[发明专利]铝纯化

说明书

用于从铝合金分离铁的方法包括：提供处于第一温度的铝合金的第一区域，在该第一温度所述铝合金部分熔化并且其内的任何含铁粒子完全熔化；并且提供处于第二温度的所述合金的第二区域，在该第二温度所述铝合金完全熔化，使得在所述第一区域和第二区域之间产生温度梯度。通过向所述合金施加静态均匀磁场，并且将所述温度梯度和磁场保持一段时间，可以降低所述第一区域和/或第二区域的铁含量。

本发明涉及从金属除去杂质的方法。特别地，本发明涉及从铝合金分离铁的方法。

对于由废弃的铝(Al)产品或废料生产铝的能量需求为10至20MJ/kg，而由铝土矿矿石生产原铝的能量需求为约186MJ/kg。这为促进Al合金再循环以及再循环的Al合金的使用提供了巨大的吸引力。遗憾地，在再循环过程期间，杂质元素，尤其是铁(Fe)和硅(Si)在合金中积聚，从而限制了再循环的Al产品在诸如航空器的优质应用中的使用。铁是对于Al合金再循环来说最具挑战性的杂质元素之一。源于精炼过程的Fe杂质在重复再循环中逐渐积聚。通常认为Fe具有最有害的作用，在凝固期间形成脆性的金属间化合物并且降低合金的机械性能。因此，必须严格控制Al合金中的Fe的水平。更重要地，Fe极难从Al合金除去。

用于减轻Fe的不利影响或用于从Al合金除去Fe的方法是有限的。之前已经报道了间接方法(例如用原Al稀释、元素中和和强烈剪切)。一种具体的方法(通过淤渣粒子(α-Al₁₅(FeMn)₃Si₂)分离来除去铁)已经得到很好发展，但是该方法只能用于基于Al-Si的铸造合金，并且需要额外的锰(Mn)以在完全液态下形成含Fe和Mn的淤渣粒子。然后，可以通过重力分离和过滤、离心分离或电磁分离来除去那些粒子(KimYoon,J.Mater.Sci.Lett.19(2000)253-255)。为了使电磁分离方法起作用，含铁粒子需要在液体中自由流动，并受电磁力驱动而移动到预定位置。这需要在熔化的铝合金中形成含铁粒子。然而，具有这样的特性的粒子难以鉴别，并且工艺难以控制，这限制了该电磁分离技术应用于其他Al合金。

US 8,673,048 B2描述了一种从铝合金除去铁杂质方法，所述方法使用磁场梯度将不同的液态或固态含铁相限制在熔化合金的预定区中，然后从熔体物理地分离富铁区。由于含铁相仅具有弱的磁性，因此为了使粒子“流动”，需要磁场梯度。然而，这种方法依赖于在铝合金熔化的同时存在的单独的含铁相的存在。

考虑到这些问题，设计了本发明。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于从铝合金分离铁的方法，所述方法包括：

提供处于第一温度的铝合金的第一区域，在该第一温度所述铝合金部分熔化并且其内的任何含铁粒子完全熔化，并且提供处于第二温度的所述合金的第二区域，在该第二温度所述铝合金完全熔化，使得在第一区域和第二区域之间存在温度梯度；

在所述温度梯度的存在下向所述合金施加静态均匀磁场；和

将所述温度梯度和磁场保持足以使第一区域和/或第二区域的铁含量降低的时间段。

因此，本发明的方法与US 8,673,048 B2的方法的不同之处在于，本发明的方法使用均匀磁场，而不是磁场梯度。另外，本发明涉及将合金在两个不同区域中加热至不同的温度，从而在这两个区域之间获得温度梯度，而不是如US 8,673,048 B2所教导的那样将整个合金加热至单一温度。本发明的方法允许形成可以通过物理方法分离的富铁区。这避免了对于在液态下的含Fe相的需求。

不受理论束缚，认为由于热电效应，不同温度的两个区域对于在固/液界面周围循环的电流的形成是必要的。在施加磁场的情况下，产生洛伦兹力(Lorentz force)，该力将液态区域和部分熔化区域二者中的铁驱动到样品的另一区域(例如，在两个区域之间的界面)，从而产生明显的富铁区。