Avec le développement technologique et la prise de conscience croissante des enjeux environnementaux, les exigences en matière de faibles émissions des flux de coulée d’aluminium fondu destinés à la purification des masses fondues d’alliages d’aluminium sont devenues de plus en plus strictes. Les chercheurs, tant nationaux qu'étrangers, ont intensifié leurs travaux sur l'impact de la purification par fondants sur l'environnement. Ils ne se contentent pas d'étudier l'efficacité de ce procédé, mais s'attachent surtout à analyser des indicateurs tels que le degré de pollution de l'environnement par ces fondants (émissions de gaz nocifs) et à réaliser une évaluation comparative de leur impact environnemental. Ce qui suit décrit brièvement l’impact sur l’environnement des agents anti-agglomérants présents dans les fondants de coulée d’aluminium en fusion, ainsi que l’impact du fluor contenu dans ces fondants :
(1) Agent anti-agglomérant
Afin d'empêcher l'agglomération lors du raffinage et de la conservation du sel chloruré traditionnel, on ajoute souvent une certaine proportion d'agent anti-agglomérant (l'agent anti-agglomérant du NaCl est le ferrocyanure de potassium, tandis que celui du KCl est une amine grasse, c'est-à-dire une substance organique telle qu'une amine aromatique). L'agent anti-agglomérant présent dans le NaCl ne se décompose pas en dessous de 300 °C, mais se décompose dans l'environnement à haute température (730 °C) de la fusion de l'alliage d'aluminium. La formule de réaction spécifique est la suivante :
K4[Fe(CN)6)] → 4KCN + FeC₂ + N₂
Si l'on se base sur une concentration de 10 ppm de ferrocyanure de potassium dans le NaCl, une tonne de flux contient 12 000 mg de KCN hautement toxique, et 200 mg de KCN peuvent être mortels ; la décomposition des matières organiques présentes dans l’agent anti-agglomérant à base de KCl est la principale cause de l’odeur âcre. Lors du développement d’agents de raffinage, il convient d’utiliser des méthodes physiques et chimiques pour éliminer l’anti-agglomérant présent dans le sel de chlorure, ce qui permet de réduire à la source l’impact de l’opération de fusion sur les travailleurs et les dommages causés à l’environnement.
(2) Pollution au fluor
Les fondants fluorés à base de cryolite et d'autres sels fluorés réagissent chimiquement pendant le processus de fusion pour produire du fluorure d'hydrogène et d'autres gaz résiduaires contenant des sels fluorés, ce qui nuit à l'environnement et à la santé des opérateurs.
①Les effets néfastes du fluor sur l'environnement
L'impact du fluorure sur l'environnement se manifeste principalement au niveau de la végétation. Les feuilles et les racines de diverses plantes peuvent absorber le fluorure. D'une manière générale, la loi d'accumulation et de répartition du fluorure dans les plantes est la suivante : feuille > tige > racine. Comme le fluor présent dans les feuilles est rarement transporté vers l’extérieur, son accumulation est en corrélation positive avec l’âge de la feuille ; selon la position de la feuille, les caractéristiques de répartition du fluor sont les suivantes : base > sommet > partie médiane et supérieure. Il existe des différences manifestes dans l’absorption et l’accumulation du fluor par différentes plantes. Par exemple, chez le théier, l’efficacité de la bioaccumulation du fluor dans les feuilles est très élevée : elle est 1 000 fois supérieure à celle du fluor soluble dans le sol et 2 à 7 fois supérieure à celle du fluor total présent dans le sol ; 97% de fluor s’accumulent dans les feuilles, contre seulement 3% dans les autres parties de la plante.
②Les effets nocifs du fluor sur l'organisme humain
Effets néfastes sur les dents : Hou Tiezhou et al. ont rapporté que le fluorure pouvait inhiber la prolifération et la différenciation des cellules du germe dentaire en entravant l’expression normale de la cycline D1 et de la PCNA, affectant ainsi la synthèse et la sécrétion ultérieures de la matrice, ce qui entraîne des anomalies de développement et de minéralisation du germe dentaire ; la pollution atmosphérique par le fluor et la consommation de thé à forte teneur en fluor expliquent la forte incidence de la fluorose dentaire dans la population. Le fluor peut également inhiber l’expression de Smad 1 et Smad 5 dans les cellules épithéliales de l’émail interne du germe dentaire humain cultivées in vitro, ce qui suggère que le fluor pourrait interférer avec la voie normale de transduction du signal des protéines morphogénétiques osseuses (BMP) entre l’épithélium et le mésenchyme en inhibant les molécules Smad 1 et Smad 5. La transduction du signal, qui influe sur la différenciation et le développement de l’émail, pourrait constituer l’un des mécanismes intracellulaires de la fluorose dentaire.
