Выбор химических компонентов, применяемых в рафинирующих флюсах

24.01.2017

Из того, что было сказано о природе процесса флюсового рафинирования, кажется очевидным, что при условии химической инертности компонентов флюса к магнию и придания ими флюсу соответствующих физических свойств химический состав флюса не имеет большого значения. Этот вывод теперь полностью подтвержден: для получения удовлетворительного густеющего флюса не требуется какого-либо единственного химического компонента. Например, изготавливают флюсы, в которых отсутствуют MgCl2, CaF2 или MgO, а также фтористые соединения или окислы (табл. 4).
Выбор химических компонентов, применяемых в рафинирующих флюсах

Тем не менее при разработке флюсов из компонентов, указанных в данной таблице, или флюсов для особых целей имеются важные химические аспекты, требующие специального рассмотрения. Некоторые из них связаны с получением желательных физических свойств и приведены ниже, вопросы же, касающиеся введения или удаления небольших количеств металлических примесей.
Загущение защитной основы для придания флюсу соответствующей консистенции может осуществляться несколькими путями, например:
а) добавкой нерастворимого, тугоплавкого, инертного компонента для механического загущения смеси хлоридов;
б) добавкой вещества, растворяющегося в защитной основе и увеличивающего вязкость последней или реагирующего с некоторыми компонентами защитной основы в целях получения осадка мелких частиц нерастворимого вещества.
Для ясности эти процессы обозначаются соответственно как «твердение» и «густение» и включаются в общее понятие «загущение».
Некоторые принципы, лежащие в основе разработки флюса, можно объяснить кратко, рассмотрев загущение жидкой защитной основы с низким содержанием MgCl2 раздельно с помощью MgO и CaF2. Подходящей защитной основой является Melrasal MZ, в состав которого с основном входят CaCl2, NaCl, KCl и MgCl2 в следующем примерно массовом соотношении: 4:3:2:1.
Смеси, содержащие MgO в количестве, достаточном для получения на расплавленном металле флюса нормальной консистенции, образуют флюсовое покрытие, при снятии верхней части которого обнаруживается тонкий жидкий слой, находящийся в контакте с металлом («ликвационный эффект»). Эти два слоя могут быть разделены воздушным пространством, образуемым вследствие тенденции корки к местному вспучиванию («эффект корки пирога»), В связи с образованием в корке мелких пузырьков она имеет малую плотность и сравнительно трудно замешивается в металл. Высушенная перегревом пористая корка при нарушении крошится.
Флюс имеет тенденцию к медленному плавлению, и в связи с тем, что защитная основа не способна к смачиванию частиц MgO, поверхность слоя флюса является несколько сухой и рассыпчатой («эффект сухой поверхности»). Эта негомогенность флюсового покрытия типична для флюсов, загущенных инертными нерастворимыми агентами, и, поскольку нежелательные эффекты можно часто ослаблять или ликвидировать различными путями, например предварительным сплавлением загущающих агентов с защитным основанием, такие флюсы обычно имеют малую свободу состава и являются нетехнологичными.
Присутствие MgO не оказывает значительного влияния на тенденцию защитного основания к смачиванию металла, и при образовании просвета во флюсовом покрытии флюс стремится растечься для его заполнения. Конечно, путем добавления достаточного количества MgO жидкотекучесть флюса можно снизить.
Количество MgO, необходимое для придания флюсу соответствующей консистенции, не зависит от температуры в пределах 650—950° С.
Ликвация и «эффект корки пирога» практически отсутствуют при добавлении к Melrasal MZ CaF2. Количество CaF2, необходимое для получения соответствующей консистенции, должно быть увеличено с повышением температуры (рис. 6). Флюс, имеющий удовлетворительные свойства при 700° С, становится очень жидким и совершенно несмачивающим при 850—900° С. При нарушении покрытия флюс растекается к стенкам тигля, оголяя большую площадь металла.
Выбор химических компонентов, применяемых в рафинирующих флюсах

Увеличение с температурой количества CaF2, требуемого для придания флюсу хорошей консистенции, связано с ростом растворимости CaF2 при повышении температуры, а присутствие растворенного фтористого соединения в защитной основе связано с увеличением угла смачивания между флюсом и металлом, что придает флюсу «маслянистый» вид и увеличивает несмачиваемость.
Однако, если MgCl2 присутствует в защитной основе в достаточном количестве, загущение с помощью CaF2 не вызывает затруднений (рис. 7, см. также рис. 6) При этом флюсовые покрытия гомогенны и допустимая свобода состава значительна. Это указывает на то, что CaF2 имеет тенденцию к нерастворимости в смесях хлоридов, богатых MgCl2, при всех температурах (вариант «а»), что CaF2 легко растворяется в таких смесях хлоридов с образованием MgF2 и что MgF2 практически нерастворим при всех температурах (вариант «б»). В связи с тем что количество MgF2, требуемое для загущения защитной основы MZ, не зависит от температуры и эффект несмачивания не возникает объяснение по варианту «б» кажется правдоподобным и подтверждается микроскопическим, рентгеновским и химическим методами, из которых последний специально рассчитан на изменение радикалов во время анализов.
Некоторые принципы создания флюсов

Исходя из приведенных соображений и опыта работы с флюсами различных составов можно сделать следующие выводы:
а) для создания гомогенности вследствие загущения инертными агентами желательно присутствие некоторых фтористых соединений;
б) для сохранения свойств в широком интервале температур и во избежание эффекта несмачивания требуется стехиометрический избыток MgCl2 по отношению к присутствующим во флюсах фторидам (кроме MgF2);
в) защитные основы, не содержащие MgCl2, должны загущаться MgF2.
Эти положения можно дополнить, определив относительные загущающие коэффициенты для выражения загущающего эффекта различных агентов как эквивалентное количество стандартного загущающего агента, например добавкой MgO можно изменить консистенцию флюса.
Таким путем по варианту «б» с помощью простого расчета исследовали возможности создания удовлетворительных флюсов из различных отходов процесса электролитической экстракции. Результаты исследования достаточно хорошо совпали с результатами практических испытаний, проведенных ранее. Однако окончательное регулирование состава флюса должно производиться на основании практических испытаний и опыта работы.