تؤثر الشوائب والغازات الموجودة في المعدن تأثيرًا كبيرًا على قوة المادة ومقاومتها للتعب ومقاومتها للتآكل، فضلاً عن أدائها فيما يتعلق بالتشقق الناتج عن التآكل تحت الإجهاد. أصبح التحكم الفعال في الشوائب المؤكسدة في المادة المنصهرة لتحسين جودة القضبان المصبوبة والألواح المدرفلة هدفًا مشتركًا تسعى إليه صناعات المعادن والمسابك والمواد في مختلف البلدان. في الوقت الحالي، تُستخدم طرق تنقية مياه الألومنيوم على نطاق واسع لإزالة الشوائب من سبائك الألومنيوم المنصهرة. تقدم AdTech مرشحات CFF لسائل الألومنيوم.
تكوّن الشوائب في محلول الألومنيوم المائي
تأتي بعض الشوائب الموجودة في سبائك الألومنيوم مباشرةً من الخامات الأولية، في حين تتشكل معظمها خلال عملية الصهر والصب، وتتمثل في الغالب في شوائب أكسيدية.
شوائب الأكسدة الأولية
تُسمى جميع الشوائب الموجودة قبل الصب «شوائب الأكسدة الأولية»، والتي يمكن تقسيمها إلى فئتين وفقًا للحجم: الأولى هي الشوائب الكبيرة ذات التوزيع غير المتساوي في البنية الكلية، مما يجعل بنية السبيكة غير متصلة ويقلل من تماسك المسبوك. وهي تصبح سببًا للتآكل ومصدرًا للشقوق، مما يقلل بشكل واضح من قوة السبيكة ومرونتها؛ والفئة الأخرى هي الشوائب المتناثرة الدقيقة، التي لا يمكن إزالتها تمامًا بعد عملية التكرير. فهي تزيد من لزوجة المعدن المنصهر وتقلل من قدرة سائل الألومنيوم على الانكماش أثناء التصلب.
شوائب الأكسدة الثانوية
تتشكل شوائب الأكسدة الثانوية بشكل أساسي أثناء عملية الصب. فخلال عملية الصب، يتلامس سائل الألومنيوم مع الهواء، فيتفاعل الأكسجين مع الألومنيوم لتشكيل شوائب مؤكسدة. تتلامس سبائك الألومنيوم مع مكونات مختلفة في غاز الفرن أثناء عملية الصهر لتكوين مركبات مثل AL2O3. ويؤدي وجود AL2O3 في سائل الألومنيوم إلى زيادة محتوى الهيدروجين في بقايا ذوبان الألومنيوم، لذا فإن محتوى AL2O3 في سائل الألومنيوم له تأثير كبير على تكوين المسام في مصبوبات الألومنيوم.
طريقة تنقية المياه باستخدام الألومنيوم
ظهرت تقنية المرشحات الخزفية الرغوية في سبعينيات القرن الماضي، وقد استُخدمت على نطاق واسع في الولايات المتحدة وكندا واليابان وفرنسا وأستراليا وسويسرا. وهي الطريقة الأكثر فعالية لإزالة الشوائب من الألومنيوم المنصهر قبل استخدامه في مرشح رغوي خزفي منفذ مرشح الألواح.
في السنوات الأخيرة، تمت دراسة بعض التقنيات الجديدة لتنقية سائل الألومنيوم في الداخل والخارج، مثل المعالجة الديناميكية بالفراغ، والتنقية بالتخلص المستمر من الغازات بالموجات فوق الصوتية، والمرشحات الخزفية المصنوعة من الكوراندوم، والتي حققت نتائج جيدة جدًا. ومع ذلك، فإن هذه الأساليب التقنية معقدة نسبيًّا ومكلفة، ومن الصعب تطبيقها على نطاق واسع في إنتاج الألومنيوم في شانغي. أما بالنسبة للمرشح المعدني والترشيح باستخدام القماش الليفي، فلا يمكن إزالة سوى الشوائب الكبيرة الموجودة في سائل سبائك الألومنيوم، بينما لا يمكن إزالة الشوائب التي يقل حجمها عن مستوى الميكرون، كما أن المرشح المعدني سيؤدي أيضًا إلى تلوث سبائك الألومنيوم. أما استخدام ألواح الترشيح الخزفية الرغوية، فيمكنها ترشيح الشوائب الصغيرة وتحسين الخصائص الميكانيكية وجودة المظهر للمسبوكات بشكل ملحوظ.
مبدأ تنقية المياه باستخدام الألومنيوم
الـ صفيحة ترشيح من الرغوة الخزفية تتميز بشبكة متعددة الطبقات وثقوب متعددة الأبعاد، وتتصل هذه الثقوب ببعضها البعض. أثناء عملية الترشيح، يحمل سائل الألومنيوم الشوائب عبر القنوات والمسام المتعرجة، ويتم اعتراضها وامتصاصها وترسيبها مباشرةً عند ملامستها للهيكل الرغوي للوحة المرشح. عندما يتدفق السائل المنصهر عبر الفتحة، تكون قناة لوحة الترشيح منحنية، فيغير السائل المنصهر المتدفق عبر القناة اتجاه تدفقه، فتتصادم الشوائب مع سندان جدار الفتحة وتلتصق بقوة بجدار الفتحة.