从金属母液如铝液中提纯分离纯化金属的方法和装置

摘要

本发明涉及从金属母液中提纯分离纯化金属的方法和装置，金属母液具有比重并含有一种或多种杂质元素，所述方法包括以下步骤：在柱型装置中提供原料，原料包含金属晶体和含有至少一种杂质元素的金属母液；在柱顶端的相对的热区域和在柱底端的相对的冷区域之间施加温差；分离步骤，在此步骤中，通过使金属晶体浮升至金属母液上表面而将至少一部分金属晶体从金属母液中分离出来；进一步分离步骤，在此步骤中，将纯化金属熔体或漂浮于金属母液上表面的金属晶体从柱型装置中排出。

权利要求

1.一种从金属母液中提纯分离纯化金属的方法，所述金属母液具有比重并含有至少一种杂质元素，所述方法包括以下步骤：-在柱(10)中供给待纯化原料，所述待纯化原料包含金属晶体(26)和含有至少一种杂质元素的金属母液；

-在所述柱(10)的顶端(13)的相对热的区域(12)和在所述柱(10)的底端(16)的相对冷的区域(14)之间施加温差；

-分离步骤，在所述分离步骤中，通过使金属晶体浮升至金属母液的上表面而将至少一部分的金属晶体(26)从金属母液中分离出来；和-进一步分离步骤，在所述进一步分离步骤中，将由漂浮于金属母液上方的金属晶体(26)经熔化形成的液态纯化金属或漂浮于金属母液上表面的金属晶体从所述柱(10)中排出，其中，通过将金属母液的比重调整至大于液态纯化金属的比重且大于金属晶体的比重的值使所述金属晶体(26)从金属母液中浮起，并且其中通过添加金属将所述金属母液的比重调整至所述值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于增大所述金属母液比重的金属是基本不溶于金属晶体相的金属。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属母液是铝，基本不溶于铝晶体相的所述金属选自锡、铅和汞。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于增大所述金属母液比重的金属是可溶于金属晶体相的金属。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金属母液是铝，可溶于金属晶体相的所述金属选自铜和锌。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述杂质元素包括铜、铁、锂、镁、锰、硅和锌中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待纯化原料从悬浮结晶工艺中获得。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述分离步骤中，在所述柱(10)的底端(16)从金属母液中分离出副产物。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述进一步分离步骤中，沉淀分离出包含含有至少一种杂质元素的晶体(60)的副产物。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法以连续运行的方式实施。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，金属晶体(26)的熔化速率高于纯化金属的排出速率，使得液态纯化金属逆流通过金属晶体。

12.一种从含有一种或多种杂质元素的金属母液中提纯分离纯化金属的装置，该装置包括限定出分离室(11)的柱(10)，所述分离室具有用于加入含有金属晶体(26)和金属母液的待纯化原料的入口(18)、用于排出纯化金属的上出口(22)和用于排出含有至少一种杂质元素的副产物的出口(20)，所述装置还配备有用于在所述柱(10)的顶端(13)的相对热的区域(12)和在所述柱(10)的底端(16)的相对冷的区域(14)之间施加温差的机构以及用于通过将金属母液的比重调整至大于液态纯化金属的比重且大于金属晶体的比重的值使金属晶体浮升通过金属母液的机构。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述用于使金属晶体浮升通过金属母液的机构包括用于调整金属母液的比重至高于金属晶体比重的值的机构。

14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述用于调整比重的机构包括用于添加高密度金属添加料的供给机构(56)。

15.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于悬浮结晶工艺的结晶容器(50)，所述结晶容器的出口(54)与用于向所述分离室加入待纯化原料的入口(18)相连通。

16.将根据权利要求12至15中任一项所述的装置用于精炼铝合金的用途。

说明书

从金属母液如铝液中提纯分离纯化金属的方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及从含有至少一种杂质元素的金属母液中提纯分离纯化金属的方法和装置，尤其涉及有色金属且最好是回收铝废料的精炼方法。金属提纯通常会带来巨大的经济效益，因为它允许加工可能含有不同的合金元素或杂质元素以及含有不同量的杂质元素的金属废料，以便重获标准纯度和更高的经济价值。

