第五章铝的精炼 铝的纯度 铝液中杂质 铝液净化 精铝制取方法 铝的纯度 原铝 工业纯铝，通常指用冰晶石-氧化铝融盐电解法在工业电解槽内制取的铝，其纯度一般为99.5%-99.85%. 精铝 一般来自三层液精炼电解槽。在精炼槽内，原铝和铜配成合金作为阳极，冰晶石-氯化钡溶液作为电解质，在阴极上析出精铝，纯度在99.99%以上。 高纯铝 主要用区域熔炼法制取。选用适当的精铝原料和操作技术，得到杂质含量不超过10-6的高纯铝. 铝中杂质 铁和硅仍然是铝中的主要杂质，主要来源于氧化铝，因为工业上生产1t铝大约需要1.95t氧化铝。 铝中杂质的另外一个来源是炭阳极。铝工业适用的阳极炭材料是低灰分的焦炭种类，其中主要杂质是硫，其次是铁和硅。吨铝消耗量为0.5-0.6吨。 熔剂（冰晶石和氟化铝）本身消耗，吨铝消耗30-50kg,其中主要杂质也是铁和硅。 非金属固体夹杂物 氧化铝，炭和炭化铝。 气态夹杂物 H2、CO、CO2、CH4和N2. 铝液净化方法 往铝液中通入惰性气体（N2）或活性气体（Cl2），可使铝液中的固态夹杂物吸附在气泡上，并随气泡上升至铝液表面，最后在过滤层分离。 将铝液在尽可能低的温度下（刚刚在熔点以上）长时间静置，可减少其中的氢含量。当通入气体，加以搅动能够更加有效的清除铝液中的氢。当把N2通入铝液中并鼓泡而出时，气泡会把氢夹带出来，氢呈分子状态。 通入氯气，立即与铝反应生成非常细小数目众多的氯化铝气泡，它充分的混合在铝液中。那些悬浮的，吸附着氢气泡的固态夹杂物便被氯化铝气泡捕集，并浮到铝液表面上。氯化铝还能起到催化作用，促进氯化氢气体的生成。氯气的净化效果优于氮气，吨铝消耗氯气量约为500-700g。 精铝制取方法 三层液电解法 偏析法 有机溶液电解法 区域熔炼法 三层液电解精炼法 电解槽内有三层液体 最下层为阳极合金，30%Cu与70%Al组成，密度为3.4-3.7g/cm3。 中层液体为电解质，分为纯氟化物系和氯氟化物系，密度为2.7-2.8g/cm3。 上层为精炼出来的铝液，作为阴极，密度为2.3g/cm3。 三层液电解精炼槽的技术参数 电流强度： 20-75kA 工作电压： 5.5-6.0V 电解质温度： 760-810℃ 电解质水平： 12-15cm 阴极铝水平： 12-16cm 阳极合金水平： 25-35cm 阳极合金中Cu浓度： 30%-40% 阴极电流效率： 93-96% 电能消耗率： 17-18kW·h/kg铝（直流） 三层液精炼电解质 纯氟化物体系 48%AlF3，18%NaF,18%BaF2,16%CaF2； 密度约为2.8g/cm3，熔点680℃，操作温度740 ℃. 氯氟化物体系 23%AlF3，13-17%NaF，60%BaCl2,4%NaCl； 密度2.7g/cm3，熔点700-720℃，操作温度760-800℃. 三层液电解精炼电化学反应 铝的电解精炼所依据的原理是：在阳极合金的各种金属元素中，只有铝在阴极上析出。 阳极反应 在阳极合金中，铜、铁、硅比铝不活泼的金属元素并不从阳极溶解出来，仍然留在合金中，阳极上的电化学溶解反应 Al-3e → Al3+ 电解液中除了原有的Al3+、Ba2+、Na+、F-、Cl-、AlF63-、AlF4-离子之外，增加了上述反应中产生的Al3+。 阴极反应 迁往阴极的各种阳离子，铝的电位比较正，故优先在阴极上获得电子，析出金属铝 Al3++3e →Al 偏析法制取精铝 Ax合金相图，x为铝中的杂质组分。当杂质含量为x0得熔融态合金从某一高温下缓缓冷却，达到液相线，便结晶析出杂质含量为x1得晶体，x1《x0； 继续降低温度到t2时，则结晶析出杂质含量为x2的晶体，x2x1，但x2《x0. 这些晶体便是所求的偏析法产物，其中杂质含量均远小于原始铝中所含的杂质，因而可提取纯度更高的铝。工业生产结果表明，可从99.8%的原铝提取到纯度为99.95%的铝。 有机溶液电解法制取高纯铝 三乙基铝有机溶液电解 电解质，NaF·2Al（C2H5）络合物溶解在甲苯（CH3C6H5）中。 电解温度，100℃. 槽电压，1-1.5V。 电流密度，0.003-0.005A /cm2. 极距,2-3cm. 铝从阳极上溶解，并在阴极上析出，得到高纯铝。 区域熔炼法制取高纯铝 区域熔炼法原理 在铝的凝固过程中，杂质在固相中的溶解度小于在熔融金属中的溶解度，因此，当金属在熔融状态下凝固时，大部分杂质降汇集在熔区内。如果逐渐移动熔区，则杂质会跟着转移，最后汇集在试样的尾部。

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