Очистка алюминия методом рафинирования с использованием флюса

Очистка алюминия: На поверхности алюминиевого материала имеется неравномерная оксидная пленка, которая иногда впитывает влагу, загрязняется пылью и маслом, а также покрыта краской. При плавке алюминий подвергается дальнейшему окислению в условиях высокой температуры, толщина оксидной пленки увеличивается, и она вступает в реакцию с водой из атмосферы с образованием оксида алюминия и водорода, что приводит к увеличению количества оксидных включений и содержания газа. Поэтому после плавки алюминия его необходимо очистить для удаления примесей и газов из расплава.

Очистка алюминия

Атомарный водород, растворенный в расплавленном алюминии, может объединяться в молекулы водорода на поверхности твердых материалов с низкой свободной энергией. Поэтому большая часть поверхности частиц оксида адсорбирует водород, выпавший из расплава. При химической реакции алюминия с влагой также образуется оксид алюминия, что также является источником адсорбции водорода на поверхности оксида алюминия. Производственная практика доказала, что чем больше в алюминии окисляющих примесей, тем больше в нём водорода.

Содержание

Очистка алюминия

Вещества, используемые при очистке алюминия, в совокупности называются флюсами. При комнатной температуре флюсы в основном находятся в твёрдом или газообразном состоянии, однако некоторые из них, например CCl₄, имеют жидкое состояние. Преимущества гранулированный флюс без содержания натрия имеют небольшие размеры, их легко транспортировать и хранить, однако все они обладают высокой гигроскопичностью и должны быть герметично упакованы. Для повышения эффективности очистки с помощью твердого флюса его можно спрессовать в компактные небольшие кусочки, обернуть в алюминиевую фольгу и поместить на дно ванны расплава с помощью контейнера с длинной ручкой. Что касается флюса на основе смеси солей NaCl и KAl, сначала смесь солей можно расплавить в соответствии с заданным соотношением, а затем добавить огнеупорные компоненты, такие как Na₃AlF₆. После перемешивания и охлаждения смесь переливают в герметичный железный ящик. Перед использованием флюс следует хранить в сухом месте с повышенной комнатной температурой, например, рядом с печью. Обычно после плавления алюминия порошкообразный флюс, смешанный в соответствии с пропорцией, рассыпают на поверхность плавильной ванны, а затем жидкий алюминий перемешивают инструментом с длинной ручкой, чтобы способствовать всплыванию золы. В процессе перемешивания часть флюса попадает внутрь ванны расплава и вступает в химическую реакцию с жидким алюминием, образуя газообразное вещество, нерастворимое в алюминии, которое при подъеме пузырьков выполняет функцию дегазации и удаления золы. Наиболее часто используемым флюсом является порошок, состоящий из 2 частей криолита, смешанного с 1 частью хлорида аммония.

Очистка алюминия

Хлор является наиболее эффективным газовым флюсом для очистки расплавленного алюминия. Хлор и алюминий образуют газообразное соединение AlCl₃, которое поднимается со дна расплава к поверхности в виде мелких пузырьков в расплавленном алюминии. Во время подъёма частицы оксида алюминия прилипают к поверхности пузырька, а водород, содержащийся в расплавленном алюминии, диффундирует в пузырек и поднимается вместе с ним. Таким образом, хлор способен удалять как золу, так и газ. Однако хлор токсичен, поэтому его чаще всего заменяют смесью, состоящей из 90% азота и 10% хлора. В качестве твёрдого флюса обычно используются смеси солей, таких как NaCl, KCl, CaF₂, Na₃AlF₆ и Na₂SiF₆, температура плавления которых ниже, чем у алюминия. Флюс, используемый для плавки алюминиево-магниевых сплавов, не должен содержать Na. В качестве флюса также можно использовать твердые вещества C₂Cl₆ и CCl₄, которые при высокой температуре могут разлагаться и выделять хлор. Некоторые флюсы, такие как K₂TiF₆ и KBF₄, также обладают эффектом утончения зерна.

Для повышения эффективности очистки пузырьки, образующиеся под действием флюса, должны рассеиваться и проходить через ванну расплава снизу вверх. Флюс должен быть сухим. Содержание водорода после очистки алюминия должно составлять менее (0,15–0,20) мл/0,1 г (Al). Для продукции с более высокими требованиями содержание водорода должно быть менее (0,1–0,15) мл/0,1 г (Al). Глинозем нерастворим в расплавленном алюминии. Частицы глинозема распределены в расплавленном алюминии неравномерно, и точно определить данные об их содержании затруднительно. Определённое экспериментально содержание оксида алюминия составляет от 0,003% до 0,04%. После того как расплавленный алюминий, вытекающий из печи или статической печи, проходит фильтрацию через стеклоткань, пористую огнеупорную трубу и пенокерамику, из него можно дополнительно удалить окисленные примеси, что также оказывает определенное влияние на снижение содержания водорода.