A adição de sal e soda ao alumínio fundido melhora a qualidade da fundição através da remoção de óxidos e gases dissolvidos, promovendo um metal mais limpo, reduzindo a porosidade e protegendo a superfície fundida. Quando as misturas de sais e os compostos de carbonato corretos são utilizados a temperaturas e doses controladas, ajudam a remover o hidrogénio, retêm as inclusões não metálicas e criam uma cobertura protetora no banho. Estes efeitos reduzem as perdas por refugo, aumentam o rendimento da fundição e melhoram as propriedades mecânicas das peças acabadas.
Breve resumo da conclusão
A utilização de fundentes salinos à base de cloreto (tipicamente misturas de NaCl e KCl) juntamente com agentes carbonatados (normalmente carbonato de sódio, muitas vezes chamado de soda) produz múltiplos efeitos benéficos: as reacções de fundente retiram as películas de óxido, as camadas de fundente prendem as inclusões e a decomposição do carbonato ou a química do fundente promove a formação de bolhas que ajudam a remover o hidrogénio dissolvido. A seleção adequada da composição, temperatura e manuseamento reduz as emissões nocivas e os resíduos de sal, ao mesmo tempo que produz peças fundidas mais suaves e densas.
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O que é que se entende por “sal” e “soda” na fundição de alumínio?
Sal (fluxo)Base: uma mistura sólida de sais inorgânicos utilizada para cobrir, proteger e refinar o alumínio fundido. As bases típicas incluem o cloreto de sódio (NaCl) e o cloreto de potássio (KCl), frequentemente combinados com fluoreto ou outros aditivos para melhorar a humidade, baixar o ponto de fusão ou ajudar na remoção de impurezas. Estas misturas são frequentemente designadas por fluxo de sal ou bolo de sal.
Soda (soda de lavagem): tipicamente carbonato de sódio (Na₂CO₃). Na fundição, a “soda” pode ser polvilhada ou incluída numa mistura de fundentes para encorajar a borbulhagem ou para neutralizar contaminantes específicos. Fontes caseiras e de pequena escala frequentemente recomendam cristais de soda para desgaseificação; formulações industriais podem incorporar fontes de carbonato entre outros componentes.
Como os fluxos de sal melhoram o alumínio fundido
Cobertura do fluxo, manuseamento do óxido e proteção da superfície
Uma camada de sal fundido colocada no topo do metal forma uma barreira física que impede a rápida re-oxidação da superfície do alumínio. O sal humedece as películas de óxido, promovendo a sua desagregação e incorporação no bolo de sal que pode ser escumado. As coberturas de sal também reduzem a perda de metal, limitando o contacto direto com o ar durante a manutenção e a transferência.
Interações químicas que contribuem para a remoção de impurezas
Os componentes de cloreto e fluoreto em muitos fluxos reagem com óxidos superficiais e com impurezas da liga para formar compostos solúveis ou removíveis. As reacções de cloração podem promover a formação de espécies de cloreto de alumínio na fase de fluxo, o que ajuda a retirar películas finas de óxido da superfície metálica e a aglomerá-las em escória. As análises termodinâmicas mostram que as misturas de sais adaptadas podem encorajar a transferência de impurezas do metal para o sal.
Contribuição para a desgaseificação (remoção de hidrogénio)
Os componentes do fluxo fornecem locais para a nucleação de bolhas e podem produzir produtos de reação gasosa que ajudam na evacuação do hidrogénio. Quando os materiais carbonatados ou os fluxos reactivos se decompõem ou reagem, os gases gerados reduzem a pressão parcial do hidrogénio dentro de uma bolha em formação, encorajando a difusão do hidrogénio dissolvido do metal para a bolha. A bolha sobe então e escapa, transportando o hidrogénio para longe. Esta combinação de humedecimento, reação química e formação de bolhas é a principal razão pela qual o fluxo melhora o controlo da porosidade.
Modificação da tensão interfacial e fluidez dos metais
Os fluxos de sal alteram a tensão interfacial entre o alumínio fundido e os óxidos superficiais. Uma tensão interfacial mais baixa ajuda as películas de óxido presas a coalescerem e a destacarem-se, melhorando o fluxo do metal e permitindo a separação da escória com menos arrastamento de metal. A investigação sobre os fluxos NaCl-KCl documenta este efeito e associa-o a uma melhor remoção de inclusões durante a refusão.
Como é que o carbonato de sódio (soda) ajuda a derreter
Ação de formação de gás e agitação mecânica
O carbonato de sódio pode decompor-se ou reagir em condições de metal fundido para gerar CO₂ e outras espécies gasosas em microzonas, criando pequenas bolhas que ajudam o hidrogénio a sair da fusão. Estes gases actuam como micro agitadores, melhorando a formação de bolhas e a fuga do alumínio. A utilização prática de soda é comum em lojas mais pequenas para suporte de desgaseificação.
