L'aluminium liquide extrait de la cellule d'électrolyse d'aluminium contient de nombreuses impuretés, qui affectent non seulement les performances de coulée et d'usinage de l'aluminium métallique, mais aussi la qualité du produit. Outre les impuretés métalliques qui accompagnent la précipitation de l’aluminium au cours du processus d’électrolyse, on trouve des impuretés solides non métalliques (telles que des oxydes, des carbures, des nitrures, etc.) et des gaz dissous (tels que H₂, CO₂, CO, CH₄ et N₂, etc.). 100 g d’aluminium liquide dissolvent environ 0,2 à 0,4 cm³ d’hydrogène à une température de 1 273 K. L’hydrogène présent dans l’aluminium liquide se présente sous deux formes : l’hydrogène atomique et l’hydrogène gazeux. Le premier est dissous dans l’aluminium liquide, tandis que le second est généralement adsorbé sur les particules d’inclusions solides et doit être éliminé avant la coulée du lingot. Lorsque l’aluminium liquide d’origine est directement coulé en différentes billettes, les exigences en matière de purification de l’aluminium liquide sont plus strictes, car les pores et les inclusions de scories présents dans la billette deviendront directement des défauts des produits finis.
Purification de l'aluminium liquide
Les méthodes de purification de l'aluminium liquide couramment utilisées sont la purification par filtration et la purification par gaz, ou une combinaison des deux en continu. méthode de purification à l'extérieur du four. Par ailleurs, il en existe qui utilisent purification du flux.
Procédé de filtration et de purification : procédé permettant de purifier l'aluminium liquide des inclusions non métalliques à l'aide de filtre en mousse céramique matériau filtrant. Le matériau filtrant peut être constitué de billes de corindon, de feuilles de céramique expansée, de tubes en céramique microporeux, de couches de carbone et de filtres en soie de silicate fabriqués à haute température.
La méthode de purification par gaz consiste à faire passer des bulles de gaz inerte ou de gaz actif dans l'aluminium fondu afin de dissoudre les gaz en solution. On peut utiliser des gaz inertes tels que l'azote et l'argon, ainsi que des gaz actifs tels que le chlore, le tétrachlorure de carbone et l'hexachloroéthane. Lorsqu’on utilise du chlore gazeux, les bulles de chlore forment des bulles de chlorure d’aluminium dispersées dans l’aluminium liquide, piégent les inclusions solides en suspension adsorbées par l’hydrogène, puis remontent à la surface de l’aluminium liquide pour être éliminées. Parallèlement, les impuretés métalliques telles que le lithium, le potassium, le calcium, le sodium et le magnésium contenues dans l’aluminium liquide peuvent être éliminées grâce à la chloration. Cependant, le chlore est corrosif et entraîne des pertes d’aluminium ainsi qu’une pollution environnementale ; il est donc principalement utilisé en association avec l’azote. La teneur en chlore est généralement comprise entre 3% et 6% (fraction volumique). De plus, afin de réduire la quantité de chlorure d’aluminium rejetée dans l’atmosphère, on peut recourir à la méthode consistant à répandre un flux de chlorure à la surface de l’aluminium pour ramener la teneur en sodium de l’aluminium à moins de 0,001%. Ce liquide à faible teneur en sodium peut être utilisé pour la production d’alliages d’aluminium-magnésium destinés à la déformation.
Filtration et purification des gaz
Cette méthode combine la purification en continu hors du four avec la filtration et la purification par gaz. L'aluminium liquide est introduit en continu dans le dispositif de purification, sous la protection d'une couche de flux, puis balayé par de l'azote (ou un mélange de gaz). Après avoir traversé la couche filtrante de billes de corindon, l'aluminium liquide purifié est évacué par la sortie. L'avantage de cette méthode réside dans sa capacité à purifier en continu l'aluminium liquide (200 à 600 kg par minute) ; l'azote ne pollue pas l'environnement et offre un meilleur effet de purification, tandis que le taux d'élimination de l'hydrogène peut atteindre 30%-40%.
La méthode de purification par fondant peut être utilisée dans une fonderie d’aluminium à petite échelle ou un atelier pour l’affinage à l’aide d’un mélange de gaz azote-chlore dans le four de fusion, ou pour l’affinage à l’aide d’un agent d’affinage et d’un fondant dans le four. Lors de la coulée à l’extérieur, les inclusions sont éliminées à l’aide d’un tamis filtrant, ce qui donne également de très bons résultats. Le fondant utilisé est généralement un mélange de nitrate de sodium et de graphite, qui exploite la décomposition thermique du nitrate de sodium et sa réaction avec l’aluminium pour former des oxydes d’azote ou de l’azote gazeux, afin d’éliminer les impuretés gazeuses.