背景技术

[0002] 如人们将从以下说明中理解的，除非另作说明，合金牌号是指由铝业协会于2006年颁布的“铝标准和数据及登记备案”中的铝业协会号。

[0003] 关于任何对合金成分或优选合金成分的说明，提到百分比时都是指重量百分比，除非另作说明。

[0004] 在现有技术中，人们采用各种各样的结晶工艺和设备来精炼金属(在这里，金属作为金属合金的简称)，金属含有其含量对精炼金属的最终用途而言是不可接受的杂质元素。可能存在这样的杂质元素的原因是，在由金属矿石制成的金属(原生金属)中存在太多的杂质元素，或者因为金属回收废料含有很高浓度的杂质元素。例如，铝废料可能以商业上无法接受的含量含有像铁、硅或镁这样的杂质元素，但其不一定与几乎不含这样的元素的原生金属混合。在分级结晶中，在作为原料的母液的一部分凝固时所形成的金属晶体具有不同于母液自身成分的成分。母液可能含有亚共晶成分(例如参见美国专利US4,273,627)或者含有过共晶成分。

[0005] 在US4,273,627所述的方法中，含有一种或多种杂质元素的亚共晶金属熔体被冷却，以便实现部分凝固。金属熔体被冷却至恰好高于共晶温度。在金属熔体中形成的晶体的成分比作为原料所用的金属熔体的晶体更纯。这些晶体随后可以通过固-液分离技术从残余的金属熔体中被分离出来。然而此工艺的缺点是，如果杂质元素的原始浓度高，则所获得的纯化金属较少而副产物较多。这意味着分级结晶工艺可能就经济而言对例如废料提纯是不划算的。

[0006] 另一种提纯方法利用杂质元素分离，在此方法中，含有一种或多种杂质元素的过共晶金属熔体被冷却以实现部分凝固。金属熔体被冷却至一个恰好高于共晶温度的温度。杂质元素凝固形成含有至少一种杂质元素的晶体和/或纯杂质元素晶体，其可以随后利用固-液分离技术从金属熔体中被分离出来。通过添加如US5,741,348所述的某些元素，亚共晶金属熔体可以被转变至过共晶。此方法的缺点是，所获得的残余液体产物不是很纯，因而价值相对低。

[0007] 结晶也可以在共晶温度完成，结果，瞬时产生纯化金属晶体和与母液成分相比含有更高浓度的一种或多种杂质元素的晶体，例如参见国际专利申请公开号WO2005/095658A1。在WO2005/095658A1所公开的方法中，金属熔体被冷却至共晶温度，以便瞬时形成纯化金属晶体和含有至少一种杂质元素的晶体。与金属熔体的原始成分相比，纯化金属晶体中脱除了杂质元素，而杂质元素富集在含有至少一种杂质元素的其它晶体中。随后，含有至少一种杂质元素的晶体中的至少一部分通过采用固-固分离技术与纯化金属晶体分离。这种已知的提纯方法就例如针对废料如回收铝的提纯的经济可行性而言是有益的，因为可以高收率地获得相对纯的金属如纯化金属晶体。固-固分离步骤尤其以液-固预分离步骤为表率，在这里，两种晶体以混合晶体的形式从金属熔体中被分离出来，随后混合晶体被加入熔盐中，熔盐的比重介于纯化金属晶体的比重和含有至少一种杂质元素的晶体的比重之间，结果，某些晶体沉入盐中，而余下的漂浮于盐上。

[0008] WO2005/095658A1所述的其它固-固分离方法利用离心力、电磁场和基于气泡的浮升。也描述了用于从金属熔体总量中分离出两种晶体的备选的预分离步骤，例如过滤、离心和借助搅拌的盐层接触步骤。在此过程中，两种晶体瞬时形成并在金属熔体中一起沉淀，由此形成混合晶体。尽管已经针对将混合晶体分离成其组分描述了各种不同的技术，但这些技术看起来尤其使该过程变得复杂并且实施起来费力。

