La adición de sal y sosa al aluminio fundido mejora la calidad de la colada al eliminar óxidos y gases disueltos, promover un metal más limpio, reducir la porosidad y proteger la superficie fundida. Cuando se utilizan las mezclas de sal y los compuestos de carbonato adecuados a temperaturas y dosis controladas, ayudan a eliminar el hidrógeno, atrapan las inclusiones no metálicas y crean una cubierta protectora en el baño. Estos efectos reducen las pérdidas de chatarra, aumentan el rendimiento de la fundición y mejoran las propiedades mecánicas de las piezas acabadas.
Resumen rápido de la conclusión
El uso de fundentes salinos a base de cloruro (normalmente mezclas de NaCl y KCl) junto con agentes carbonatados (normalmente carbonato sódico, a menudo llamado sosa de lavado) produce múltiples efectos beneficiosos: las reacciones de fundente eliminan las películas de óxido, las capas de fundente atrapan las inclusiones y la descomposición del carbonato o la química del fundente promueve la formación de burbujas que ayudan a eliminar el hidrógeno disuelto. La selección adecuada de la composición, la temperatura y la manipulación reduce las emisiones nocivas y los residuos de sal, al tiempo que se obtienen piezas fundidas más lisas y densas.
Aslo leer: ¿Cómo refinar el aluminio fundido?
¿Qué se entiende por “sal” y “sosa” en la fundición de aluminio?
Sal (flujo)Base: mezcla sólida de sales inorgánicas utilizada para cubrir, proteger y refinar el aluminio fundido. Las bases típicas incluyen el cloruro sódico (NaCl) y el cloruro potásico (KCl), frecuentemente combinados con fluoruro u otros aditivos para mejorar la humectación, bajar el punto de fusión o ayudar a la eliminación de impurezas. Estas mezclas suelen denominarse fundente salino o torta de sal.
Sosa (sosa para lavar)carbonato sódico (Na₂CO₃). En fundición, la “sosa” puede espolvorearse o incluirse en una mezcla de fundente para favorecer el burbujeo o neutralizar contaminantes específicos. Las fuentes de fundición casera y a pequeña escala suelen recomendar cristales de sosa para la desgasificación; las formulaciones industriales pueden incorporar fuentes de carbonato entre otros componentes.
Cómo los fundentes salinos mejoran el aluminio fundido
Cubierta de fundente, manipulación de óxido y protección de superficies
Una capa de sal fundida colocada sobre el metal forma una barrera física que impide la rápida reoxidación de la superficie del aluminio. La sal humedece las películas de óxido, favoreciendo su ruptura e incorporación a la torta de sal que puede retirarse por espumado. Las cubiertas de sal también reducen la pérdida de metal al limitar el contacto directo con el aire durante el mantenimiento y la transferencia.
Interacciones químicas que favorecen la eliminación de impurezas
Los componentes de cloruro y fluoruro de muchos fundentes reaccionan con los óxidos superficiales y con las impurezas de la aleación para formar compuestos solubles o removibles. Las reacciones de cloración pueden promover la formación de especies de cloruro de aluminio en la fase fundente, lo que ayuda a desprender películas finas de óxido de la superficie del metal y aglomerarlas en escoria. Los análisis termodinámicos muestran que las mezclas de sales adaptadas pueden favorecer la transferencia de impurezas del metal a la sal.
Contribución a la desgasificación (eliminación de hidrógeno)
Los componentes del fundente proporcionan sitios para la nucleación de burbujas y pueden producir productos de reacción gaseosa que ayudan a la evacuación del hidrógeno. Cuando los materiales carbonatados o los fundentes reactivos se descomponen o reaccionan, los gases generados reducen la presión parcial del hidrógeno dentro de una burbuja en formación, favoreciendo la difusión del hidrógeno disuelto fuera del metal hacia la burbuja. A continuación, la burbuja se eleva y escapa, arrastrando el hidrógeno. Esta combinación de humectación, reacción química y formación de burbujas es una de las principales razones por las que el fundente mejora el control de la porosidad.
Modificación de la tensión interfacial y fluidez del metal
Los fundentes salinos alteran la tensión interfacial entre el aluminio fundido y los óxidos superficiales. Una menor tensión interfacial ayuda a las películas de óxido atrapadas a unirse y desprenderse, mejorando el flujo de metal y permitiendo la separación de la escoria con menos arrastre de metal. La investigación sobre los fundentes NaCl-KCl documenta este efecto y lo relaciona con una mejor eliminación de las inclusiones durante la refundición.
