Электролитическое рафинирование алюминия

Для получения алюминия высокой чистоты применяют электролитическое рафинирование. Различными исследователями было предложено несколько методов электролитического рафинирования алюминия. В настоящее время промышленное применение получил так называемый трехслойный способ, подробно изученный советскими учеными (В. М. Гуськовым и др.). Рафинирование алюминия осуществляют в расплавленной среде, анодом является сплав загрязненного алюминия с тяжелым металлом, катодом — чистый алюминий. Между анодным сплавом и катодом расположен слой электролита, состоящего из безводных фтористых и хлористых солей. Плотность электролита при температуре процесса должна быть больше, чем плотность чистого алюминия, но меньше, чем у анодного сплава.

Рис. Электрическая печь сопротивления САН-15 для плавки алюминия и его сплавов

В качестве электролита обычно применяют смесь солей: 60% ВаСl₂, 23% AlF₃ и 12—17% NaF, плотность которой в условиях процесса составляет 2,7 г/см³ (плотность чистого алюминия в этих условиях равна 2,35 г/см³). На некоторых заводах в электролит добавляют до 4% NaCl для увеличения его электропроводности. Температура плавления такого электролита составляет 720—730° С. Иногда используют электролиты, в которых вместо ВаСl₂вводят BaF₂, но в уменьшенной пропорции.

Лучший утяжелитель для анодного сплава — медь; при содержании меди не менее 30% предупреждается всплывание анодного сплава со дна электролизера (плотность анодного сплава 3,0—3,5 г/см³).

Рафинирование алюминия трехслойным способом сходно с электролитическим рафинированием меди и отличается от него тем, что протекает не в водном растворе, а в расплавленных солях и не с твердыми, а с жидкими электродами. Перенос тока при электролитическом рафинировании алюминия сводится к образованию у анода ионов алюминия, которые, направляясь к катоду, выделяются в виде металлического алюминия. Суммарно процесс может быть выражен следующими двумя уравнениями: на аноде

[Al_ж] — 3е → Аl³⁺,

на катоде

Аl³⁺ + 3е → Аl_ж

Вол ее электроположительные примеси, чем алюминий, не могут перейти из анода в электролит, пока в анодном сплаве достаточно алюминия. Примеси более электроотрицательные, чем алюминий переходят из анода в электролит, но не могут выделиться на катоде до тех пор, пока концентрация ионов алюминия в электролите у катода не уменьшится. Это объясняется тем, что потенциал выделения этих примесей выше, чем у алюминия.

На рис. 2 показан электролизер для трехслойного рафинирования. В анодный сплав периодически через специальный «карман» добавляют черновой алюминий, а накапливающийся на катоде чистый алюминий вычерпывают из ванны. В анодном слое и электролите постепенно накапливаются примеси. Допустимое содержание железа в анодном сплаве—до 7%, кремния—до 8%.

При значительном повышении их концентрации возникает опасность загрязнения катодного алюминия. Во избежание этого анодный сплав и электролит периодически меняют.

Электролиз ведут при температуре 780—800° С. Высоту слоя анодного сплава в ванне поддерживают около 200—250 мм, а высоту электролита 120—150 мм. Рекомендуется всегда иметь на катоде слой металла толщиной не менее 100 мм. Во избежание окисления катодного металла его засыпают сверху тонким слоем порошкообразного электролита. Напряжение в ванне поддерживают в пределах 5,5—6 В. При этом может быть получен алюминий чистотой до 99,995%.

Электролитическое рафинирование обходится дорого и поэтому применяется в относительно небольших масштабах, так как при этом на 1 т металла дополнительно расходуется 17,5— 18,5 тыс. кВт электроэнергии.

Неоднократно делались попытки разработать другие методы рафинирования алюминия. Было предложено несколько способов

Рис. 2. Электролизер электролитического рафинирования алюминия

1-газоотсосный желоб; 2 ~ алюминиевая крышка: 3- кожух; 4 — кирпичный столб-5 — токоподводящая стальная шина; 6 — подина из угольных блоков 7-подушка из угольной массы; 8- термоизоляция; 9 — шамотный кирпич; 10 — кожух, 11- загрузочный карман; 12 — футеровка шахты магнезитовым кирпичом; 13 — шинопровод, 14 — графитированныи электрод

экстрагирования алюминия металлами, кипящими при низких температурах (цинком, магнием, ртутью). Наиболее приемлемым из них является магниевый способ, описанный ниже.

 

Статья на тему Электролитическое рафинирование алюминия