[0009] 与几乎所有结晶工艺相关的问题就是从不纯的母液中分离出纯化金属晶体。母液仍留在所产生的晶体之间以及晶体本身当中。通过采用多个结晶步骤和/或用重熔的纯液从晶体中逆向洗脱母液的步骤，可以至少部分克服此问题。

[0010] 市场上所采用的、用于金属精炼的分级结晶法被应用在所谓的云南(Yunnan)结晶器中。这种结晶器被用于通过从锡中脱铅来精炼锡合金。锡合金熔体被送入细长的容器中，该容器具有敞开的顶部和倾斜的底部，一根螺杆在容器中缓慢转动。锡合金熔体的表面被喷水冷却，结果发生精锡合金的结晶。这些晶体在锡合金熔体中结晶并被送至容器的浅层区。因为在整个容器长度范围内存在温差，所以晶体在浅层区中部分重熔，结果出现较纯的晶体。这种机理多次反复，最终，非常纯的晶体被取出。含铅的锡合金熔体从容器深层区被取出。这样，含大约10％的铅的锡合金可被精炼成含大约0.05％的铅的锡合金。不过，这种利用云南结晶器的金属精炼方法无法被用于所有类型的金属。一个问题在于，大多数金属的熔点远高于为之建造了云南结晶器的锡合金的熔点。由于温度较高，所以热辐射强了许多(热辐射按照温度(K)的四次方增强)，热损失也高了许多。结果，在结晶器中控制温度困难了许多。另一个问题是，对许多金属而言，金属合金的结晶温度和纯金属的结晶温度之间的温差非常小，在几K数量级内。云南结晶器无法被用于结晶温度差这样小的情况。再一个问题是，使用机械零部件如上述螺杆给某些金属提出了难题，因为常用于螺杆的金属溶于这些金属熔体中。一个更严重的问题是，形成在金属熔体内的晶体易于附着在结晶器壁上或附着在螺杆上。

[0011] 一种尤其用于铝提纯的云南结晶工艺的改进方案在沉淀柱中采用包括多个分离步骤的多级悬浮结晶法，在这里，沉淀柱布置在后续的结晶容器之间。例如参见国际专利申请WO 2005/095658或WO 2004/005558。

[0012] 美国专利US4,133,517公开了用于在柱中连续提纯(净化)不纯金属的方法和装置，不纯金属由金属母液中的金属晶体浆组成。柱在柱底端具有相对热的区域并具有上方的相对冷的区域。冷区的温度足以使液体和金属晶体共存。热区的温度足以允许金属晶体重熔。在这两个区之间施加连续的竖向颠倒的温度梯度，从而柱顶部的冷区被急冷，结果，形成一定量的金属晶体，通常作为固有物。随后，固有物的初熔发生在柱冷区内的液态金属中，由此从固有物中释放出金属晶体。晶体由于其比重大而沉淀至下方热区中，在此发生晶体熔化，热区由此变得富含纯液态金属。在正常工作中，不纯金属给料被送入柱中，而液态纯化金属从下方热区被抽取出，富含杂质的金属从上方的冷区被抽取出。此工艺的缺点是，通过增大物流通量或增大横截面来提高柱的生产率易于明显干扰柱的稳定性。在柱底部的晶体热熔体的密度低于母液。结果，重熔体热流在母液中上升，由此消除流经晶体物质的逆流，该逆流对提纯工艺的正常运转是重要的。

