» » Удаление твердых окислов путем флотации
04.02.2017

При флотационном обогащении руд тонкий порошок смешанных разнородных руд поступает в агитаторы (конические сосуды, в которых происходит перемешивание), куда подается вода с небольшими добавками флотирующих веществ, или флотореагентов, например, минерального масла и серной кислоты. Вся масса энергично перемешивается при одновременном продувании воздуха через смесь. При этом образуется пена. Вследствие того что свойства поверхности различных руд неодинаковы, одни частицы будут смачиваться флотационной смесью и погрузятся на дно, а другие останутся несмоченными и вместе с пеной всплывут на поверхность. Это явление связано не только со свойствами поверхности частичек, но и с поверхностным натяжением флотационной смеси.
Путем подбора различных флотореагентов и их концентраций удается производить избирательную (селективную) флотацию, т. е. последовательное отделение различных руд из их смеси.
Процессы, аналогичные флотационным, идут и при удалении взвешенных в металле твердых окислов и других неметаллических включений. Когда газ поступает в нижнюю часть объема расплавленного металла, то, поднимаясь в виде пузырьков вверх, он встречает на своем пути окислы, находящиеся во взвешенном состоянии в металле. В зависимости от свойств поверхности металла, окислов и продуваемого газа окислы или будут оставаться в металле и вместе с ним отступать в стороны при продвижении пузырька газа (окислы удаляться не будут), или частицы окислов будут терять смачиваемость, прилипать к пузырьку и на нем, как на воздушном шаре, подниматься на поверхность металла. Когда пузырек лопнет, то частички окислов, сохраняя несмачиваемость металлом, останутся на поверхности, откуда их можно сгрести и удалить (рис. 89).
Очистка алюминиевых сплавов от взвешенных в них частичек окислов производится с помощью тех же очистителей, главным образом хлористых солей, реагирующих с металлом, которые используются и для удаления растворенных в металле газов.
Удаление твердых окислов путем флотации

Иногда пользуются также продувкой металла газами (наиболее часто применяют азот и хлор). Из хлористых солей употребляются такие, которые обладают более высокой упругостью диссоциации, чем упругость диссоциации хлористого алюминия, получающегося при реакции солей с алюминием.
При рассмотрении способа дегазации путем введения в алюминиевый сплав реагирующих с металлом хлористых солей уже было указано, что основным веществом, которое получается в ванне при введении хлористого очистителя, является хлористый алюминий. Будучи в парообразном состоянии, он способствует удалению как газа из раствора, так и окислов из механической смеси. Хлористый алюминий и является своего рода флотореагентом. Присутствие его обусловливает извлечение из металла окислов, которым он придает несмачиваемость металлом, чему способствует в некоторой мере абсорбция или адсорбция окислами хлористого алюминия. Окислы, потерявшие смачиваемость под влиянием хлористого алюминия, вместе с пузырьками его пара выносятся из металла на поверхность, откуда сгребаются в виде сухого, свободного от металла порошка.
Следует обратить самое серьезное внимание на то, чтобы применяемые в качестве очистителей хлористые соли были безводными. Все они представляют вещества гигроскопичные, поэтому при хранении в плохо закрытых сосудах поглощают влагу из воздуха. Если такая влажная соль вводится в расплавленный алюминиевый сплав, то имеет место реакция:
Удаление твердых окислов путем флотации

в результате которой металл не только не освободится от растворенных в нем газов и взвешенных твердых окислов, а наоборот, обогатится ими. Глинозем получается в этом случае в мелком раздроблении, почему он трудно удаляется, а водород — в атомном состоянии в момент выделения, почему весьма легко растворяется в металле.
Тяжелые сплавы, содержащие алюминий, подвергаются очистке oт окиси алюминия, как и сплавы на алюминиевой основе. Флотационный способ, в котором флотореагентом является хлористый алюмнний, применим также и к этим сплавам.
Удаление окислов из алюминиевой бронзы, например, происходит даже эффективнее, так как плотность расплавленной бронзы почти в два с половиной раза больше плотности окислов, находящихся в сплаве во взвешенном состоянии.
Алюминиевая монетная бронза (5% Al), имеющая во взвешенном состоянии включения глинозема (рис. 90, а), показала пониженные механические свойства — хрупкость.
После введения в расплавленный сплав безводного хлористого цинка в количестве 0,05% от веса сплава, тщательного перемешивания и снятия окислов сплав, отлитый в такую же изложницу, как и до очистки хлористым цинком, показал, что механические свойства его полностью восстановились. Микрошлиф (рис. 90, б) показал полное освобождение сплава от окислов.
Удаление твердых окислов путем флотации

Таким образом, освобождение алюминиевой бронзы от твердых окислов, образующихся в сплаве при введении алюминия в окисленную медь или при переплавке мелкой стружки, возможно путем введения в сплав свободного от влаги хлористого цинка. При соприкосновении его с алюминием в бронза идет та же реакция (77), что и при введении хлористого цинка в алюминий. Образующийся по реакции хлористый алюминий и в этом случае создает несмачиваемость окислов и таким образом способствует их всплыванию на поверхность ванны.
Хлористые соли других металлов, которые или сами обладают большой упругостью пара или реагируют с алюминием с образованием хлористого алюминия, могут более или менее полно освобождать сплавы, содержащие алюминий, от взвешенных окислов.
Для легкоплавких оловянных и свинцовых сплавов применяется в качестве очистителя хлористый аммоний. При температуре 520° он уже кипит из твердого состояния (возгоняется). Хлористый аммоний в виде пузырей пара проходит через расплавленный металл и, являясь для окислов последнего флотореагентом, способствует удалению их из металла.
Попытки применения хлористого аммония в качестве очистителя для удаления окислов из алюминиевых сплавов, не дали, да и не могли дать положительного результата. В состав хлористого аммония входит водород, который при реакции соли с алюминием освобождается и может растворяться в металле.
Реакция, которая имеет место при введении хлористого аммония в алюминий, может быть выражена формулой:
Удаление твердых окислов путем флотации

а так как аммиак при этих температурах почти полностью диссоциирует, то действительности в большей степени соответствует реакция:
Удаление твердых окислов путем флотации

Водород образуется в атомном виде в момент выделения, поэтому легко растворяется в расплавленном алюминии и при литье в изложницы частично выделяется с характерным, похожим на кипение, шумом, значительная же часть его остается в слитке в виде пузырей.
Заметного образования нитридов при введении хлористого аммония в алюминий при сравнительно низких температурах не происходит. При введении его в алюминий, имеющий температуру 720°, в слитке было обнаружено 0,01% азота, что составляет около 0,03% нитрида алюминия. Такого же порядка величины содержания азота получаются и при обычных плавках.
Таким образом, флотационный способ удаления взвешенных окислов имеет большое значение для сплавов на алюминиевой основе, а также для медных сплавов, содержащих алюминий, и, наконец, для легкоплавких сплавов на оловянной и свинцовой основах.