Рафінування алюмінію
Середній шар є розплавленим електролітом (суміш фторидів та хлоридів барію, натрію, алюмінію, кальцію, магнію) з щільністю 2,7 10 3 кг/м 3 . Один з можливих складів електроліту (в мас. %): 60BaCl2, 23AlF3, 12 - 17NaF, до 4%NaCl. Температура плавлення такого електроліту 720 – 730С.
Третій, верхній шар являє собою розплавлений рафінований алюміній (щільність 2,35·10 3 кг/м 3 ), який служить катодом.
У процесі електролізу такі домішки в металі, що рафінується, якCu,Fe,Si,Zn,Ti, залишаються в анодному сплаві,Na,Ca,Mgпереходять в електроліт.
Вихід алюмінію струму при рафінуванні у промислових умовах (щільність струму 4,5 – 7,5 кА/м 2 (0,45 – 0,75 А/см 2 )) становить 95 – 98%.
Термін роботи електролізера для рафінування алюмінію 4-5 років. Сучасні промислові ванни одержання рафінованого алюмінію розраховані силу струму 25 – 70 кА. Питома витрата електроенергії постійного струму 17 370 – 19 830 кВт·ч/т. Витрата матеріалів отримання 1 т рафінованого алюмінію становить (в кг): алюміній сирець 1020 – 1030, графіт 12 – 17, мідь 10 – 16, хлорид барію 27 – 41, криолит 16 – 23, фторид алюмінію 4 – .
p align="justify"> Електролітичне рафінування алюмінію є одним з найбільш енергоємних процесів у металургії легких металів, причому 93 - 95% використовуваної енергії витрачається на підтримку теплового режиму електролізера.
Важливими завданнями є зниження питомої витрати електроенергії та пошук нових футерувальних матеріалів замість магнезиту, що забезпечують підвищення терміну служби електролізерів та зменшення переходу домішок в алюміній.
Для виробництва напівпровідникових матеріалів потрібний алюміній.чистотою 99,9999 - 99, 999990% Al , що не досягається при електролітичному рафінуванні. Глибоке очищення алюмінію здійснюють за допомогою зонного плавлення або дистиляції через субфторид. Очищення шляхом зонної плавки заснована на різній розчинності домішок у твердому та рідкому алюмінії. При твердінні кристали алюмінію містять менше домішок, ніж рідка фаза.
Метод дистиляції алюмінію заснований на взаємодії алюмінію зAlF3при високій температурі (1000 - 1050 С) з утворенням летючого монофториду. Пароподібний AlF, потрапляючи потім у «холодну» зону (700 – 800С), розпадається.
Для отримання металу чистотою 99999% іноді використовують процес електролітичного рафінування в органічних середовищах. Для забезпечення чистоти 99,9999% проводять додаткову перекристалізацію зонну. Перший процес протікає в електроліті, що міститьAlF3·2Al(C2H5)3і толуол (1:1), при 100С. Катодна щільність струму 30 А/м 2 та напруга на ваннах 1,0 – 1,5 В, міжелектродна відстань 3 см, вихід струму близький до 100%.