Stiri Online, Enciclopedie, Revista presei

ELABORAREA ALUMINIULUI SECUNDAR

in Chimie/Enciclopedie

ELABORAREA ALUMINIULUI SECUNDAR

Aluminiul şi aliajele obţinute din topirea deşeurilor, denumite secundare, conţin impurităţi metalice şi nemetalice care nu permit întotdeauna utilizarea la fabricarea anumitor produse care să corespundă unor norme de calitate superioară. Ele se folosesc de regulă în turnătorii.

Calitatea aluminiului secundar şi aliajelor din aluminiu secundar este determinată de trei parametri tehnologici:

-controlul compoziţiei chimice a încărcăturii și a aliajului (conţinutul de elemente impurificatoare),
-reducerea conţinutului de gaze dizolvate,
-eliminarea incluziunilor nemetalice.

Este foarte important să se coreleze:
-materialele care compun încărcătura,
-tipul agregatului de topire
-tehnologia de elaborare
-materialul elaborat.

Elaborarea aliajelor din deşeuri cuprinde fazele de:
-topire
-elaborare propriu-zisă.
Aceste etape ale obținerii aluminiului și aliajelor secundare din deșeuri desfăşoară în acelaşi agregat sau agregate separate.

Procese la încălzirea şi topirea încărcăturilor metalice formate din deşeuri:
– oxidarea încărcăturii metalice solide şi a topiturilor formate;
– saturarea băii metalice cu hidrogen;
– reacţiile aluminiului şi aliajelor sale cu căptuşeala cuptoarelor.

Procese la obținerea aluminiului (aliajelor) secundar din deşeur. Interacţiunea aluminiului cu componenţii oxidanţi.

Oxidarea începe cu mult înainte ca deşeurile să fie utilizate în componența încărcăturilor metalice, intensificându-se în timpul colectării, păstrării şi preparării deşeurilor în vederea reciclării. Prezenţa acestor produşi reprezintă:
-sursa principală de impurificare a topiturii,
-amorsa principală pentru procesul de oxidare a încărcăturii metalice.

● Cantitatea, natura şi compoziţia chimică a produşilor de coroziune aflaţi la suprafaţa deşeurilor.

→ La temperatura mediului ambiant. Aluminiul pur se acoperă cu o peliculă compactă de Al2O3 (densitatea oxidului este 3,5 g/m3 şi temperatura de topire este 2050 0C).

Pelicula de Al2O3 poate adsorbi apă, ceea ce conduce la formarea hidroxidului de aluminiu Al(OH)3. (Transformarea determină micşorarea rezistenţei mecanice a peliculei de oxid care devine totodată discontinuă).

→ Procesele de oxidare a aluminiului la creșterea temperaturii, simultan cu topirea deşeurilor.
Intensitatea proceselor de oxidare la topirea deșeurilor în atmosfera agregatelor de elaborare depinde de:

-afinitatea aluminiului faţă de oxigen
-activitatea acestuia faţă de celelalte elemente dizolvate în aluminiu
-proprietăţile peliculei de oxid la suprafaţa metalului
-timp
-temperatură
-raportul dintre suprafaţa de reacţie şi volumul de metal topit (determinate la rândul lor de caracteristicile deşeurilor şi de caracteristicile constructive ale agregatelor de elaborare).

Oxidarea aluminiului are loc atât în stare solidă cât şi în stare lichidă, conform următoarelor reacţii:
4/3 + O2 = 2/3
4/3 [Al] + O2 = 2/3

Datorită diferenţei mici între densitatea aluminiului (2,7 kg/dm3) şi cea a oxidului Al2O3 (3,5kg/dm3), alumina rămâne practic în suspensie în metalul lichid și poate forma un film (continuu, dens şi compact, rezistent şi impermeabil) care împiedică accesul altor gaze spre metalul topit, încetinind oxidarea.

În cazul retopirii deşeurilor, sunt condiţii favorabile pentru ca pelicula de oxid să prezinte o structură poroasă, atât datorită prezenţei produşilor de coroziune, cât şi datorită prezenţei altor elemente dizolvate în aluminiu.

Influența compoziției chimice

Deşeurile de aluminiu care conţin cupru se poate oxida ceva mai intens decât aluminiul pur. Prezenţa magneziului în topitură determină modificări în compoziţia stratului de oxid. Pe suprafaţa topiturii nu se formează pelicula de oxid de aluminiu densă, ci pelicule de oxid de magneziu sau spinel care sunt poroase. Creşterea conţinutului de magneziu determină intensificarea oxidării aliajului.

