تؤثر الشوائب والغازات الموجودة في المعدن تأثيرًا كبيرًا على قوة المادة ومقاومتها للتعب ومقاومتها للتآكل، فضلاً عن أدائها فيما يتعلق بالتشقق الناتج عن التآكل تحت الإجهاد. أصبح التحكم الفعال في الشوائب المؤكسدة في المادة المنصهرة لتحسين جودة القضبان المصبوبة والألواح المدرفلة هدفًا مشتركًا تسعى إليه صناعات المعادن والمسابك والمواد في مختلف البلدان. في الوقت الحالي، تُستخدم طرق تنقية مياه الألومنيوم على نطاق واسع لإزالة الشوائب من سبيكة الألومنيوم المنصهرة. تقدم AdTech نظام الترشيح CFF لسائل الألومنيوم.
تكوّن الشوائب في محلول الألومنيوم المائي
تأتي بعض الشوائب الموجودة في سبائك الألومنيوم مباشرةً من الخامات الأولية، في حين تتشكل معظمها خلال عملية الصهر والصب، وتكون في الغالب شوائب أكسيدية.
شوائب الأكسدة الأولية
تُسمى جميع الشوائب الموجودة قبل الصب «شوائب الأكسدة الأولية»، والتي يمكن تقسيمها إلى فئتين وفقًا للحجم: الأولى هي الشوائب الكبيرة ذات التوزيع غير المتساوي في البنية الكلية، مما يجعل بنية السبيكة غير متصلة ويقلل من تماسك المسبوك. وهي تصبح سببًا للتآكل ومصدرًا للشقوق، مما يقلل بشكل واضح من قوة السبيكة ومرونتها؛ والفئة الأخرى هي الشوائب المتناثرة الدقيقة، التي لا يمكن إزالتها تمامًا بعد عملية التكرير. فهي تزيد من لزوجة المعدن المنصهر وتقلل من قدرة سائل الألومنيوم على الانكماش أثناء التصلب.
شوائب الأكسدة الثانوية
تتشكل شوائب الأكسدة الثانوية بشكل أساسي أثناء عملية الصب. فخلال عملية الصب، يتلامس سائل الألومنيوم مع الهواء، فيتفاعل الأكسجين مع الألومنيوم لتشكيل شوائب مؤكسدة. تتلامس سبائك الألومنيوم مع مكونات مختلفة في غاز الفرن أثناء عملية الصهر لتكوين مركبات مثل AL2O3. ويؤدي وجود AL2O3 في سائل الألومنيوم إلى زيادة محتوى الهيدروجين في بقايا ذوبان الألومنيوم، لذا فإن محتوى AL2O3 في سائل الألومنيوم له تأثير كبير على تكوين المسام في مصبوبات الألومنيوم.
طريقة تنقية المياه باستخدام الألومنيوم
مرشح رغوي خزفي ظهرت هذه التقنية في سبعينيات القرن الماضي، وقد استُخدمت على نطاق واسع في الولايات المتحدة وكندا واليابان وفرنسا وأستراليا وسويسرا. وهي الطريقة الأكثر فعالية لإزالة الشوائب من الألومنيوم المنصهر قبل استخدام منفذ الترشيح المزود بلوحة ترشيح من الرغوة الخزفية.
في السنوات الأخيرة، تمت دراسة بعض التقنيات الجديدة لتنقية سائل الألومنيوم في الداخل والخارج، مثل المعالجة الديناميكية بالفراغ، والتنقية بالتخلص المستمر من الغازات بالموجات فوق الصوتية، والمرشحات الخزفية المصنوعة من الكوراندوم، والتي حققت نتائج جيدة جدًّا. ومع ذلك، فإن هذه الأساليب التقنية معقدة نسبيًّا ومكلفة، ومن الصعب تطبيقها على نطاق واسع في إنتاج الألومنيوم في شانغي. أما بالنسبة للمرشح المعدني والترشيح باستخدام القماش الليفي، فيمكن إزالة الشوائب الكبيرة فقط من ذوبان سبائك الألومنيوم، ولكن لا يمكن إزالة الشوائب التي يقل حجمها عن مستوى الميكرون، كما أن المرشح المعدني سيؤدي أيضًا إلى تلوث سبائك الألومنيوم. ويمكن لاستخدام ألواح الترشيح الخزفية الرغوية تصفية الشوائب الصغيرة وتحسين الخصائص الميكانيكية وجودة مظهر المسبوكات بشكل ملحوظ.
مبدأ تنقية المياه باستخدام الألومنيوم
الـ صفيحة ترشيح من الرغوة الخزفية تتميز بشبكة متعددة الطبقات وثقوب متعددة الأبعاد، وتتصل هذه الثقوب ببعضها البعض. أثناء عملية الترشيح، يحمل سائل الألومنيوم الشوائب عبر القنوات والمسام المتعرجة، حيث يتم اعتراضها وامتصاصها وترسيبها مباشرةً عند ملامستها للهيكل الرغوي للوحة المرشح. عندما يتدفق السائل المنصهر عبر الفتحة، تكون قناة لوحة الترشيح منحنية، فيغير السائل المنصهر المتدفق عبر القناة اتجاه تدفقه، فتصطدم الشوائب بسندان جدار الفتحة وتلتصق بقوة بجدار الفتحة.
استخدام لوحات الترشيح واختيارها
الـ مرشح سيراميكي رغوي يتم تركيب اللوحة في صندوق الترشيح الواقع بين فوهة الفرن ولوحة التحويل. ويتميز صندوق الترشيح بأداء عزل حراري جيد. تقع صناديق الترشيح وقنوات التدفق في أقرب مكان ممكن من لوحة التوزيع. والسبب في ذلك هو أنها تقلل مسافة التدفق بعد ترشيح ماء الألومنيوم وتقلل أو تمنع إعادة أكسدة الأكاسيد. يتدفق سائل الألومنيوم من فوهة الفرن عبر صندوق الترشيح، ثم يتدفق عبر قناة التدفق إلى القرص.
مع إطالة مدة الترشيح، تزداد الشوائب الموجودة على سطح لوحة المرشح وجدران الفتحة، وينخفض معدل تدفق الترشيح، ويزداد الفرق بين الجانبين الأمامي والخلفي.
يجب أن يستند اختيار لوحة الترشيح الرغوية الخزفية إلى تدفق سائل الألومنيوم. ثانياً، يجب مراعاة نظافة المادة المنصهرة، والحد الأقصى لمحتوى الشوائب، والإنتاجية الإجمالية للمادة المنصهرة. يتم ضمان فعالية الترشيح للوحة الترشيح بشكل أساسي من خلال حجمها ومساميتها. فكلما زادت مسامية لوحة الترشيح، انخفضت فعالية إزالة الخبث. وبالنسبة لمسبوكات الألومنيوم ذات المتطلبات الصارمة، يجب اختيار لوحة الترشيح الرغوية ذات المسامية المنخفضة.