Cómo ayuda el carbonato sódico (sosa) al deshielo
Acción formadora de gas y agitación mecánica
El carbonato sódico puede descomponerse o reaccionar en condiciones de metal fundido para generar CO₂ y otras especies gaseosas en microzonas, creando pequeñas burbujas que ayudan al hidrógeno a salir de la masa fundida. Estos gases actúan como microagitadores, mejorando la formación de burbujas y la salida del aluminio. El uso práctico de la sosa es habitual en los talleres más pequeños como apoyo a la desgasificación.
Neutralización de determinados contaminantes
Los carbonatos pueden neutralizar las especies ácidas en los fundentes o reaccionar con los haluros residuales, cambiando la química local en la interfase. En los fundentes formulados, la presencia de carbonatos es una palanca que los ingenieros utilizan para ajustar el punto de fusión, la humectabilidad y el comportamiento espumante.
Cuadro 1: Componentes típicos y funciones en los sistemas de sal + sosa
| Componente | Papel típico en el tratamiento de la fusión | Concentración típica (mezclas industriales) |
|---|---|---|
| NaCl (cloruro sódico) | Matriz salina primaria, proporciona cobertura y humectación | 30-60% en masa en muchas mezclas. |
| KCl (cloruro potásico) | Disminuye el punto de fusión de la mezcla salina, mejora el flujo | 20-50% de base salina. |
| Na₂CO₃ (carbonato sódico) | Fuente de gas para microburbujas, ayuda a la desgasificación | Variable, a menudo pequeño porcentaje aditivo; utilizado por separado por algunos operadores. |
| Na₃AlF₆, Na₂SiF₆ (aditivos fluorados). | Ayuda a la eliminación del óxido por acción química, mejora la reactividad del fundente | Pequeños añadidos, en función del producto. |
| Ligantes patentados sin flúor | Reduce el polvo y los humos durante la aplicación | Presente en formulaciones de baja emisión. |
Recetas prácticas y parámetros de funcionamiento
A continuación se indican las gamas habituales en la práctica industrial. Se trata de puntos de partida. Cada fundición debe validar las mezclas y los procedimientos en ensayos que incluyan pruebas metalúrgicas y control de emisiones.
Tabla 2: Ejemplo de parámetros de proceso para el uso de fundente y sosa
| Paso de la operación | Valor o acción típica |
|---|---|
| Precalentamiento del fundente | Precalentar el fundente para eliminar la humedad; el objetivo es 100-200 °C, según las instrucciones del producto. |
| Temperatura de fusión para el recubrimiento | 680-760 °C para muchas aleaciones de aluminio; comprobar las especificaciones de la aleación. |
| Dosis de flujo | 0,5-2,5% de masa metálica para muchas pastillas o polvos fundentes, dependiendo del operador. |
| Dosis de sosa (si se utiliza) | Pequeñas cantidades, a menudo espolvoreadas; punto de partida de prueba 0,1-0,5% de masa metálica para hobby/pequeña escala, las fórmulas industriales varían. |
| Tiempo de permanencia tras la adición de fundente | 3-10 minutos en muchas rutinas de taller; pueden ser necesarias retenciones más largas en caso de contaminación intensa. |
Cuadro 3: Comparación de las opciones de refinado de la masa fundida
| Método | Fuerza primaria | Limitaciones | Combinación típica con sal + sosa |
|---|---|---|---|
| Flujo de sal | Barato, cubre la masa fundida, ayuda a la eliminación del óxido y a la desgasificación | Genera torta de sal, polvo, posibles emisiones de haluros | Se utiliza con frecuencia junto con la sosa para tiendas pequeñas o cuando los sistemas de gas son limitados. |
| Desgasificación rotativa con gas inerte (argón, nitrógeno) | Eliminación muy eficaz del hidrógeno, pocos residuos químicos | Coste del equipo, requiere suministro de gas y sistema de rotor | A menudo se prefiere para piezas fundidas de alta calidad; puede utilizarse después del fundido. |
| Desgasificación de fundentes en pastillas/sólidos (pastillas preformadas) | Dosificación controlada, menos polvo, consistente | Coste del producto, disciplina del operario necesaria | Muchas operaciones se decantan por las pastillas para una manipulación más limpia. |
Consideraciones medioambientales, sanitarias y de gestión de residuos
Emisiones y subproductos
Las operaciones de fundición pueden producir partículas en el aire, cloruro de hidrógeno y compuestos volátiles de cloruro de aluminio durante la química agresiva de la cloración. Los estudios y tesis sobre el fundente de sal sólida hacen hincapié en la necesidad de controlar las emisiones y las alternativas de proceso para reducir el HCl, el AlCl₃ y el polvo. La extracción adecuada de humos, el embolsado de la torta de sal y la selección de fórmulas de fundente de baja emisión de humos reducen los riesgos.
