权利要求
第一提纯炉，用于盛装原料;
加热组件，用于加热所述第一提纯炉中原料并得到铝液;所述加热组件围绕所述第一提纯炉的外侧设置;
磁场产生组件，用于在所述第一提纯炉周围产生磁场;所述磁场产生组件围绕所述第一提纯炉的外侧设置;
吸附组件，用于吸附所述第一提纯炉中铝液表面的铁粉;所述吸附组件设置于所述第一提纯炉的正上方;
升降组件，用于控制所述吸附组件升降;所述升降组件设置于所述第一提纯炉外侧，所述吸附组件设置于所述升降组件上;
第二提纯炉，用于承装所述第一提纯炉输送的铝液;所述第二提纯炉与所述第一提纯炉相邻;
铝液输送组件，用于输送所述第一提纯炉中的铝液至所述第二提纯炉中;所述铝液输送组件分别与所述第一提纯炉与所述第二提纯炉连接;
炉盖，用于密封所述第二提纯炉;所述炉盖密封设置于所述第二提纯炉的开口处;
结晶组件，用于所述第二提纯炉中铝液的结晶;所述结晶组件穿过所述炉盖伸入所述第二提纯炉中;
搅拌组件，用于搅拌所述第二提纯炉中的铝液;所述搅拌组件围绕所述第二提纯炉的外侧设置。
2.根据权利要求1所述的铝提纯系统，其特征在于，所述加热组件包括：加热线圈，所述加热线圈围绕所述第一提纯炉的外侧设置。
3.根据权利要求1所述的铝提纯系统，其特征在于，所述磁场产生组件包括：超导线圈、功率传感器和线圈控制器，其中，所述超导线圈围绕所述第一提纯炉的外侧设置，所述功率传感器分别与所述超导线圈和所述线圈控制器连接。
4.根据权利要求1所述的铝提纯系统，其特征在于，所述吸附组件包括：铁芯、磁吸线圈和铁板，其中，所述铁板与所述升降组件连接，所述铁板水平设置于所述第一提纯炉的正上方，所述铁芯设置于所述铁板上，所述磁吸线圈缠绕所述铁芯。
5.根据权利要求1所述的铝提纯系统，其特征在于，所述升降组件包括：升降杆、液压缸和底座，其中，所述底座设置于所述第一提纯炉的外侧，所述升降杆和所述液压缸设置于所述底座上，所述升降杆的固定端与所述液压缸连接，所述升降杆的移动端与所述吸附组件中的铁板连接。
6.根据权利要求5所述的铝提纯系统，其特征在于，所述升降组件还包括：连接柱，所述连接柱的两端分别连接所述升降杆的移动端和所述铁板。
7.根据权利要求1所述的铝提纯系统，其特征在于，所述铝液输送组件包括：
石墨坩埚管和开关，其中，所述石墨坩埚管的两端分别连接所述第一提纯炉和所述第二提纯炉，所述开关设置于所述石墨坩埚管上，并控制其内部液体流通的通断。
8.根据权利要求1所述的铝提纯系统，其特征在于，所述结晶组件包括：进气口、出气口和结晶器，其中，所述结晶器设置于所述炉盖上，所述结晶器的第一端伸出所述炉盖表面而第二端伸入所述第二提纯炉中，所述进气口和所述出气口设置于所述结晶器的第一端且与所述结晶器的第二端连通。
9.根据权利要求1所述的铝提纯系统，其特征在于，所述搅拌组件包括：电磁感应线圈和感应线圈控制器，其中，所述电磁感应线圈围绕所述第二提纯炉的外侧设置，且与所述感应线圈控制器连接。
10.一种铝提纯方法，其特征在于，基于如权利要求1-9中任一所述的铝提纯系统完成，所述方法包括步骤：
向第一提纯炉中投入原料;
开启加热组件熔化原料并制得铝液;
向铝液中加入铁粉;
开启磁场产生组件对混合溶液进行磁力搅拌;
开启吸附组件;
开启升降组件使所述吸附组件的最低端下降到铝液表面处吸附铁粉;
导通铝液输送组件使铝液进入第二提纯炉;
开启搅拌组件搅拌所述第二提纯炉中铝液;
开启结晶组件对所述第二提纯炉中铝液进行结晶;
关闭所述搅拌组件和所述结晶组件;
对铝锭进行质谱分析。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及
铝冶炼提纯技术领域，尤其涉及一种铝提纯系统及方法。
背景技术
[0002]
高纯铝作为战略性
