metalurgia014

26

niem. W zależności od właściwości metalu i zanieczyszczenia następuje wówczas wvrj7jfinnif t^pn_nSatfuggn itadź bezpośrednio do atmosfery przez powierzchnię mgjąlu-r-feądź-dcLpgcherzy tworzących się wewnątrz metalu (jak w wodzie sodowej po olwarcm-.hntelki).

Rafinację fizyczną: gazową i próżniową stosuje się w celu usunięcia z metalu rozpuszczonych gazów, przede wszystkim wodoru

Rafinacja przez zmianę stanu skupienia

Rafinacja metodą postępującej krystalizacji i strefowego topienia wykorzystuje zmianę rozpuszczalności zanieczyszczeń w mejplu wraz ze zmianą temperatury oraz podczas przejścia ze stanu ciekłego w stan stały. Przykładowo przedstawiono to na rysunku 2.11. Rzeczywista zawartość zanieczyszczenia C jest z reguły mniejsza niż jego rozpuszczalność w temperaturze odlewania S₀. Przesycenie metalu zanieczyszczeniem zaczyna występować dopiero w czasie krzepnięcia, gdy pewna część metalu utworzy kryształy zawierające niewielką ilość zanieczyszczenia, określoną wartością S_Kk- Towarzyszy temu wzrost zawartości zanieczyszczenia w cieczy. Jeśli przekroczy ona wartość S_Ko, to wytworzy się stan przesycenia umożliwiający desorpcję. W normalnie spotykanych warunkach krystalizacji ilość zanieczyszczenia określona różnicą

R-C—s _KK,

nie może opuścić krzepnącego metalu i pozostaje w nim bądź w postaci przesyconego roztworu stałego, bądź w postaci wydzielonych wtrąceń utrzymywanych

Rys. 2.11. Zależność rozpuszczalności wodoru w metalu od temperatury: T_k - temperatura krzepnięcia metalu, T_u - temperatura odlewania

w metalu przez uprzednio powstałe kryształy.

W obu przypadkach jest realizowany opisany

Istota opisywanych metod rafinacji polega na takim prowadzeniu krzepnięcia, aby możliwe było swobodne przechodzenie zanieczyszczeń z tworzącej się fazy stałej do cieczy. Wymaga to istnienia wyraźnego frontu krzepnięcia, rozdzielającego te dwie fazy, powoli przemieszczającego się wzdłuż krzepnącego wlewka. Zasadę rafinacji metodą postępującego krzepnięcia przedstawiono na rysunku 2.12, a topienia strefowego na rysunku 2.13. wyżej mechanizm. Powoduje on, że po skrzepnięciu większość zanieczyszczeń zbiera się w tej części wlewka, która krzepnie jako ostatnia. Część tę odcina się i przeznacza na złom. Gdy część rafinowana nie jest dostatecznie czysta, zabieg się powtarza. Krystalizację postępującą i topienie strefowe stosuje się do uzyskiwania metali i stopów o dużej czystości, np. wykorzystywanych w przemyśle elektronicznym.

Tablica 2.2

Wartość temperatury topienia i wrzenia niektórych metali

Metal	Temperatura [°C]
	topienia	wreenia
Magnez	650,5	1107,0
Cynk	419,5	906,2
Kadm	321.0	766,5
Ołów	327,4	1745,0
Bizmut	271,4	1552,0

Rys. 2.12. Zasada rafinacji metodą postępującego krzepnięcia: 1 - izolacja cieplna,

2    - kierunek odprowadzania ciepła,

3    - ciekły metal, 4 - front krystalizacji,

5 - stały metal

Rys. 2.13. Zasada rafinacji metodą strefowego topienia: i - źródło ciepła (induktor lub palnik), 2 - kierunek przesuwu źródła ciepła, 3 - stały metal zanieczyszczony, 4 - strefa ciekłego metalu, 5 - front krystalizacji, 6 - stały metal rafinowany

Destylacja i rektyfikacja są stosowane do rafinacji metali o niskiej temperaturze wrzenia. Wartości temperatury topienia i wrzenia niektórych z nich podano w tablicy 2.2. W czasie rafinacji do rozdzielenia metalu rafinowanego i zanieczyszczeń wykorzystuje się różnicę prężności ich par. Jeżeli rozdzielenie składników następuje w czasie ich przeprowadzania w stan gazowy, mamy do czynienia z destylacją; jeśli w czasie kondensacji, to mówimy o rektyfikacji. Opisane metody najczęściej wykorzystuje się do rafinacji cynku, ołowiu i kadmu.

Mechaniczne metody rafinacji

Do mechanicznych metod rafinacji zalicza się przede wszystkim filtrowanie. Znajduje ono coraz szersze zastosowanie do usuwania z ciekłego metalu zanieczyszczeń w postaci stałych wtrąceń, występujących w nim w zawiesinie. Zabieg filtrowania wykonuje się na ogół w czasie przelewania metalu z pieca do kadzi lub nawet podczas wypełniania formy. Filtr może mięć,postać porowatej ceramicznej wkładki montowanej na rynnie lub w układzie wlewowym formy albo specjalnego .^rządzenia przedstawionego przykładowo na rysunku 2.14. Filtrowanie jest szczególnie często stosowane w metalurgii aluminium.    ’    "