[0013] 在此还要注意的是，机械零部件在结晶过程中移动和液态金属的高压运送以造成分离的做法通常不适用于工业规模的金属提纯。

[0014] 因此，在现有技术中正在寻求金属提纯工艺和装置的改进。

发明内容

[0015] 本发明的目的是提供利用柱从母液中提纯分离纯化金属晶体的改进方法和改进装置，尤其当以连续工作模式实施本发明时，本发明允许更稳定的工作。

[0016] 本发明的另一个目的是提供一种方法和一种装置，其可以与一种或多种已知的悬浮结晶工艺联合使用，无论是亚共晶、共晶，还是过共晶。

[0017] 本发明的再一个目的是提供至少可用于替换已知的提纯方法和设备的方法和装置。

[0018] 通过本发明来完成或超越这些和其它的目的以及其它优点，本发明涉及从金属母液中提纯分离纯化金属晶体的方法和装置，金属母液具有规定的比重并含有一种或多种要脱除的杂质元素，所述方法包括以下步骤：

[0019] (a)在柱型装置中供给原料，原料包含金属晶体和含有至少一种杂质元素的金属母液；

[0020] (b)在柱型装置的顶端或靠近顶端的相对热的区域与在柱型装置的底端或靠近底端的相对冷的区域之间施加温差；

[0021] (c)分离步骤，在分离步骤中，通过使金属晶体浮升至金属母液的上表面，将至少一部分的金属晶体从金属母液中分离出来；

[0022] (d)进一步分离步骤，在进一步分离步骤中，将纯化液态金属和/或漂浮于金属母液上表面的金属晶体从柱型装置中排出。

[0023] 在根据本发明的方法中，一般在柱型装置的底端加入含有金属晶体和金属母液的原料，该柱型装置的底端被认为是冷区。热区位于柱顶。在这两个区之间施加温差，导致在整个柱长度范围内出现温度梯度。如果需要，可以通过金属母液的部分凝固来当场生成金属晶体。迫使(或者允许)金属晶体浮升通过母液，直到它们到达母液上表面。在通过母液的移动过程中，金属晶体将通过再结晶被进一步提纯，提纯度取决于由柱长度决定的驻留时间。可以从柱顶端将如此纯化的且浮于母液上方的金属晶体取出。

[0024] 由于热区位于柱顶部而冷区位于柱底部以及相关的温度梯度，所以根据本发明的方法具有固有稳定性。而且，本方法允许处理含有金属晶体和金属母液的原料，无论其来源何处。就是说，原料可以从例如悬浮结晶工艺中获得，无论是亚共晶分级结晶、共晶分级结晶或者过共晶结晶。

[0025] 在本申请的上下文中，术语“杂质元素”用于表示这样的元素，即因为该元素降低纯化金属的价值，所以其在纯化金属中的浓度应被降低。

[0026] 本文所用的术语“含有至少一种杂质元素的晶体”包括金属间化合物，其是在至少两种杂质元素的原子按一定比例结合形成晶体时形成的，所述晶体的结构不同于任何单独杂质元素的结构以及纯杂质元素晶体的结构。

[0027] 在金属熔体中的但不是杂质元素(因为其存在对高纯产品并非是不希望的)的元素可能存在于纯化金属晶体中。

[0028] 术语“共晶温度”是指这样的温度，在此温度同时形成至少两种固相。于是，共晶温度指两元体系的共晶点以及沿三元、四元或更高阶体系的共晶谷的温度。大多数相关合金的相图可以从手册和基础教科书中轻松得到，也可以得到其比重或计算方法的相关数据。

[0029] 热区温度最好足以将金属晶体重熔成金属液。然后将作为纯化金属的金属液排出，例如通过可控溢流口或使用排出管道中的活动塞。通常，纯化金属的抽取速率作为用于控制本发明方法的控制参数。

[0030] 本方法以连续工作模式实施是有利的。

[0031] 在连续工作模式中，副产物也有利地从母液中被分离出来并从柱底端被取出。与纯化金属和原料相比，副产物富含杂质。在一个优选实施例中，原料是从共晶分级结晶中得到的，副产物也包含了含有至少一种杂质元素的晶体。这些晶体能以间歇方式被沉淀排出。