Prezenţa beriliului în cantităţi mici poate preîntâmpina oxidarea, deoarece acesta are afinitate mai mare pentru oxigen decât aluminiul sau magneziul şi formează o peliculă de oxizi mai compactă decât magneziul.

Influența temperaturii. Cantitatea de metal oxidat creşte cu creşterea temperaturii.

Pierderile de metal prin oxidare sunt direct proporţionale cu grosimea deşeurilor de aluminiu, respectiv suprafaţa de contact a deşeurilor cu mediul oxidant.

Mediile oxidante

Oxidarea aluminiului are loc cu toate gazele purtătoare de oxigen din atmosfera cuptorului, cu excepţia oxidului de carbon. Deoarece solubilitatea gazelor oxidante (H2O, CO2, SO2 etc.) în aluminiul topit este mică, la temperatura la care are lor procesul de elaborare, acţiunea lor dăunătoare se datorează în special impurificării topiturii cu oxizi, sulfuri, carburi şi nitruri, care constituie incluziuni nemetalice solide, întrucât nu se dizolvă în baia metalică şi au o temperatură de topire înaltă (alumina 20500C, nitrura 21800C).

Pentru aluminiu şi aliajele sale, gazul cel mai dăunător dintr-o atmosferă reducătoare este hidrogenul, deoarece la dizolvare în metal provoacă apariţia sulfurilor şi porozităţilor în produsele turnate.

Surse hidrogen
-reacţia chimică între metalul topit şi vaporii de apă din atmosferă, din umiditatea încărcăturii metalice, fondanţi, căptuşeală şi combustibil.

Gradul de absorbţie al hidrogenului depinde de
-temperatura băii metalice,
-presiune
-conţinutul de umiditate
-elementele dizolvate în aluminiul topit.

(Observaţie. În anotimp ploios şi în climat umed, absorbţia hidrogenului care rezultă din reacţia dintre aluminiu şi vaporii de apă, decurge mai intens decât într-un climat uscat.)

Metode pentru protejarea aluminiului şi aliajelor sale:

– folosirea în încărcătură a materiilor prime purificate prin sablare, decapare etc.;
– efectuarea operaţiei de elaborare în cuptoare cu suprafaţă mică de contact între metalul lichid şi atmosferă;

– utilizarea unei atmosfere neutre sau protectoare;
– accelerarea operaţiei de topire, fără a supraîncălzi metalul înainte de a fi evacuat din cuptor;

– rafinarea metalului sau aliajului prin diferite metode: cu fondanţi, prin filtrare etc.;
– degazarea metalului (prin barbotarea cu gaz inert, cu gaz activ, cu ajutorul purificatorilor, prin vibraţii, cu ajutorul curentului electric etc.).

Reacţiile aluminiului şi aliajelor sale cu căptuşeala cuptoarelor

La topirea aluminiului şi aliajelor sale pot avea loc reacţiile

-între aluminiu sau celelalte elemente prezente în topiturile metalice şi oxizii căptuşelilor agregatelor de elaborare,
-între oxizii metalelor şi cei din căptuşeală.

Alegerea compoziţiei adecvate pentru materialul refractar din care se construieşte spaţiul de lucru al cuptoarelor prezintă o importanţă deosebită pentru obţinerea produselor de înaltă calitate.
Materialele refractare folosite de regulă pentru executarea căptuşelilor cuptoarelor:
DA – oxizi de calciu, magneziu, aluminiu, zirconiu.
NU – oxizi de siliciu, fier, crom. Aluminiul poate regenera (prin reacții de reducere siliciul) fierul şi cromul din oxizii care se găsesc în căptuşeala de şamotă, conform reacţiilor:

2Al + 3/2SiO2 = Al2O3 + 3/2Si
2Al + 3FeO = Al2O3 + 3Fe

2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe

2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr

Efecte negative:
-are loc uzarea căptuşelii refractare
-impurificarea aliajelor cu incluziuni nemetalice.

Pentru topirea deşeurilor se folosesc adesea creuzete metalice (din fontă sau oţel) cu suprafeţele interioare ale creuzetelor protejate cu vopsele refractare compuse din diverse pulberi de cretă sau oxid de zinc în amestec cu talc, alumină, magnezit, folosind ca liant o soluţie de silicat de sodiu.

2. Incluziuni nemetalice şi principii de îndepărtare

Surse incluziuni în băile metalice rezultate din topirea deşeurilor:
-componenţii încărcăturii,
-desprinderea de material refractar din zidăria cuptoarelor,
-oxidarea metalelor cu formare de oxizi solizi insolubili în baia metalică,
-interacţiunea cu fluxurile etc.