Neutralização de certos contaminantes
Os carbonatos podem neutralizar as espécies ácidas nos fluxos ou reagir com halogenetos residuais, alterando a química local na interface. Nos fluxos formulados, a presença de carbonatos é uma alavanca que os engenheiros utilizam para ajustar o ponto de fusão, a molhabilidade e o comportamento de formação de espuma.
Tabela 1: Componentes típicos e funções em sistemas de sal + soda
| Componente | Papel típico no tratamento da fusão | Concentração típica (misturas industriais) |
|---|---|---|
| NaCl (cloreto de sódio) | Matriz primária de sal, proporciona cobertura e humidificação | 30-60% em massa em muitas misturas. |
| KCl (cloreto de potássio) | Diminui o ponto de fusão da mistura de sal, melhora o fluxo | 20-50% de base salina. |
| Na₂CO₃ (carbonato de sódio) | Fonte de gás para microbolhas, ajuda na desgaseificação | Variável, frequentemente uma pequena percentagem aditiva; utilizada separadamente por alguns operadores. |
| Na₃AlF₆, Na₂SiF₆ (aditivos de fluoreto) | Ajudar a remoção de óxidos por ação química, melhorar a reatividade do fluxo | Pequenas adições, dependentes do produto. |
| Aglutinantes patenteados sem flúor | Reduzir o pó e a fumosidade durante a aplicação | Presente em formulações com baixo teor de emissões. |
Receitas práticas e parâmetros de funcionamento
Seguem-se as gamas comuns encontradas na prática industrial. Estes são pontos de partida. Cada fundição deve validar as misturas e os procedimentos em ensaios que incluam testes metalúrgicos e monitorização de emissões.
Tabela 2: Exemplo de parâmetros de processo para fluxagem e utilização de soda
| Passo da operação | Valor ou ação típica |
|---|---|
| Pré-aquecimento do fluxo | Pré-aquecer o fluxo para remover a humidade; objetivo: 100-200 °C, dependendo das instruções do produto. |
| Temperatura de fusão para cobertura | 680-760 °C para muitas ligas de alumínio; verificar as especificações da liga. |
| Dose de fluxo | 0,5-2,5% de massa metálica para muitas pastilhas ou pós de fluxo, dependendo do operador. |
| Dose de soda (se utilizada) | Pequenas quantidades, frequentemente polvilhadas; ponto de partida experimental 0,1-0,5% de massa metálica para hobby/pequena escala, as fórmulas industriais variam. |
| Tempo de espera após adição de fluxo | 3-10 minutos em muitas rotinas de loja; podem ser necessárias retenções mais longas para contaminação pesada. |
Tabela 3: Comparação das opções de refinamento da fusão
| Método | Força primária | Limitações | Combinação típica com sal + soda |
|---|---|---|---|
| Fluxo de sal | Barato, cobre a fusão, ajuda a remover o óxido e a desgaseificar | Gera bolo de sal, poeira, possíveis emissões de halogenetos | Frequentemente utilizado em conjunto com a soda para pequenas lojas ou quando os sistemas de gás são limitados. |
| Desgaseificação rotativa com gás inerte (árgon, azoto) | Remoção muito eficaz do hidrogénio, poucos resíduos químicos | Custo do equipamento, requer fornecimento de gás e sistema de rotor | Frequentemente preferido para peças fundidas de alta qualidade; pode ser utilizado após a fluxagem. |
| Desgaseificação de fluxos em pastilhas/sólidos (pastilhas pré-formadas) | Dosagem controlada, menos poeira, consistente | Custo do produto, disciplina do operador necessária | Muitas operações preferem os comprimidos para um manuseamento mais limpo. |
Considerações ambientais, sanitárias e de gestão de resíduos
Emissões e subprodutos
As operações de fluxagem podem produzir partículas em suspensão no ar, cloreto de hidrogénio e compostos voláteis de cloreto de alumínio durante a química agressiva da cloração. Estudos e teses sobre o fluxo de sal sólido enfatizam a necessidade de controlo de emissões e alternativas de processo para reduzir o HCl, o AlCl₃ e as poeiras. A extração adequada de fumos, o ensacamento do bolo de sal e a seleção de formulações de fundentes com baixo teor de fumos reduzem os riscos.
Manuseamento e reciclagem do bolo de sal
O bolo de sal que se acumula após a fusão contém resíduos metálicos e sais mistos. A prática industrial frequentemente captura, arrefece e reprocessa o bolo de sal; a reciclagem reduz o consumo de matérias-primas e os custos de eliminação. Estudos económicos explicam que a reciclagem de sal faz sentido para as grandes operações, embora a contaminação influencie a economia.