[0032] 在一个优选实施例中，通过有意识添加金属以提高金属母液比重至高于纯化金属即纯化金属晶体和/或从(部分)重熔纯化金属晶体中得到的纯化金属液的比重的值，迫使金属晶体上升。在此优选实施例中，母液密度通过添加适当的金属(高密度添加料)加以调整，添加量足以造成较轻的金属晶体上升。如果原料来源于共晶温度下的结晶过程，则原料将也包含含至少一种杂质元素的金属晶体(富含杂质晶体)，其通常具有高于纯金属晶体的比重。随后，母液比重将在由两种晶体的比重所限定的范围内被有意识地调整。由于不同类型的晶体具有不同的比重，所以比重介于其间的金属母液将起到分离介质的作用，它将一种晶体与另一种晶体分离开，由此将出现部分分离。这允许随后针对每种晶体进行主要基于液-固分离的脱除步骤，此脱除步骤是相当容易完成的。

[0033] 添加金属可以在柱型装置中进行，例如当在柱型装置中当场产生原料时。有利的是，这种添加在原料进入柱型装置之前进行。

[0034] 与共晶分级结晶工艺相结合，金属母液被冷却至共晶温度。如果在要执行本发明方法的熔融金属母液中的杂质元素的浓度明显高于处于共晶温度的杂质元素固溶度，并且如果分配系数小于1，则作为纯化金属而获得的产品始终具有相当高的纯度并且收率也相当高。与原本在母液中的杂质元素相比，以纯化金属晶体形式获得的产品基本不含杂质元素，而且副产物被减至最少。与原本在母液中的杂质元素相比，含至少一种杂质元素的金属晶体含了大部分杂质元素。分配系数是在纯化金属晶体中的杂质元素浓度与原本在金属熔体中的杂质元素的浓度之比。分配系数优选可以小于或等于0.5，或者最好小于或等于0.25，以获得更多的高纯产品。这也适用于亚共晶分级结晶。

[0035] 对含有铁作为杂质元素的铝来说，分配系数或分布系数为0.03，对含有硅作为杂质元素的铝来说，其等于0.1，而对含有锰作为杂质元素的铝来说，其等于0.93。在金属和工程材料回收第四届国际研讨会会刊的论文《通过Alcoa分级结晶工艺精炼5XXX系列铝合金废料》中(作者Ali IKahveci和Ali Unal，TMS2000，P979-991)，列出了针对铝中某些杂质的分配系数或分布系数，这些内容作为参考被纳入本文。

[0036] 所添加的金属容易溶在金属母液中。从进一步操作、处理或使用可获得的纯化金属的角度出发来有利地选择高密度添加料。可以容易地算出并试验检验为按照所期望的水平调整金属母液比重而要添加的高密度添加料的比例。

[0037] 在一个优选实施例中，增大金属熔体比重的金属是基本上不溶于纯化金属晶体相的金属。人们将会理解，用语“基本上不溶于纯化金属晶体相的金属”包括溶解度低的如小于0.1％的金属。例如，在根据本发明进行铝提纯的情况下，这样的金属包括铅、锡和汞。铅和锡在纯化铝晶体中的溶解度都小于0.1％。纯化铝晶体将漂浮在金属熔体上，而含有至少一种杂质元素的其它晶体将沉淀。所获得的纯化铝晶体适用于机械加工合金，如AA6082、AA6262、AA2011和AA2111。

[0038] 在一个备选的优选实施例中，增大金属熔体比重的金属是可溶于纯化金属晶体相的金属。这种金属在金属熔体中的溶解度很高。在铝的情况下，其适当的例子尤其包括铜和锌。纯化铝晶体还是将漂浮在金属熔体上。含有铜或锌的纯化铝晶体非常适用于AA2xxx系列铝合金或者AA7xxx系列铝合金。

