طريقة ترشيح الألومنيوم المنصهر باستخدام مرشح رغوي خزفي

تستند طريقة ترشيح الألومنيوم المنصهر إلى مبدأ أن الشوائب ذات الطور الغني بالحديد في سائل سبائك الألومنيوم تنفصل عند درجة حرارة أقل ولفترة انتظار أطول، ويُستخدم الترشيح الميكانيكي لإزالة المواد المتجمعة ذات الطور الغني بالحديد. تُنفَّذ طريقة الترشيح لإزالة الحديد عمومًا أثناء عملية صب السائل المنصهر. فهي لا تقتصر على إزالة المواد الكبيرة الغنية بالحديد فحسب، بل يمكنها أيضًا إزالة الشوائب الكبيرة الحجم الأخرى الموجودة في سائل الألومنيوم وسبائكه المنصهرة. وعادةً ما تستخدم طريقة الترشيح للألومنيوم المنصهر مرشح رغوي خزفي.

طريقة تصفية الألومنيوم المنصهر

يمكن تقسيم عملية إنتاج سبائك الألومنيوم الثانوية إلى ثلاث مراحل: المعالجة المسبقة، والصهر (بما في ذلك التكرير)، وصب السبائك. تتمثل عملية الصهر في إضافة خردة الألومنيوم إلى فرن الصهر وتسخينها حتى تذوب وتتحول إلى حالة سائلة. وبعد إزالة الخبث وقياس درجة الحرارة وفحص التركيب وغيرها من العمليات، يتم نقلها إلى فرن التكرير، حيث تُضاف عناصر مثل السيليكون والنحاس، وتُجرى عملية إزالة الغازات وإزالة الخبث والتكرير. تشمل العناصر المعدنية الضارة في ذوبان الألومنيوم الثانوي بشكل رئيسي الحديد (Fe) والمغنيسيوم (Mg) والزنك (Zn) والرصاص (Pb) وغيرها، وتستلزم كل عنصر من العناصر المعدنية الضارة طرق إزالة مختلفة.

يُعد الحديد من العناصر الشائعة في إنتاج الألومنيوم الثانوي، وهو ما يؤثر سلبًا بشكل بالغ على جودة وأداء الألومنيوم وسبائكه. لذلك، بالإضافة إلى المعالجة المسبقة لخردة الألومنيوم لإزالة الحديد، يجب إزالة شوائب الحديد قدر الإمكان أثناء عملية الصهر لمنع ذوبانها ولو بكميات ضئيلة في ذوبان الألومنيوم وسبائك الألومنيوم. وبشكل عام، تُستخدم الطرق التالية لإزالة شوائب الحديد.

طريقة إزالة المنغنيز والحديد

يمكن للمنغنيز أن يشكل بفعالية مركبًا ذي مرحلة غنية بالحديد وذات درجة انصهار عالية في محلول سبائك الألومنيوم، وأن يترسب في قاع الفرن لتحقيق الغرض المتمثل في إزالة الحديد. تتراوح كمية المنغنيز المستخدمة لإزالة 1 كجم من الحديد بين 6.7 و8.3 كجم، ويمكنها تحويل الطور المتبقي Al9Fe2Si2 ذي الرقائق الخشنة والصلبة والهشة إلى طور AlSiMnFe ذي الرقائق، مما يضعف الآثار الضارة للحديد. ومع ذلك، فإن طريقة إضافة المنغنيز لإزالة الحديد ستؤدي إلى زيادة محتوى المنغنيز في سبائك الألومنيوم. ولا ينبغي استخدام سبائك الألومنيوم ذات المحتوى المحدود من المنغنيز، كما أن تكلفة طريقة إضافة المنغنيز لإزالة الحديد أعلى.

طريقة إضافة البريليوم

يتفاعل البريليوم مع الطور Al9Fe2Si2 في ذوبان سبائك الألومنيوم، مما يقلل من الآثار الضارة للحديد. ويمكن أن تؤدي إضافة 0.05%—0.1% من البريليوم إلى الألومنيوم وسبائك الألومنيوم المنصهرة إلى تعزيز تحول الطور Al9Fe2Si2 الخشن والرقائقي إلى طور Al5BeFeSi على شكل نقاط، مما يزيل بشكل واضح هشاشة سبائك الألومنيوم. ومع ذلك، فإن سعر البريليوم مرتفع نسبيًا، كما أن بخار البريليوم سام وضار بجسم الإنسان ويلوث بيئة العمل. ولذلك، يجب توخي الحذر عند استخدام طريقة إضافة البريليوم إلى الحديد.

