¿Cómo elimina el fabricante el oxígeno del metal durante la fusión?

Question

¿Cómo eliminan los fabricantes el oxígeno del metal durante la fusión? Fundo aluminio con hilos de nicromo y durante la fusión se forma mucha escoria (óxido de aluminio) y tengo que eliminarla manualmente.

Answer 1

Utilizan flujo Así es. Es decir, una sustancia inerte que se funde más fácilmente que el metal y flota encima, impidiendo que se oxide en el aire. Los fundentes comunes para el aluminio parecen estar basados en mezclas eutécticas de varios cloruros (digamos, $\ce{NaCl + KCl}$ ).

Cubrir el crisol con una tapa no ofrece una protección completa, y trabajar en atmósfera inerte es mucho más costoso (aunque a veces también lo hacen).

Answer 2

Esto tiene dos aspectos, el primero es la reducción del metal puro a partir de sus óxidos, normalmente llamados fundición Por ejemplo, en la producción de hierro, los óxidos de hierro son reducidos por el carbono, normalmente procedente del coque, que también es el combustible que proporciona la energía para la reacción.

En el caso de la refundición de metales para la fundición, normalmente se trata de limitar la formación de óxido en lugar de revertirla. En el caso de cantidades decentes, suele ser autolimitante hasta cierto punto, ya que los óxidos tienden a flotar en la superficie del crisol, lo que limita la oxidación posterior. Fundentes de cubierta que se asientan en la superficie y proporcionan un sello suave al crisol.

A ello contribuye el uso de fundentes capaces de atrapar los óxidos que se forman y de atraparlos en una masa de vidrio semifluida que es más fácil de eliminar. En la fundición de hierro se utiliza la piedra caliza, pero pueden utilizarse otros aditivos (como el serrín) como coagulantes de la escoria para que ésta sea menos pegajosa y más fácil de manipular.

En el caso del aluminio, las capas de óxido de la superficie de las láminas y los alambres, especialmente finos, pueden constituir un volumen significativo del material antes de que se empiece a fundir, y no hay mucho que se pueda hacer al respecto. El aluminio tiene una afinidad especialmente alta por el oxígeno y la única forma práctica de reducirlo es por electrólisis.

Si está fundiendo una gama de tamaños de material (por ejemplo, una mezcla de chatarra y lingotes) puede ayudar a fundir primero las piezas más grandes, ya que tienen una menor relación superficie-volumen, y luego añadir los trozos más pequeños para que se fundan mientras están sumergidos en un charco de metal fundido.

En sentido estricto, los óxidos que aparecen en la superficie del aluminio fundido se denominan escoria, término que se aplica a los óxidos metálicos producidos durante la fusión, mientras que la escoria es un material vítreo que es una mezcla de óxidos metálicos y fundente o silicatos del mineral.

En la producción industrial hay varios enfoques para la eliminación de la escoria. Se puede retirar la escoria de la superficie de la cuchara o del crisol, o se puede extraer de la parte inferior del fondo (como en un horno de cubilote). En algunas aplicaciones de fundición también se utilizan filtros de escoria de cerámica para evitar que los restos entren en el molde.

Answer 3

En general, los fabricantes eliminan el oxígeno del metal utilizando desoxidantes. Por ejemplo, un fabricante funde el acero y vierte aluminio líquido (u otras sustancias viables que actúan como agentes reductores) en el acero líquido. Este aluminio reaccionará con el oxígeno del acero para formar óxido de aluminio (Al2O3). Como el óxido es más ligero que el acero, fluye hacia la parte superior y se recoge desde allí. Hay más detalles satisfactorios aquí .

Hay más formas de desoxidar el metal, como soplar el oxígeno con gases nobles como el Argón (ya que tener un gas no reactivo en el metal no será un problema). Hay más métodos, como el método del vacío, que se describe ampliamente en Internet. En cuanto a la desoxidación del aluminio en lo que respecta a su pregunta específica, hay un gran material para leer en este sitio . Parte de la información de ese sitio web es sobre el cobre, pero los conceptos son los mismos.

Acabo de darme cuenta de que he entendido mal tu pregunta, y que la respuesta de Iván es la correcta. No obstante, dejaré aquí esta explicación. Espero que sirva como un buen contexto para el proceso de la metalurgia.

Answer 4

Aunque la pregunta original es ¿Cómo desoxidar la masa fundida oxidada? En la práctica, desoxidar puede ser más difícil que prevenir o eliminar.

Esto responde a las preguntas por separado:

• ¿Cómo evitar la oxidación en la fundición?
• ¿Cómo desoxidar la masa fundida oxidada?
• ¿Cómo eliminar la escoria de oxidación (dross) de la masa fundida?