[0039] 本发明的方法非常适用于有色金属，最好是铝熔体，其含有一种或多种要脱除的杂质合金元素。由铝矿石生产原生铝非常耗能并且成本高昂，这使得回收有着更强的可行性。然而，如果采用现有的金属提纯法，则在经济方面通常仍做不到不给废料添加相对纯的原生铝以有效稀释所含杂质元素地净化铝废料。利用本发明的方法，可以在不需要添加大量的纯原生铝的条件下以节约成本的方式提纯大量铝合金废料。

[0040] 含有相当多的硅如含有7重量％-15重量％的硅的铝铸造合金或铝钎焊合金也可以按照本发明被提纯。在此情况下，纯化的硅晶(即铝耗尽)将上升通过母液并可作为上层产品被分离出来，而铝晶体与金属间化合物一起可作为下层产品被分离出来。这种下层产品可以接受进一步的精炼处理。

[0041] 本发明可被有利地用于脱除一种或多种杂质元素如铁、硅、铜、锂、锰、锌和镁，这些杂质元素通常不定量地存在于铝废料中。

[0042] 本发明被有利地应用在连续作业中，最好是连续形成并分离纯化金属晶体和含有至少一种杂质元素的晶体的连续作业中。通过将处于或高于共晶温度的金属熔体供给已被冷却至共晶温度且已形成有含至少一种杂质元素的金属晶体的金属熔体，并且通过将金属熔体温度保持在共晶温度，含有至少一种杂质元素的金属晶体被激励成长。这是因为已经在金属熔体中的含有至少一种杂质元素的金属晶体用作用于由随后添加的金属熔体形成的含有至少一种杂质元素的晶体的形核点。含有至少一种杂质元素的晶体的尺寸越大，它们的沉淀越相对容易。纯化金属晶体以及含有至少一种杂质元素的晶体优选从母液中被分离出来，而无需排出大量的金属熔体。与金属晶体一起排出的任何母液在进一步的固-液分离后被返回至主料。由于纯化金属晶体的量显著大于含有至少一种杂质元素的晶体的量，所以纯化金属晶体有利地以连续方式从母液中被分离出来，而含有至少一种杂质元素的晶体可以按照间歇方式例如周期性地从母液中被分离出来。例如，含有至少一种杂质元素的晶体被沉淀收集起来，随后当已达到其预定量时，它们在一个分离步骤中被取出。

[0043] 如此分离出的纯化金属晶体可接受进一步纯化处理，一般也是结晶处理，由此获得被进一步提纯的金属产品，其所含的一种或多种杂质的量明显降低。在国际专利申请WO2004/005559中披露了这样的结晶处理的例子。所获得的产品可以被用于通用铝合金用途。

[0044] 通常，副产物如含有至少一种杂质元素的晶体不一定要接受进一步纯化处理。副产物照原样使用或丢弃。如果需要，副产物可以通过例如结晶处理被进一步纯化。应注意的是，可以在相当宽的共晶温度范围作进一步的选择，以使副产物晶体的尺寸、形状和成分达到最佳。

[0045] 在另一种连续工作模式中，金属晶体的(重)熔化速率高于纯化金属排出速率，从而纯化液态金属回流过金属晶体。在此实施例中，浮于母液上方的金属晶体以高于纯化金属排出速率的速率被熔化。结果，一部分纯化液态金属以液体形式被排出，而另一部分的液态纯化金属向下流动一段距离，流过通常将形成晶体床的漂浮金属晶体，由此进一步精炼所述晶体。这允许生产通常能被用作合金备料的纯化金属产品。

[0046] 在柱中会有这样一个水平面，在此水平面高度，金属晶体的比重等于纯化金属液体的比重，从而因比重差而产生的驱动金属晶体上升的驱动力将接近为零。尽管如此，这些金属晶体将进一步上升至此水平面的上方，这是因为在柱中低于该水平面的密实的金属晶体床施加了向上的力，在这里，金属粒子的比重仍然低于金属液体的比重。于是，金属晶体将被晶体床向上推动。

