋁受到雜質成分的侵害,而且具有高抗熱震性能。這種剛玉耐火材料中A12O3含量大于94%,耐熱震性高。
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