Se trata de una recopilación de opciones, procedentes de numerosas fuentes y comentaristas. Aunque se solapa con algunas respuestas ya dadas, esperamos que sea una respuesta completa. Y esperamos que organice más claramente estas tres preguntas separadas. (En algunos casos, no está claro si el método previene, desoxida o elimina el metal oxidado).

Tenga en cuenta que algunos métodos, como los fundentes, pueden variar según los metales con los que trabaje.

¿Cómo prevenir/reducir la oxidación?

• No es la oxidación: Su escoria podría no ser metal oxidado en absoluto - podría ser impurezas, o contaminación por otros metales.

• Auto-limitación: Como se ha mencionado en otra respuesta, es autolimitante hasta cierto punto, ya que los óxidos flotan en la superficie, limitando la oxidación posterior.

• La electrólisis: El aluminio tiene una afinidad especialmente alta por el oxígeno y la única forma práctica de reducirlo es por electrólisis.

• Ácido bórico: se utilizan materiales como fluorita de bórax, sílice, carbonato de sodio. Como se ha mencionado en otra respuesta, éstos forman a veces "espinelas" indeseables en el metal líquido. El ácido bórico debería fundirse y luego descomponerse (al menos parcialmente) en óxido bórico y agua. El agua no es tan peligrosa como podría pensarse siempre que esté en la superficie, así que mientras se le dé tiempo suficiente para descomponerse antes de atravesar la capa no debería ser un problema.

• Fundente: Cuando el metal se funde completamente en un líquido, espolvoree cuidadosamente una pequeña cantidad de fundente sobre el metal fundido. El fundente Marvelux es un ejemplo (no un aval). Se asentará en la superficie y proporcionará un sello suave al crisol. Tras el vertido, deje que la pieza y el molde se enfríen por completo. A continuación, retire la pieza y decóralo para limpiar los restos de fundente. A continuación, aclárelo bien. El alcohol y la evaporación parecen una mejor opción que el vinagre y el agua, ya que el vinagre puede provocar la corrosión .

• El vidrio: En el caso del latón, usarías botellas de vidrio rotas.

• Carbón vegetal: Con las temperaturas bajas, el carbón crujiente es el remedio habitual.

• Kitty Litter: algunos lanzadores de balas lo utilizan.

• Retirar el oxígeno: posiblemente sustituirlo por un gas inerte. Se suele utilizar nitrógeno, que no es tóxico (ya está en el aire que respiramos). Vigila que no utilices tubos de silicona para conectar la bombona de N2: son bastante permeables al O2. Lo mismo ocurre con los guantes de silicona. Hay varias formas de hacerlo todas requieren un entorno hermético. Hay que eliminar el oxígeno antes de exponer los metales fundidos a la atmósfera. Algunos de los métodos enumerados se utilizan en la fabricación, otros podrían funcionar para la producción a pequeña escala o el bricolaje, y otros son especulativos:

  • Quemar el oxígeno con una llama. Dependiendo del volumen, esto puede provocar una diferencia de presión entre el volumen y el entorno exterior, lo que a su vez puede requerir la sustitución del oxígeno por un gas inerte.

  • Extraiga todo el aire y opere en vacío.

  • Adsorberlo con un "captador" de oxígeno. Un getter es un depósito de material reactivo que se coloca dentro de un sistema de vacío. Cuando las moléculas de oxígeno chocan con el material getter, se combinan con él químicamente o por absorción, reduciendo así la cantidad de oxígeno en el espacio.

