إزالة الغازات باستخدام النيتروجين بواسطة وحدة إزالة الغازات الدوارة

تم التخلص تدريجيًا من عملية إزالة الغازات باستخدام النيتروجين في صناعة الألومنيوم الحديثة، حيث تُستخدم المواد المساعدة عمومًا جنبًا إلى جنب مع النيتروجين.

يُستخدم غاز الكلور النشط كعامل تنقية (طريقة الكلورة). في طريقة الكلورة، عندما يتم تمرير غاز الكلور عبر سائل الألومنيوم، تتولد الكثير من الفقاعات الصغيرة بشكل غير عادي، والتي تختلط تمامًا مع سائل الألومنيوم. يتم امتصاص الهيدروجين المذاب في الألومنيوم المنصهر وبعض الشوائب الميكانيكية على فقاعات AlCl3، ويتم تصريفها مع صعود الفقاعات إلى سطح الألومنيوم المنصهر. عند إدخال غاز الكلور، يمكن كلورة بعض العناصر الأكثر سالبية من الألومنيوم، مثل الكالسيوم والصوديوم والمغنيسيوم وغيرها، والتي يتم فصلها إلى كلوريدات مقابلة نتيجة لإدخال غاز الكلور. ولذلك، تُعد طريقة الكلورة طريقة تنقية فعالة للغاية. تتراوح كمية غاز الكلور بين 500 و700 غرام لكل طن من الألومنيوم. ولكن نظرًا لسمية غاز الكلور وارتفاع تكلفته، ولتجنب تلوث الهواء وخفض تكلفة إنتاج سبائك الألومنيوم، تم التخلي تدريجيًا عن هذه الطريقة في صناعة الألومنيوم الحديثة واستبدالها بطريقة تنقية باستخدام غاز خامل، وهو النيتروجين.

يشير الغاز الخامل المذكور هنا إلى الغاز الذي لا يتفاعل كيميائيًا مع الألومنيوم المنصهر والغازات والشوائب المذابة فيه، ولا يذوب في الألومنيوم المنصهر نفسه. على سبيل المثال، إزالة الغازات باستخدام النيتروجين. يتم تغذية الألومنيوم المنصهر بشكل مستمر إلى فرن التنقية وغسله بالنيتروجين، وبذلك تتم إزالة الشوائب غير المعدنية والهيدروجين المذاب في الألومنيوم المنصهر، ثم يتم تصريفه بشكل مستمر، بحيث تتوزع فقاعات النيتروجين الدقيقة بالتساوي في الألومنيوم المنصهر المعالج. النيتروجين المستخدم في إزالة الغازات من الألومنيوم وهي لا تلوث الغلاف الجوي، وتتميز بقدرة تنقية كبيرة. يمكن لعملية إزالة الغازات باستخدام النيتروجين معالجة ما بين 200 و600 كجم من سائل الألومنيوم في الدقيقة، كما أن فقدان الألومنيوم الناتج عن عملية التنقية يكون منخفضًا نسبيًّا، ولذلك فهي تُستخدم على نطاق واسع.

إزالة الغازات باستخدام النيتروجين

أولاً، بعد نفخ النيتروجين في المادة المنصهرة، يتشكل عدد كبير من فقاعات النيتروجين. على سطح التلامس بين الفقاعة والمعدن المنصهر، لا يوجد سوى النيتروجين في الفقاعة في البداية، ولكن بسبب الضغط، يدخل الهيدروجين الموجود في المادة المنصهرة إلى فقاعة النيتروجين، وترتفع فقاعة النيتروجين المحتوية على الهيدروجين إلى سطح السائل تحت تأثير قوة الطفو. تخرج الفقاعات إلى الغلاف الجوي، وبذلك تزيل الهيدروجين من المعدن. لضمان تفريغ الغاز بالكامل، يجب رفع فقاعات النيتروجين التي يتم نفخها ببطء أثناء التشغيل، ويجب أن تكون مساحة التلامس بين الفقاعات والمعدن أكبر قدر ممكن. ولهذا السبب، يجب أن يكون حجم الفقاعات المنفوخة صغيرًا قدر الإمكان. سيؤدي ذلك إلى إخراج كمية كبيرة من الغاز. بالنسبة للنيتروجين الذي يتم نفخه، يجب أن يكون نقيًا جدًّا وخاليًّا من شوائب الغازات الأخرى؛ كما يجب أن يحتوي على أقل كمية ممكنة من الماء. عند استخدام النيتروجين في عملية التنقية، تكون سرعة إزالة الغازات بطيئة، ويكون من المستحيل إزالة الغاز الموجود في المعدن، كما أن تأثير التنقية على الشوائب غير المعدنية ضئيل جدًّا. تُستخدم مواد التذويب عمومًا مع النيتروجين، مما يزيد من فعالية إزالة الغازات

نظرًا للمساحة الكبيرة لعملية التهوية في فرن الألومنيوم المنصهر، يصعب تحقيق توزيع متجانس للغاز، كما أن الفقاعات ترتفع بسرعة كبيرة، ويؤدي استخدام كمية كبيرة من مادة التذويب إلى ظروف عمل سيئة وعواقب بيئية. في عملية إعادة صب الألومنيوم المنصهر المنقى، تتشكل طبقة أكسيد نتيجة للتحلل السريع للألومنيوم المنصهر، مما يزيد من احتمالية وجود شوائب خبث في السبيكة. لذلك، ظهرت في السنوات الأخيرة، في تكنولوجيا الصب المستمر للألومنيوم وسبائكه، معالجة تنقية سائل الألومنيوم التي تجمع بين الترشيح ونفخ الهواء خارج الفرن. ويمكن بعد ذلك صب الألومنيوم المنصهر المنقى.