Regras de segurança
- Evitar adicionar sais húmidos ou molhados a metal quente; pode ocorrer vapor, salpicos ou explosões.
- Utilizar fluxos pré-aquecidos ou métodos de manuseamento com baixo teor de humidade.
- Fornecer proteção respiratória, extração local e formação do operador para o manuseamento de produtos que contenham halogenetos.
Onde os produtos ADtech se inserem no fluxo de trabalho
A ADtech fabrica unidades de desgaseificação, filtros de leito profundo e placas de filtro de cerâmica que complementam a prática de sal + soda no chão de fábrica. Casos de utilização:
- Unidades de desgaseificação (ADtech): Substitui ou complementa a remoção de hidrogénio baseada em fluxo. A desgaseificação em linha ou rotativa de gás inerte reduz os resíduos químicos e minimiza a produção de bolo de sal para trabalhos de maior volume ou qualidade.
- Sistemas de filtração em leito profundo (ADtech): Remover inclusões não metálicas e partículas de escória a jusante do fluxo, produzindo um metal mais limpo e um acabamento superficial mais consistente.
- Placas filtrantes de cerâmica (ADtech): Proporciona uma filtragem final das partículas antes do vazamento; os meios cerâmicos toleram a temperatura e proporcionam uma forte filtragem mecânica.
A combinação do equipamento de desgaseificação ADtech com a utilização selectiva de fluxos pode otimizar o rendimento e reduzir a pegada ambiental. Se a operação visa um controlo rigoroso da porosidade e propriedades metalúrgicas previsíveis, a desgaseificação de gás inerte e a filtração profunda são vias recomendadas. (Esta declaração da empresa é consistente com as ofertas de produtos da ADtech).
Como aplicar sal e soda com segurança na prática procedimento por etapas
- Avaliar o nível de contaminação: Determinar se as impurezas provêm da escória superficial, da qualidade da sucata ou da humidade arrastada.
- Fluxo de pré-aquecimento: Secar a mistura de sal para remover a humidade antes da introdução. Isto evita reacções de vapor violentas.
- Desnatação de escórias pesadas: Remover a escória grosseira e a crosta contaminada antes da fluxagem.
- Aplicar o fluxo suavemente: Polvilhar ou colocar fluxo pré-aquecido na superfície do banho; deixar derreter e formar uma película que molhe o óxido. Dose baseada na massa do metal e nas instruções do produto.
- Opcionalmente, adicionar refrigerante: Se utilizar carbonato de sódio como suporte de desgaseificação, aplique pequenas quantidades em incrementos controlados; observe o aumento de fumos ou de espuma.
- Permitir o tempo de reação: Dar tempo suficiente para a transferência de óxido para a cobertura de sal e para a formação de bolhas para expulsar o hidrogénio. Normalmente, vários minutos; verificar com amostragem.
- Bolo de sal desnatado: Remover a camada de bolo de sal juntamente com a escória retida. Recolher para reciclagem.
- Desgaseificação e filtragem mecânicas opcionais: Seguir com desgaseificação com gás inerte e filtragem em leito profundo para uma melhor solidez interna e qualidade da superfície.
Problemas comuns e soluções
- Fumos ou cheiros excessivos: Verificar o teor de humidade e a química do fluxo. Mudar para formulações de baixo teor de fumo ou pastilhas. Melhorar a extração local.
- Má remoção de hidrogénio: Considerar a combinação do fluxo de sal com a desgaseificação rotativa ou a utilização de uma unidade de desgaseificação ADtech. Verificar a dosagem e o tempo de permanência.
- Transferência de metal para o bolo de sal: Reduzir o atraso na escumação e utilizar a dose e a viscosidade corretas do fluxo; melhorar o controlo da temperatura.
Tecnologias complementares e alternativas
- Fluxos de comprimidos: Alternativas previstas e com baixo teor de pó ao sal a granel, mais fáceis de manusear em lojas automatizadas.
- Desgaseificação rotativa com gás inerte: Eficaz para a remoção de hidrogénio, particularmente para componentes de alta resistência ou estanques à pressão.
- Controlo da atmosfera do forno e práticas de desmantelamento a seco: Reduz a contaminação da matéria-prima e diminui a necessidade de fluxo.
Perguntas frequentes
1) Porque é que as fundições utilizam misturas de NaCl + KCl em vez de apenas um sal?
A mistura de NaCl com KCl reduz o ponto de fusão e melhora o desempenho de molhagem, proporcionando uma viscosidade viável para a absorção de óxidos. As misturas proporcionam um comportamento prático de cobertura sem volatilidade excessiva.