    • Las guanteras comerciales utilizan un 10% de H2 en N2 (gas formier) sobre un catalizador de Pd calentado para convertir el O2 en agua, que luego se elimina mediante un tren de secado (tamiz molecular). Esto puede producir CO2, que puede ser necesario eliminar.
    • Pase el aire a través de una columna calentada de polvo de cobre. Idealmente, 63,55 g de polvo de cobre deberían eliminar 24,5 L de oxígeno del aire, lo que nos deja más de 80 L de nitrógeno. Eso no es mucho cobre para una guantera de 30-40 L. Sin embargo, depende de la temperatura de la columna, el caudal, el tamaño de la malla, etc. La atmósfera en la guantera circula todo el tiempo, y el catalizador puede pasar del 20% de O2 a 0ppm en unos 15 minutos.
    • Desoxidantes de uso alimentario: en seco polvo de hierro, sodio y a veces carbón activado . Dos 500cc de estos absorbentes de oxígeno pueden absorber hasta 500cc de oxígeno. El aire seco normal contiene 20,95% de oxígeno Así que necesitaría un volumen de agente absorbente de oxígeno igual al 21% de su espacio de trabajo aislado. Más cifras aquí .
    • Pásalo por un tubo calentado (alrededor de 500 grados C) relleno de lana de acero. No estoy seguro de si esto puede funcionar con aire, o sólo con agua.
    • Otras recetas comprenden un soporte reductor poroso, como el carbón activado, el negro de humo, el carbón, el coque de petróleo y la titania, que está impregnado con entre un 10% y un 90% en peso de un óxido de metal alcalino o de un óxido de metal alcalinotérreo.
    • Una simple bandeja de vinagre y lana de acero. El vinagre disuelve la capa protectora de la lana de acero, acelerando el proceso de oxidación, que secuestra el oxígeno de la atmósfera local.
    • Consigue algunos de esos calentadores de manos químicos, córtalos y vierte el polvo en un plato en tu guantera. Ese material es hierro reducido combinado con catalizadores que lo hacen más propenso a la oxidación.
    • A Obtenedor a base de circonio .
    • Una placa de Petri abierta de eutéctico de sodio/potasio tal vez con un agitador magnético.
    • Consiga este material . Investigadores de la Universidad del Sur de Dinamarca han sintetizado materiales cristalinos que pueden fijar y almacenar oxígeno en altas concentraciones. Una sola cucharada de esta sustancia es suficiente para absorber todo el oxígeno de una habitación. ¡Vaya!

• Tapa: como se ha mencionado en otra respuesta, una tapa de crisol puede reducir la oxidación.

• Tuberías: Conecte su crisol directamente a su molde a través de una tubería, para que el metal fundido se transfiera sin exponerse al aire.

• Reducir el área: Un crisol delgado, o con una sección superior estrecha, reducirá la superficie expuesta al aire. Esto será imposible si sus sólidos son más gruesos que el cuello de su crisol. Considere la posibilidad de comenzar con polvo de metal en lugar de lingotes.

• Eliminar el crisol: Poner polvo de metal seco directamente en el molde, empaquetarlo, sellar el molde y meterlo en un horno. Se conoce como "Compactación y sinterización".

• Eliminar el crisol, 2: Poner una fina capa de polvo de metal en una superficie de trabajo plana. Con un láser CNC, fusiona el polvo con la forma del fondo de tu patrón. Añade otra capa de polvo metálico y fúndela. Repite la operación hasta que toda la pieza esté construida en capas. Conocido como Sinterización directa de metales por láser .

¿Cómo desoxidar un metal oxidado?

• Calentar: subir la temperatura de la olla a tope y se disuelve en su mayor parte.

• Carbón vegetal: Para desoxidar la capa de escoria/óxido espolvorear con carbón vegetal en polvo.

• Desoxidantes. Como se ha mencionado en otra respuesta, un fabricante puede verter aluminio líquido (u otros agentes reductores viables) en el acero líquido. El aluminio reaccionará con el oxígeno del acero para formar óxido de aluminio (Al2O3). Como el aluminio es más ligero que el acero, fluye hacia la parte superior y se recoge desde allí.

• Aplique la corriente eléctrica . En 1906, el ingeniero inglés A. G. Bloxam utilizó la corriente continua en el vacío para producir filamentos para lámparas incandescentes. La corriente aplicada era especialmente eficaz para reducir los óxidos superficiales. (puede que quieran decir "prevenir", no "reducir"). Esto tiene aplicaciones en la sinterización de polvos metálicos.

¿Cómo eliminar el metal oxidado?

• Aserrín: Revuélvelo y raspa los lados de la olla con un palo de madera. Recoge la basura y deja una capa de ceniza encima. Como se ha mencionado en otra respuesta, el serrín puede añadir hidrógeno al líquido Al causando una nueva serie de problemas.

• Piedra caliza: Utilizada en la fundición de hierro, como se menciona en otra respuesta.

• Descremada: Se puede espumar la superficie del crisol.

• Filtros: utilice filtros de escoria de cerámica para evitar que entren trozos en el molde.

• Grifo de fondo: Extraer del fondo de la olla, en lugar de la parte superior.

https://www.practicalmachinist.com/vb/general/preventing-oxidation-molten-lead-280491/

Answer 5

El carbón vegetal se añade al fundente. Cosas como el serrín pueden añadir hidrógeno al Al líquido causando una nueva serie de problemas. Es mejor comprobar las referencias del fundente de Al; se utilizan materiales como la fluorita de bórax, la sílice, el carbonato de sodio, pero a veces forman "espinelas" en el metal líquido = más problemas.