新材料具有良好的导电性、导热性、反光性、耐腐蚀性、较弱的导磁性以及优良的加工成型能力，在航空航天、电子信息、新能源等领域具有广泛应用：在电子工业中，高纯铝用于制作高压电容器铝箔、高性能导线、集成电路用键合线;在航空航天工业中，高纯铝用来开发制作等离子帆(推动航天器的最新动力);在高速轨道交通中，高速轨道交通车辆除了需要用高纯铝配制高性能合金外，由于高纯铝还具有导磁率低、比重轻的特点，在磁悬浮体材料中得到大量应用。随着科技的不断进步，对高纯铝的需求日益增长，推动了高纯铝行业的快速发展。
[0003]高纯铝的提纯技术主要包括三层液电解法和偏析法。然而，三层液电解法能耗较高，每吨超过15000kWh，并且使用的氟化物电解质对环境造成较大危害，因此近年来偏析法逐渐受到青睐并得到广泛应用。偏析法利用铝中杂质元素在液相和固相溶解度不同的特点来达到提纯的目的，该法具有环保、能耗利用率高、提纯等级高等优点。
[0004]杂质在液相和固相溶解度差异的一个关键指标是分配系数“k”，该系数计算为特定杂质在固相(CS)和液相(CL)中的浓度比。k>1的杂质在结晶时会倾向于被基体金属所吸收，而k<1的杂质则会向液相偏析，所以k>1的杂质如Ti、V、Zr等元素无法通过偏析法剔除，导致用偏析法很难制备5N以上的高纯铝。
发明内容
[0005]有鉴于此，本申请提供一种铝提纯系统及方法，以解决如何提升高纯铝生产中的杂质去除率的技术问题。
[0006]具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
[0007]根据本申请的第一方面，提供一种铝提纯系统，包括：
[0008]第一提纯炉，用于盛装原料;
[0009]加热组件，用于加热所述第一提纯炉中原料并得到铝液;所述加热组件围绕所述第一提纯炉的外侧设置;
[0010]磁场产生组件，用于在所述第一提纯炉周围产生磁场;所述磁场产生组件围绕所述第一提纯炉的外侧设置;
[0011]吸附组件，用于吸附所述第一提纯炉中铝液表面的铁粉;所述吸附组件设置于所述第一提纯炉的正上方;
[0012]升降组件，用于控制所述吸附组件升降;所述升降组件设置于所述第一提纯炉外侧，所述吸附组件设置于所述升降组件上;
[0013]第二提纯炉，用于承装所述第一提纯炉输送的铝液;所述第二提纯炉与所述第一提纯炉相邻;
[0014]铝液输送组件，用于输送所述第一提纯炉中的铝液至所述第二提纯炉中;所述铝液输送组件分别与所述第一提纯炉与所述第二提纯炉连接;
[0015]炉盖，用于密封所述第二提纯炉;所述炉盖密封设置于所述第二提纯炉的开口处;
[0016]结晶组件，用于所述第二提纯炉中铝液的结晶;所述结晶组件穿过所述炉盖伸入所述第二提纯炉中;
[0017]搅拌组件，用于搅拌所述第二提纯炉中的铝液;所述搅拌组件围绕所述第二提纯炉的外侧设置。
[0018]可选地，所述加热组件包括：加热线圈，所述加热线圈围绕所述第一提纯炉的外侧设置。
[0019]可选地，所述磁场产生组件包括：超导线圈、功率传感器和线圈控制器，其中，所述超导线圈围绕所述第一提纯炉的外侧设置，所述功率传感器分别与所述超导线圈和所述线圈控制器连接。
[0020]可选地，所述吸附组件包括：铁芯、磁吸线圈和铁板，其中，所述铁板与所述升降组件连接，所述铁板水平设置于所述第一提纯炉的正上方，所述铁芯设置于所述铁板上，所述磁吸线圈缠绕所述铁芯。
[0021]可选地，所述升降组件包括：升降杆、液压缸和底座，其中，所述底座设置于所述第一提纯炉的外侧，所述升降杆和所述液压缸设置于所述底座上，所述升降杆的固定端与所述液压缸连接，所述升降杆的移动端与所述吸附组件中的铁板连接。
[0022]可选地，所述升降组件还包括：连接柱，所述连接柱的两端分别连接所述升降杆的移动端和所述铁板。
[0023]可选地，所述铝液输送组件包括：石墨坩埚管和开关，其中，所述石墨坩埚管的两端分别连接所述第一提纯炉和所述第二提纯炉，所述开关设置于所述石墨坩埚管上，并控制其内部液体流通的通断。
[0024]可选地，所述结晶组件包括：进气口、出气口和结晶器，其中，所述结晶器设置于所述炉盖上，所述结晶器的第一端伸出所述炉盖表面而第二端伸入所述第二提纯炉中，所述进气口和所述出气口设置于所述结晶器的第一端且与所述结晶器的第二端连通。
