تُستخدم وحدة تنقية الألومنيوم في عملية تنقية سبائك الألومنيوم

12 يونيو مصفاة الألومنيوم

Posted at 03:49h in غير مصنف by تقنيات الإعلانات 0 Comments

0 Likes

مصفاة الألومنيوم يُستخدم في عملية تنقية سبائك الألومنيوم المنصهرة. تصنيف مواد التذويب. المتطلبات. تركيب مواد التذويب الشائعة الاستخدام. نطاق التطبيق وطرق الاستخدام.

في عملية صهر الألومنيوم وسبائكه، يُعد الهيدروجين والشوائب المؤكسدة المواد الرئيسية الملوثة لمادة الألومنيوم المنصهرة.
يمكن للألمنيوم أن ينتج بسهولة مادة A1202 أو مادة شبه الألومينا (Al₂O وA10) عند تفاعله مع الأكسجين.
وفي الوقت نفسه، من السهل جدًّا أيضًا امتصاص الغاز (H)، الذي يمثل محتواه ما بين 70 و90% من إجمالي الغاز الموجود في الألومنيوم المنصهر، كما أن العيوب الرئيسية في سبائك الألومنيوم المصبوبة — وهي المسام وشوائب الخبث — ترجع إلى الغاز والأكسدة المتبقية في السبيكة، والتي تتسبب في تكوّن جزيئات صلبة.
لذلك، للحصول على مادة مصهورة عالية الجودة، لا يقتصر الأمر على اختيار عملية صهر صحيحة ومعقولة فحسب، بل إن عملية تكرير وتنقية المادة المصهورة تكتسي أهمية كبيرة أيضًا.

هناك العديد من طرق تكرير وتنقية ذوبان الألومنيوم وسبائك الألومنيوم، وتشمل بشكل أساسي طريقة التعويم، وطريقة التكرير باستخدام مادة التذويب، وطريقة ترشيح الذوبان، وطريقة التفريغ، والطريقة المركبة.
تستعرض هذه المقالة استخدام جهاز تنقية الألومنيوم في عملية صهر سبائك الألومنيوم.

دور التدفق
يُستخدم مذيب الملح على نطاق واسع في إنتاج الألومنيوم الأولي والألومنيوم المعاد تدويره لتحسين جودة المادة المنصهرة ومعدل استخلاص الألومنيوم المعدني.
يتمتع جهاز التدفق بأربع وظائف
1. تغيير قابلية ذوبان الألومنيوم للبلل تجاه الأكسيد (الألومينا)، بحيث يمكن فصل ذوبان الألومنيوم بسهولة عن الأكسيد (الألومينا)، مما يؤدي إلى دخول معظم الأكسيد (الألومينا) إلى مادة التذويب وتقليل نسبة الأكاسيد في الذوبان.
2. يمكن أن يغير المُذيب حالة طبقة الأكسيد الموجودة على سطح المادة المنصهرة. ويرجع ذلك إلى أنه قادر على تفتيت طبقة الأكسيد القوية والكثيفة الموجودة على سطح المادة المنصهرة إلى جزيئات دقيقة، مما يسهل هروب الهيدروجين الموجود في المادة المنصهرة عبر الفراغات الموجودة بين جزيئات طبقة الأكسيد ودخوله إلى الغلاف الجوي.
3. إن وجود طبقة التدفق يمكن أن يعزل التلامس بين بخار الماء في الغلاف الجوي ومعدن الألومنيوم المنصهر، مما يجعل من الصعب على الهيدروجين أن يدخل إلى المعدن المنصهر، ويمنع في الوقت نفسه تأكسد المعدن المنصهر واحتراقه.
4. يمكن للمذيب أن يمتص الأكاسيد الموجودة في الألومنيوم المنصهر، مما يتيح تنقية المادة المنصهرة. باختصار، تتم إزالة الشوائب في عملية تنقية المذيب بشكل أساسي عن طريق الامتصاص، والذوبان، والتفاعل الكيميائي مع طبقة الأكسيد والشوائب غير المعدنية الموجودة في المادة المنصهرة.

تصنيف واختيار التدفقات
مواد التذويب المستخدمة في التكرير التصنيف والمتطلبات
هناك أنواع عديدة من مواد التذويب المستخدمة في صهر سبائك الألومنيوم، والتي يمكن تقسيمها إلى عوامل التغطية (مواد التذويب التي تمنع الاحتراق التأكسدي للمادة المنصهرة وتقوم بعملية الامتصاص) وعوامل التكرير (مواد التذويب المستخدمة لإزالة الغازات وإزالة الشوائب). تختلف مواد التغطية ومواد التنقية باختلاف سبائك الألومنيوم المستخدمة. ومع ذلك، يجب أن يستوفي أي مادة تذويب تُستخدم في عملية صهر سبائك الألومنيوم الشروط التالية.
1. يجب أن تكون نقطة الانصهار أقل من درجة حرارة انصهار سبائك الألومنيوم.
2. يجب أن تكون الكثافة النوعية أقل من كثافة سبائك الألومنيوم.
3. يمكنه امتصاص وإذابة الشوائب الموجودة في المادة المنصهرة، كما يمكنه إزالة الغاز من المادة المنصهرة.
4. يجب ألا يتفاعل كيميائيًا مع المعدن وبطانة الفرن. وإذا تفاعل مع المعدن، فيجب ألا ينتج سوى غاز خامل غير قابل للذوبان في المعدن، كما يجب أن يكون المُذيب غير قابل للذوبان في المعدن المنصهر.
5. يجب أن تكون القدرة على امتصاص الرطوبة منخفضة، وأن يكون ضغط التبخر منخفضًا.
6. يجب ألا تحتوي على شوائب أو غازات ضارة أو تنتجها.
7. أن تتمتع باللزوجة والانسيابية المناسبتين.
8. سهولة التصنيع: سعر رخيص.