Comportarea incluziunilor este diferită, funcţie de densitatea şi mărimea lor:
-incluziuni care plutesc (flotează) pe suprafaţa băii metalice;
-incluziuni ce se deplasează în volumul băii metalice;
-incluziuni care se depun în topitură.

Funcţie de mărime, compoziţie chimică şi stare fizică (lichidă sau solidă funcţie de temperaturile lor de topire), aceste faze se regăsesc sub trei forme:

– zguri separate la suprafaţa topiturilor metalice;
– incluziuni antrenate de topitură şi care sunt eliminate prin rafinarea acestora;
– oxizi care sedimentează în topitură.

Metodele de îndepărtare a incluziunilor/rafinare:

– metode de separare naturală (prin sedimentare sau flotare naturală);
– metode de separare forțată sub acţiunea unor forţe exterioare (se bazează pe diferenta dintre densităţile impurităţilor şi densitatea topiturii).

Principalele metode aplicate industrial pentru eliminarea incluziunilor nemetalice sunt: sedimentarea, flotaţia, filtrarea şi cu ajutorul fondanţilor.

-Eliminarea incluziunilor prin sedimentare gravimetrică este posibilă atunci când există o diferenţă apreciabilă între densitatea aliajului şi densitatea incluziunilor.

Barbotarea şi turbulenţa moderată stimulează aglomerarea particulelor şi măreşte eficienţa sedimentării. Pentru accelerarea procesului se practică supraîncălzirea băii metalice (când crește fluiditatea topiturii). Îndepărtarea incluziunilor decurge foarte încet, necesită consum mare de energie, se realizează un randament scăzut de separare provocând în acelaşi timp pierderi importante de metale prin oxidare şi volatilizare.

Eliminarea incluziunilor prin flotaţie se realizează prin:
-barbotarea unui gaz inert în volumul topiturii. Bulele de gaz formate, în mişcarea lor ascensională în baia metalică, antrenează particulele fine și solide, ridicându-le la suprafaţă.

Eliminarea incluziunilor nemetalice prin filtrare:
– reţinerea incluziunilor la trecerea aliajului printr-un filtru ca strat poros. Reținerea se bazează pe procese mecanice sau procese fizico-chimice sau chimice (materialele din care este realizat filtrul interacţionează cu incluziunile).

Tehnologiile de filtrare sunt eficiente pentru eliminarea incluziunilor cu diametre de până la 30μm, ele aplicându-se în prezent la toate aliajele secundare turnate.

Eliminarea incluziunilor cu ajutorul fondanţilor. Funcţie de greutatea specifică a incluziunilor, se folosesc:
-fondanţi de suprafaţă (când densitatea incluziunilor este mai mică decât a aliajului; fondantul trebuie să aibă capacitatea de a dizolva incluziunile)
-fondanţi care sedimentează.

● Rafinarea fizică a aluminiului secundar prin metode fizice sau chimice.

Rafinarea prin insuflare de gaze neutre conduce în primul rând la îndepărtarea gazelor dizolvate în baia metalică, dar în acelaşi timp şi la îndepărtarea incluziunilor nemetalice solide, prin antrenarea lor de către gazele care se elimină din topitură.

Gazele inerte se introduc în topitură prin intermediul unor duze sau prin dopuri poroase. Gazele inerte antrenează incluziunile la suprafaţa topiturii. Pentru degazarea aluminiului şi aliajelor sale se pot folosi azotul, argonul, heliul.

Rafinarea prin filtrare

Filtrele realizate cel mai adesea dintr-o spumă ceramică au diferite porozităţi şi sunt capabile să reţină incluziuni nemetalice solide mai mari de 10μm.

Îndepărtarea gazelor dizolvate prin tratarea în vid. Topirea şi turnarea în vid se bazează pe micşorarea presiunii deasupra băii metalice care determină micşorarea solubilităţii gazelor dizolvate în topiturile metalice şi micşorarea temperaturii de fierbere a unor elemente din aliaj, ceea ce provoacă o evaporare mai intensă, care de asemenea favorizează degazarea. Degazarea aliajelor de aluminiu prin vidare se realizează la presiuni de 0,6…10mm col. Hg.

Temperatura aliajului înainte de tratarea în vid variază în limitele 750 – 7800C, iar după tratare 700 – 7200C. Dezavantajul acestei metode este dat de necesitatea unei puternice supraîncălziri a aliajului, pentru a compensa răcirea acestuia din timpul în care este supus vidului. Totodată, instalaţiile de tratare în vid sunt scumpe şi complexe. Pentru creşterea vitezei procesului de degazare, tratamentul sub vid, se asociază cu barbotarea concomitentă în topitură a unui gaz inert sau reactiv.

