ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Рафинирование алюминия из "Прикладная электрохимия Издание 3" Извлекаемый из электролизных ванн алюминий часто не является конечным продуктом, его называют алюминием-сырцом или черновым алюминием. Он содержит виде примесей газьь (Нг), глинозем, карбид и нитрид алюминия, углерод и некоторые металлы (кремний, железо, медь). В зависимости от чистоты исходных материалов содержание примесей в алюминии составляет 0,15—0,50%. Примеси ухудшают механические свойства алюминия и его коррозионную стойкость, а также снижают его электропроводимость. [c.475] Более чистый товарный продукт получают из алюминия-сырца в разливочном цехе, где алюминий-сырец очищают от газовых и неметаллических включений и примесей металлов и отливают в виде слитков-чушек. [c.475] Для очистки от включений натрия и других щелочных и щелочноземельных металлов жидкий алюминий может подвергаться хлорированию, что осуществляется иногда непосредственно а ковшах, в которых алюминий доставляют из цеха электролиза в разливочный цех путем пропускания газообразного хлора через расплавленный металл. Эти активные металлы в первую-очередь соединяются с хлоро м и в виде хлоридов всплывают на поверхность расплавленного алюминия. [c.475] Для дополнительной очистки от газов и неметаллических примесей хлорированный металл подают в отстойники — электрические печи-миксеры, где не только удаляются включения, но и усредняется состав алюминия, полученного в разных ваннах. Отстаивание ведут 30—45 мин при 700—730°С. Затем металл из печей направляют в изложницы разливочной машины для непрерывной отливки чушек массой 15 кг или в формы для отливки ваербарсов массой 35 кг. [c.476] На современных заводах повышение чистоты первичного алюминия достигают посредством продувки газами, вакуумиро-ванием, обработкой флюсами. Известно комбинированное рафинирование, в котором совмещена продувка газом, вакуумиро-вание и восстановление. Вакуумирование алюминия миксере непосредственно перед разливкой считается наиболее надежным способом удаления водорода. [c.476] В рафинировочных печах для лучшего усреднения состава расплавленного металла и выравнивания его температуры применяют электромагнитное перемешивание. Разработаны конструкции электромагнитных насосов и желобов для создания циркуляции металла в печи и подачи его к разливочным устройствам. В качестве датчика в системах автоматического управления уровнем металла в литейных машинах применяют радио-изотопный уровнемер. [c.476] В соответствии с требованиями ГОСТ 11069—74 предусмотрен выпуск алюминия различных марок. В процессе электролиза получают алюминий технической чистоты 99,5—99,85% А1. Металл высокой чистоты (99,95—99,995% А1) получают путем электролитического рафинирования технического металла, а металл особой чистоты (не менее 99,999% А1)—в результате специальной очистки. [c.476] Процесс промышленного электролитического рафинирования осуществляется в электролизере, особенностью которого является наличие в нем трех жидких слоев. Нижний слой служит анодом. Он состоит из рафинируемого алюминия, в который с целью его утяжеления добавляют 30—40 масс. % меди. При анодной поляризации медь в этих условиях не растворяется. Плотность анодного сплава должна быть выше 3,0-10 кг/м . [c.476] В процессе электролиза такие примеси в рафинируемом металле, как Си, Ре, 51, 2п, Т1, остаются в анодном сплаве, На, Са, Mg переходят в электролит. [c.477] Электролизер для рафинирования алюминия (рис. 5.16) имеет стальной кожух, укрепленный ребрами жесткости, угольную подину и катодное устройство для подведения тока к верхнему слою и футерован магнезитовым кирпичом 5, что исключает утечку тока с его боковой поверхности. Подина не отличается по устройству от подины электролизера для производства алюминия. Она сложена из обожженных подовых блоков с залитыми в них стальными стержнями. Ток к верхнему слою алюминия подводится