铝、铜冶金及现代冶金技术 主讲人：李卫锋 2007年9月
铝、铜冶金及现代冶金技术 主讲人 : 李卫锋 2007 年 9 月
铝治金 (A1,033H,0) 和A1,O3H,0 侣矿石 蓝石 生产氧化侣 炭表材料 选矿 纯氧化铝 电极生产 生产冰品石和 其他氟化盐 阳设阴和其他 电极制品 纯冰品石 电标制侣 电能 〔生产用) 耳悠或静炼 侣锌
铝冶金 （Al2O3·3H2O） 和 Al2O3·H2O
铝治金 1.生产氧化铝 1)在高温压煮器中： Al203+NaOH NaAlO2 +H2O (1) (等于Al2O,进入到溶液中，而SiO2,FeO,等或反应沉淀，或不溶成为渣) 2)在NaA1O2溶液中加入Al(OH),晶种并机械搅拌： NaAlO2 +H2O -Al (OH)3 NaOH (2) 3)煅烧Al(OH)3 Al (OH)3 -Al2O3 +H2O (3) 500-550℃为Y-Al203 900℃以上为a-Al203 2 氧化铝电解一 熔盐的电解法 Na3AIF6的作用 1)晶温度938℃，电解温度950-970℃ 2)NaA1F能熔10%的AlO? Na;AIF6 Al2O3
铝冶金 1. 生产氧化铝 1） 在高温压煮器中： Al2O3＋NaOH － NaAlO2 ＋H2O （1） （等于Al2O3 进入到溶液中，而SiO2，Fe2O3等或反应沉淀，或不溶成为渣） 2）在 NaAlO2 溶液中加入Al（OH）3晶种并机械搅拌： NaAlO2 ＋ H2O － Al（OH）3 ＋ NaOH （2） 3）煅烧Al（OH）3 Al（OH）3 － Al2O3 ＋ H2O （3） 500－550℃ 为γ－Al2O3 900℃以上为α － Al2O3 2. 氧化铝电解 － 熔盐的电解法 Na3AlF6的作用 1） 晶温度938 ℃，电解温度950－970 ℃ 2) Na3AlF6能熔10％的Al2O3 Na3AlF6 Al2O3
铝合金 固溶强化一 变形铝合金 铸造铝合金 变形铝合金：加热可形成单相合金 铸造铝合金：具有共晶组织一不可变形 (Al-Si:Al-Mg:Al-Cu:Al-Zn) A-Si铸造铝合金共晶点Si10%,当Si大于6%时必须变质
铝合金 固溶强化 变形铝合金 铸造铝合金 变形铝合金: 加热可形成单相合金 铸造铝合金：具有共晶组织－不可变形 （Al－Si；Al－Mg；Al－Cu；Al－Zn） Al－Si铸造铝合金共晶点Si10％，当Si大于6％时必须变质
铝合金的熔炼 要求：1)成分合格：靠配料计算，注意烧损元素； 2)温度合适：适中，720-750℃： 防 3)含氢量[H]少；夹杂少（固相AlO3); 4)进行变质(A1-Si合金S量大于6%时)。 前二条是熔炼所有合金的共性，2,3条是铝合金的特性，也就是重点。 熔炼特点 1)吸氢：夹杂 2.5 AI(固)+H0-A1(OH)3+[H] Al (OH)3-Al203 H2O 1.5 A1(液)+H0-A12O3+[H] 1.0 0.5 Al CmHn-Al4C3+[H] 由于溶解度变化凝固时形成针孔 00 400 600 800 温度/°C [H]-H2
铝合金的熔炼 要求：1）成分合格：靠配料计算，注意烧损元素； 2） 温度合适：适中，720－750℃； 3） 含氢量[ H ]少；夹杂少（固相Al2O3）； 4） 进行变质（Al－Si合金Si量大于6%时）。 前二条是熔炼所有合金的共性，2，3条是铝合金的特性，也就是重点。 熔炼特点 1）吸氢：夹杂 Al (固)＋ H2O － Al（OH）3 ＋ [ H ] Al（OH）3 － Al2O3 ＋ H2O Al (液)＋ H2O － Al2O3 ＋ [ H ] Al ＋ CmHn － Al4C3 ＋ [ H ] 由于溶解度变化凝固时形成针孔 [ H ] － H2 防
2)夹杂(AlO3): 上述反应形成的A,O,细小，比重与A1相差不多，漂浮在铝液中。 3)夹杂和[H]的关系： a)表面的Al2O3膜能 02 表层致密的A1,O? 膜 保护AI液不继续被氧化；： b)同时也使过饱和的 [H] Al203 [H]不能向大气扩散。 c)当温度>900℃时， Y-A1203转变为a-A103, 比重变大，膜开裂，a一Al2O? 静 膜下沉，铝液夹杂增多。所以必须低温熔炼
