王潔櫻（西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅蘭州730100）

Al-Cu合金提純除雜工藝初探

王潔櫻（西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅蘭州730100）

我國(guó)作為Al、Cu等有色金屬資源消耗的大國(guó)，每年需要進(jìn)口大量的礦石來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)冶煉，以此來(lái)滿足國(guó)內(nèi)對(duì)于Al、Cu資源的需求，也因此對(duì)于Al、Cu等合金材料使用后所產(chǎn)生的廢料進(jìn)行再次提純除雜是很有必要的，也是實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，有著深遠(yuǎn)的影響。本文就針對(duì)Al-Cu合金提純除雜工藝進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。

Al-Cu合金；提純；除雜工藝

國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展是離不開(kāi)工業(yè)發(fā)展的支持，而工業(yè)發(fā)展中對(duì)于各種資源的需求是很大的，而Al、Cu等有色金屬的需求也是很多的，為了實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)發(fā)展就需要對(duì)Al-Cu合金產(chǎn)生的廢料進(jìn)行提純除雜的處理，同時(shí)提高Al-Cu合金的純度，以此來(lái)提高資源的利用率。

1 Al-Cu合金的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 Al、Cu資源應(yīng)用現(xiàn)狀

目前來(lái)說(shuō)，世界上發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于資源的綜合利用都是十分重視的，尤其是對(duì)于廢舊資源的二次利用，為了人類(lèi)能夠有一個(gè)良好的生存環(huán)境就需要對(duì)有色金屬進(jìn)行再生，并使其使用范圍擴(kuò)寬。我國(guó)的鋁資源是十分匱乏的，但是需求卻是很大的，很多的鋁土礦都是需要進(jìn)口的，為了開(kāi)辟鋁的第二資源的使用范圍就需要加大廢鋁的回收力度，并且采用先進(jìn)的技術(shù)將其進(jìn)行處理。我國(guó)銅礦產(chǎn)資源具有幾個(gè)明顯的特征，分別是：貧礦多、富礦少；復(fù)雜伴生礦多；分布范圍廣人均占有低；礦床類(lèi)型全已開(kāi)礦床比較少。對(duì)于廢銅的回收工作是有著比較明顯的優(yōu)勢(shì)的，且廢銅回收再利用可以有效的緩解因銅資源短缺而造成的資源短缺現(xiàn)狀。

1.2 Al-Cu合金的應(yīng)用現(xiàn)狀

Al-Cu合金主要應(yīng)用在航空產(chǎn)品方面，這種合金具有良好的拉伸性能、可塑性比較強(qiáng)、沖擊韌性也足夠，所以它主要作為承受大載荷結(jié)構(gòu)件和需熱零件來(lái)使用。不過(guò)此合金的鑄造性能比較差，有明顯的熱裂傾向，且耐腐蝕性能比較低，通常適合使用砂型鑄造。根據(jù)它的合金性能可以應(yīng)用的范圍還是很廣的，而且在不斷的與其它有色金屬進(jìn)行融合后可以提高合金的性能，使其得到更好的發(fā)展。

2 Al-Cu合金提純除雜工藝

為了提高Al-Cu合金的性能就需要對(duì)其就進(jìn)行必要的提出除雜處理，而這也是因?yàn)楹辖鹬须s質(zhì)對(duì)于合金性能的影響。

2.1 雜質(zhì)對(duì)合金的影響

Al-Cu合金中主要的元素就是Al和Cu，這兩種元素都具有比較大的晶格常數(shù)，且銅是可以在鋁中固溶的，這樣就會(huì)使得鋁的點(diǎn)陣發(fā)生比較大的變化，且這個(gè)固溶是會(huì)隨著溫度的變化而產(chǎn)生變化的。不過(guò)銅含量的增加雖可以提高合金的電阻率和密度，但是它也使得合金的耐腐蝕性降低。除了這兩個(gè)主要元素的雜質(zhì)影響以外還有Mn元素、Si元素等對(duì)合金都是會(huì)產(chǎn)生影響的。比如說(shuō)Mn元素，當(dāng)它達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，合金經(jīng)過(guò)淬火處理后，固溶體就會(huì)得到分解，形成比較細(xì)小的相質(zhì)點(diǎn)，而這可以提高合金的高溫性能，一旦它的含量比較高的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致合金的機(jī)械性能降低。再比如Si元素，它也是一種雜質(zhì)元素，它的熔點(diǎn)比較低，它的含量比較多的時(shí)候就會(huì)使得合金的高溫延伸率降低。

