Расплавленный алюминий, извлекаемый из алюминиевой электролитической ячейки, содержит множество примесей, которые не только ухудшают литейные и технологические характеристики металлического алюминия, но и влияют на качество конечной продукции. Помимо элементов-примесей, сопутствующих осаждению алюминия в процессе электролиза, присутствуют неметаллические твердые примеси (такие как оксиды, карбиды, нитриды и т. д.) и растворенные газы (такие как H₂, CO₂, CO, CH₄). В 100 г расплавленного алюминия при температуре 1273 К растворяется около 0,2–0,4 см³ водорода. Поэтому перед литьем алюминия алюминиевый литейный завод должен применять метод очистки алюминиевого расплава.
В расплаве алюминия водород существует в двух формах: атомарный водород и газообразный водород. Первый растворен в расплаве алюминия, а второй, как правило, адсорбируется на частицах твердых включений и должен быть удален перед литьем слитка. Когда исходный расплав алюминия непосредственно разливают в формы для получения различных заготовок, требования к очистке расплава алюминия становятся более строгими, поскольку поры и шлаковые включения в заготовке напрямую приведут к появлению дефектов в готовой продукции.
Метод очистки расплава алюминия
Обычно применяемые методы очистки расплава алюминия Фильтр CFF метод очистки и метод очистки газа в режиме реального времени установка дегазации, либо сочетание этих двух методов непрерывной очистки вне печи. Кроме того, существуют установки, в которых применяется очистка с использованием флюса.
Метод фильтрации и очистки: метод удаления неметаллических включений из расплавленного алюминия с помощью фильтрующего материала. В качестве фильтрующего материала могут использоваться шарики из корунда, листы из вспененной керамики, микропористые керамические трубки, слои углерода, а также силикатные фильтры из шелкового хлопка, изготовленные при высокой температуре.
Метод газовой очистки представляет собой способ очистки, при котором пузырьки инертного или активного газа пропускаются через расплав алюминия с целью удаления растворенного газа. Могут использоваться как инертные газы, такие как азот и аргон, так и активные газы, например хлор, четыреххлористый углерод и гексахлорэтан. При использовании газообразного хлора пузырьки хлора образуют в расплавленном алюминии дисперсные пузырьки хлорида алюминия, захватывают взвешенные твердые включения, адсорбированные водородом, а затем всплывают на поверхность расплавленного алюминия, откуда их удаляют. Одновременно с этим металлические примеси, такие как литий, калий, кальций, натрий и магний, содержащиеся в расплаве алюминия, могут быть удалены в результате хлорирования.
Однако хлор обладает коррозионными свойствами, приводит к потерям алюминия и загрязнению окружающей среды, поэтому его в основном используют в сочетании с азотом. Содержание хлора, как правило, составляет от 3% до 6% (объемная доля). Кроме того, с целью сокращения количества хлорида алюминия, выбрасываемого в атмосферу, можно использовать метод нанесения хлоридной флюсовой смеси на поверхность алюминия, что позволяет снизить содержание натрия в алюминии до уровня менее 0,001%. Эта жидкая смесь с низким содержанием натрия может использоваться для производства алюминиево-магниевых деформируемых сплавов.
Фильтрация и очистка газов
Метод, сочетающий непрерывную очистку вне печи с фильтрацией и очисткой газа. Расплав алюминия непрерывно подается в очистное устройство под защитой слоя флюса и промывается азотом (или смесью газов). Затем, проходя через слой корундовых шариков, очищенный расплав алюминия выводится через выпускное отверстие. Преимуществом данного метода является возможность непрерывной очистки расплавленного алюминия (200–600 кг в минуту), отсутствие загрязнения окружающей среды азотом, а также более высокая эффективность очистки; степень удаления водорода может достигать 30%–40%.
Метод очистки с использованием флюса может применяться на небольших алюминиевых литейных заводах или в цехах для рафинирования с использованием смеси азота и хлора в плавильной печи, либо для рафинирования с помощью рафинирующего агента и флюса непосредственно в печи. При литье вне печи включения удаляются через фильтрующее сито, и этот метод также дает очень хорошие результаты. В качестве флюса обычно используется смесь нитрата натрия и графита, которая основана на термическом разложении нитрата натрия и его реакции с алюминием с образованием оксидов азота или газообразного азота, что позволяет удалить газообразные примеси.
