El aluminio líquido extraído de la célula electrolítica de aluminio contiene numerosas impurezas, lo que no solo afecta al rendimiento de la fundición y el procesamiento del aluminio metálico, sino que también influye en la calidad del producto. Además de los elementos metálicos impuros que acompañan a la precipitación del aluminio durante el proceso de electrólisis, existen impurezas sólidas no metálicas (como óxidos, carburos, nitruros, etc.) y gases disueltos (como H₂, CO₂, CO, CH₄ y N₂, entre otros). 100 g de aluminio líquido disuelven entre 0,2 y 0,4 cm³ de hidrógeno a una temperatura de 1273 K. El hidrógeno presente en el aluminio líquido se encuentra en dos formas: hidrógeno atómico e hidrógeno gaseoso. El primero se encuentra disuelto en el aluminio líquido, mientras que el segundo suele estar adsorbido en las partículas sólidas de inclusiones y debe eliminarse antes de fundir el lingote. Cuando el aluminio líquido original se funde directamente en diversos lingotes, los requisitos de purificación del aluminio líquido son más estrictos, ya que los poros y las inclusiones de escoria en el lingote se convertirán directamente en defectos de los productos procesados.
Purificación del aluminio líquido
Los métodos de purificación del aluminio líquido más habituales son el método de purificación por filtración y el método de purificación por gas, o una combinación de ambos en proceso continuo. método de purificación fuera del horno. Además, hay quienes utilizan purificación del fundente.
Método de filtración y purificación: método para purificar las inclusiones no metálicas presentes en el aluminio líquido mediante el filtro de espuma cerámica medio filtrante. El medio filtrante puede consistir en bolas de corindón, láminas de cerámica espumada, tubos cerámicos microporosos, capas de carbón y filtros de seda de silicato fabricados a alta temperatura.
El método de purificación por gas consiste en hacer pasar burbujas de gas inerte o activo a través del aluminio líquido para disolver el gas disuelto. Se pueden utilizar gases inertes, como el nitrógeno y el argón, así como gases activos, como el cloro, el tetracloruro de carbono y el hexacloroetano. Cuando se utiliza cloro gaseoso, las burbujas de cloro forman burbujas dispersas de cloruro de aluminio a través del aluminio líquido, atrapan las inclusiones sólidas en suspensión adsorbidas con hidrógeno y, a continuación, flotan hasta la superficie del aluminio líquido para ser eliminadas. Al mismo tiempo, las impurezas metálicas como el litio, el potasio, el calcio, el sodio y el magnesio contenidas en el aluminio líquido pueden eliminarse mediante la cloración. Sin embargo, el cloro es corrosivo y provoca pérdidas de aluminio y contaminación ambiental, por lo que se utiliza principalmente en combinación con nitrógeno. El contenido de cloro suele oscilar entre el 3% y el 6% (fracción volumétrica). Además, con el fin de reducir la cantidad de cloruro de aluminio vertida a la atmósfera, se puede utilizar el método de esparcir fundente de cloruro sobre la superficie del aluminio para reducir el contenido de sodio en el aluminio a menos de 0,001%. Este líquido con bajo contenido en sodio puede utilizarse para la producción de aleaciones de aluminio-magnesio deformables.
Filtración y purificación de gases
Método que combina la purificación continua fuera del horno con la filtración y la purificación con gas. El aluminio líquido se introduce de forma continua en el dispositivo de purificación, protegido por la capa de recubrimiento de fundente, y se barre con nitrógeno (o una mezcla de gases). A continuación, tras pasar por la capa filtrante de bolas de corindón, el aluminio líquido purificado se descarga por la salida. La ventaja de este método es que permite purificar de forma continua el aluminio líquido (200-600 kg por minuto), el nitrógeno no contamina el medio ambiente y ofrece un mejor efecto de purificación, pudiendo alcanzar una tasa de eliminación de hidrógeno de 30%-40%.
El método de purificación con fundente puede utilizarse en una fábrica o taller de fundición de aluminio a pequeña escala para el refinado con una mezcla de gases de nitrógeno y cloro en el horno de fusión, o bien mediante un agente refinador y el refinado con fundente en el horno. Cuando se realiza la colada en el exterior, las inclusiones se eliminan a través de la malla filtrante, y el resultado también es muy bueno. El fundente utilizado suele ser una mezcla de nitrato de sodio y grafito, que aprovecha la descomposición térmica del nitrato de sodio y la reacción con el aluminio para formar óxidos de nitrógeno o gas nitrógeno, con el fin de eliminar las impurezas gaseosas.