[0025]可选地，所述搅拌组件包括：电磁感应线圈和感应线圈控制器，其中，所述电磁感应线圈围绕所述第二提纯炉的外侧设置，且与所述感应线圈控制器连接。
[0026]根据本申请的第二方面，提供一种铝提纯方法，基于如前述任一所述的铝提纯系统完成，所述方法包括步骤：
[0027]向第一提纯炉中投入原料;
[0028]开启加热组件熔化原料并制得铝液;
[0029]向铝液中加入铁粉;
[0030]开启磁场产生组件对混合溶液进行磁力搅拌;
[0031]开启吸附组件;
[0032]开启升降组件使所述吸附组件的最底端下降到铝液表面处吸附铁粉;
[0033]导通铝液输送组件使铝液进入第二提纯炉;
[0034]开启搅拌组件搅拌所述第二提纯炉中铝液;
[0035]开启结晶组件对所述第二提纯炉中铝液进行结晶;
[0036]关闭所述搅拌组件和所述结晶组件;
[0037]打开炉盖取出铝锭;
[0038]对铝锭进行质谱分析。
[0039]本申请提供的技术方案至少带来以下有益效果：
[0040]本申请提供的一种铝提纯系统及方法具有如下有益效果：
[0041]在第一提纯炉中，向铝液中加入高纯度铁粉，利用铁对特定杂质(如Ti、V、Zr等)的强亲和力，这些杂质会被铁粉吸附。由于这些杂质的分配系数k>1，它们在固相中的溶解度大于液相中的溶解度，因此在铝液冷却结晶过程中，这些杂质会留在固相中，无法通过传统偏析法去除。加入铁粉后，铁与这些杂质形成稳定的化合物或固溶体，从而将杂质从铝液中分离出来。
[0042]超导线圈产生的强磁场对铝液施加磁力搅拌作用，促进铝液内部的传质和传热过程，使铁粉与杂质充分接触并结合。同时，由于铁粉本身具有磁性，在磁场作用下，带有杂质的铁粉会向铝液表面移动，进一步集中于铝液表层，便于后续的吸附操作。
[0043]吸附组件通过电磁原理工作，其核心部件包括铁芯和磁吸线圈。当磁吸线圈通电时，铁芯产生强磁场，吸引铝液表面带有杂质的铁粉。升降组件控制吸附组件的上下移动，使其能够精准地接触到铝液表面并完成吸附操作。吸附完成后，铁粉被移除，从而实现了第一道提纯。
[0044]经过第一提纯炉处理后的铝液被输送至第二提纯炉，通过电磁感应搅拌和定向结晶技术进一步提纯。电磁感应线圈围绕第二提纯炉设置，产生涡流效应，对铝液进行非接触式搅拌，提高传热和传质效率，避免杂质在晶界处聚集。结晶组件通过控制冷却速率，使铝液逐步结晶，利用杂质在固相和液相中的溶解度差异，进一步去除k<1的杂质。
[0045]第一次提纯通过铁粉吸附和磁场辅助，去除k>1的难熔杂质(如Ti、V、Zr等)，解决了传统偏析法无法处理的问题。第二次提纯通过电磁搅拌和定向结晶，去除k<1的易偏析杂质，最终获得更高纯度的铝锭。
[0046]该系统的提纯原理结合了物理吸附、磁场搅拌、电磁感应和定向结晶等多种技术手段，通过两步提纯过程分别针对不同类型的杂质进行高效去除，最终实现高纯度铝的制备。
附图说明
[0047]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0048]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0049]图1为本申请实施例提供的一种铝提纯系统的结构示意图。
具体实施方式
[0050]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0051]图1展示了本申请实施例中所采用的一种铝提纯系统的示意性结构。
[0052]如图1所示，本申请涉及一种铝提纯系统，该系统由多个关键组件构成，这些组件协同作用以实现铝的高效提纯。系统的核心组成部分包括：
[0053]第一提纯炉20，其主要作用是装载原料，并为后续的提纯过程做准备;
[0054]加热装置，用于加热第一提纯炉20中的原料，目的是为了制得铝液。该加热装置环绕在第一提纯炉20的外侧，确保加热均匀;
