Рафінування методом тришарового електролізу

Отрімання рафінованого алюмінію

Оськільки для деяких цілей ступінь очищення промислового алюмінію (Al 99,5 — Al 99,8), отриманого електролізом криолитоглиноземного розплаву, недостатній, то з промислового алюмінію або відходів металу шляхом рафінування отримують ще чистіший алюміній (Al 99, 99 R). Найбільш відомий метод рафінування — тришаровий електроліз.

Одягнена сталевим листом, ванна, що працює на постійному струмі (представлена на малий. 4), для рафінування складається з вугільної подіни з токопідводами і теплоізоізолюючим магнезитовим футеруванням. У протилежність електролізу криолитоглиноземного розплаву анодом тут служить, як правило, розплавлений метал, що рафінується (нижній анодний шар). Електроліт складається з чистих фторидів або суміші хлориду барія і фторидів алюмінію і натрію (середній шар). Алюміній, що розчиняється з анодного електроду в електроліті, виділяється над електролітом (верхній катодний шар). Чистий метал служить катодом. Підведення струму до катодного електроду здійснюється графітовим електродом.

Ванна працює при 750-800°С, витрата електроенергії складає 20 кВтМч на 1 кг чистого алюмінію, тобто декілька вище, ніж при звичайному електролізі алюмінію.

Метал аноду містить 25-35% Cu; 7-12% Zn; 6-9% Si; до 5% Fe і незначну кількість марганцю, нікелю, свинцю і олова, останнє (40-55%) — алюміній. Всі важкі метали і кремній при рафінуванні залишаються в анодному шарі. Наявність магнію в електроліті приводити до небажаних змін складу електроліту або до сильного його ошлакування. Для очищення від магнію шлаки, що містять магній, обробляють флюсами або газоподібним хлором.

При цьому більш електропозитивні домішки заліза, кремнію, міді та ін. залишаються і накопичуються в анодному сплаві (нижній шар), а більш елек­тронегативні (натрій, барій, кальцій, ін.) - переходять в електроліт(верхній шар).З середнього шару відводится рафінований алюміній.

В процесі електролізу вміст алюмінію в анодному сплаві безпе­рервно зменшується (А1 - 3е А1³⁺), а кількість катодного металу відповідно зростає (А1³⁺ + 3е —> А1). Для підтримання нормального режиму роботи рафінувального електролізера в анодний сплав вво­дять нові порції алюмінію технічної чистоти.

У результаті рафінування отримують чистий алюміній (99,99%) і продукти сегрегації (зайгер-продукти), які містять важкі метали і кремній і виділяються у вигляді лужного розчину і кристалічного залишку. Лужній розчин є відходом, а твердий залишок застосовується для розкислювання.

Рафінованій алюміній має зазвичай наступний склад %: Fe 0,0005-0,002; Si 0,002-0,005; Cu 0,0005-0,002; Zn 0,0005-0,002; Mg сліди; Al останнє.

Рафінованій алюміній переробляють в напівфабрикат у вказаному складі або легують магнієм (див. табл. 1.2.).

Рис.4. Схема електролизеру з переднім горном для рафінування алюмінію (по Фульда-Гінзбергу): 1-алюмінієвий розплав; 2 – електроліт; 3 – рафінований алюміній високої чистоти; 4 – катод з графіту; 5 – магнезітова стінка, 6 – передній горн; 7 – ізолюючий шар; 8 – бокова ізоляція; 9 – вуглецева подіна; 10 – анодний стомупідвід; 11 – ізоляція подіни; 12 – залізний короб; 13 – кришка

ТАБЛІЦЯ 1.2. Хімічній склад алюмінію підвищеної чистоти і первинного алюмінію по DIN 17122, лист 1.

Марка	Номер	Допустимі домішки*
		всього	зокрема
			Si	Fe	Ti	Cu	Zn	інші
A199,99R	3.0400	0,01	0,006	0,005	0,002	0,003	0,005	0,001
A199,9H	3.0300	0,1	0,050	0,035	0,006	0,005	0,04	0,003
A199,8H	3.0280	0,2	0,15	0,15	0,03	0,01	0,06	0,01
A199,7H	3.0270	0,3	0,20	0,25	0,03	0,01	0,06	0,01
A199,5H**	3.0250	0,5	0,30	0,40	0,03	0,02	0,07	0,03
A199H		3.0200	1,0	0,5	0,6	0,03	0,02	0,08	0,03
* Наськільки можливо визначити звичайними методами дослідження. ** Чистій алюміній для електротехніки (алюмінієві провідники) поставляють у вигляді первинного алюміній 99,5, такого, що містить не більше 0,03% (Ti + Cr + V + Mn); позначається в цьому випадку E-A1, номер матеріалу 3.0256. У останньому відповідає нормам VDE-0202.

Рафінування шляхом алюмоорганических комплексних з'єднань і зонною плавкою (для ознайомлення)

Алюміній ступеня чистоти вище мазкі A1 99,99 R може бути отриманий рафінуючим електролізом чистого або технічно чистого алюмінію із застосуванням як електроліт комплексних алюмоорганических з'єднань алюмінію. Електроліз проходити при температурі біля 1000°С між твердими алюмінієвими електродами і у принципі схожий з рафінуючим електролізом міді. Природа електроліту диктує необхідність працювати без доступу повітря і при низькій щільності струму.

Цей вид рафінуючого електролізу, вживаним спочатку лише в лабораторному масштабі, вже здійснюється в невеликому виробничому масштабі — виготовляється декілька тонн металу в рік. Номінальній ступінь очищення отримуваного металу 99,999-99,9999%. Потенційнімі областями застосування металу такої чистоти є криогенна електротехніка і електроніка.

Можліве застосування розглянутого методу рафінування і у гальванотехніці.

Ще вищу чистоту — номінально до A1 99,99999 — можна отримати подальшою зонною плавкою металу. При переробці алюмінію підвищеної чистоти в напівфабрикат, лист або дріт необхідно, враховуючи низьку температуру рекристалізації металу, приймати особливі запобіжні засоби. Прімітною властивістю рафінованого металу є його висока електропровідність в області криогенних температур.

Дата добавления: 2014-12-23