Al-Cu合金提纯除杂工艺初探

王洁樱（西北民族大学化工学院，甘肃兰州730100）

Al-Cu合金提纯除杂工艺初探

王洁樱（西北民族大学化工学院，甘肃兰州730100）

我国作为Al、Cu等有色金属资源消耗的大国，每年需要进口大量的矿石来进行生产冶炼，以此来满足国内对于Al、Cu资源的需求，也因此对于Al、Cu等合金材料使用后所产生的废料进行再次提纯除杂是很有必要的，也是实现资源可持续发展的有效途径，有着深远的影响。本文就针对Al-Cu合金提纯除杂工艺进行简单的探讨。

Al-Cu合金；提纯；除杂工艺

国家经济发展是离不开工业发展的支持，而工业发展中对于各种资源的需求是很大的，而Al、Cu等有色金属的需求也是很多的，为了实现资源的可持续发展就需要对Al-Cu合金产生的废料进行提纯除杂的处理，同时提高Al-Cu合金的纯度，以此来提高资源的利用率。

1 Al-Cu合金的应用现状

1.1 Al、Cu资源应用现状

目前来说，世界上发达国家对于资源的综合利用都是十分重视的，尤其是对于废旧资源的二次利用，为了人类能够有一个良好的生存环境就需要对有色金属进行再生，并使其使用范围扩宽。我国的铝资源是十分匮乏的，但是需求却是很大的，很多的铝土矿都是需要进口的，为了开辟铝的第二资源的使用范围就需要加大废铝的回收力度，并且采用先进的技术将其进行处理。我国铜矿产资源具有几个明显的特征，分别是：贫矿多、富矿少；复杂伴生矿多；分布范围广人均占有低；矿床类型全已开矿床比较少。对于废铜的回收工作是有着比较明显的优势的，且废铜回收再利用可以有效的缓解因铜资源短缺而造成的资源短缺现状。

1.2 Al-Cu合金的应用现状

Al-Cu合金主要应用在航空产品方面，这种合金具有良好的拉伸性能、可塑性比较强、冲击韧性也足够，所以它主要作为承受大载荷结构件和需热零件来使用。不过此合金的铸造性能比较差，有明显的热裂倾向，且耐腐蚀性能比较低，通常适合使用砂型铸造。根据它的合金性能可以应用的范围还是很广的，而且在不断的与其它有色金属进行融合后可以提高合金的性能，使其得到更好的发展。

2 Al-Cu合金提纯除杂工艺

为了提高Al-Cu合金的性能就需要对其就进行必要的提出除杂处理，而这也是因为合金中杂质对于合金性能的影响。

2.1 杂质对合金的影响

Al-Cu合金中主要的元素就是Al和Cu，这两种元素都具有比较大的晶格常数，且铜是可以在铝中固溶的，这样就会使得铝的点阵发生比较大的变化，且这个固溶是会随着温度的变化而产生变化的。不过铜含量的增加虽可以提高合金的电阻率和密度，但是它也使得合金的耐腐蚀性降低。除了这两个主要元素的杂质影响以外还有Mn元素、Si元素等对合金都是会产生影响的。比如说Mn元素，当它达到饱和状态时，合金经过淬火处理后，固溶体就会得到分解，形成比较细小的相质点，而这可以提高合金的高温性能，一旦它的含量比较高的时候，就会导致合金的机械性能降低。再比如Si元素，它也是一种杂质元素，它的熔点比较低，它的含量比较多的时候就会使得合金的高温延伸率降低。

2.2 主要的提纯除杂工艺

金属材料本身就是日常生活中使用比较广泛的材料，多数的金属材料都是从矿石中直接进行提取的，比如说Al和Cu，在对其进行提取的过程中所得到的并不是最纯净的，由于受到工艺操作的限制，在这些金属提取的过程中就会含有一定杂质，而这些杂质是会影响到其物理化学性能的，想要得到比较纯净的合金就一定要对其进行提纯除杂的工艺，而这有着很明显的现实意义。对于Al-Cu合金常用的提出除杂方法有三个，分别是：合金化法、物理机械法、偏析法。

2.2.1 合金化法

合金化法一般来说就是通过向金属溶体中添加合适的合金元素，让其与金属溶体中的杂质元素形成高熔点化合物析出，并且通过重力沉降的作用将其进行除去，以此来达到净化熔体的目的。

2.2.2 物理机械法

物理机械法主要就是采用物理的方法直接将金属熔体中的杂质去除。此方法在使用时就需要根据元素的性能来进行杂质的处理，这样的方式也属于比较常用的。

2.2.3 偏析法

偏析法进行提纯时主要就是跟金属的效果与杂质元素在金属熔体中的平衡分配系数有着密切的关系。一般来说它可以分为分步结晶法、定向凝固法、冷凝法和区域熔炼法。在凝固的状体下使得杂质元素在液相中的分配浓度远大于在其固相中的分配浓度，这样使用偏析法进行除杂的效果是最好的。

在实际的Al-Cu合金提纯除杂工艺中，要对装置的容积进行很好的确定，因为Al-Cu合金的密度会受到温度而发生变化，比如7kg合金溶体的体积因为温度不同而出现差异，从下面的公式可以看出：

在实验的时候，要对实验的温度进行的确定，然后根据温度计算出实验中需要容器的体积。

上诉的除杂方法其实是可以穿插使用的，也就是说会根据实际的情况对其进程不同程度的使用，不过也由于受到实际环境的限制很多方法目前来说只适合在实验室中使用，在工业生产上的使用范围还比较小，比如说合金化法和偏析法，这两种方法在实验室中已经取得了不错的研究效果，可是在实际的运用上局限性也是很明显的。合金化法是要想合金中添加其他的金属元素来进行除杂，且还需要经过大量的烧损，成本会增加的同时，也把操作的难度提高了许多。偏析法存在生产效率比较低，且产量小，成本也是很高的，这种技术是不适合进行大规模的工业化生产的，所以说要选用合适的方式进行提纯除杂。

3 结语

综上所述，我国作为Al、Cu等有色金属资源消费的大国，在国民经济发展中对于Al、Cu等资源的需求是很高的，为了满足经济发展的需求就需要对Al、Cu等合金产生的废料进行提纯再生，从而实现再次应用，只有提高了合金的纯度才能减少能源的消耗，实现资源的综合利用。

[1]梁东东.Al-Cu合金提纯除杂的工艺研究[D].东北大学, 2013.

[2]汪建华.杂质元素对SCR生产过程及铜杆质量的影响[J]，中国金属通报，2008,(49):40-41.

王洁樱(1996-)，女，籍贯：河北邯郸，学历：本科，学生，研究方向：化学工程，单位：西北名族大学化工学院