[0055]磁场生成装置，用于在第一提纯炉20周围产生磁场，以辅助提纯过程。该装置同样环绕在第一提纯炉20的外侧，以确保磁场覆盖整个炉体;
[0056]吸附装置，用于吸附第一提纯炉20中铝液表面的铁粉，从而减少铝液中的杂质。该吸附装置位于第一提纯炉20的正上方，以便于操作;
[0057]升降装置，用于控制吸附装置的升降，以便于精确地进行吸附操作。该升降装置位于第一提纯炉20外侧，吸附装置安装于升降装置上;
[0058]第二提纯炉21，用于装载从第一提纯炉20输送来的铝液，以进行进一步的提纯。第二提纯炉21与第一提纯炉20相邻，以确保铝液的连续处理;
[0059]铝液输送装置，用于将第一提纯炉20中的铝液输送至第二提纯炉21。该铝液输送装置连接第一提纯炉20与第二提纯炉21，确保铝液的顺畅输送;
[0060]炉盖15，用于封闭第二提纯炉21，以防止外界杂质的污染。炉盖15封闭地安装在第二提纯炉21的开口处，以确保炉内环境的稳定;
[0061]结晶装置，用于第二提纯炉21中铝液的结晶过程。结晶装置穿过炉盖15伸入第二提纯炉21内部，以实现精确控制;
[0062]搅拌装置，用于搅拌第二提纯炉21中的铝液，以促进杂质的均匀分布。该搅拌装置环绕第二提纯炉21的外侧设置，以实现有效的搅拌效果。
[0063]在本实施方式中，向第一提纯炉20中加入原料，启动加热装置熔化原料并制得铝液，向铝液中添加铁粉形成混合溶液，接着，启动磁场生成装置，对混合溶液进行磁力搅拌;同时，激活吸附装置，产生吸附力;通过升降装置，使吸附装置下端降至铝液表面，吸附去除铁粉。通过铝液输送装置将铝液送入第二提纯炉21，启动搅拌装置搅拌第二提纯炉21中的铝液，启动结晶装置对第二提纯炉21中的铝液进行结晶，最终得到铝锭。
[0064]在第一提纯炉中，通过向铝液中加入高纯度铁粉，利用铁对某些特定杂质(如Ti、V、Zr等)的强亲和力，这些杂质会被铁粉吸附。这些杂质的特点是其分配系数k>1，意味着它们在固相中的溶解度大于液相中的溶解度。因此，在铝液冷却结晶过程中，这些杂质会倾向于留在固相中，而无法通过传统的偏析法去除。加入铁粉后，铁与这些杂质形成稳定的化合物或固溶体，从而将杂质从铝液中分离出来。
[0065]超导线圈产生的强磁场对铝液施加磁力搅拌作用，促进铝液内部的传质和传热过程，使铁粉与杂质充分接触并结合。同时，由于铁粉本身具有磁性，在磁场作用下，带有杂质的铁粉会向铝液表面移动，进一步集中于铝液表层，便于后续的吸附操作。
[0066]吸附组件通过电磁原理工作，其核心部件包括铁芯和磁吸线圈。当磁吸线圈通电时，铁芯产生强磁场，吸引铝液表面带有杂质的铁粉。升降组件控制吸附组件的上下移动，使其能够精准地接触到铝液表面并完成吸附操作。吸附完成后，铁粉被移除，从而实现了第一道提纯。
[0067]经过第一提纯炉处理后的铝液被输送至第二提纯炉，通过电磁感应搅拌和定向结晶技术进一步提纯。电磁感应线圈围绕第二提纯炉设置，产生涡流效应，对铝液进行非接触式搅拌，提高传热和传质效率，避免杂质在晶界处聚集。结晶组件通过控制冷却速率，使铝液逐步结晶，利用杂质在固相和液相中的溶解度差异，进一步去除k<1的杂质。
[0068]第一次提纯通过铁粉吸附和磁场辅助，去除k>1的难熔杂质(如Ti、V、Zr等)，解决了传统偏析法无法处理的问题。第二次提纯通过电磁搅拌和定向结晶，去除k<1的易偏析杂质，最终获得更高纯度的铝锭。
[0069]该系统的提纯原理结合了物理吸附、磁场搅拌、电磁感应和定向结晶等多种技术手段，通过两步提纯过程分别针对不同类型的杂质进行高效去除，最终实现高纯度铝的制备。
[0070]在一些实施方式中，加热装置包括加热线圈1，加热线圈1环绕第一提纯炉20的外侧设置。
[0071]在本实施方式中，加热线圈1连接外部电源，通电后产生热量，加热第一提纯炉20内的原料，直至其熔化为铝液。
[0072]举例来说，磁场生成装置主要包括超导线圈8、功率传感器10和线圈控制器18。其中，超导线圈8布置在第一提纯炉20的外围，功率传感器10分别与超导线圈8和线圈控制器18相连。