с помощью графитовых электродов 3, снабженных алюминиевой рубашкой для защиты от окисления. Б одном из торцов электролизера имеется загрузочный карман для заливки анодного сплава. Для выгрузки рафинированного алюминия высокой чистоты используют вакуум-ковш. [c.477] Высота слоя анодного сплава 13—17 см. Оптимальная температура процесса рафинирования алюминия 760—800 °С. Среднее напряжение на ванне 5,4—5,7 В. [c.477] Выход алюминия по току при рафинировании в промышленных условиях (плотность тока 4,5—7,5 кА/м ) составляет 95— 98%. Он не достигает 100% вследствие окисления расплавленного алюминия на поверхности, механических потерь алюминия и отчасти из-за выделения на катоде вместе с алюминием бария и натрия, обладающих более электроотрицательным потенциалом. [c.477] Срок работы электролизера 4—5 лет. Современные промышленные ванны для получения рафинированного алюминия рассчитаны на силу тока 25—70 кА. Удельный расход электроэнергии постоянного тока 17370—19830 кВт-ч/т. Расход материалов на получение 1 т рафинированного алюминия составляет ( кг) алюминий-сырец 1020—1030, графит 12—17, медь 10—16, хлорид бария 27—41, криолит 16—23, фторид алюминия 4—13. [c.477] Электролитическое рафинирование алюминия является одним из наиболее энергоемких процессов в металлургии легких металлов, причем 93—95% используемой энергии расходуется на поддержание теплового режима электролизера. Независимо от мощности электролизеров 65—75% потерь тепла происходит через верх электролизера, а падение напряжения в электролите составляет 80—85% в общем балансе омического падения напряжения на электролизере. Следовательно, основными определяющими факторами удельного расхода электроэнергии являются высота слоя электролита (падение напряжения в электролите пропорционально высоте его слоя) и теплоизоляция верха электролизера. [c.478] Для сохранения теплового баланса электролизера и снижения тепловых потерь необходимо снизить греющее напряжение, уменьшив слой электролита и повысив его электропроводимость. Практика показывает, что с уменьшением слоя электролита снижается качество получаемого металла, так как возрастает вероятность попадания анодного сплава в катодный металл. [c.478] В настоящее время имеется тенденция к увеличению мощности электролизеров так, выполнен проект электролизера на 100 кА. [c.478] Важными задачами являются снижение удельного расхода электроэнергии и изыскание новых футеровочных материалов взамен магнезита, обеспечивающих повышение срока службы электролизеров и уменьшение перехода примесей в алюминий. [c.478] Для производства полупроводниковых материалов требуется алюминий чистотой 99,9999—99,999990% А1, что не достигается при электролитическом рафинировании. Глубокую очистку алюминия осуществляют с помощью зонной плавки или дистилляции через субфторид. Очистка путем зонной плавки основана на различной растворимости примесей в твердом и жидком алюминии. При затвердевании кристаллы алюминия содержат меньше примесей, чем жидкая фаза. [c.478] Метод дистилляции алюминия основан на взаимодействии алюминия с А1Рз при высокой температуре (1000—1050 °С) с образованием летучего монофторида. Парообразный А1Р, попадая затем в холодную зону (700—800 °С), распадается. [c.478] В ФРГ для получения металла чистотой 99,999% используют процесс электролитического рафинирования в органических средах. Для обеспечения чистоты 99,9999% проводят дополнительную зонную перекристаллизацию. Первый процесс протекает в электролите, содержащем А1Рз-2А1(С2Н5)з и толуол (1 1), при 100°С. Катодная плотность тока 30 А/м и напряжение на ваннах 1,0—1,5 В, межэлектродное расстояние 3 см, выход по току близок к 100%. Процесс проводят в атмосфере азота. Рабочая ванна погружена в масляный термостат. При превышении плотности тока или понижении температуры металл может осаждаться на катоде в виде дендритов, вызывающих короткое замыкание. [c.478] Вернуться к основной статье