Ada lima metode penghilangan terak aluminium; prinsip utama kelima metode tersebut meliputi penghilangan terak secara kimiawi, perbedaan kepadatan, penghilangan terak dengan flotasi, pelarutan dengan fluks, serta penyaringan mekanis. Unit penghilang gas dan unit penyaringan AdTech terutama menerapkan prinsip penghilangan terak dengan flotasi dan penyaringan mekanis.
Metode Penghilangan Terak Aluminium
Pembentukan Slag Kimia
Proses pembentukan terak majemuk didasarkan pada penggunaan oksida alkali dan fluks asam, atau senyawa kompleks maupun kompleks yang terbentuk dari oksida asam dan fluks alkali. Hal ini disebabkan adanya gaya ikatan yang kuat antara oksida dalam cairan aluminium atau fluks. Pada kondisi suhu tertentu, keduanya dapat berinteraksi untuk membentuk terak garam ganda dengan kepadatan lebih rendah dan titik leleh lebih rendah. Selain itu, terak ini mudah dipisahkan dari logam, sehingga dapat dihilangkan dari permukaan aluminium.
Proses pembentukan terak majemuk terutama terjadi di permukaan logam cair, dan reaksi ini juga terjadi pada titik kontak antara terak dan lapisan pelindung. Inklusi non-logam yang tersuspensi dalam logam cair, di bawah pengaruh hukum distribusi dan perbedaan kepadatan, terus-menerus mengapung dari bagian dalam logam cair ke permukaan terak untuk ikut serta dalam reaksi pembentukan terak.
Perbedaan kepadatan
Metode ini cocok untuk paduan yang memiliki perbedaan kepadatan yang besar antara logam cair dan inklusi non-logam, serta partikel inklusi yang berukuran besar. Metode perbedaan kepadatan umumnya memungkinkan logam cair dipertahankan pada suhu pemurnian dan dalam larutan pemurnian selama beberapa waktu, sehingga inklusi dapat mengapung atau tenggelam, dan kemudian dibuang. Kecepatan partikel inklusi terapung atau tenggelam sebanding dengan perbedaan kepadatan antara keduanya, berbanding terbalik dengan viskositas logam cair, dan sebanding dengan kuadrat jari-jari partikel inklusi.
Ketika suhu aluminium cair rendah dan jumlah inklusi banyak, viskositas aluminium cair menjadi tinggi, sehingga waktu yang dibutuhkan terak untuk mengapung atau tenggelam menjadi lama. Ketika suhu paduan konstan, karena viskositas logam cair dan perbedaan kepadatan antara logam cair dan terak tidak akan banyak berubah, ukuran dan bentuk terak akan sangat memengaruhi waktu yang dibutuhkan untuk mengapung atau tenggelam.
Oleh karena itu, perbedaan kepadatan terutama dicapai dengan memperbesar ukuran inklusi terak guna memudahkan pemisahannya dari logam cair. Selama peleburan aluminium, ketika jari-jari A1203 dikurangi dari 0,1 mm menjadi 0,001 mm, waktu diam yang diperlukan meningkat dari 5 detik menjadi 13,8 jam, artinya hal ini tidak menguntungkan bagi terak untuk mengapung atau tenggelam. Paduan aluminium biasanya dibiarkan selama 20 hingga 30 menit, tetapi efek penghilangan terak masih sangat terbatas. Metode ini memakan waktu dan energi, serta sulit untuk menghilangkan inklusi terak yang tersebar halus. Secara umum, pada suhu superheating tertentu, setelah fluks diaduk dan terbentuk terak, campuran dibiarkan diam selama beberapa waktu untuk memperoleh efek penghilangan terak tertentu.
Prinsip Flotasi
Prinsip flotasi memanfaatkan reaksi fisik dan kimia tertentu antara fluks atau gas inert dengan oksida, yaitu adsorpsi dan pelarutan sebagian, yang menyebabkan lapisan busa mengangkat oksida tersebut. Suhu leleh paduan aluminium memang rendah, tetapi titik leleh oksidanya sangat tinggi. Dalam hal ini, sulit untuk menggunakan metode kimia. Oleh karena itu, metode flotasi lebih sesuai untuk digunakan.
Saat paduan aluminium dimurnikan dengan gas nitrogen, banyak terak teroksidasi akan mengapung ke permukaan selama proses dehidrogenasi. Proses penghilangan terak dengan flotasi gas semacam ini pada dasarnya sama dengan proses penghilangan terak dengan flotasi fluks.
Ketika gelembung-gelembung tersebut melewati cairan aluminium, partikel-partikel oksida yang tersebar akan bertabrakan dengan gelembung-gelembung tersebut, kemudian teradsorpsi pada gelembung-gelembung itu, dan mengapung ke permukaan cairan seiring naiknya gelembung-gelembung tersebut. Semakin banyak jumlah gelembung dan semakin besar ukurannya, semakin baik pula efek penghilangan terak. Gas inert yang digunakan umumnya adalah nitrogen dan argon. Paduan aluminium juga sering digunakan sebagai agen flotasi, terutama yang berbasis garam klorida.
Pelarutan Fluks
Setelah inklusi non-logam larut dalam fluks cair, inklusi tersebut dapat terpisah dari logam cair seiring fluks mengapung dan tenggelam. Kemampuan fluks untuk melarutkan terak yang terperangkap bergantung pada struktur molekulnya dan sifat kimia yang dihasilkannya. Apabila struktur molekul dan sifat kimianya serupa, keduanya dapat saling bercampur pada suhu tertentu. Penambahan 10% krioit ke dalam campuran natrium klorida dan kalium klorida dengan perbandingan yang sama dapat melarutkan 0,15% Al₂O₃. Dan seiring dengan meningkatnya kadar krioit, kelarutan alumina dalam fluks juga meningkat.
Penyaringan Mekanis
Metode-metode penghilangan terak aluminium yang disebutkan di atas tidak efektif untuk inklusi non-logam yang memiliki perbedaan kepadatan cairan yang sangat kecil, ukuran partikel yang kecil, dan tingkat dispersi yang sangat tinggi. Oleh karena itu, ketika cairan logam melewati filter busa keramik Media filtrasi mekanis memiliki efek penyumbatan mekanis terhadap inklusi non-logam. Selain itu, media filtrasi tersebut juga memiliki efek adsorpsi terhadap inklusi tersebut. Secara umum, semakin kecil celah dan semakin tebal media filtrasi, semakin rendah laju aliran cairan aluminium, dan semakin baik pula efektivitas filtrasi mekanisnya.