[0073]在本实施方式中，线圈控制器18通过功率传感器10的监测，调节超导线圈8在第一提纯炉20内部及其周围区域产生超导磁场。该磁场利用磁力作用，推动吸附有杂质(如Ti、V、Zr等元素)的铁粉在第一提纯炉20内部移动至铝液表面。
[0074]在一些实施方式中，吸附装置包括铁芯3、磁吸线圈4和铁板5，其中，铁板5与升降装置连接，铁板5水平设置在第一提纯炉20的正上方，铁芯3位于铁板5上，磁吸线圈4缠绕铁芯3。
[0075]在本实施方式中，磁吸线圈4的磁力传导至铁芯3和铁板5，形成磁场，升降装置控制吸附装置靠近第一提纯炉20中的铝液，当铁板5接近铝液表面时，开始吸附铝液表面的含杂质铁粉，使其脱离铝液，减少铝液中的铁粉含量。
[0076]在一些实施方式中，升降装置由升降杆9、液压缸11和底座12组成。底座12位于第一提纯炉20外侧，升降杆9和液压缸11安装在底座12上。升降杆9的一端连接液压缸11，另一端与吸附装置的铁板5相连。
[0077]在本实施方式中，当需要控制吸附装置靠近第一提纯炉20中的铝液时，操作液压缸11，升降杆9在液压缸11的作用下控制吸附装置的升降。
[0078]在一些实施方式中，升降装置还包括连接柱6，连接柱6的两端分别连接升降杆9的移动端和铁板5。
[0079]在本实施方式中，铁板5的四个角落通过连接柱6与升降杆9的移动端相连，这些连接柱6具有良好的刚性，确保铁板5与升降杆9移动端之间的稳定连接。
[0080]在一些实施方式中，铝液输送装置包括石墨坩埚管2和开关7，其中，石墨坩埚管2的两端分别连接第一提纯炉20和第二提纯炉21，开关7设置在石墨坩埚管2上，控制内部液体流动的通断。
[0081]在本实施方式中，石墨坩埚管2连接第一提纯炉20和第二提纯炉21，开关7控制石墨坩埚管2中铝液的传输。
[0082]在一些实施方式中，结晶装置包括进气口13、出气口14和结晶器16，其中，结晶器16安装在炉盖15上，结晶器16的一端伸出炉盖15表面，另一端深入第二提纯炉21内部，同时，进气口13和出气口14均设置在结晶器16伸出端，并与内部相通。
[0083]在本实施方式中，结晶器16位于第二提纯炉21上方，通过精确控制温度梯度和凝固速度，确保第二提纯炉21中的铝液从一端开始凝固，杂质被推移至铝液中，从而获得高纯度铝。进气口13用于向结晶器16中输入冷却气体，出气口14用于排出结晶器16中的气体。
[0084]在一些实施方式中，搅拌装置包括电磁感应线圈17和感应线圈控制器19，其中，电磁感应线圈17环绕第二提纯炉21的外侧设置，并与感应线圈控制器19连接。
[0085]在本实施方式中，电磁感应线圈17环绕第二提纯炉21外侧，由感应线圈控制器19连接，电磁感应线圈提供的电磁搅拌技术不仅加快熔体对流，提高传热和传质效率，缩短熔炼时间，减少杂质挥发和氧化，还能通过交变磁场在铝液中产生感应电流，推动铝液中杂质流动，避免局部富集，提高提纯效率。在一些实施方式中，通过电磁搅拌下的定向凝固提取超高纯铝的方法，可将提纯铝的温度保持在700-750摄氏度之间，提高融化效率和加工效率，避免浪费时间和精力。此外，通过冷气对铝锭进行降温和冷却，可提高冷却所需时间，避免占用容器，提高加工效率。同时，电磁感应线圈17提供的电磁搅拌为非接触式搅拌，不会引入额外杂质，避免了传统搅拌可能带来的污染。
[0086]在本实施方式中，电磁感应线圈17和结晶器16的作用下完成对第一提纯炉20中铝液的再次提纯，满足产品高纯度要求。
[0087]本申请还提供了一种铝提纯方法，基于前述任一铝提纯系统完成，该方法包括以下步骤：
[0088]向第一提纯炉20中加入原料;
[0089]启动加热装置熔化原料并制得铝液;
[0090]向铝液中添加铁粉;
[0091]启动磁场生成装置对混合溶液进行磁力搅拌;
[0092]启动吸附装置;
[0093]启动升降装置使吸附装置的最底端下降至铝液表面吸附铁粉;
[0094]启动铝液输送装置使铝液进入第二提纯炉21;
