يأتي معدن الألومنيوم المستخدم تجاريًّا من مصدرين: إما الألومنيوم النقي المستخرج من الألومينا (المعروف باسم الألومنيوم الأولي)، أو المعدن الذي يتم الحصول عليه من خلال إعادة تدوير الخردة من مصادر عديدة (المعروف باسم الألومنيوم الثانوي). وفي كلتا الحالتين، لا بد من تكرير المعدن قبل أن يصبح جاهزًا للاستخدام في أغراض التصنيع.
تشكل الأكاسيد طبقة رغوية، ويذوب الهيدروجين في المعدن، وتزداد قابليته للذوبان مع ارتفاع درجة الحرارة. وما لم يتم إزالته، فإن الغاز المذاب سيتسبب في حدوث تشققات في المسبوك النهائي أثناء تبريده. وهناك مشكلة رئيسية أخرى تتمثل في ضرورة إزالة العناصر الشائبة تمامًا من المعدن المنصهر، أو على الأقل خفضها إلى مستوى منخفض جدًّا محدد مسبقًا.
في صناعة الألومنيوم وسبائك الألومنيوم، تتمثل الممارسة الشائعة في تمرير الكلور عبر المعدن المنصهر لإزالة الغازات المذابة ولتحرير المعدن بشكل أكبر من المسام وشوائب الأكسيد والشوائب الأخرى. وعادةً ما تستخدم هذه الطريقة، التي تُعرف باسم «التذويب» أو «إزالة الغازات»، الكلور بكامل قوته، أي بتركيز 100%. كما يمكن استخدام النيتروجين لإزالة الغازات من الألومنيوم.
يُشار عادةً إلى عملية تعريض الألومنيوم لبخار تفاعلي يحتوي على الكلور باسم «كلوريد الألومنيوم». ومن خلال هذه العملية، تتم إزالة المعادن الشوائب والهيدروجين. كما يتم تحويل المغنيسيوم والصوديوم إلى كلوريدات، بحيث يمكن إزالتهما من سطح المعدن المنصهر على شكل خبث الألومنيوم.
بشكل عام، تتم معالجة الألومنيوم عن طريق ضخ غاز الكلور في المعدن المنصهر. ويحدث تفاعل كيميائي بين المعدن المنصهر والكلور لتكوين كلوريد، الذي يرتفع إلى سطح المعدن على شكل رغوة تتكون من كلوريد المعدن وجزيئات الألومنيوم المحبوسة والألومينا. ومن عيوب هذه الطريقة انخفاض كفاءة استخدام الكلور. بالإضافة إلى ذلك، أثناء المعالجة، تُفقد كمية كبيرة من الألومنيوم من الحمام المنصهر على شكل كلوريد الألومنيوم.
تسبب الكمية الزائدة من الكلور المستخدمتين مشكلتين. حيث يُفقد جزء من الكلور في شكل كلوريد الألومنيوم. ويحدث التحلل المائي بعد ملامسته للرطوبة الجوية، مما ينتج عنه حمض الهيدروكلوريك وأبخرة دقيقة جدًّا من هيدروكسيد الألومنيوم أو أكسيد الألومنيوم. ويشكل هذان العاملان معًا مشكلة تلوث هواء هائلة. وعلى الرغم من أنه يمكن إزالة الحمض بفعالية معقولة في منفذ العادم باستخدام نظام غسل مائي مناسب، فإن غبار الألومينا صغير جدًّا، حيث يقل حجمه عن 2 ميكرون، مما يجعل إزالته صعبة. ثانيًا، يتسرب الكلور الغازي من المادة المنصهرة ولا يمكن إزالته من غاز المداخن إلا من خلال نظام تفاعلي ما.
طريقة تكرير المعادن
تقدم شركة AdTech طرقًا محسّنة لتكرير معدن الألومنيوم، تشمل التكرير باستخدام مادة التذويب وإزالة الغازات أثناء العملية.
تكرير الفلوكس
تقنيات الإعلانات تدفق حبيبي يُستخدم بشكل أساسي لإزالة الهيدروجين وخبث الأكسيد العائم من سائل الألومنيوم، مما يجعل سائل الألومنيوم أكثر نقاءً، كما أنه يؤدي وظيفة مزيل الخبث. وفي عملية التكرير، يمكن لعامل التكرير أن يقلل من الدخان والغبار، ويحد من خسائر الاحتراق، فضلاً عن كونه صديقًا للبيئة واقتصاديًا.
يدخل النفاث إلى الألومنيوم المنصهر بشكل متجانس تحت تأثير الغاز الحامل (N₂ أو Ar). وتؤدي التغيرات الفيزيائية والكيميائية التي تطرأ على الألومنيوم المنصهر إلى تكوين عدد لا يحصى من الفقاعات الصغيرة التي تكون على اتصال كامل مع الألومنيوم المنصهر، وتقوم بفصل غاز [H] والغازات الضارة الأخرى الموجودة في الألومنيوم المنصهر. وفي الوقت نفسه، يمكن لبعض المواد الموجودة في عامل التكرير أن تمتص بقوة الأكاسيد والمواد العالقة في المادة المنصهرة وتذيبها، وتلتصق بالفقاعات. وعندما ترتفع الفقاعة، يتم نقلها إلى سطح الألومنيوم المنصهر لتحقيق الغرض من التنقية، مثل إزالة الغازات وإزالة الخبث.
طريقة إزالة الغازات عبر الإنترنت
الـ وحدة إزالة الغازات عبر الإنترنت يستخدم النيتروجين كعامل لإزالة الغازات، وهو مادة لا تسبب أي تلوث للبيئة ولا تتفاعل مع الألومنيوم المنصهر. وينتشر الهيدروجين المذاب في المادة المنصهرة إلى الفقاعات الصاعدة لغاز المذيب، ثم يُنقل إلى سطح المادة المنصهرة.
تُزال الأكاسيد والشوائب غير المعدنية الأخرى بشكل أساسي عن طريق عملية التعويم، حيث تلتصق الفقاعات الخاملة الصغيرة بالأكاسيد ثم تطفو إلى سطح الألومنيوم المنصهر. وتنطبق المبادئ التي تُستخدم في إزالة الهيدروجين أيضًا على إزالة الأكاسيد.
تكون فقاعات الغاز الخامل أصغر حجمًا، كما أن مدة بقائها في المعدن المنصهر أطول. وهذا يضمن وجود مساحة تلامس كبيرة بين فقاعات الغاز الخامل والمعدن المنصهر، مما يضمن بدوره معامل نقل كتلة أعلى مقارنة بطبقة الانتشار.