[0047] 根据另一个方面，本发明提供一种从含有至少一种杂质元素的金属母液中提纯分离纯化金属的装置，该装置包括限定出分离室的柱，分离室具有用于加入含有许多金属晶体和金属母液的待提纯原料的入口、用于排出纯化金属的上出口、和用于排出含有至少一种杂质元素的副产物的出口，所述装置还配备有用于在柱顶端相对热的区域和在柱底端相对冷的区域之间施加温差的机构、以及用于使金属晶体浮升通过金属母液的机构。根据本发明的装置包括竖立的长条形柱。该柱限定出分离室，在分离室中，金属晶体将从底部升向顶部，在此上升过程中，金属晶体将通过重结晶被进一步纯化。分离室具有用于原料的入口，通常在柱底部。柱在顶部开设有出口并配备有相关的排出机构如塞或用于纯化金属的溢流口。从纯化金属的本质是熔液还是金属晶体的角度出发来选择排出机构。另一个用于副产物的出口通常与冷区相连通，上述副产物通常是作为杂质和或许作为上述副产物晶体富含杂质元素的母液。根据本发明的装置带来了以上针对本发明方法所描述的优点。

[0048] 用于施加温差的机构可以包括一个或多个加热元件，例如外部感应加热线圈，其围绕柱顶端的热区，和/或包括在柱底端的冷区中的冷却机构。在一个优选实施方案中，用于使晶体浮升的机构包括用于调整母液比重至低于金属晶体比重的机构。这样的机构优选包括金属供给系统。这样的系统以计量方式为母液供给高密度添加料。

[0049] 在另一个实施方案中，根据本发明的装置还包括用于分级结晶工艺的结晶容器，结晶容器的至少一个产品出口与分离室的待提纯原料的供给入口相连通。

[0050] 本发明还涉及在铝合金精炼中使用这样的装置的用途。

附图说明

[0051] 参见附图来进一步说明本发明，其中：

[0052] 图1是表示本发明装置的一个实施方案的示意图；

[0053] 图2表示本发明装置的另一个实施方案。

具体实施方式

[0054] 图1示出了柱10，柱的横截面在整个长度范围内恒定不变。柱10限定出分离室11，该分离室在顶部13的附近具有上方热区12并且在底部16的附近具有下方冷区14。底部16与用于原料的入口18相连并且在对面的侧壁上配备有排废出口20，用于排出含杂质的废料流。顶部设有用于纯化金属的出口22。围绕热区12设有外部加热元件24，用于重熔以完整圆圈26表示的金属晶体。

[0055] 在工作中，含有金属晶体和母液且在此情况下已是含有高比重添加料的原料给料F经入口18被送入柱10底部16的冷区14。由于在母液和晶体26之间存在比重差，所以晶体将在分离室11中浮升，形成金属晶体床。在金属晶体床顶面上的晶体被加热元件24熔化为纯化金属产品P。这种液态纯化产品P经出口22被取出，例如借助溢流口(未示出)。在回流模式中，产品P中只有一部分从柱10中被取出。随后，产品的另一部分R将回流经过晶体床，结果，通过部分重结晶和洗脱所夹杂的母液和/或杂质，使晶体在床内被进一步纯化。

[0056] 图2表示一个实施方案，在此实施方案中，如参见图1所述的柱10按照与结晶容器50相流通的方式布置。确切地说，配有机械搅拌器52的结晶容器50配备有下排流口54，该下排流口与用于原料的入口18相连。在此情况下，柱10不具有用于副产物的单独出口，而结晶容器50具有副产物出口。用于计量加入高密度添加料的供给机构56安置在结晶容器50的上方。

[0057] 在工作中，金属(熔体)给料F被送至结晶容器50，此结晶容器被冷却机构(未示出)冷却，由此连续形成金属晶体26。由于纯化产品P在柱10的顶部被取出并且进行机械搅拌，所以从分离室11经排流口54和入口18将出现连续稳定的晶体26流。通过这种方式，在分离室中形成稳定的晶体26床，晶体床从下方开始生长并且通过重熔而从上方开始减少。液态纯化产品P的一部分再次被连续排出，液态产品的另一部分R在回流作用下会向下逆流经过晶体床。副产物流W从结晶容器50中被排出，以防止杂质元素的过量累积。

