Akı Arıtma Yöntemiyle Alüminyumun Saflaştırılması

Alüminyumun arıtma işlemi: Alüminyum malzemenin yüzeyinde düzensiz bir oksit tabakası bulunur; bu tabaka bazen nemi emer, toz ve yağla karışır ve boya ile kaplanır. Erime sırasında alüminyum malzeme, yüksek sıcaklık ortamında daha da oksitlenir ve oksit tabakasının kalınlığı artar; ayrıca atmosferdeki suyla reaksiyona girerek alüminyum oksit ve hidrojen oluşturur, bu da oksit kalıntılarını ve gaz içeriğini artırır. Bu nedenle, alüminyum malzeme eritildikten sonra, alüminyum sıvısının içindeki safsızlıkları ve gazları gidermek için arıtılması gerekir.

Alüminyumun Arıtma İşlemi

Erimiş alüminyumda çözünmüş atomik hidrojen, serbest enerjisi düşük olan katı malzemelerin yüzeyinde hidrojen moleküllerine birleşebilir. Bu nedenle, oksit parçacıklarının yüzeyinin büyük bir kısmı, eriyikten çöken hidrojeni adsorbe eder. Alüminyum nemle kimyasal olarak reaksiyona girdiğinde alüminyum oksit de oluşur ve bu, alüminyum oksit yüzeyinde hidrojen adsorpsiyonunun kaynağıdır. Üretim uygulamaları, alüminyumda oksitleyici kirlilikler ne kadar fazla olursa, hidrojen içeriğinin de o kadar fazla olduğunu kanıtlamıştır.

Alüminyumun Arıtma İşlemi

Alüminyumun saflaştırma işleminde kullanılan maddelere topluca “akışkan” denir. Akışkanlar oda sıcaklığında çoğunlukla katı veya gaz halindedir; CCl₄ gibi bazı akışkanlar ise sıvıdır. Avantajları şunlardır: sodyum içermeyen granül akı Küçük boyutludurlar, taşınması ve depolanması kolaydır, ancak hepsi güçlü higroskopik özelliğe sahiptir ve sızdırmaz şekilde paketlenmeleri gerekir. Katı akışkanın arıtma etkisini artırmak amacıyla, akışkan kompakt küçük parçalar halinde sıkıştırılabilir, alüminyum folyoya sarılabilir ve uzun saplı bir delme kabı içinde erimiş metal havuzunun tabanına yerleştirilebilir. NaCl ve KAl karışık tuzuna dayalı akı için, karışık tuz önce orana göre eritilebilir ve ardından Na3AlF6 gibi refrakter bileşenler eklenir. Karıştırma ve soğutma işleminden sonra, sızdırmaz demir kutuya dökülür. Kullanımdan önce, akı, fırının yanı gibi oda sıcaklığının daha yüksek olduğu kuru bir yerde saklanmalıdır. Genellikle, alüminyum malzeme eritildikten sonra, orana göre karıştırılan toz halindeki akı, erimiş havuzun yüzeyine serpilir ve ardından alüminyum sıvısı, külün yüzeye çıkmasını sağlamak için uzun saplı bir aletle karıştırılır. Karıştırma işlemi sırasında, akışkanın bir kısmı erimiş havuzun içine eklenir ve alüminyum sıvısıyla kimyasal olarak reaksiyona girerek alüminyumda çözünmeyen gaz halindeki bir madde oluşturur; bu madde, kabarcıkların yükselmesi sırasında gaz giderme ve kül giderme rolünü üstlenir. En sık kullanılan akı, 2 birim kriyolit ile 1 birim amonyum klorürün karıştırılmasıyla elde edilen tozdur.

Alüminyumun Arıtma İşlemi

Klor, erimiş alüminyumu arıtmak için en etkili gaz akış maddesidir. Klor ve alüminyum, gaz halindeki AlCl₃'ü oluşturur; bu bileşik, erimiş alüminyumun içindeki ince kabarcıklar şeklinde erimiş alüminyum havuzunun dibinden yüzeye yükselir. Yükselme sırasında alümina parçacıkları kabarcığın yüzeyine yapışır ve alüminyum sıvısındaki hidrojen kabarcığın içine yayılır ve kabarcıkla birlikte yükselir. Bu nedenle klor, hem külü hem de gazı giderebilir. Ancak klor toksik olduğundan, çoğunlukla azot ve klor içeren bir karışımla ikame edilir. Katı akı genellikle erime noktası alüminyumunkinden daha düşük olan NaCl, KCl, CaF2, Na3AlF6 ve Na2SiF6 gibi karışık tuzları kullanır. Alüminyum-magnezyum alaşımlarının eritilmesinde kullanılan akı, Na içermemelidir. Yüksek sıcaklıkta ayrışarak klor salabilen katı C2Cl6 ve CCl4 de akı olarak kullanılabilir. K2TiF6 ve KBF4 gibi bazı akılar, ayrıca tane inceltme etkisine de sahiptir.

Arıtma etkisini artırmak için, akı tarafından oluşturulan kabarcıklar yayılmalı ve erimiş havuzdan aşağıdan yukarıya doğru geçirilmelidir. Akı kuru olmalıdır. Alüminyum arıtma işleminden sonra hidrojen içeriği (0,15~0,20) mL/0,1 g (Al) değerinden az olmalıdır. Daha yüksek gereksinimleri olan ürünler için hidrojen içeriği (0,1~0,15) mL/0,1 g (Al) değerinden az olmalıdır. Alümina, erimiş alüminyumda çözünmez. Alümina parçacıkları erimiş alüminyumda düzensiz bir şekilde dağılmıştır ve bunların içeriğine ilişkin doğru verileri belirlemek zordur. Deneylerle belirlenen alümina içeriği 0,003% ile 0,04% arasındadır. Fırından veya statik fırından akan erimiş alüminyum, cam bez, gözenekli refrakter boru ve köpük seramiklerden süzüldükten sonra, oksitlenmiş safsızlıkları daha da giderebilir ve ayrıca hidrojen içeriğini azaltmada belirli bir etkiye sahip olabilir.