» » Рафинирование расплавов от растворенных примесей
22.04.2015

Удаление растворенных примесей из расплавов, как правило, является задачей металлургического передела. Однако в некоторых случаях подобные процессы приходится проводить и в литейном производстве. В зависимости от состава и физико-химических свойств сплава рафинирование от растворенных примесей может быть осуществлено окислением, обработкой расплава флюсами, отстаиванием, вакуумной дистилляцией.
Рафинирование окислением применимо в тех случаях, когда сплав способен растворять кислород. Этим методом можно очистить расплав от примесей, имеющих большее сродство к кислороду, чем основа рафинируемого сплава, при условии, если оксиды примесей не растворяются в расплаве. Этот метод применяют для очистки меди от свинца, мышьяка, висмута и сурьмы; никеля — от кремния, серы, магния и марганца; железа — от углерода, кремния, марганца и фосфора.
Окисление примесей производят продувкой воздуха через расплавленный металл или подачей его на поверхность расплава Иногда для этой цели в расплав вводят окислители (оксиды и соединения, легко отдающие кислород). При контакте кислорода воздуха с расплавом прежде всего происходит окисление основного металла, и расплав насыщается кислородом. Растворимые примеси соединяются с кислородом и образуют соответствующие оксиды. В зависимости от физического состояния оксиды примесей удаляются из расплава в виде газа или переходят в шлак. Если считать, что оксид примеси остается в свободном виде, то описанное взаимодействие можно изобразить реакцией: [Me'] + [O] ⇔ Me'О, где [Me] и [О] — концентрации в расплаве примеси и кислорода. Константа равновесия этой реакции К = 1/[Me'] [О]. Для наиболее полного удаления подобных примесей необходима высокая концентрация кислорода в расплаве. После проведения окислительного рафинирования необходимо удалить избыток растворенного кислорода. Это достигается путем раскисления.
Рафинирование флюсованием применяют в том случае, если примесь растворяется во флюсе или взаимодействует с ним с образованием летучих или легко шлакующихся соединений, не растворяющихся в основном металле. Примером такого способа рафинирования служит очистка алюминия от магния криолитом, применяемая при производстве вторичного алюминия. Метод флюсования широко применяют для очистки сталей и чугунов от серы.
Рафинирование отстаиванием применяют для удаления из расплава примесей, которые образуют между собой или с основным металлом тугоплавкие соединения, отличающиеся от рафинируемого металла плотностью. Иногда в расплав специально вводят добавки, образующие тугоплавкие соединения с примесями. Сущность процесса состоит в том, что рафинируемый сплав выдерживают в течение определенного времени при температуре, лежащей ниже точки начала выпадания из раствора кристаллов тугоплавких соединений, содержащих примеси. Выпадающие кристаллы всплывают или оседают в расплаве, после чего удаляются различными способами.
Вакуумная дистилляция используется для удаления тех примесей, которые имеют большее давление пара, чем рафинируемый металл. Этот способ широко применяют при рафинировании вторичных алюминиевых сплавов от магния и цинка Закономерности вакуумной дистилляции подобны закономерностям плавки металлов в вакууме.