Los metales alcalinos y alcalinotérreos presentes en el aluminio fundido proceden principalmente de los elementos de estos grupos que intervienen en el proceso de electrólisis del aluminio —como el Na, el Li, el Ca, etc.—, así como de los fundentes de las aleaciones de aluminio. Fundentes de aleación de aluminio están compuestos, por lo general, por metales alcalinos y metales alcalinotérreos. Los principales componentes de los cloruros y fluoruros son KCl, NaCl, NaF, CaF, Na₃AlF₆, Na₂SiF₆, etc. Tras el uso del fundente de refinado de aluminio, los metales alcalinos y alcalinotérreos mencionados anteriormente permanecerán en la masa fundida.
Tomemos como ejemplo el sodio, un metal alcalino. El sodio es prácticamente insoluble en el aluminio, y su solubilidad máxima en estado sólido es inferior a 0,0025%. En las aleaciones de Al-Mg, cuando el contenido de magnesio supera el 2%, el magnesio desplaza al silicio y libera sodio libre. El Na se solidifica durante el proceso de solidificación. Al encontrarse en los límites de grano, durante el proceso de deformación plástica, debido a su bajo punto de fusión, recupera su estado libre y constituye el origen de las grietas. A medida que aumenta la deformación, las grietas convergen para formar fisuras, lo que constituye el denominado fenómeno de la “fragilidad por sodio”.
El calcio presente en la aleación de aluminio formará nuevas fases, CaAl₄ y CaAl₂, junto con el aluminio. La formación de estas nuevas fases favorece la reducción de las fases de refuerzo en la aleación de aluminio. Por ejemplo, cuando la fase CaAl₄ está presente en la aleación de aluminio, la fase de refuerzo θ (CuAl₂) disminuirá, y la dureza de la aleación de aluminio tras el tratamiento de envejecimiento en solución también disminuirá. Desde el punto de vista de la microestructura, la fase CaAl₄ presenta una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. Debido a la proximidad entre la constante de red y el radio atómico del Cu, el Cu de la fase θ puede sustituir al Al de la fase CaAl₄ para formar una nueva fase compuesta, lo que provoca la reducción de la fase de refuerzo. Cuando el contenido de Ca alcanza el 1,21 TP3T, los átomos de Cu sustituyen a dos átomos de aluminio en la fase CaAl₂ para formar una nueva fase compuesta. El nuevo compuesto no se disuelve en la matriz de aluminio y no puede sufrir un endurecimiento por precipitación. El calcio presente en la aleación de aluminio reduce la dureza en estado de fundición y, a medida que aumenta el contenido de calcio, también disminuye la dureza de la aleación de aluminio tras el tratamiento térmico. Además, cuando el contenido del elemento de impureza nocivo Ca en la masa fundida de aluminio es elevado, la fluidez de la masa fundida de la aleación de aluminio se ve reducida, y es fácil que se produzcan burbujas de aire, poros microscópicos o poros. En casos graves, se producirán compuestos de segregación duros y frágiles, lo que provocará un aumento significativo de la tasa de desechos de las piezas fundidas y reducirá el efecto de endurecimiento por tratamiento térmico de las aleaciones de aluminio.
Según los informes disponibles, el método que se puede emplear para eliminar los metales alcalinos del aluminio fundido consiste en utilizar un horno de mantenimiento
Para el refinado de la masa fundida se utilizan cloro, agentes de refinado que contienen cloro (como el hexacloroetano, el tetracloruro de carbono, etc.) o agentes de refinado que contienen fluoruro. Sin embargo, durante el proceso en el que se utiliza cloro, cloruro o fluoruro, se producirá cloro gaseoso que se desprenderá del aluminio fundido, cloro gaseoso y fluoruro de hidrógeno generados tras la reacción con metales alcalinos, así como cloro gaseoso y tetracloruro de carbono gasificados por el calentamiento, que dañarán gravemente el revestimiento del horno y acortarán su vida útil. En segundo lugar, supondrá riesgos laborales para los operarios de producción.
Mediante una reacción de sustitución se consigue un método respetuoso con el medio ambiente y eficiente para la eliminación de metales alcalinos y alcalinotérreos. El principio básico consiste en aprovechar las características de la actividad química de los metales alcalinos y alcalinotérreos según su orden de actividad, y añadir otras sales metálicas con cationes relativamente inactivos, para posteriormente eliminarlos mediante otros métodos físicos. Tomando como ejemplo la eliminación del Na de las aleaciones que contienen magnesio, dicha eliminación se consigue generalmente mediante la reacción de sustitución entre el MgCl₂ y el Na elemental. La fórmula básica de la reacción es la siguiente:
MgCl₂ + 2Na = 2NaCl + Mg
En la actualidad, las aleaciones de alto rendimiento evolucionan hacia especificaciones de mayor tamaño, y los requisitos dimensionales de las planchas de fundición aumentan progresivamente. El gas residual, las impurezas, la escoria y los metales alcalinos y alcalinotérreos presentes en la masa fundida de aleación de aluminio resultarán más perjudiciales durante el procesamiento y la deformación de la plancha de fundición.