К характеристикам жидкого электролитического алюминия относятся высокая температура, большее количество окислительных включений, высокое содержание водорода, а также содержание металла и натрия.
Характеристики жидкого электролитического алюминия
(1) Температура высокая. Процесс электролиза обычно осуществляется при температуре 950–970 ℃, которая определяется свойствами расплава криолита и оксида алюминия, составляющего электролит, поэтому температура расплавленного алюминия в электролизной ячейке составляет не менее 940 ℃. Такая высокая температура в сочетании с большим объемом жидкого алюминия, извлекаемого из электролизной ячейки, позволяет достаточно долго поддерживать алюминий в жидком состоянии, и резервуар для хранения алюминия можно транспортировать после повторных операций извлечения алюминия из нескольких электролизных ячеек. До тех пор, пока расплавленный алюминий в литейном цехе не будет переведён в печь-нагреватель, поддерживается высокая температура выше 850 °C.
(2) Наблюдается большое количество окислительных включений. Хотя между электролитом из расплавленной соли криолита и оксида алюминия и жидким алюминием при одной и той же температуре существует определенная разница в плотности (у первого она составляет около 21 г/см³, у второго — около 23 г/см³), этого достаточно для того, чтобы жидкий алюминий и электролит расположились слоями. Однако, поскольку эта разница очень мала, при отборе алюминия с помощью вакуума неизбежно происходит поглощение небольшого количества электролита. Помимо интенсивного перемешивания и циркуляции в процессе электролиза, резкие перемещения расплавленного алюминия приводят к его повторному окислению в анодном пространстве, в результате чего в алюминиевом расплаве появляется больше окисленных включений, в том числе оксид алюминия, осаждающийся на дне электролизной ячейки, и карбид алюминия, образующийся в результате диффузии углерода, что приводит к относительно высокому содержанию различных включений в расплаве алюминия. AdTech Блок фильтрации CFF используется для удаления окислительных включений.
(3) Высокое содержание Fe и Si. В процессе электролиза оксидные примеси элементов с положительным потенциалом, такие как SiO₂, Fe₂O₃ и др., легко восстанавливаются, при этом восстановленные примеси, например Fe и Si, непосредственно попадают в расплав алюминия, что снижает его качество. Они поступают в основном из сырого глинозема, углеродных анодов и производственного оборудования. Особенно при использовании отечественного глинозема в качестве сырья содержание Si в глиноземе, как правило, выше, чем в импортном глиноземе, что обусловлено типом руды и технологией десиликации, применяемой в Китае. Обычно расплав алюминия содержит (Si) 0,8%–10%, (Fe) 0,9%–1,1%.
4) Высокое содержание водорода. В связи с особенностями процесса электролиза с использованием палладия в расплавленном алюминии неизбежно присутствует газ. Основным компонентом газа является водород (около 70%–90%), а также небольшое количество CO, CO₂, N₂ и CH₄. Радон, образующийся в результате термического разложения углеводородов анода, электрохимически растворяется на аноде. После того как образовавшийся водород мигрирует к катоду, он отделяется на катоде с образованием водорода. Кроме того, водород из окружающей среды восстанавливается под действием водяного пара, выделяющегося из алюминия, и растворяется в жидком алюминии. Насыщенное содержание водорода в жидком алюминии увеличивается с повышением температуры. Например, он составляет 0,67 мл/100 г Al при 660 °C, 1,23 мл/100 г Al при 750 °C и 2,15 мл/100 г Al при 850 °C. При 950 °C это значение составляет 2,9 м/100 гAl, а при 1000 °C — 3,9 мл/100 гAl. Компания AdTech предлагает онлайновая установка дегазации для удаления водорода.
(5) Высокое содержание натрия. В процессе электролиза, с одной стороны, алюминий вытесняет натрий из криолита (NaAF₆), фторида натрия (NaF) и других реагентов. С другой стороны, поскольку активность натрия в расплаве выше, чем у алюминия, на катоде образуется натрий. Осадок попадает в алюминиевый расплав, в результате чего содержание натрия в алюминиевом расплаве достигает 0,011%–0,05%.