Manipulación y reciclado de tortas de sal
La torta de sal que se acumula tras la fusión contiene residuos metálicos y sales mezcladas. La práctica industrial suele capturar, enfriar y reprocesar la torta salina; el reciclaje reduce el consumo de materias primas y los costes de eliminación. Los estudios económicos explican que el reciclaje de la sal tiene sentido para las grandes operaciones, aunque la contaminación influye en los aspectos económicos.
Normas de seguridad
- Evite añadir sales húmedas o mojadas al metal caliente; pueden producirse vapores, salpicaduras o explosiones.
- Utilizar fundentes precalentados o métodos de manipulación de baja humedad.
- Proporcionar protección respiratoria, extracción local y formación de los operarios para la manipulación de productos que contengan haluros.
Qué lugar ocupan los productos ADtech en el flujo de trabajo
ADtech fabrica unidades de desgasificación, filtros de lecho profundo y placas filtrantes cerámicas que complementan la práctica de sal + sosa en el taller. Casos de uso:
- Unidades de desgasificación (ADtech): Sustituye o complementa la eliminación de hidrógeno mediante fundentes. La desgasificación rotativa o en línea con gas inerte reduce los residuos químicos y minimiza la producción de torta salina para trabajos de mayor volumen o calidad.
- Sistemas de filtración en lecho profundo (ADtech): Elimina las inclusiones no metálicas y las partículas de escoria después del fundente, con lo que se consigue un metal más limpio y un acabado superficial más uniforme.
- Placas filtrantes cerámicas (ADtech): Proporcionan una filtración final de partículas antes del vertido; los medios cerámicos toleran la temperatura y proporcionan una fuerte filtración mecánica.
La combinación del equipo de desgasificación ADtech con el uso selectivo de fundentes puede optimizar el rendimiento y reducir la huella medioambiental. Si el objetivo de la operación es un control estricto de la porosidad y unas propiedades metalúrgicas predecibles, se recomiendan la desgasificación con gas inerte y la filtración profunda. (Esta declaración de la empresa es coherente con la oferta de productos de ADtech).
Cómo aplicar sal y sosa de forma segura en la práctica procedimiento paso a paso
- Evaluar el nivel de contaminación: Determinar si las impurezas proceden de la escoria superficial, de la calidad de la chatarra o de la humedad arrastrada.
- Fundente de precalentamiento: Seque la mezcla de sal para eliminar la humedad antes de introducirla. Así se evitan reacciones violentas del vapor.
- Desespumar la escoria pesada: Eliminar la escoria gruesa y la corteza contaminada antes del fundido.
- Aplicar fundente suavemente: Espolvorear o colocar fundente precalentado sobre la superficie del baño; dejar que se funda y forme una película que humedezca el óxido. Dosificar en función de la masa del metal y de las instrucciones del producto.
- Si lo desea, añada soda: Si se utiliza carbonato sódico como soporte de desgasificación, aplicar pequeñas cantidades en incrementos controlados; vigilar el aumento de humos o espuma.
- Permitir tiempo de reacción: Dejar transcurrir el tiempo suficiente para que el óxido se transfiera a la cubierta salina y para que la formación de burbujas expulse el hidrógeno. Típicamente varios minutos; verificar con muestreo.
- Torta de sal desnatada: Retirar la capa de torta de sal junto con la escoria atrapada. Recoger para reciclar.
- Desgasificación mecánica y filtración opcionales: Desgasificación con gas inerte y filtración en lecho profundo para obtener la mejor solidez interna y calidad superficial.
Problemas comunes y soluciones
- Humos u olores excesivos: Compruebe el contenido de humedad y la química del fundente. Cambiar a formulaciones o pastillas de baja emisión de humos. Mejorar la extracción local.
- Eliminación deficiente del hidrógeno: Considere la posibilidad de combinar el fundente salino con la desgasificación rotativa o de utilizar una unidad de desgasificación ADtech. Verifique la dosificación y el tiempo de permanencia.
- Arrastre de metales a la torta de sal: Reducir el retraso en el espumado y utilizar la dosis de fundente y la viscosidad correctas; mejorar el control de la temperatura.
Tecnologías complementarias y alternativas
- Pastillas fundentes: Alternativas a la sal suelta, con poco polvo y más fáciles de manipular en los talleres automatizados.
- Desgasificación rotativa con gas inerte: Eficaz para la eliminación de hidrógeno, especialmente en componentes de alta resistencia o estancos a la presión.
- Control de la atmósfera del horno y prácticas de desguace en seco: Reduce la contaminación de la materia prima y disminuye la demanda de fundente.
Preguntas frecuentes
1) ¿Por qué las fundiciones utilizan mezclas de NaCl + KCl en lugar de una sola sal?
La mezcla de NaCl con KCl reduce el punto de fusión y mejora el rendimiento de humectación al tiempo que proporciona una viscosidad viable para la absorción de óxido. Las mezclas ofrecen un comportamiento de recubrimiento práctico sin excesiva volatilidad.