Îndepărtarea gazelor dizolvate prin vibraţii sonore şi ultrasunete favorizează difuzia gazelor prin topitură datorită turbulenţei provocate de undele sonore sau ultrasonore. Metoda conduce la creşterea vitezei de degazare naturală, dar contribuie şi la îmbunătăţirea structurii aliajelor. Totuşi, tratarea cu aceste metode prezintă un interes practic mai redus deoarece se pot trata doar cantităţi mici de metal.

● Rafinarea fizică şi chimică cu ajutorul fondanţilor

Criterii de clasificare a fondanţilor:
• funcţie de acţiunea complexă a fondanţilor asupra băii metalice
– fondanţi de protecţie;
– fondanţi de degazare;
– fondanţi de rafinare;
– fondanţi de modificare;
– fondanţi cu acţiune complexă.

• în raport de natura interacţiunilor dintre ei şi topitura metalică:
– fondanţi neutri;
– fondanţi activi

• după starea fizică a fluxului în agregatul de elaborare:
– fondanţi care nu se topesc – neutri (de acoperire)
– fondanţi care se topesc – neutri (de acoperire)
– activi (de rafinare).

Fondanţii neutri se folosesc pentru protecţia încărcăturilor şi băilor metalice. Materialele care prin acoperirea băii metalice conduc la protejarea ei de oxidare trebuie să fie neutre nu numai faţă de căptuşeala cuptorului, dar şi faţă de componenţii topiturii.

Fondanții neutri formează deasupra topiturii metalice un strat care izolează complet aliajul de contactul cu atmosfera, evitând procesele de oxidare, de adsorbţie a gazelor, dar pot avea şi rol izolator, reducând pierderile de căldură.

Fondanţii de acoperire (sau de protecţie) conţin clorură de sodiu, clorură de potasiu, clorură de magneziu.

Fondanţii de acoperire trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:
– să nu reacţioneze cu metalul de bază;
– să nu se dizolve în baia metalică şi să nu reţină în structura lor particulele metalice;
– să aibă o capacitate mare de colectare (adsorbţie şi dizolvare) a oxizilor insolubili, precum şi a altor incluziuni nemetalice;
– să fie în stare lichidă la temperatura de elaborare;
– densitatea să fie diferită faţă de cea a materialului metalic nu numai în stare pură, ci şi după dizolvarea incluziunilor pentru a căror eliminare este folosit;
– să nu reacţioneze cu căptuşeala cuptorului.

Fondanţii de rafinare trebuie să absoarbă şi să dizolve bine oxizii de aluminiu.

Fondanţii activi au atât un efect dublu asupra băii, de protejare şi de rafinare, formând la suprafaţa acesteia un strat lichid de protecţie cu o anumită grosime.

Funcţie de rolul pe care îl au:
– de degazare – hexacloretan, hexaclorbenzen, CCl4, MnCl2, ZnCl2, BCl3, TiCl4, Na3SiF6, CaCl2;
– de rafinare – Na3AlF6 (criolită)
– de modificare – sodiul

loading...
DESCARCA APLICATIA CYD PE MOBIL
Aplicatie CYD Google Play

Nu sunt un artist, nu sunt un talentat scriitor, sunt om ca si tine. Doar ca diferentele dintre mine si tine o fac obiceiurile noastre si viata pe care o traim. Nu ne invartim in aceleasi anturaje, nu avem acelasi limbaj, la dracu nici macar nu ne cunoastem, dar sigur avem de impartit idei sau am avut aceleasi idei o data, desi repet nu ne cunoastem.

Nu te stiu, nu te cunosc, nu te vad, nu te ating, nu te caracterizez, nu te critic, nu te injur, nu te admir, nu te laud, dar tu poti sa ma critici, aplauzi, caracterizezi, poate chiar si sa ma apreciezi. E dreptul tau, e timpul tau.

Latest from Chimie

Cuptoarele cu plasmă

Cuptoarele cu plasmă pot fi considerate tehnologii inovative care înlocuiesc tehnologiile convenţionale

Industria aluminiului

Industria aluminiului Eficienţa procesatorilor din industria aluminiului secundar este strâns determinată de
LIKE-ul tau CONTEAZA!Ti-a placut articolul si ai dat LIKE? Inchide aici
Mergi la Sus

Copyright © 2016 by CYD.RO. Toate drepturile sunt rezervate
Designed by Dianys Media Solutions - realizare site web - creare site web