تركيب التدفق وتوزيع الملح المنصهر
يتكون مُكرر الألومنيوم عمومًا من كلوريد وفلوريد الفلزات القلوية والفلزات القلوية الترابية، ومكوناته الرئيسية هي KCl وNaCl وNaF. CaF، Na₃AlF₆، Na₂SiF₆، إلخ. وتلعب الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمذيب (نقطة الانصهار، والكثافة، واللزوجة، والتطاير، والقدرة على امتصاص الرطوبة، والتفاعل مع الأكاسيد، إلخ) دورًا حاسمًا في فعالية عملية التكرير.

كلوريد
يُعد ملح الكلوريد المكون الأساسي الأكثر شيوعًا في مادة التذويب الخاصة بسبائك الألومنيوم، ويُعد الملح المختلط المكون من 45%NaCl + 55%KCl هو الأكثر استخدامًا.
ونظرًا لقدرتها العالية على ترطيب مادة Al₂O₃ الصلبة، والشوائب، وطبقة الأكسيد (تتجاوز زاوية الترطيب مع Al₂O₃ 20 درجة)، كما أن الكثافة النوعية لكل من NaCl وKCl عند درجة حرارة الانصهار تبلغ 1.55 جم/سم³ و1. 50 جم/سم³، وهي أقل بكثير من الكثافة النوعية لمعدن الألومنيوم المنصهر، مما يتيح له الانتشار بشكل جيد على سطح معدن الألومنيوم المنصهر، وسحق طبقة الأكسيد الموجودة على سطح المعدن المنصهر وامتصاصها.
ومع ذلك، بالنسبة للتيار الذي يحتوي على أملاح الكلوريد فقط، فإن عمليتي التكسير والامتصاص تسيران ببطء، ويجب إجراء التقليب اليدوي لتسريع العملية المذكورة أعلاه. يتميز الكلوريد بتوتر سطحي منخفض وقابلية ترطيب جيدة، وهو مناسب كعامل تغطية. ومن بينها، يمكن استخدام أملاح الكلوريد ذات الأشكال البلورية الجزيئية مثل CCl₄ وSiCl₄ وAlCl₃ وغيرها بمفردها كعوامل تنقية، في حين أن أملاح الكلوريد ذات الأشكال البلورية الأيونية مثل LiCl وNaCl وKCl وMgCl₂ مناسبة لمواد الصهر المكونة من أملاح مختلطة.

الفلورايد
أضف NaF إلى خليط أملاح الكلوريد: Na₃AlF₆، CaF₂. وتلعب كمية صغيرة من أملاح الفلور دورًا رئيسيًّا في عملية التكرير، مثل امتصاص وذوبان Al₂O₃.
كما يمكن لملح الفلوريد إزالة طبقة الأكسيد الموجودة على سطح المادة المنصهرة بفعالية، وتحسين عملية إزالة الغازات.
وذلك لأن:
أ) يمكن أن يتفاعل الفلوريد كيميائيًا مع الألومنيوم المنصهر لتكوين غازات مثل A1F وSiF4 وBF3 وغيرها. كما تعمل هذه الغازات ميكانيكيًا على تسهيل انفصال طبقة الأكسيد عن الألومنيوم المنصهر، وتضغط على طبقة الأكسيد وتدفعها إلى داخل مادة التذويب.
ب) كما أن التيار الكهربائي المتولد عند السطح الفاصل الذي تحدث فيه التفاعل المذكور أعلاه يؤدي أيضًا إلى “غسل” طبقة الأكسيد وتفتيتها. ولذلك، فإن وجود ملح الفلور يُسرّع بشكل كبير عملية تدمير طبقة الأكسيد على سطح الألومنيوم المنصهر، مما يتيح للهيدروجين الموجود في المادة المنصهرة أن يتسرب بسهولة أكبر.
ج) يمكن أن يؤدي الفلوريد (خاصة CaF₂) إلى زيادة التوتر السطحي للملح المنصهر المختلط، وجعل الملح المنصهر الذي يحتوي على الأكسيد الممتص كروي الشكل، وتسهيل فصله عن المادة المنصهرة، وتقليل الفاقد الناتج عن الخبث الصلب المنصهر المغلف بالألمنيوم، ونتيجة لزيادة التوتر السطحي للمذيب، يُسرّع المذاب عملية امتصاص المذيب ودمجه.