Aluminio de alta pureza

Una onza

El aluminio está disponible como metal y compuestos con purezas que van desde 99% a 99,9999% (grado ACS a pureza ultra alta) en forma de películas, objetivos de pulverización catódica y nanopolvos.

Las formas elementales o metálicas incluyen gránulos, varillas, alambres y gránulos para propósitos de evaporación. El polvo de alúmina (Al99,999O2) de alta pureza (3%) está disponible en forma de polvos y gránulos densos para aplicaciones como recubrimientos ópticos y películas delgadas.

Los objetivos de pulverización de aluminio (Al) de alta pureza (99,9999%) están disponibles en formas solubles, incluidos cloruros, nitratos y acetatos. Estos compuestos también se preparan como soluciones en ciertas estequiometrías.

El aluminio se puede sintetizar con una pureza ultra alta (99,999 +%) para estándares de laboratorio, deposición electrónica avanzada de película delgada utilizando objetivos de pulverización catódica y materiales de evaporación, materiales metalúrgicos y ópticos y otras aplicaciones de alta tecnología.

Los compuestos organometálicos de aluminio son solubles en solventes orgánicos o no acuosos.

Lingote de aluminio

El aluminio puro con una pureza de> 99,999% se produce con la ayuda de electrólisis de tres capas. Para aclarar el esfuerzo técnico, hemos introducido la descripción original de la patente DE4329732C1 a continuación. Este proceso se puede utilizar tanto para lingotes como para productos de alambre fino.

La invención se refiere a un método y aparato para refinar aluminio en una celda de electrólisis de flujo fundido de tres capas, en el que la adición del metal a refinar tiene lugar a través de un antebrazo que contiene una aleación líquida de ánodo.

Por lo general, en la electrólisis de tres capas, se usa un horno con antebrazo. Esto sirve para cargar la celda de electrólisis, en donde el suministro del aluminio puro a refinar tiene lugar en forma líquida sobre la preforma formada como un sifón en la capa inferior del metal electrolítico, el llamado metal anódico. Se agrega aproximadamente 30% de cobre al metal anódico para aumentar la densidad, y debido al suministro constante de material de aluminio fresco, se observa una distribución desigual de la aleación en el horno electrolítico.

Además del metal del ánodo, la electrólisis de tres capas consiste en una capa intermedia de un electrolito fundido y el producto "aluminio puro" encima, que es la capa superior en contacto con los cátodos de grafito.

La electrólisis funciona con corriente continua, con el suministro de energía anódica en la parte inferior del horno y el suministro catódico a través de electrodos de grafito. Debido a la Potentionalverhältnisse electroquímica, esencialmente solo el aluminio se disuelve anódicamente o se deposita catódicamente. Debido a la baja tasa de difusión, no hay mezcla automática del aluminio puro líquido suministrado con la aleación anódica, por lo que se ha bombeado mecánicamente para lograr un equilibrio de concentración entre los diversos componentes del metal anódico.

Mediante un bombeo manual o mecánico, existe el riesgo de que se produzcan ondas en las interfaces de las tres capas, lo que en casos extremos provoca cortocircuitos locales a la contaminación del cátodo con el ánodo metálico. Además, es desventajoso que hasta ahora, para mejorar la miscibilidad, el aluminio puro a refinar se haya fundido en un horno separado y luego mezclado con el ánodo metálico a través del antecrisol. El procedimiento conocido también podría llevarse a cabo solo de manera intermitente, ya que siempre tenía que esperar hasta que el aluminio puro agregado se distribuyera por bombeo mecánico en el antebrazo.

El objetivo de la presente invención es evitar las desventajas mencionadas y proporcionar un método y aparato que permita un suministro continuo de aluminio puro en forma de partículas en el Elektrolysemetall, se evitan los cortos y se eliminan las impurezas continuamente.

Este objetivo se logra mediante las características especificadas en el reclamo principal. Otras formas de realización preferidas de la invención pueden tomarse de las características de las reivindicaciones 2 a 15.

La idea esencial de la invención es que una parte de la electrólisis pasa a través del antecrisol en el ánodo de metal. Esto da como resultado la combinación del flujo de corriente con el campo magnético del horno, una fuerza que conduce a un movimiento de metal en el antebrazo. Este movimiento es suficiente con un flujo de corriente correspondiente para causar la fusión y la mezcla del aluminio puro introducido en el antebrazo.

La corriente suministrada al antebrazo a través del electrodo 9 es de aproximadamente 1 a 20%; preferiblemente 10 a 15%, del flujo total de la celda electrolítica. A partir de numerosos experimentos se ha encontrado que se puede introducir una corriente de 1,5 a 7,5 kA en el antebrazo a través del electrodo 9, preferiblemente 3 a 6 kA es suficiente para permitir una buena disolución también de aluminio con grumos en el antebrazo.

El ajuste de la corriente que fluye a través del electrodo 9 se puede llevar a cabo, por ejemplo, mediante los siguientes parámetros:

• 1. Cambio en la conductividad del material del pezón, la masa de embestida o el electrodo de carbono.
• 2. Cambio de la sección transversal del electrodo 9 o la superficie activa en el ánodo de metal.
• 3. Enciende o apaga la fuente de alimentación individual al cátodo o ánodo
• 4. Cambio de la combinación de material grafito / cobre / aglutinante de resina sintética.
• 5. Cambio en el grosor del compuesto apisonador 19.