2) ¿Puede la sosa por sí sola eliminar el hidrógeno del aluminio fundido?
El carbonato sódico puede favorecer la formación de burbujas que ayuden al escape de hidrógeno, pero la sosa por sí sola suele ser insuficiente para una desgasificación completa en piezas fundidas de alta calidad. Funciona mejor combinada con otros métodos.
3) ¿El fundente salino es seguro para los operarios?
Cuando se manipula adecuadamente con precalentamiento, extracción y equipo de protección personal, el fundente salino puede llevarse a cabo de forma segura. Los principales riesgos son los humos, el polvo y las reacciones con la humedad.
4) ¿Cómo se elimina o reutiliza la torta de sal?
Muchas plantas recuperan la torta de sal mediante lavado, tratamiento o procesamiento térmico para recuperar las sales y el metal residual. El reciclaje reduce los costes y el volumen de residuos.
5) ¿Cambiará la química de la aleación con el flujo de sal?
El fundente puede eliminar trazas de contaminantes y alterar la química de la superficie a través de reacciones de cloruro o fluoruro; sin embargo, los fundentes formulados adecuadamente no cambian significativamente la composición de la aleación cuando se utilizan correctamente. Verificar con espectrometría.
6) ¿La sosa aumenta la porosidad si se usa en exceso?
Una dosificación excesiva de carbonato puede producir espuma o un burbujeo inestable que atrapa los gases en lugar de eliminarlos. La dosificación controlada y los ensayos evitan estos problemas.
7) ¿Qué es mejor para piezas de alta integridad: el fundente o la desgasificación rotativa?
La desgasificación rotativa con gas inerte suele ofrecer un control superior del hidrógeno para los componentes críticos. El fundente sigue siendo valioso para la eliminación de óxidos y el tratamiento de chatarra. Un enfoque combinado suele dar los mejores resultados.
8) ¿Puedo eliminar los fundentes utilizando equipos modernos?
La desgasificación y la filtración avanzadas reducen la dependencia del fundente, aunque determinados flujos de chatarra o condiciones de fusión rápida siguen beneficiándose de las cubiertas salinas. La inversión en equipos se traduce en menos consumibles y residuos.
9) ¿Son necesarios los fundentes fluorados?
Los aditivos de flúor mejoran la ruptura del óxido y la reactividad, pero aumentan los problemas de emisiones; muchas operaciones utilizan fórmulas reducidas en flúor o sin flúor por razones medioambientales.
10) ¿Cómo deben empezar las pequeñas fundiciones a utilizar sal + sosa de forma segura?
Comience con pastillas de fundente preparadas comercialmente, realice pequeñas pruebas controladas, instale una buena extracción local y considere la posibilidad de asociarse con un proveedor de fundente para la formación. Combine el uso de fundente con la desgasificación periódica con gas inerte siempre que sea posible.
Recomendaciones finales
- Validar la composición del fundente y la dosificación en fundiciones representativas.
- Precalentar el fundente para reducir el riesgo de humedad.
- Combine el fundente con la desgasificación mecánica y la filtración para fundiciones exigentes.
- Aplicar planes de reciclaje de tortas de sal cuando sea económicamente viable.
- Considere formulaciones de fundente de baja emisión o formatos de pastillas para mejorar la seguridad del operario y el cumplimiento de la normativa.
Breve colocación de productos
ADtech ofrece soluciones integradas para la preparación de la masa fundida: unidades de desgasificación que reducen el contenido de hidrógeno a la vez que producen un mínimo de residuos químicos, sistemas de filtración en lecho profundo que eliminan las inclusiones después de la fundición y placas filtrantes cerámicas de alto rendimiento para el pulido final del aluminio fundido. La combinación de los equipos ADtech con el fundente salino controlado y la dosificación selectiva de carbonato sódico proporciona una calidad de fundición fiable con menores índices de desechos.
Referencias
- Milani, V. et al. “Solid Salt Fluxes for Molten Aluminum Processing” (Fundentes de sales sólidas para el procesamiento de aluminio fundido).” Metales, 2023.
- Hiraki, T. et al. “Thermodynamic Analysis for the Refining Ability of Salt Flux for Aluminum Recycling” (Análisis termodinámico de la capacidad de refinado del flujo salino para el reciclado del aluminio).” MDPI / Materiales, 2014.
- Lofstrom, G. “Solid Salt Fluxing of Molten Aluminum”, tesis de máster, The Ohio State University, 2013.
- Roy, R.R., Utigard, T.A., “Interfacial tension between aluminum and NaCl-KCl-based fluxes”,".” Revista de Investigación de Materiales, 1998.
- Páginas de resumen del sector y notas de producto sobre tipos de fundentes y prácticas.