[0095]启动搅拌装置搅拌第二提纯炉21中的铝液;
[0096]启动结晶装置对第二提纯炉21中的铝液进行结晶;
[0097]关闭搅拌装置和结晶装置;
[0098]打开炉盖15取出铝锭;
[0099]对铝锭进行质谱分析。
[0100]在本实施方式中，本申请提供的一种铝提纯方法包括以下步骤：
[0101]S1：向第一提纯炉20内加入纯度99.5%～99.8%的原料1吨;
[0102]S2：启动第一提纯炉20的加热线圈1，设定加热温度为850℃，加热时间为4小时，等待原料完全熔化。
[0103]S3：调整加热线圈1的加热温度至680℃～700℃，向第一提纯炉20内加入纯度为99.99%的铁粉，铁粉粒度为10μm～30μm，铁粉与铝液的质量比为1:1500;
[0104]S4：启动线圈控制器18使超导线圈8产生超导磁场并对混合溶液进行磁力搅拌1小时，使铁粉与铝液混合均匀;
[0105]S5：调节线圈控制器18，使超导线圈8产生的磁场强度达到6T至8T，从而使吸附了杂质的铁粉移动至铝液表面。随后，启动磁吸线圈4的开关，使铁板5获得磁性;
[0106]S6：通过控制液压缸11使升降杆9驱动铁板5下降至铝液表面，并吸附铁粉。铁粉吸附完毕后，第一道提纯结束;
[0107]S7：打开开关7，使第一次提纯铝液进入第二提纯炉21中，第二提纯炉21的温度设为680℃～700℃;
[0108]S8：启动感应线圈控制器19使电磁感应线圈17的搅拌频率为5Hz～20Hz;
[0109]S9：打开冷却气体开关，使冷却气体在结晶器16内循环进出，使结晶器16低速旋转进入铝液中，再设置结晶器16转速为300r/min～330r/min，关闭炉盖15，开始进行第二道提纯，提纯时间为60min～90min。
[0110]S10：第二道提纯结束后，停止结晶器16旋转，将结晶器16移至第二提纯炉21外面;
[0111]S11：打开炉盖15取出铝锭;
[0112]S12：使用GDMS(荧光放电质谱法)对铝锭进行质谱分析。
[0113]特别说明的是，在第二提纯炉21进行第二道提纯时，可以关闭开关7，同时在第一提纯炉20重复步骤S1-S6，进行第二批原料的第一道提纯，有利于提纯的连续进行。
[0114]实施例1
[0115]第一提纯炉20和第二提纯炉21的保温温度设为680℃，铁粉粒度为10μm，超导线圈8的磁场强度为6T，电磁感应线圈17的频率为5Hz，结晶器16的转速为300r/min，提纯时间为60min，提纯后的铝锭纯度为99.9995%。
[0116]实施例2
[0117]第一提纯炉20和第二提纯炉21的保温温度设为690℃，使用的铁粉粒度为20μm，超导线圈8产生的磁场强度达到7T，电磁感应线圈17的频率设为10Hz，结晶器16的旋转速度为320转/分钟，整个提纯过程持续60分钟，最终得到的铝锭纯度高达99.9997%。
[0118]实施例3
[0119]第一提纯炉20和第二提纯炉21的保温温度提升至700℃，铁粉粒度调整为30μm，超导线圈8的磁场强度增加到8T，电磁感应线圈17的频率设为20Hz，结晶器16的旋转速度加快至330转/分钟，提纯时间延长至90分钟，最终得到的铝锭纯度为99.9993%。
[0120]对照例1
[0121]采用传统的熔炼炉进行铝提纯，不使用磁场辅助吸附和电磁搅拌技术，提纯后的铝锭纯度为99.995%。与本申请实施例1相比，纯度降低了0.0045%，说明本申请的提纯方法能够显著提高铝锭的纯度。
[0122]对照例2
[0123]仅使用磁场辅助吸附技术，不使用电磁搅拌技术，提纯后的铝锭纯度为99.998%。与本申请实施例2相比，纯度降低了0.0017%，说明电磁搅拌技术在提高铝锭纯度方面具有重要作用。
