» » Дистилляция через субгалогениды
24.04.2015

Процесс основан на взаимодействии при высоких температурах алюминия с его галогенидами (например, AlF3, AlCl3) с образованием летучих соединений низшей валентности — субгалогенидов (AlF, АlСl) и на последующем их распаде (при пониженных температурах) на чистый алюминий и галогенид нормальной валентности
AlF3 (г) + 2Al (ж) → 3A1F (г) → 2Al (ж) + AlF3 (тв),
AlCl3 (г) + 2Аl (ж) → 3А1С1 (г) → 2Аl (ж) + AlCl3 (г).

Способность алюминия к образованию соединений низшей валентности обусловлена наличием во внешней электронной оболочке его атома одного валентного 3 р электрона энергетически менее прочно связанного с ядром, нежели два других валентных 3 s электрона.
Образование соединений низшей валентности практически присуще всем элементам. Однако вероятность этого образования неодинакова. Оценить ее в первом приближении можно на основании сравнения потенциалов ионизации элементов. Целесообразно при этом сопоставить потенциал ионизации атома алюминия с потенциалами ионизации атомов элементов, которые являются наиболее вероятными примесями в алюминии.
В табл. 9 приведены величины потенциалов ионизации первого порядка, т. е. необходимых для отрыва первых электронов атомов этих элементов.
Дистилляция через субгалогениды

Из данных табл. 9 следует, что потенциал ионизации атома алюминия наименьший. Непарный электрон вырвать из внешней оболочки атома легче, чем один из парных электронов. Поэтому для атома магния и всех других атомов элементов, имеющих парные валентные электроны, потенциалы ионизации больше, чем для атома алюминия.
Это является благоприятным обстоятельством с точки зрения рафинирования алюминия дистилляцией через соединения низшей валентности от примесей указанных элементов, так как тем самым создаются условия для преимущественного образования субсоединений алюминия и уменьшается вероятность испарения его примесей в виде соответствующих субсоединений.
Для рафинирования алюминия дистилляцией через субфторид и субхлорид могут быть применены вакуумные аппараты (рис. 62 и 63), выполненные из искусственного графита в виде тарельчатой колонки и снабженные в нижней части испарителями для AlF3 или AlCl3. Пары этих галогенидов путем поверхностного контакта реагируют с расплавленным алюминием, находящимся на тарелках, с образованием в реакционной зоне AlF или АlСl. В случае субфторида алюминия распад последнего происходит на внутренних поверхностях верхних (пустых) тарелок, являющихся конденсаторами, или в специальном конденсаторе. Капли жидкого чистого алюминия и кристаллы фторида алюминия конденсируются при этом совместно. В случае же перегонки через субхлорид конденсация алюминия и AlCl3 после распада AlCl происходит раздельно в двух зонах трубчатого вертикального конденсатора Температура в реакционной зоне 1000—1050° и в зоне распада субгалогенидов 700—800°. Остаточное давление в системе 0,1—0,5 мм рт. ст.
Дистилляция через субгалогениды

Кремний и железо могут содержаться в исходном алюминии при перегонке его через субгалогениды в значительных количествах без опасности попадания их в рафинированный (дистиллированный) металл. Более опасными являются примеси меди, титана, марганца и наиболее опасны примеси магния, цинка и кальция, содержащие которых в исходном алюминии (ввиду высокой упругости их паров) должно быть возможно меньшим.
При дистилляции алюминия через субфторид из никосортного первичного алюминия (содержащего около 2% Fe + Si) получается рафинированный алюминий чистотой около 99,999% Al, из силумина (с 12% Si) — чистотой 99,99% Al, из дуралюмина — 99,95% Al и из силикоалюминия (с 25,3% Si) — 99,8% Al.
Таким образом, при применении исходного металла более высокой чистоты соответственно повышается чистота и рафинированного алюминия. Для повышения чистоты рафинированного алюминия целесообразна также предварительная очистка фтористого алюминия сублимацией в вакууме и применение повторной дистилляции конденсата (Al + AlF3), образующегося в зоне распада субфторида.
Дистилляция через субгалогениды

В этих условиях в горячей зоне конденсатора (около 800°) получек алюминий чистотой 99,99997—99,99999% Al, содержащий только слабые следы (примерно по 0,00001%) примесей железа, кремния и магния (для нижнего предела чистоты) и только слабые следы примеси магния (для верхнего предела чистоты).
Такой металл уже обладает полупроводниковыми свойствами в сплавах с другими элементами.
Дальнейшее повышение чистоты алюминия может быть достигнуто за счет укрупнения. Масштаба процесса, а также тщательного предохранения конденсата и рафинированного алюминия от малейших случайных загрязнений, в частности из атмосферы помещения.