2.2.4 Переплавка и рафинирование алюминия

Извлекаемый из электролизеров алюминий-сырец содержит различные

примеси. Последние ухудшают коррозионную стойкость и пластические свойства алюминия, а также уменьшают его электропроводность. Все примеси в

алюминии-сырце можно разделить на три группы:

− металлические;

− неметаллические;

− газовые.

Из металлических примесей основную часть, в отдельных ваннах до

1,8%, составляют железо и кремний и много других металлов с общим количеством 0,01÷0,05 %. К неметаллическим примесям относятся глинозем, фториды, углерод,

карбид и нитрид алюминия. Основной газовой примесью является водород,

который растворяется в расплавленном алюминии от 0,05 до 0,25 см3 на

100 г алюминия. Для очистки алюминия от неметаллических примесей и газовых включений через расплавленный алюминий в ковше пропускают в течение 10÷15 мин, газообразный хлор из баллонов в специальной хлорной камере. Хлор взаимодействует с частью алюминия, образуя АlСl₃, который выделяется из металла в виде паров. Пары АlСl₃ адсорбируются взвешенными в металле частицами глинозема, фторидов и угля. Эти частицы всплывают вместе с АlСl₃ на поверхность расплавленного металла в виде серого порошка и удаляются дыр-

чатыми ложками. Водород удаляется из алюминия с отходящими газами.

Очистить алюминий можно и при переплавке металла, которую произво-

дят в отражательных электрических печах сопротивления. Цель такой пере-

плавки, кроме очистки от неметаллических примесей и газовых включений,

получить путем смешения различных по качеству партий алюминия металл

нужной марки и отлить в слитки нужной формы и размеров.

Нередко после хлорирования металлу дают отстояться и в жидком виде

направляют для смешения и некоторой дополнительной рафинировки в отра-

жательную печь сопротивления. Алюминий получается с содержанием его

99,5÷99,7%. Для получения алюминия высокой чистоты (99,99% Аl) металл

подвергается дополнительному электролитическому рафинированию

Промышленное применение получил трехслойный метод, в котором анодом служит загрязненный сплав, катодом − чистый рафинированный алюминий, а электролит, состоящий из расплавленной смеси 60% ВаСl₂, 23% AlF₃ и 17% NaF, расположен между ними. Для утяжеления анодного сплава к нему добавляют до 30% меди. При температуре электролиза, равной около

740÷7600С, соотношение плотностей таково (в г/см3

): анодный сплав около

3,5, электролит 2,7, а катодный алюминий 2,3.

Конструкция электролизера напоминает обычную многоанодную ванну

для получения алюминия. Устройство подины аналогично устройству ее в

алюминиевых ваннах с той разницей, что внутренняя боковая футеровка составлена не из угольных плит, а из магнезитового кирпича, что позволяет устранить утечку тока через футеровку. Для отвода тока от слоя рафинированного алюминия в него на 5÷8 см погружены графитированные электроды, защищенные от окисления алюминиевыми кожухами.

Для загрузки алюминия, подлежащего рафинированию, в боковой футе-

ровке сделан карман, футерованный магнезитовым кирпичом и сообщающийся с рабочим пространством ванны на уровне анодного сплава. Процесс рафинирования сводится к растворению из анодного сплава алюминия и более

электроотрицательных примесей − натрия, кальция, магния и др. Более элек-

троположительные примеси − кремний, медь, железо и другие − не растворяются и накапливаются до некоторой концентрации в анодном сплаве.

На катоде идет разряд практически только ионов алюминия. Другие электроотрицательные примеси накапливаются в электролите. Анодный сплав и

электролит периодически заменяют новыми. Выход по току достигает до 98%, а напряжение на ванне 6÷7 В при электродной плотности тока около 0,5 А/см². Одним из возможных способов получения алюминия весьма высокой чистоты может быть дистилляция технического алюминия через его субсоединения (одновалентный алюминий), а также зонная перекристаллизация.