[0058] 在共晶分级结晶和在由金属晶体26的比重和含有一种或多种杂质元素(金属间固体)的晶体60的比重所限定的范围内调整母液比重的情况下，上述含有至少一种杂质元素的晶体60集中在结晶容器50的底部并且瞬间与纯化金属晶体26分离。

[0059] 现在，将参照根据本发明的非限定性实施例来描述本发明。

[0060] 实施例

[0061] 实施例1

[0062] 本定性的实施例涉及本发明方法的一种工作模式，在此添加了高密度添加料如铅或锡，铅或锡在纯化铝晶体相中的溶解度低。这些金属将比重提高至高于铝晶体的比重。在母液中形成的铝晶体具有浓度降低的共晶元素如铁和硅，以及浓度很低的高比重添加料。

[0063] 利用以下铝合金系的原料进行精炼实验，该铝合金分别按照1重量％的含量含有铁、锰和硅。这是一种近共晶组合物。原料在母液中含有铝晶体悬浮物(30％固体)。铝母3
液的比重约为2.4g/cm。锡按照介于7.5重量％至25重量％的含量被加入，由此将比重提
3 3 3
高到2.6g/cm 至2.9g/cm 的范围。纯化铝晶体的比重约为2.6g/cm。比重差足以造成良好的分离和柱的稳定运行。

[0064] 原料被送入柱中，在这里，重量轻的铝晶体快速浮升至顶面并形成晶体堆积床。在上方，金属晶体被重熔。结果，柱顶部的纯化金属熔体变得更纯。纯化金属熔体作为产品在柱顶部被取出。抽取速率等于重熔速率。该产品被纯化除去元素铁、锰和硅。产品适用作机械加工合金如AA6081、AA6262、AA2111或AA2011。

[0065] 在相似的实验中，7.5重量％至25重量％的铅被加入，以便将铝母液的比重提高3 3
到2.6g/cm 至3.0g/cm 的范围。获得了相似的结果。

[0066] 实施例2

[0067] 像在实施例1中那样，本实施例表示本发明方法的一种连续工作模式，除了在这里采用了可溶于纯化金属晶体中的元素。

[0068] 利用与实施例1一样的原料，7.5重量％至25重量％的铜被加入，由此将母液的3 3 3
比重提高到大约2.6g/cm 至3.2g/cm。含铜的铝晶体的密度略微提高到大约2.6g/cm 至
3
2.7g/cm。所获得的产品可被用在AA2xxx系列铝合金中。

[0069] 在添加锌的情况下，合适的加工范围为15重量％至25重量％，由此将铝母液的比3 3 3 3
重提高至2.7g/cm 至3.0g/cm，并且提高铝晶体的比重至2.7g/cm 至2.8g/cm。所获得的产品可被用于AA7xxx系列铝合金中。

[0070] 实施例3

[0071] 本实施例表示回流工作模式。条件与在实施例1和实施例2中一样，除了重熔速率被设定为高于产品抽取速率，由此产生纯化金属熔体的回流。在此情况下，由颗粒浮力造成的晶体床的向上力迫使部分纯化金属熔体在柱中向下逆流过晶体床。逆流洗除所夹杂的母液并加强提纯净化效率。纯度的增大取决于纯化金属液体与晶体床的接触时间。换句话说，如果柱的长度足以使来自上方的纯化金属熔体回流经过足够长距离并且以足够长的时间接触晶体床，则在柱高范围内获得熔体和晶体之间的局部化学平衡。由此进一步降低铝晶体中的共晶元素浓度(包括任何高比重添加料)。结果，所获得的产品的纯度足以使该产品通用于铝合金中。

[0072] 尽管现在已充分描述了本发明，但对本领域技术人员来说，显然可以在不超出在此所述的本发明的精神或范围的前提下做出许多改变和改动。