Расплавленный алюминий, извлечённый из электролитической ячейки, содержит различные примеси, поэтому перед литьём его необходимо очистить. В промышленности в основном используются такие методы очистки расплавленного алюминия, как отстаивание, очистка флюсом и газоочистка, а в некоторых случаях для очистки применяются методы направленного затвердевания и фильтрации.
Методы очистки жидкого алюминия
Очистка флюса
Очистка флюса использует добавки, вводимые в расплавленный алюминий, для образования большого количества мелких капель, благодаря чему оксиды, содержащиеся в расплавленном алюминии, смачиваются, поглощаются и растворяются этими каплями, образуя новые капли, которые поднимаются на поверхность и образуют пену, которую удаляют после охлаждения.
Флюс, используемый для очистки, состоит из соли с низкой температурой плавления, низкой плотностью, низким поверхностным натяжением, высокой активностью и сильной адсорбционной способностью в отношении окисленного шлака. При использовании сначала поместите небольшой кусочек флюса в железную корзину, затем опустите её на дно смесительной печи и перемешайте, двигая корзину вперед-назад. После того как флюс израсходован, извлеките железную корзину и дайте ей отстояться в течение 5–10 минут. Удалите наплав с поверхности, предназначенной для литья. При необходимости флюс можно также удалить с поверхности, чтобы покрыть её.
Очистка газа
Очистка газа является основным методом очистки первичного алюминия. В качестве газа используется хлор, азот или смесь хлора и азота.
(1) Очистка газообразного хлора. Раньше в качестве очищающего агента использовался активный газообразный хлор (метод хлорирования). При методе хлорирования, когда газообразный хлор пропускается в расплавленный алюминий, образуется большое количество аномально мелких пузырьков AlCl₃, которые полностью смешиваются с расплавленным алюминием. Растворённый в расплавленном алюминии водород и некоторые механические включения адсорбируются на пузырьках AlCl₃ и удаляются по мере их подъёма к поверхности расплавленного алюминия. При введении газообразного хлора некоторые элементы, имеющие большую отрицательную электронегативность, чем алюминий, — такие как кальций, натрий, магний и т. д., — могут подвергаться хлорированию, в результате чего под действием введенного газообразного хлора они выделяются в виде соответствующих хлоридов. Таким образом, метод хлорирования является весьма эффективным способом первичной очистки алюминия. Расход газообразного хлора составляет 500–700 г на тонну алюминия. Однако, поскольку кислород является ядовитым и дорогостоящим, в целях предотвращения загрязнения воздуха и снижения затрат на производство алюминиевых слитков современная алюминиевая промышленность постепенно отказалась от метода хлорирования и заменила его методом очистки с использованием инертного газа — азота.
(2) Метод очистки азотом. Также известен как метод бесдымной непрерывной очистки; в качестве фильтрующего материала используются шарики из оксида алюминия (418 мм). Азот (N₂) напрямую подается в расплавленный алюминий. Расплавленный алюминий непрерывно подается в очистную печь, проходит через слой фильтрующих шариков из оксида алюминия и промывается азотом, благодаря чему из расплава удаляются неметаллические включения и растворенный водород, после чего расплав непрерывно выводится наружу; при этом мелкие пузырьки азота равномерно распределяются в обрабатываемом расплаве алюминия, оказывая очищающее действие. Азот не загрязняет атмосферу и обладает высокой очистительной способностью. Он позволяет обрабатывать 200–600 кг расплавленного алюминия в минуту, а потери алюминия, вызванные процессом очистки, относительно невелики, поэтому в настоящее время этот метод широко используется. Однако он не так эффективен в удалении кальция, натрия и магния из расплавленного алюминия, как газообразный хлор.
(3) Метод очистки смешанным газом. Для очистки расплавленного алюминия используется смесь хлора и азота. Её роль заключается, с одной стороны, в удалении водорода и отделении оксидов, а с другой — в удалении некоторых металлических примесей (таких как магний) из алюминия. Обычно используется смесь в соотношении 90% азота + 10% хлора. Также применяется состав 10% хлора + 10% углекислого газа + 80% азота. Такой состав обеспечивает лучший эффект, поскольку углекислый газ способствует хорошей диффузии хлора и азота, что позволяет сократить время операции.