طريقة إزالة الحديد بالترسيب

تتمثل طريقة إزالة الحديد بالترسيب في التأثير الشامل لسبائك رئيسية متعددة العناصر يتم تحضيرها من أربع مواد هي المنغنيز والكروم والنيكل والزركونيوم، والتي تتفاعل مع المركب الخشن الغني بالحديد الموجود في سبيكة الألومنيوم المنصهرة لتشكيل مركب جديد متعدد العناصر غني بالحديد. ينمو المركب الغني بالحديد متعدد العناصر تدريجيًا مع انخفاض درجة الحرارة. وعندما ينمو بما يكفي للتغلب على مقاومة الترسيب، فإنه يترسب، وبذلك يتم إزالة الحديد. وعندما تكون كميات المنغنيز والكروم والنيكل والزركونيوم 2.0%، 0.8%، و1.2%، و0.6% على التوالي، يمكن تقليل محتوى الحديد في ذوبان الألومنيوم وسبائك الألومنيوم المعالجة بطريقة إزالة الحديد بالترسيب من 1% إلى 0.2%. يلعب المنغنيز دورًا رئيسيًّا في إزالة الحديد بطريقة الترسيب. وعلى الرغم من أن الكروم ليس بنفس فعالية المنغنيز في إزالة الحديد، إلا أنه يتمتع بمقاومة أفضل للأكسدة والتآكل. والغرض الرئيسي من إضافة النيكل هو تقليل الهشاشة الناتجة عن بقايا المنغنيز والكروم. وبالإضافة إلى دور الحديد، فإن إضافة الزركونيوم تلعب أيضًا دورًا في تحسين حبيبات المعدن.

طريقة ترشيح الألومنيوم المنصهر

عادةً ما تستخدم طريقة ترشيح الحديد مرشح سيراميكي رغوي. يتميز مرشح الرغوة الخزفية بمزايا عديدة، منها القوة العالية، ومقاومة التآكل، والقدرة العالية على الامتصاص، والإزالة الفعالة للشوائب الدقيقة في سائل الألومنيوم. ويتم تركيبه في صندوق الترشيح لترشيح الشوائب من سائل سبائك الألومنيوم، وذلك لتلبية متطلبات إنتاج قطع الصب الدقيقة من سبائك الألومنيوم ذات القيمة المضافة العالية والأداء التكنولوجي المتطور، والمستخدمة في مجالات الطيران والنقل وغيرها.

طريقة تصفية الألومنيوم المنصهر

طريقة استخلاص الحديد المباشر عن طريق الصهر

تُستخدم طريقة إزالة الحديد المباشرة عن طريق الصهر على نطاق واسع في صناعة الألومنيوم الثانوية نظرًا لتكلفتها المنخفضة وبساطة تشغيلها. وفيما يلي وصف موجز لهذه الطريقة:

(1) التحكم الدقيق في درجة حرارة الانصهار، والاستفادة من الفرق بين نقطتي انصهار الألومنيوم والحديد لإذابة الألومنيوم، بحيث تترسب الشوائب المعدنية الأخرى ذات درجة الانصهار العالية، مثل الحديد، في قاع الفرن لإزالة الحديد. ويمكن للفرن الدوار المائل معالجة نفايات الألومنيوم المختلفة بكفاءة في فرن الصهر المخصص للمعالجة.

(2) أثناء عملية الصهر، يجب إزالة بقايا الحديد قبل كل عملية تقليب، كما يجب إزالة الحديد المختلط بخبث الألومنيوم أثناء عملية إزالة الخبث.

(3) وفقًا للظروف الفعلية لمعدات وتقنيات الصهر المختارة، ينبغي — من حيث المبدأ — سحب الخبث والحديد المترسبين في قاع الفرن مع كل دفعة من نفايات الألومنيوم التي يتم صهرها.

(4) عندما تستخدم إحدى شركات الألمنيوم الثانوية فرن صهر وفرن احتجاز في عملية الإنتاج، يتم بعد صهر كل دفعة في الفرن إرسال الألمنيوم المنصهر الموجود في الفرن لإزالة الحديد منه وهو في حالة ساخنة.

(5) استخدام تقنية الصهر السريع وسكب الألومنيوم عند درجة حرارة منخفضة. أثناء عملية الصهر، تُصهر خردة الألومنيوم المعاد تدويرها بسرعة تحت حماية المذيب، وتستغرق عملية الصهر بأكملها حوالي 2-3 ساعات. وعندما تُصهر خردة الألومنيوم المعاد تدويرها، تبلغ درجة حرارة المادة المصهورة حوالي 650 درجة مئوية. عند هذه الدرجة، تكون قابلية ذوبان الحديد في الألومنيوم وسبائك الألومنيوم المنصهرة ضئيلة للغاية. في هذه المرحلة، يبقى الحديد الموجود في خردة الألومنيوم المعاد تدويرها في الخبث ويتم إزالته مع الخبث.