Очистка алюминия от примесей

Для очистки от неметаллических и газообразных примесей, а также от соединений натрия, магния и кальция расплавленный алюминий продувают хлором и отстаивают в электропечах. При этом идет реакция:

2Al + 3Cl₂  2AlCl₃

процесс идет при температуре 700 ⁰С. В этих условиях AlCl₃ находится в газообразном состоянии. При прохождении через расплавленный алюминий пузырьков AlCl₃ они адсорбируются на частицах глинозема, фторидах металлов и угле. Пузырьки вместе с твердой фазой поднимаются наверх и образуют на поверхности рыхлый серый слой, который удаляют. Кроме того, пропускание хлора способствует удалению газов из металла. После очистки содержание Al составляет 99,5 – 99,8 %. Для большинства потребителей он пригоден, но иногда требуется более чистый алюминий, и тогда его подвергают более глубокой очистке зонной плавкой, либо дистилляцией через субсоединения.

Зонная плавка

Зонная плавка основана на том, что растворимость примесей в твердом металле ниже, чем в расплавленном. Для зонной плавки из алюминя отливают прутки диаметром 15-20 мм и длиной 250-300 мм. Один пруток кладут в лодочку из очень чистого графита. Лодочку помещают в кварцевую трубку, в которой создают вакуум ( остаточное давление 10^-4 мм.рт.ст. ) – для предотвращения окисления алюминия.

Вокруг кварцевой трубки помещают кольцевой индуктор, соединенный с источником электрического тока высокой частоты. Под индуктором пруток расславляется, и возникает зона жидкого алюминия.

Индуктор передвигают вдоль прутка со скоростью 1мм/мин. После 10-15 прогонов пруток извлекают и 80-100 мм отрезают. Остальная часть содержит 99,9999% Алюминия.

Дистилляция через субсоединения

Очистка через субсоединения протекает при пропускании парообразного хлорида или фторида алюминия над расплавленным алюминием при температуре более 1000⁰С. В этих условиях алюминий взаимодействует с хлоридом алюминия по реакции:

AlCl₃ + 2Al ↔ 3AlCl

При понижении температуры до 700-800⁰С идет обратная реакция, то есть AlCl разлагается на металлический Al и AlCl₃ . Примеси не перегоняются. Содержание алюминия после очистки этим методом составляет 99,99999 %.

Источники пылегазообразования и очистка отходящих газов

В процессе добычи и транспортировки бокситов образуется сухая пыль, очистку от которой ведут с использованием циклонов, пылеосадительных камер, рукавных фильтров. Мокрое пылеулавливание не используется, т.к. получается вязкий шлам, который трудно удалять.

При производстве глинозема источником образования пыли являются печи обжига гидроксида алюминия. Количество пыли достигает 50 % от массы готового продукта. Содержание пыли составляет 10-25 г/м³. Для очистки используют батарейные циклоны и сухие электрофильтры. Причем циклоны устанавливают непосредственно над печами, и уловленная пыль возвращается на обжиг. Пыль из электрофильтров тоже возвращают в печь.

При электролизе из ванн выделяются газы, содержащие HF, CO, CO₂ , пыль. Электролизеры снабжены системами газоотвода. Газы очищают двумя способами:

Мокрый способ

Газы подают в скруббер, который орошается известковым молоком или раствором соды. При этом идут следующие реакции:

Са(ОН)₂ + 2HF  CaF₂↓ + 2H₂O

Na₂CO₃ + 2HF  2NaF + H₂O + CO₂

Этим методом улавливается 97 % HF. Полученный плавиковый шпат и раствор фтористого натрия используют для получения криолита и фтористых солей.

Сухой способ

Используются сухие скрубберы. Улавливающей средой служит глинозем, который может адсорбировать до 4 % HF от своей массы. Глинозем вводят в поток газа через сопла или используют скрубберы с кипящим слоем. Эффективность удаления HF не менее 99 % . Остаточная концентрация HF не более 1 мг/м³. Использованный глинозем направляют в электролизер, а газы после скрубберов направляют в электрофильтры и рукавные фильтры для очистки от пыли.