Nghiên cứu khử Fe trong phế liệu nhôm dùng để chế tạo hợp kim nhôm A356

Nhu cầu sử dụng hợp kim nhôm mác A356 trong nước tuy không nhiều, nhưng ngày càng tăng, trong khi giá thành nhập khẩu thường rất cao. Mục đích của nghiên cứu này là tinh chế nhôm phế liệu để tạo ra nguyên liệu chế tạo mác hợp kim nhôm A356.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu khử Fe trong phế liệu nhôm dùng để chế tạo hợp kim nhôm A356 Journal of Science and Technology of10 Công trình nghiên cứu Nghiên cứu khử Fe trong phế liệu nhôm dùng để chế tạo hợp kim nhôm A356 A study on Fe removal in aluminum scrap to make A356 aluminum alloy ĐÀO HỒNG BÁCH Viện Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Số 1, Đại Cồ Việt, Hà Nội *Email: bach.daohong@hust.edu.vn Ngày nhận bài: 19/10/2022, Ngày duyệt đăng: 6/12/2022 TÓM TẮT Nhu cầu sử dụng hợp kim nhôm mác A356 trong nước tuy không nhiều, nhưng ngày càng tăng, trong khi giáthành nhập khẩu thường rất cao. Mục đích của nghiên cứu này là tinh chế nhôm phế liệu để tạo ra nguyên liệu chếtạo mác hợp kim nhôm A356. Tuy nhiên, trong nhôm phế liệu thường chứa nhiều nguyên tố có hại (như Fe) choquá trình nấu luyện nên mục tiêu là phân loại phế liệu, sau đó khử Fe từ khoảng 1 % xuống dưới 0,15 %. Bài báonày trình bày nghiên cứu khử Fe bằng Na2B4O7 để tinh chế phế liệu nhôm trong điều kiện phòng thí nghiệm. Kếtquả cho thấy tỷ lệ khử sắt tăng lên khi bổ sung Na2B4O7 và thời gian giữ nhiệt và tuân theo quy luật hàm mũ bậcnhất. Việc bổ sung chất trợ dung chứa Na2B4O7 (với tỷ lệ tối ưu là 77 %) có thể làm giảm hàm lượng sắt từ 1 %xuống dưới 0,1 %. Các phương pháp phân tích nhiễu xạ điện tử (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ phântán năng lượng (EDS) đã được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc và tổ chức của các mẫu sản phẩm nhôm thu đượcsau quá trình tinh chế khử sắt. Từ khóa: A356, Fe, Na2B4O7, phế liệu, tinh chế. ABSTRACT The domestic demand for A356 raw material is increasing, so the price is often very high. The goal of this studyis to sort the scrap, then reduce Fe from about 1 % to less than 0.15 %. The reducing Fe by Na2B4O7 to refine alu-minum scrap has been conducted under laboratory conditions. The results showed that the iron reduction rateincreased with the addition of Na2B4O7 and the heat retention time and obeyed the first-order exponential law. Theaddition of flux containing Na2B4O7 can reduce the iron content from 1% to less than 0.1% and reach an optimalrate of 77 %. The XRD, SEM and EDS analyzes of aluminum samples described the microstructure and morphol-ogy of the obtained aluminum products. This product is a good raw material for making Al alloy group A356. Keywords: A356, Fe, Na2B4O7, scrap, purification.1. ĐẶT VẤN ĐỀ không kinh tế. Ngoài ra, cũng có nhiều nghiên cứu Thành phần tạp chất có hại ví dụ như Fe trong về tinh chế sắt thông qua phân tách Fe ở dạngcác phế liệu nhôm cần được loại bỏ để tạo ra các pha liên kim sơ cấp a-Al15(FeMn)3Si2, được gọi lànguyên liệu phôi đáp ứng cho công nghiệp chế tạo bùn, trong hợp kim Al–Si với hàm lượng Fe caocác hợp kim Al. Lượng sắt trong phế liệu sau khi khoảng 1¸2 % t.l. [1-4]. Hàm lượng Fe có thể giảmnấu lại khoảng > 1 % t.l. Fe trong các hợp kim từ 1¸2 % t.l. xuống nhiều nhất là khoảng 0,4 % t.l.nhôm đa phần có hàm lượng < 0.4 %, do đó trong sau khi tinh chế [1, 5]. Tuy nhiên, kỹ thuật phânphôi phế liệu thường chứa lượng Fe lớn nên cần tách bùn có một số nhược điểm. Trước tiên,loại bỏ. phương pháp này không thể làm giảm nồng độ sắt Giải pháp phổ biến để giảm Fe là pha loãng nếu hàm lượng sắt thấp và việc loại bỏ bùn dẫnnhôm nóng chảy bằng nhôm nguyên chất có hàm đến sự thất thoát nguyên tố không mong muốnlượng sắt thấp hơn. Tuy nhiên, nếu nhôm nguyên như Si và Al. Ngoài ra, một lượng đáng kể Mn, cầnchất đã có thành phần sắt tương đối thấp (nhỏ phải được giới hạn rất thấp trong nhiều hợp kimhơn 0,4 % t.l.) được dùng để pha loãng thì sẽ đúc Al–Si, chẳng hạn như hợp kim dòng A356,_____________________________ Số 105 . tháng 12/2022 . TAP CHI KHOA HOC-CONG NGHE KIM LOAIDOI: 10.52923/vmfs.jstm.122022.105.02 Journal of Science and Technology of Công trình nghiên cứu 11thường được giữ lại trong hợp kim dưới dạng a- Phương trình 1 có thể rút gọn như sau:Al15(FeMn)3Si2 sơ cấp sau quá trình tinh chế. Thứ Al2O3+3Na2B4O7→2Al(BO2)3+6NaBO2 (2)hai, các yếu tố như tỷ lệ Mn/Fe, thành phần Si, Fe 2Al(BO2)3 → Al2O3+3B2O3+3O2 (3)và Mn ban đầu, tốc độ làm nguội và nhiệt độ xử lý B2O3(r)+2Al(l)+4Fe(l) =A2O3(r)+2Fe2B(r) (4)đều có thể ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ sắt [1,4–6]. Điều này làm cho quá trình tinh chế trở nên trong đó, l – pha lỏng; r – pha rắnrất phức tạp, khó kiểm soát hiệu quả tinh chế. Pha Fe2B ổn định ở 720 oC và do đó ưu tiênCuối cùng là nhiệt độ phân tách, thường trong hình thành trong kim loại lỏng. Do Fe2B có tỷ trọngkhoảng (600 ¸ 700) oC. là 7,3 g/cm3 nặng hơn Al nên nó sẽ nằm ở dưới Sau khi xem xét tất cả các yếu tố trên, điều đáy nồi. Điều này dẫn đến nồng độ Fe có thể giảmquan trọng là cần phát triển một phương pháp ...