[0124]对照例1的提纯方法为传统熔炼炉，不使用磁场辅助吸附和电磁搅拌技术。与实施例1的比较，实施例1的铝锭纯度为99.9995%，比对照例1提升了0.0045%。说明传统熔炼炉无法有效去除铝液中的杂质，而本申请通过磁场辅助吸附和电磁搅拌技术，显著提高了铝锭的纯度。对照例2的提纯方法为仅使用磁场辅助吸附技术，不使用电磁搅拌技术。与实施例2的比较，实施例2的铝锭纯度为99.9997%，比对照例2提升了0.0017%。说明仅使用磁场辅助吸附技术虽然可以去除部分杂质，但无法达到本申请通过磁场辅助吸附和电磁搅拌技术相结合所实现的高纯度。电磁搅拌技术在提高铝锭纯度方面具有重要作用，能够进一步去除杂质，提高提纯效率。
[0125]另外，本申请实施例的系统设计考虑了操作的便捷性与安全性，通过合理的布局和组件设计，确保了操作人员的安全和提纯过程的稳定运行。对照例1和对照例2采用的传统熔炼炉和单一磁场辅助吸附技术，操作复杂，安全性较低，且容易引入杂质。本申请实施例通过优化的工艺流程，减少了能源消耗和原材料的浪费，实现了绿色环保的生产过程。对照例1和对照例2采用的传统方法，能耗较高，原材料浪费严重，不符合现代工业的绿色生产理念。本申请实施例的系统及方法适用于大规模工业生产，能够满足不同规模铝厂的生产需求，具有良好的市场应用前景。对照例1和对照例2采用的传统方法，难以适应大规模工业生产的需求，提纯效率低，纯度提升有限，不适用于现代
铝工业的高纯度要求。
[0126]本申请提出了一种铝提纯系统及其方法，其具备以下优势：
[0127](1)通过引入高纯度铁粉，实现了对铝液中诸如Ti、V、Zr等分配系数k>1的杂质元素的吸附。在超导磁场的作用下，这些杂质元素被引导至铝液表面。随后，利用吸附装置捕获带有杂质的铁粉，从而完成初步提纯过程;
[0128](2)通过电磁搅拌技术，提升了热质传递的效率，缩短了熔炼周期;同时防止了杂质在晶界处的聚集，进而提高了二次提纯的效率;
[0129](3)两次提纯过程均采用了非接触式技术，有效降低了外部污染的可能性。
[0130](4)系统设计兼顾了操作的便捷性与安全性，通过合理的布局和组件设计，确保了操作人员的安全和提纯过程的稳定运行;
[0131](5)系统采用模块化设计，便于维护和升级，可以根据不同的提纯需求灵活调整系统配置;
[0132](6)通过优化的工艺流程，减少了能源消耗和原材料的浪费，实现了绿色环保的生产过程;
[0133](7)本系统及方法适用于大规模工业生产，能够满足不同规模铝厂的生产需求，具有良好的市场应用前景。
[0134]综上所述，本申请的铝提纯系统及方法不仅提高了铝锭的纯度，而且在操作效率、成本控制和环境保护方面都表现出色，为铝工业的提纯技术提供了新的解决方案。
[0135]需要说明的是，在本申请中，术语“上”“下”“左”“右”“前”“后”“顶”“底”“内”“外”“竖直”“水平”“横向”“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
[0136]并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
[0137]此外，术语“安装”“设置”“设有”“连接”“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造;可以是机械连接，或电连接;可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0138]此外，术语“第一”“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有特别说明，否则‘多个’一词均指两个或两个以上的数量。
[0139]以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
说明书附图(1)
声明：
“铝提纯系统及方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：中铝郑州有色金属研究院有限公司
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