Sobre la base de los experimentos, se ha demostrado que es particularmente efectivo usar el material del electrodo 9 hecho de electrografito doblemente impregnado. Sin embargo, también es posible con grafito o carbono introducir suficiente energía en el ánodo de metal.

Los límites para la corriente suministrada a través del electrodo 9 están definidos por las siguientes condiciones de contorno:

A menos del 1%, la fuerza efectiva del ánodo metálico es insuficiente para lograr una mezcla suficiente. A más del 20% de la densidad de corriente total actual se produce, que debe limitarse en términos de una vida suficiente hacia arriba.

En una realización preferida, el electrodo 9 tiene una cubierta protectora destinada a evitar quemaduras. Consiste en un material cerámico que es hermético a los gases y resistente a una aleación de ánodo de aluminio-cobre; Por ejemplo, se puede usar carburo de silicio unido a nitruro. Una mezcla de carburo de silicio y polvo de silicio, que se ha recocido bajo nitrógeno, ha demostrado ser particularmente favorable.

De vez en cuando, es importante que la parte inferior del electrodo 9 se limpie de la escoria de las piezas de aluminio carbonizadas. Por lo tanto, el electrodo 9 debe sobresalir de la parte inferior de la cubierta protectora, por lo que un ajuste vertical relativo a la cubierta protectora permite pelar o limpiar. Además, la conductividad del electrodo 9 debe ser ajustable para efectuar la agitación o mezcla deseada en el ánodo de metal.

Debido al diseño inventivo de la electrólisis de tres capas, es posible que tenga lugar una adición automática de aluminio puro en forma de grumos, la operación puede realizarse de forma totalmente automática mediante simples medidas de ingeniería de control.

En el agitador mecánico previamente requerido se puede omitir; Debido a los materiales utilizados y al diseño estructural del electrodo 9, se garantiza una larga vida útil. Como resultado, los tiempos de funcionamiento del electrodo según la invención se han ampliado significativamente.

En la celda electrolítica 10, se puede ver un revestimiento de magnesita 1 y un fondo anódico de carbono 2. La fuente de alimentación es anódica a través del riel anódico de acero 3 y el cátodo catódico de grafito 7, que están suspendidos de un riel catódico correspondiente. Dentro de la celda de electrólisis se encuentra el aluminio de refinación o el metal anódico 4, que está cubierto en la parte superior por un electrolito fundido 5.

El ánodo de metal 4 se extiende hasta el antebrazo 8, que está unido para mejorar las condiciones de flujo oblicuamente al horno electrolítico.

El ánodo 3 está conectado a los ánodos 11 y al electrodo 9. Se puede agregar aluminio lateral en la dirección del 9 al costado del electrodo 12.

El aluminio purificado se deposita como aluminio ultra puro en la interfaz electrolito / cátodo. Desde el compartimento catódico se puede extraer de una manera conocida.

Con el método de acuerdo con la invención puede mantenerse constante de manera ventajosa, el nivel del baño en la celda de electrólisis de tres capas, con una precisión tan grande que incluso pequeñas fluctuaciones por adición continua de aluminio puro, preferiblemente en forma de partículas, pueden compensarse. Esto tiene la sorprendente ventaja de que el grado de pureza en el método de acuerdo con la invención puede mejorarse sustancialmente, ya que el revestimiento de la celda electrolítica no absorbe impurezas. En el caso de la electrólisis de tres capas, esto es particularmente importante porque las impurezas de la capa respectiva se depositan en las paredes de la celda, de modo que, cuando el nivel del baño fluctúa, existe el riesgo de que la impureza se absorba nuevamente en las capas de aluminio ya limpias.

En la Fig. 2, la estructura inventiva de un electrodo 9 se muestra con más detalle. Se reconoce el material del electrodo 13 y el revestimiento 14, que está separado del material del electrodo 17 por un espacio 13, que contribuye al aislamiento del revestimiento.

El electrodo 9 también consiste en la boquilla del electrodo 18 y una capa delgada de apisonamiento 19, que rodea la boquilla del electrodo 18 dentro del electrodo en forma de manga.

En la boquilla del electrodo 18 en la parte superior del revestimiento adicional 14 está conectado, que se presiona sobre un tornillo 20 y una cubierta 21 contra un disco anular 22. Entre la envoltura 14 y el pezón 18 hay un material de sellado 23, de modo que una terminación hermética al gas del electrodo se asegura al aire ambiente. La arandela 22 presiona contra los bloques de tope 24 del pezón 18.

Para mejorar la superficie de apoyo en el antebrazo 8 se proporciona un soporte de pared 25. Al mismo tiempo, también cumple funciones de sellado y sirve como sujetador para la cubierta de la cubierta 21.

Para minimizar la resistencia en el electrodo 9, la distancia entre el punto bajo 15 del electrodo 9 y el borde inferior 16 del revestimiento 14 debe mantenerse dentro de ciertos límites. La posibilidad de ajuste está dada por la conexión mecánica del niple 18 sobre los tornillos 26, 27, 28 con la varilla del electrodo 29. Preferiblemente, la distancia entre el borde inferior 16 y el punto bajo 15 está entre 20 y 30 cm.