高純鋁冶煉爐內襯用耐火爐料

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，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。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蒸汽也會沉積在陰碳塊中，從而逐漸增加陰電阻，進一步增加功耗；這些鈉鹽在陰中聚集的越多，使陰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。

 

用傳統方式筑槽由于冰晶石熔液的不斷滲透，來自下部的壓力不斷增加，易造成槽底碳塊上浮，這樣：一是槽殼受壓變形，二是陰鋼棒與碳塊的接觸面積減小，發熱增加，造成鋼棒嚴重損壞，造成一代人的壽命終結。

 

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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