2） 夹杂（Al2O3）； 上述反应形成的Al2O3细小，比重与Al相差不多，漂浮在铝液中。 3）夹杂和[ H ]的关系： a）表面的Al2O3膜能 保护Al液不继续被氧化； b) 同时也使过饱和的 [ H ]不能向大气扩散。 c） 当温度＞900℃时， γ－ Al2O3 转变为α － Al2O3 ， 比重变大，膜开裂，α － Al2O3 膜下沉，铝液夹杂增多。所以必须低温熔炼。 表层致密的Al2O3 膜 [ H ] O2 Al2O3 静
铝合金精陈目的和方法 目的：去Al2O3和[H] 排 方法： 1)吹泡法：形成不溶 不反应的气泡。 液铝的和气泡的氢分压： 田=k(P)n,当P =0,田向气泡扩散， 气泡上升将H和杂质带出。 采用的气体有：N2,C2 (C2,N2,C0)三气。 其中Cl,能和[H山直接反应： CI+[田=HCI(气)， 效果最好，劳动条件最差。 此外：ZnCl2十AI=ALCl,(气)十Zn。最清洁的是N2,但效果最差
铝合金精炼目的和方法 目的 ：去Al2O3和[ H ] 方法： 1） 吹泡法：形成不溶 不反应的气泡。 液铝的和气泡的氢分压： [H] = k (PH2) 1/2 ，当PH2 ＝0， [H] 向气泡扩散， 气泡上升将H和杂质带出 。 采用的气体有：N2，Cl2 （Cl2，N2，CO）三气。 其中Cl2能和[H] 直接反应： Cl ＋ [H] ＝ HCl（气）， 效果最好，劳动条件最差。 此外：ZnCl2＋Al＝ALCl3 （气）＋Zn。最清洁的是N2，但效果最差。 排
2.熔剂法：扩散法 2原理：在液面上撒放熔剂：1)让熔剂吸附A,O,:2)破坏表面A1,0,的 连续性，使[H了。 对熔剂的要求： 1)对Al2O3有吸附性： 2)熔点低于铝液，起覆盖作用； 3)比重轻，上浮在铝液表面。 熔剂种类：NaCl,KCl和冰晶石(NaAIF6) 3.过滤，真空 4.加压：氢气孔形成条件：P>Pa+Yh+2o/Y≈Pa; Pa越大，氢气孔越难形成。 5.快速凝固法。氢气孔 溶 6.精练效果检查：表面观察法 一点说明：精练[H],A12O排一即可，只防出现H2针孔。 铝熔炼要掌握一个“静”字；具体内容是“防，排，溶”三字
2 2. 熔剂法：扩散法 原理：在液面上撒放熔剂：1）让熔剂吸附Al2O3；2）破坏表面Al2O3的 连 续性，使[ H ] 。 对熔剂的要求： 1） 对Al2O3有吸附性； 2） 熔点低于铝液，起覆盖作用； 3） 比重轻，上浮在铝液表面。 熔剂种类：NaCl，KCl 和冰晶石 （Na3AlF6） 3. 过滤 ，真空 4. 加压： 氢气孔形成条件：PH2 ＞ Pa ＋ γh ＋ 2σ/γ≈ Pa ； Pa越大，氢气孔越难形成。 5. 快速凝固法。氢气孔 6. 精练效果检查：表面观察法 一点说明：精练[ H ] ，Al2O3排一即可，只防出现H2针孔。 铝熔炼要掌握一个“静”字；具体内容是“防，排，溶”三字。 溶
铝座合金的变质处理 目的一改变(a(A)十Si)共晶体中Si的形貌。 效果一$的形貌，三维的菜花状变为树枝状，二维的片状变为椭圆状。 方法一NaF+Al一AIF+Na。Na溶在铝液中。 注意：1)变质后要在20分钟内浇注完毕，否则失效。 2)长效变质剂-Sr,Bi,Te。 3)过共晶Si的变质用P,但Na对过共晶S无变质效果，P对共晶S无变质 效果
铝硅合金的变质处理 目的 － 改变（α（Al）＋Si）共晶体中Si的形貌。 效果 － Si 的形貌，三维的菜花状变为树枝状，二维的片状变为椭圆状。 方法 － NaF ＋ Al － AlF ＋ Na 。Na溶在铝液中。 注意： 1）变质后要在20 分钟内浇注完毕，否则失效。 2） 长效变质剂 － Sr ，Bi ，Te。 3） 过共晶Si的变质用P，但Na对过共晶Si无变质效果，P对共晶Si无变质 效果
©刘合金和溶炼 特点：1)导电性一用途占50%以上； 2)导热，无磁性，耐磨。 所以一般不作为结构材料。 铜合金的分类： 一纯铜一无氧铜一熔炼的难点一重点 -铜合金：黄铜一以Zn为主 青铜：Sn为主的锡青铜和以AI为主的铝青铜 白铜一以N为主
Cu 合金和熔炼 特点： 1） 导电性 － 用途占50％以上； 2） 导热，无磁性，耐磨。 所以一般不作为结构材料。 铜合金的分类： － 纯铜 － 无氧铜 － 熔炼的难点 －重点 －铜合金 ： 黄铜 － 以Zn为主 青铜：Sn为主的锡青铜和以Al为主的铝青铜 白铜 － 以Ni为主