يحتوي سائل الألومنيوم الذي يتم سحبه من الخلية الإلكتروليتية على شوائب متنوعة، لذا يجب تنقيته قبل صبه. وفي هذا المجال الصناعي، تُستخدم بشكل أساسي طرق تنقية سائل الألومنيوم مثل التصفية، واستخدام مادة التسييل، والغاز، بينما يلجأ البعض إلى طرق التصلب الموجه والترشيح لتحقيق التنقية.
طرق تنقية سائل الألومنيوم
تنقية التدفق
تنقية التدفق يستخدم المواد المضافة إلى الألومنيوم المنصهر لتكوين عدد كبير من القطرات الدقيقة، بحيث يتم ترطيب الأكاسيد الموجودة في الألومنيوم المنصهر وامتصاصها وحلها بواسطة هذه القطرات، مما يؤدي إلى تكوين قطرات جديدة ترتفع إلى السطح وتشكل طبقة رغوية يتم إزالتها بعد التبريد.
يتكون مادة التذويب المستخدمة في عملية التنقية من ملح يتميز بدرجة انصهار منخفضة، وكثافة منخفضة، وتوتر سطحي منخفض، ونشاط عالٍ، وقدرة امتصاص قوية للخبث المؤكسد. عند الاستخدام، ضع أولاً قطعة صغيرة من مادة التذويب داخل القفص الحديدي، ثم أدخله في قاع فرن الخلط وقم بتحريكه ذهابًا وإيابًا. بعد انتهاء عملية الصهر، أخرج القفص الحديدي واتركه لمدة 5-10 دقائق. قم بإزالة الرغوة الموجودة على السطح المراد صبه. إذا لزم الأمر، يمكن أيضًا إزالة مادة الصهر الموجودة على السطح لتغطيته.
تنقية الغاز
تنقية الغاز وهي الطريقة الرئيسية لتنقية الألومنيوم الخام. ويُستخدم في هذه العملية غاز الكلور أو النيتروجين أو خليط من الكلور والنيتروجين.
(1) تنقية غاز الكلور. في الماضي، كان غاز الكلور النشط يُستخدم كعامل تنقية (طريقة الكلورة). في طريقة الكلورة، عندما يتم تمرير غاز الكلور عبر الألومنيوم المنصهر، يتولد قدر كبير من مادة AlCl3 الدقيقة بشكل غير عادي وفقاعات، والتي تختلط تمامًا مع الألومنيوم المنصهر. يتم امتصاص الهيدروجين المذاب في الألومنيوم المنصهر وبعض الشوائب الميكانيكية على فقاعات AlCl3 ويتم تصريفها مع صعود فقاعات AlCl3 إلى سطح الألومنيوم المنصهر. وعند إدخال غاز الكلور، يمكن كلورة بعض العناصر الأكثر سالبية من الألومنيوم، مثل الكالسيوم والصوديوم والمغنيسيوم وغيرها، حيث يتم فصلها إلى كلوريدات مقابلة نتيجة لإدخال غاز الكلور. ولذلك، تُعد طريقة الكلورة طريقة فعالة جدًا لتنقية الألومنيوم الأولي. تتراوح كمية غاز الكلور بين 500 و700 غرام لكل طن من الألومنيوم. ومع ذلك، ونظرًا لأن الأكسجين مادة سامة ومكلفة، ولتجنب تلوث الهواء وخفض تكلفة إنتاج سبائك الألومنيوم، فقد تخلت صناعة الألومنيوم الحديثة تدريجيًا عن طريقة الكلورة واستبدلتها بطريقة تنقية باستخدام غاز خامل، وهو النيتروجين.
(2) طريقة تنقية النيتروجين. تُعرف أيضًا باسم طريقة التنقية المستمرة الخالية من الدخان، حيث تُستخدم كرات الألومينا (418 مم) كوسيط ترشيح. يتم تمرير غاز النيتروجين (N₂) مباشرةً إلى الألومنيوم المنصهر. يتم تغذية الألومنيوم المنصهر بشكل مستمر إلى فرن التنقية، ويمر عبر طبقة مرشح كرات الألومينا، ويتم شطفه بالنيتروجين، وبالتالي تتم إزالة الشوائب غير المعدنية والهيدروجين المذاب في الألومنيوم المنصهر، ثم يتم تصريفه بشكل مستمر، بحيث تتوزع فقاعات النيتروجين الدقيقة بالتساوي لتؤدي دورًا تنقيويًّا في سائل الألومنيوم المعالج. لا يسبب النيتروجين أي تلوث للغلاف الجوي، وتتميز قدرته على التنقية بأنها كبيرة. يمكنه معالجة 200~600 كجم من سائل الألومنيوم في الدقيقة، كما أن فقدان الألومنيوم الناتج عن عملية التنقية يكون منخفضًا نسبيًا، ولذلك فإنه يستخدم الآن على نطاق واسع. لكنه ليس بنفس كفاءة غاز الكلور في إزالة الكالسيوم والصوديوم والمغنيسيوم من الألومنيوم المنصهر.
(3) طريقة تنقية الغاز المختلط. يُستخدم خليط من الكلور والنيتروجين لتنقية الألومنيوم المنصهر. ويتمثل دوره في إزالة الهيدروجين وفصل الأكاسيد من ناحية، وإزالة بعض الشوائب المعدنية (مثل المغنيسيوم) الموجودة في الألومنيوم من ناحية أخرى. والتركيبة الشائعة الاستخدام هي 90% نيتروجين + 10% كلور. وهناك أيضًا تركيبة تتكون من 10% كلور + 10% ثاني أكسيد الكربون + 80% نيتروجين. ويكون تأثير هذه التركيبة أفضل، حيث يمكن لثاني أكسيد الكربون أن يوزع الكلور والنيتروجين بشكل جيد، مما يقلل من مدة العملية.
