§ 5. Рафинирование алюминия

Алюминий, извлекаемый из электролизных ванн, называют алюминием-сырцом. Он содержит металлические (Fe, Si, Cu, Zn и др.) и неметаллические примеси, а также газы (водо­род, кислород, азот, оксиды углерода, сернистый газ). Неметаллические примеси— это механически увлеченные час­тицы глинозема, электролит, частицы футеровки и др.

Для очистки от механически захваченных примесей, раст­воренных газов, а также от Na, Ca и Mg алюминий подвер­гают хлорированию. Для этого в вакуум-ковш вводят трубку, через которую в течение 10—15 мин подают газообразный хлор, причем для увеличения поверхности соприкосновения газа с металлом на конце трубки крепят пористые керами­ческие пробки, обеспечивающие дробление струи газа на мелкие пузырьки. Хлор энергично реагирует с алюминием, образуя хлористый алюминий А1С1₃. Пары хлористого алюми­ния поднимаются через слой металла и вместе с ними всплы­вают взвешенные неметаллические примеси, часть газов и образующиеся хлориды Na, Ca, Mg и Н₂.

Далее алюминий заливают в электрические печи-миксеры или в отражательные печи, где в течение 30—45 мин проис­ходит его остаивание. Цель этой операции — дополнительное очищение от неметаллических и газовых включений и усред­нение состава путем смешения алюминия из разных ванн. Затем алюминий разливают либо в чушки на конвейерных раз­ливочных машинах, либо на установках непрерывного литья в слитки для прокатки или волочения. Таким образом получают алюминий чистотой не менее 99,8% А1.

744

745

А люминий брлее высокой степени чистоты в промышленном масштабе получают путем последующего электролитического рафинирования жидкого алюминия по так называемому трех­слойному методу. Электролизная ванна имеет стенки из маг­незита, угольную подину (анод) и подвешенные сверху гра-фитированные катоды. На подину через боковое отверстие порциями заливают исходный алюминий, поддерживая здесь анодный слой,определенной толщины; выше него располагает­ся слой электролита из фтористых и хлористых солей, а над электролитом— слой очищенного алюминия, который легче электролита; в этот слой погружены концы катодов.

Для того, чтобы рафинируемый алюминий находился внизу, его утяжеляют, формируя в анодном слое сплав алюминия с медью (в слое растворяют 30—40% Си). В процессе электро­лиза ионы А1³⁺ перемещаются из анодного слоя через слой электролита в катодный слой и здесь разряжаются. Накап­ливающийся на поверхности ванны чистый катодный металл вычерпывают и разливают в слитки. Этим способом получают алюминий чистотой 99,95-99,99%. Расход электроэнергии равен ~ 18000 кВт - ч на 1т алюминия. Более чистый алюминий получают методом зонной плавки или дистилляцией через субгалогениды.

Глава 5. Получение других цветных металлов

Для производства других цветных металлов— свинца, олова, цинка, вольфрама и молибдена пользуются некоторыми техно­логическими приемами, рассмотренными выше, но естествен­но, что схемы производства этих металлов и агрегаты для их получения имеют свои особенности.

Следует коротко остановиться на довольно распростра­ненном хлоридном способе получения металлов, что можно сделать на примере производства таких металлов, как маг­ний и титан, имеющих большое значение в промышленности.

Я. ОСНОВЫ ХЛОРИДНЫХ МЕТОДОВ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛОВ

Хлор обладает большим химическим сродством к металлам и при определенных условиях может вытеснить кислород из 746

оксидов с образованием хлоридов. Процесс значительно облегчается в присутствии углерода, так как в этом случае кислород соединяется с углеродом. Например, применительно к двухвалентному металлу возможны следующие процессы:

1. МеО + С1₂ = МеС1₂ + l/20_a - Q,;

2. МеО + Cl₂ + С = МеС1₂ + СО - Q₂.

При этом Q₂ < Q, (по абсолютному значению), и даже в некоторых случаях процесс, протекающий по второй реакции, экзотермичен. Следует подчеркнуть, что и реакции первого типа протекают при более низких температурах, чем анало­гичные реакции восстановления оксидов углеродом. Важным обстоятельством является то, что хлориды обычно образуют­ся в газообразном состоянии, легко уводятся из процесса, а процесс производства карбидообразующих металлов хлорид-ным методом в отличие от восстановления углеродом обеспе­чивает получение малоуглеродистого продукта. В некоторых случаях хлориды находятся в недрах земли или в соленых водоемах. Из хлоридов металлы получают восстановлением или же электролизом из расплавов.