С развитием технологий и ростом осведомленности о необходимости защиты окружающей среды требования к низкому уровню выбросов при использовании флюсов для литья расплавленного алюминия, предназначенных для очистки расплавов алюминиевых сплавов, становятся всё более строгими. Исследователи в стране и за рубежом активизировали изучение воздействия очистки флюсом на окружающую среду, не только анализируя эффективность самой очистки, но и, что более важно, исследуя такие показатели, как степень загрязнения окружающей среды флюсами для литья расплавленного алюминия (выбросы вредных газов), а также проводя сравнительную оценку нагрузки на окружающую среду. Ниже кратко описано воздействие антислеживающих добавок, входящих в состав флюсов для литья расплавленного алюминия, на окружающую среду, а также воздействие фтора, содержащегося в флюсах, на окружающую среду:
(1) Антислеживающий агент
Для предотвращения агломерации в процессе очистки и хранения традиционной хлоридной соли часто добавляют определённое количество антислеживающего вещества (антислеживающим веществом для NaCl является ферроцианид калия, а для KCl — жирные амины и другие органические вещества, такие как ароматические амины). Антислеживающий агент в NaCl не разлагается при температуре ниже 300 ℃, но разлагается в условиях высокой температуры (730 ℃), характерных для плавки алюминиевых сплавов. Конкретная формула реакции следующая:
K4[Fe(CN)6)] → 4KCN + FeC₂ + N₂
Если исходить из концентрации ферроцианида калия 10 ppm в NaCl, то одна тонна флюса содержит 12 000 мг высокотоксичного KCN, а уже 200 мг KCN могут привести к летальному исходу; разложение органических веществ в антислеживающем агенте KCl является основной причиной появления резкого запаха. В процессе разработки рафинирующих агентов следует использовать физико-химические методы для удаления антислеживающего агента из хлоридной соли, что позволяет снизить воздействие плавильных операций на работников и ущерб окружающей среде у источника.
(2) Загрязнение фтором
Флюсы, содержащие фтор и включающие криолит и другие фториды в качестве флюсирующих веществ, в ходе процесса плавки вступают в химическую реакцию с образованием фтористого водорода и других отработанных газов, содержащих фториды, что наносит ущерб окружающей среде и здоровью персонала.
①Вред фтора для окружающей среды
Влияние фторида на окружающую среду в основном проявляется в растительности. Листья и корни различных растений способны поглощать фторид. В целом, закономерность накопления и распределения фторида в растениях выглядит следующим образом: листья > стебель > корень. Поскольку фторид из листьев редко транспортируется наружу, его накопление положительно коррелирует с возрастом листа; в зависимости от положения листа на растении особенности распределения фторида следующие: основание > верхушка > средняя и верхняя части. Существуют очевидные различия в поглощении и накоплении фтора различными растениями. Например, у чайных кустов эффективность биоаккумуляции фтора в листьях очень высока: она в 1000 раз превышает содержание растворимого фтора в почве и в 2–7 раз — общее содержание фтора в почве; в листьях накапливается 97% фтора, тогда как в других частях растения — всего 3%.
②Вред фтора для организма человека
Вред для зубов: Хоу Тьечжоу и др. сообщили, что фторид может подавлять пролиферацию и дифференцировку клеток зародыша зуба, препятствуя нормальной экспрессии циклина D1 и PCNA, что, в свою очередь, влияет на последующий синтез и секрецию матрикса, вызывая нарушения развития и минерализации зубного зачатка; загрязнение воздуха фтором и употребление чая с высоким содержанием фтора являются причиной высокой распространенности флюороза зубов среди населения. Фторид также может ингибировать экспрессию Smad 1 и Smad 5 в клетках внутреннего эмалевого эпителия зубного зачатка человека, культивируемых in vitro, что позволяет предположить, что фторид может нарушать нормальную передачу сигналов костного морфогенетического белка (BMP) между эпителием и мезенхимой путем ингибирования молекул Smad 1 и Smad 5. Сигнальная трансдукция, влияющая на дифференцировку и развитие эмали, может быть одним из внутриклеточных механизмов развития флюороза зубов.
Повреждение дыхательной системы: Фтористый водород оказывает сильное раздражающее и коррозионное воздействие на слизистую оболочку верхних дыхательных путей и кожу. Вдыхание высоких концентраций фтористого водорода может вызвать бронхит и пневмонию, нарушить обмен глюкозы и привести к недостаточному снабжению клеток и тканей энергией. В случае смертельного отравления погибший подвергся непосредственному воздействию жидкости и газа с высоким содержанием фтористого водорода, которые проникли в организм через дыхательные пути и кожу, вызвав острый отек лёгких, дыхательную недостаточность и летальный исход в результате остановки дыхания. Вдыхание фторида может вызвать острую дыхательную недостаточность, при этом цитотоксическое действие может в основном проявляться в отношении альвеолярных макрофагов.
Опасность для нервной системы: у 10% пациентов с скелетным флюорозом наблюдаются повреждения нервной системы. Фтор может проникать в ткани головного мозга через гематоэнцефалический барьер, накапливаться в них и оказывать токсическое воздействие на ткани головного мозга. Длительное чрезмерное поступление фторидов может вызывать демиелинизирующие изменения в коре головного мозга и подкорковых областях у животных. Это может быть одной из причин снижения уровня интеллекта у детей, проживающих в районах с высоким содержанием фтора, а также ряда неврологических заболеваний среди местного населения. У пациентов с эндемическим флюорозом могут наблюдаться нарушения со стороны центральной нервной системы, такие как потеря памяти, эмоциональная нестабильность, головные боли и атаксия. Эти симптомы свидетельствуют о том, что флюороз может оказывать прямое токсическое воздействие на центральную нервную систему.
Кроме того, в составе активных компонентов традиционных флюсов содержится большое количество C2Cl6, Na2SiF6 и т. д. При высоких температурах Na2SiF6 разлагается с выделением токсичного газа SiF4. Хотя C₂Cl₆ обладает хорошим дегазирующим эффектом, он выделяет токсичный газ C₁₂, который является крайне ядовитым и вредным для человеческого организма, наносит серьезный ущерб окружающей среде и оборудованию, а хлор является основным виновником разрушения озонового слоя атмосферы. В то же время такие флюсы при использовании часто выделяют дым, что наносит вред операторам на производстве. Таким образом, традиционный процесс очистки флюсов не только имеет ограниченный очищающий эффект, но и приводит к серьезному загрязнению окружающей среды.
В последние годы некоторые заводы перешли на использование нетоксичных рафинирующих агентов на основе нитратов. В нетоксичных очищающие вещества в расплаве алюминия: 4NaNO₃ + 5C = 2NaCO₃ + 2N₂↑ + 3CO₂↑. N₂ и CO₂ нерастворимы в расплаве алюминия и, всплывая на поверхность, играют роль очистителей. В составе рафинирующего агента Na₃AlF₆ и Na₂SlF₆ выполняют как рафинирующую, так и буферную функции. N₂ и CO₂ не вызывают раздражения и улучшают условия труда. Однако в результате реакции нитратов в расплаве выделяется большое количество тепла, что легко приводит к локальному перегреву расплава, увеличивает потери расплава и повышает содержание включений в расплаве.
Это свидетельствует о том, что разработка экологически безопасных флюсов для литья расплавленного алюминия является неизбежной тенденцией. В рафинирующем агенте AdTech используется принцип взаимодействия с жидким металлом для разработки и настройки продуктов, направленных на снижение дымления, уменьшение повреждений от ожогов, а также обеспечение экологической безопасности и экономической эффективности.