2.2 主要的提純除雜工藝

金屬材料本身就是日常生活中使用比較廣泛的材料，多數(shù)的金屬材料都是從礦石中直接進(jìn)行提取的，比如說(shuō)Al和Cu，在對(duì)其進(jìn)行提取的過(guò)程中所得到的并不是最純凈的，由于受到工藝操作的限制，在這些金屬提取的過(guò)程中就會(huì)含有一定雜質(zhì)，而這些雜質(zhì)是會(huì)影響到其物理化學(xué)性能的，想要得到比較純凈的合金就一定要對(duì)其進(jìn)行提純除雜的工藝，而這有著很明顯的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)于Al-Cu合金常用的提出除雜方法有三個(gè)，分別是：合金化法、物理機(jī)械法、偏析法。

2.2.1 合金化法

合金化法一般來(lái)說(shuō)就是通過(guò)向金屬溶體中添加合適的合金元素，讓其與金屬溶體中的雜質(zhì)元素形成高熔點(diǎn)化合物析出，并且通過(guò)重力沉降的作用將其進(jìn)行除去，以此來(lái)達(dá)到凈化熔體的目的。

2.2.2 物理機(jī)械法

物理機(jī)械法主要就是采用物理的方法直接將金屬熔體中的雜質(zhì)去除。此方法在使用時(shí)就需要根據(jù)元素的性能來(lái)進(jìn)行雜質(zhì)的處理，這樣的方式也屬于比較常用的。

2.2.3 偏析法

偏析法進(jìn)行提純時(shí)主要就是跟金屬的效果與雜質(zhì)元素在金屬熔體中的平衡分配系數(shù)有著密切的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)它可以分為分步結(jié)晶法、定向凝固法、冷凝法和區(qū)域熔煉法。在凝固的狀體下使得雜質(zhì)元素在液相中的分配濃度遠(yuǎn)大于在其固相中的分配濃度，這樣使用偏析法進(jìn)行除雜的效果是最好的。

在實(shí)際的Al-Cu合金提純除雜工藝中，要對(duì)裝置的容積進(jìn)行很好的確定，因?yàn)锳l-Cu合金的密度會(huì)受到溫度而發(fā)生變化，比如7kg合金溶體的體積因?yàn)闇囟炔煌霈F(xiàn)差異，從下面的公式可以看出：

在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，要對(duì)實(shí)驗(yàn)的溫度進(jìn)行的確定，然后根據(jù)溫度計(jì)算出實(shí)驗(yàn)中需要容器的體積。

上訴的除雜方法其實(shí)是可以穿插使用的，也就是說(shuō)會(huì)根據(jù)實(shí)際的情況對(duì)其進(jìn)程不同程度的使用，不過(guò)也由于受到實(shí)際環(huán)境的限制很多方法目前來(lái)說(shuō)只適合在實(shí)驗(yàn)室中使用，在工業(yè)生產(chǎn)上的使用范圍還比較小，比如說(shuō)合金化法和偏析法，這兩種方法在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)取得了不錯(cuò)的研究效果，可是在實(shí)際的運(yùn)用上局限性也是很明顯的。合金化法是要想合金中添加其他的金屬元素來(lái)進(jìn)行除雜，且還需要經(jīng)過(guò)大量的燒損，成本會(huì)增加的同時(shí)，也把操作的難度提高了許多。偏析法存在生產(chǎn)效率比較低，且產(chǎn)量小，成本也是很高的，這種技術(shù)是不適合進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)的，所以說(shuō)要選用合適的方式進(jìn)行提純除雜。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)作為Al、Cu等有色金屬資源消費(fèi)的大國(guó)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對(duì)于Al、Cu等資源的需求是很高的，為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求就需要對(duì)Al、Cu等合金產(chǎn)生的廢料進(jìn)行提純?cè)偕?，從而?shí)現(xiàn)再次應(yīng)用，只有提高了合金的純度才能減少能源的消耗，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。

[1]梁東東.Al-Cu合金提純除雜的工藝研究[D].東北大學(xué), 2013.

[2]汪建華.雜質(zhì)元素對(duì)SCR生產(chǎn)過(guò)程及銅桿質(zhì)量的影響[J]，中國(guó)金屬通報(bào)，2008,(49):40-41.

王潔櫻(1996-)，女，籍貫：河北邯鄲，學(xué)歷：本科，學(xué)生，研究方向：化學(xué)工程，單位：西北名族大學(xué)化工學(xué)院