Effets néfastes sur le système respiratoire : le fluorure d’hydrogène a un fort effet irritant et corrosif sur les muqueuses des voies respiratoires supérieures et sur la peau. L’inhalation de concentrations élevées de fluorure d’hydrogène peut provoquer une bronchite et une pneumonie, altérer le métabolisme du glucose et entraîner un apport énergétique insuffisant au niveau des cellules et des tissus. Lors d’un accident mortel par empoisonnement, la victime a été directement exposée à du fluorure d’hydrogène sous forme liquide et gazeuse à forte concentration, qui a pénétré dans l’organisme par les voies respiratoires et la peau, provoquant un œdème pulmonaire aigu, une détresse respiratoire et une insuffisance respiratoire ayant entraîné le décès. L’inhalation de fluorure peut entraîner une insuffisance respiratoire aiguë, et la cytotoxicité pourrait agir principalement sur les macrophages alvéolaires.
Risque pour le système nerveux : 10% des patients atteints de fluorose squelettique présentent des lésions nerveuses. Le fluor peut pénétrer dans le tissu cérébral à travers la barrière hémato-encéphalique, s’y accumuler et produire des effets toxiques sur ce tissu. Une consommation excessive de fluorure sur le long terme peut entraîner des modifications de démyélinisation au niveau du cortex cérébral et des zones sous-corticales chez les animaux. Cela pourrait expliquer en partie la baisse du niveau d'intelligence des enfants vivant dans les zones à forte concentration en fluorure, ainsi qu'une série de maladies neurologiques observées au sein de la population locale. Les patients atteints de fluorose endémique peuvent présenter des troubles du système nerveux central tels que des pertes de mémoire, une instabilité émotionnelle, des maux de tête et une ataxie. Ces symptômes suggèrent que la fluorose pourrait avoir un effet toxique direct sur le système nerveux central.
De plus, les composants actifs des flux conventionnels contiennent de grandes quantités de C₂Cl₆ et de Na₂SiF₆, entre autres. Le Na₂SiF₆ se décompose à haute température et libère du SiF₄, un gaz toxique. Bien que le C₂Cl₆ présente un bon effet de dégazage, il libère du gaz toxique C₁₂, qui est très toxique et nocif pour l’organisme humain. Il cause de graves dommages à l’environnement et aux équipements, et le chlore est le principal responsable de la destruction de la couche d’ozone atmosphérique. Par ailleurs, ces flux ont tendance à dégager de la fumée lors de leur utilisation, ce qui est nocif pour les opérateurs sur le terrain. Par conséquent, le processus de traitement par flux conventionnel présente non seulement un effet de purification limité, mais entraîne également une grave pollution environnementale.
Ces dernières années, certaines usines ont adopté des agents de raffinage non toxiques à base de nitrates. Les réactions suivantes se produisent dans le procédé non toxique agents de raffinage dans l'aluminium fondu : 4NaNO₃ + 5C = 2NaCO₃ + 2N₂↑ + 3CO₂↑. Le N₂ et le CO₂ sont insolubles dans l'aluminium fondu et jouent un rôle d'affinage lorsqu'ils remontent à la surface. Dans l'agent d'affinage, le Na₃AlF₆ et le Na₂SlF₆ jouent à la fois un rôle d'affinage et un rôle tampon. Le N₂ et le CO₂ sont non irritants et améliorent les conditions de travail. Cependant, la réaction des nitrates dans le bain fondu libère une grande quantité de chaleur, ce qui peut facilement entraîner une surchauffe locale du bain, augmenter les pertes de matière et accroître la teneur en inclusions dans le bain fondu.
Cela montre que le développement de flux de coulée d'aluminium fondu respectueux de l'environnement est une tendance inévitable. L'agent d'affinage AdTech s'appuie sur le principe des composés métalliques liquides pour développer et concevoir des produits permettant de réduire la fumée et les dommages causés par la combustion, tout en contribuant à la protection de l'environnement et à la rentabilité.