Для того чтобы получить алюминий высоких марок (более чистый) в промышленных масштабах, принято проводить рафинирование данного металла. Дело в том, что непосредственно сырец (так принято в металлургии называть алюминий, который изначально получают в электролизных ваннах) содержит немало примесей, негативно влияющих на его качество и прочностные характеристики.
Они могут быть металлическими (железо, медь) и неметаллическими (азот, водород, окиси углерода), которые появляются от контакта с футеровкой печи, из добавленного флюса. В процессе выплавки избавиться от них реально только с проведением отдельной чистки, которая и называется рафинированием алюминия.
Суть рафинирования и технология основного электролитического метода
Алюминий и его сплавы рафинируют в расплавленной среде. В качестве анода выступает непосредственно загрязнённый сплав, который предстоит очистить, а в виде катода используется чистый рафинированный металл. Между катодом и анодом должен быть слой электролита (для него используются хлористые соли, бывает и фтористые).
В процессе рафинирования алюминиевых сплавов важно чтобы был задействован такой электролит, у которого плотность выше, чем у катода, и ниже, чем у анода. Чтобы добиться нахождения алюминия в нижней части, его можно утяжелить, добавив для этого в анодный слой алюминиево-медный сплав. Далее в ходе электролиза ионы алюминия постепенно переходят в анодный (очищенный) слой, где разряжаются. Далее остается слить катодный слой через верхний желоб и разлить в алюминиевые чушки (слитки).
За счет рафинирования удается получить металл, очищенный до такого состояния, что в нём доля алюминия составляет 99,95-99,99%. Метод довольно эффективный, только энергозатратный (на обработку 1 т металла идет 18 тыс. кВт).
Выше описана очистка трёхфазная, электролитическим способом. Это лучший вариант для предприятий, специализирующихся на получении первичного алюминия. Также в металлургической промышленности есть другие способы рафинирования алюминия, подходящие в частности для тех предприятий, где работают с вторичными сплавами.
Обзор других способов рафинирования алюминия
Для очищения вторичного Al есть способы:
- магниевого рафинирования;
- дистилляция через субфторид алюминия;
- зонная перекристаллизация.
Последний позволяет получить более чистый по составу металл. Суть технологии основана на том, что примеси неодинаково распределяются между жидкой и твёрдой фазой. Если кратко, то процесс перекристаллизации проводят так: алюминиевый слиток помещается в графитовую лодочку, затем — в кварцевую трубку, где образован вакуум. Вдоль трубки подается нагрев, за счет чего образуется узкая расплавленная зона. Переплавка проводится беспрерывно до 15 раз. В итоге примеси смещаются к краям трубки, а по центру остается очищенный металл.
Результативно также рафинирование хлорированием. При нем в вакуум-ковш вводится трубка для подачи хлора. Этот газ вступает в активную реакцию, образуя хлориды, которые поднимаются вверх.
