في عملية صهر الألومنيوم وسبائكه، يُعد الهيدروجين والشوائب المؤكسدة المواد الرئيسية الملوثة لمادة الألومنيوم المنصهرة. فالألومنيوم يتفاعل بسهولة مع الأكسجين لتكوين مادة Al₂O₃ أو ما يُعرف بـ«الألومينا الفرعية». وفي الوقت نفسه، من السهل جدًّا أيضًا أن يمتص غاز الهيدروجين (H)، حيث يمثل محتواه ما بين 70% و90% من إجمالي الغاز الموجود في ذوبان الألومنيوم، وتتمثل العيوب الرئيسية في سبائك الألومنيوم المصبوبة في المسام وشوائب الخبث، وهو ما يرجع إلى بقاء الغاز والأكسدة في السبيكة بسبب الجسيمات الصلبة. لذلك، من أجل الحصول على مادة منصهرة عالية الجودة، لا يقتصر دور مسبك الألومنيوم على اختيار عملية الصهر الصحيحة والمعقولة فحسب، بل أيضًا على تكرير الألومنيوم وتنقيته إن درجة حرارة الذوبان أمر بالغ الأهمية.
هناك العديد من طرق التكرير والتنقية لمخاليط الألومنيوم وسبائكه المنصهرة، ومن أبرزها طريقة التعويم،, طريقة تكرير التدفق, ، وطريقة الترشيح بالذوبان، وطريقة التفريغ، والطريقة المركبة.
مواد التذويب المستخدمة في تكرير وتنقية الألومنيوم
يُستخدم تدفق الملح على نطاق واسع في إنتاج الألومنيوم الأولي والألومنيوم المعاد تدويره، بهدف تحسين جودة المادة المنصهرة ومعدل استرداد الألومنيوم المعدني.
يتميز هذا التدفق بأربع وظائف:
- تغيير قابلية ذوبان الألومنيوم للبلل تجاه الأكسيد (الألومينا)، بحيث يمكن فصل ذوبان الألومنيوم بسهولة عن الأكسيد. وبذلك، يدخل معظم الأكسيد إلى مادة التذويب، مما يقلل من نسبة الأكسيد في الذوبان.
- يمكن أن يؤدي التدفق إلى تغيير حالة طبقة الأكسيد الموجودة على سطح المادة المنصهرة. ذلك لأنه قادر على تفتيت طبقة الأكسيد القوية والكثيفة الموجودة على سطح المادة المنصهرة إلى جزيئات دقيقة، مما يسهل على الهيدروجين الموجود في المادة المنصهرة أن يتسلل عبر الفجوات الموجودة بين الجزيئات ثم يتسرب إلى الخارج.
- يمكن أن يؤدي وجود طبقة التدفق إلى عزل التلامس بين بخار الماء في الغلاف الجوي ومعدن الألومنيوم المنصهر، مما يجعل من الصعب على الهيدروجين أن يدخل إلى المعدن المنصهر، وفي الوقت نفسه يمكن أن يمنع الاحتراق التأكسدي للمعدن المنصهر.
- يمكن للمذيب أن يمتص الأكاسيد الموجودة في معدن الألومنيوم المنصهر، وبذلك يمكن تنقية المعدن المنصهر. باختصار، يتحقق تأثير تنقية المذيب لإزالة الشوائب بشكل أساسي من خلال الامتصاص، والذوبان، والتفاعل الكيميائي مع طبقة الأكاسيد والشوائب غير المعدنية الموجودة في المعدن المنصهر.
تصنيف التدفق
هناك أنواع عديدة من التدفقات تُستخدم في صهر سبائك الألومنيوم، ويمكن تقسيمها إلى فئتين رئيسيتين هما: عوامل التغطية (المواد المساعدة التي تمنع الاحتراق التأكسدي للمادة المنصهرة، والمواد الماصة) وعوامل التكرير (المواد المساعدة المستخدمة لإزالة الغازات والشوائب). تُستخدم سبائك ألومنيوم مختلفة، وتختلف عوامل التغطية وعوامل التكرير باختلافها. ومع ذلك، يجب أن يستوفي أي مادة تذويب تُستخدم في عملية صهر سبائك الألومنيوم الشروط التالية:
- يجب أن تكون نقطة الانصهار أقل من درجة حرارة انصهار سبائك الألومنيوم.
- يجب أن تكون الكثافة النوعية أقل من تلك الخاصة بسبائك الألومنيوم.
- يمكنه امتصاص وإذابة الشوائب الموجودة في المادة المنصهرة، كما يمكنه إزالة الغاز من المادة المنصهرة.
- 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.
- يجب أن تكون القدرة على امتصاص الرطوبة منخفضة، وأن يكون ضغط التبخر منخفضًا.
- يجب ألا يحتوي على شوائب أو غازات ضارة أو ينتجها.
- يجب أن تتمتع باللزوجة والسيولة المناسبتين.
- إنه سهل التصنيع ورخيص الثمن.