2) A soda pode, por si só, remover o hidrogénio do alumínio fundido?
O carbonato de sódio pode promover a formação de bolhas que auxiliam a fuga de hidrogénio, mas a soda por si só é tipicamente insuficiente para uma desgaseificação completa em peças fundidas de alta qualidade. Funciona melhor em combinação com outros métodos.
3) O fluxo de sal é seguro para os operadores?
Quando manuseado corretamente com pré-aquecimento, extração e equipamento de proteção pessoal, o fluxo de sal pode ser realizado com segurança. Os principais riscos incluem fumos, poeiras e reacções com a humidade; os controlos atenuam estes perigos.
4) Como é que o bolo salgado é eliminado ou reutilizado?
Muitas fábricas recuperam o bolo de sal através de lavagem, tratamento ou processamento térmico para recuperar os sais e o metal residual. A reciclagem reduz os custos e o volume de resíduos.
5) O fluxo de sal irá alterar a química da liga?
O fluxo pode remover vestígios de contaminantes e alterar a química da superfície através de reacções de cloreto ou fluoreto; no entanto, os fluxos adequadamente formulados não alteram significativamente a composição da liga quando utilizados corretamente. Verificar com espetrometria.
6) O refrigerante aumenta a porosidade se for utilizado em excesso?
A dosagem excessiva de carbonato pode produzir espuma ou borbulhamento instável que retém os gases em vez de os remover. A dosagem controlada e os ensaios evitam estes problemas.
7) O que é melhor para peças de alta integridade: fluxagem ou desgaseificação rotativa?
A desgaseificação rotativa com gás inerte proporciona normalmente um controlo superior do hidrogénio para componentes críticos. O fluxo continua a ser valioso para a remoção de óxido e processamento de sucata. Uma abordagem combinada produz frequentemente os melhores resultados.
8) Posso eliminar os fluxos utilizando equipamento moderno?
A desgaseificação e a filtragem avançadas reduzem a dependência do fluxo, mas certos fluxos de sucata ou condições de fusão rápida ainda beneficiam de coberturas de sal. Os investimentos em equipamento trocam despesas de capital por menos consumíveis e resíduos.
9) São necessários fluxos com flúor?
Os aditivos de flúor melhoram a desagregação do óxido e a reatividade, mas aumentam as preocupações com as emissões; muitas operações utilizam fórmulas com redução de flúor ou sem flúor por razões ambientais.
10) Como é que as pequenas fundições podem começar a utilizar sal + soda de forma segura?
Comece com pastilhas de fluxo preparadas comercialmente, realize pequenos ensaios controlados, instale uma boa extração local e considere a possibilidade de estabelecer uma parceria com um fornecedor de fluxo para formação. Combinar a utilização de fundentes com a desgaseificação periódica com gás inerte, sempre que possível.
Recomendações finais
- Validar a composição e a dosagem do fundente em fundições representativas.
- Pré-aqueça o fluxo para reduzir o risco de humidade.
- Combine o fluxo com desgaseificação mecânica e filtração para peças fundidas exigentes.
- Aplicar planos de reciclagem do bolo de sal sempre que tal seja economicamente viável.
- Considerar formulações de fluxos de baixa emissão ou formatos de comprimidos para melhorar a segurança do operador e a conformidade regulamentar.
Pequena colocação de produtos
A ADtech oferece soluções integradas para a preparação da massa fundida: unidades de desgaseificação que reduzem o teor de hidrogénio ao mesmo tempo que produzem um mínimo de resíduos químicos, sistemas de filtração de leito profundo que removem inclusões após o fluxo e placas de filtro de cerâmica de alto desempenho para o polimento final do alumínio fundido. A combinação do equipamento ADtech com o fluxo controlado de sal e a dosagem direcionada de carbonato de sódio proporciona uma qualidade de fundição fiável com taxas de refugo mais baixas.
Referências
- Milani, V. et al. “Solid Salt Fluxes for Molten Aluminum Processing,” Metais, 2023.
- Hiraki, T. et al. “Thermodynamic Analysis for the Refining Ability of Salt Flux for Aluminum Recycling,” (Análise termodinâmica da capacidade de refinação do fluxo de sal para a reciclagem de alumínio)” MDPI / Materiais, 2014.
- Lofstrom, G. “Solid Salt Fluxing of Molten Aluminum,” Tese de Mestrado, The Ohio State University, 2013.
- Roy, R.R., Utigard, T.A., “Interfacial tension between aluminum and NaCl-KCl-based fluxes,” Jornal de Investigação de Materiais, 1998.
- Páginas de resumo da indústria e notas de produto sobre tipos e práticas de fluxo.