删除从铝镁- 332使用丰富沸石纳米粒子的SiO熔融合金₂

文摘

为了提高从a - 380毫克删除熔融合金、沸石和SiO的混合物₂纳米粒子()进行了测试。沸石是富含2.5,5、7.5、10或无定形的12.5 wt %。的和沸石混合乙醇每30分钟的实验,然后在80°C炉干12 h。分析了丰富沸石通过扫描电子显微镜,透射电子显微镜,和N₂气体吸附分析。Mg切除进行了注入每一个混合物熔融铝合金使用氩在750°C。的Mg内容熔融合金测量后不同时期的注射时间。沸石富含2.5和5 wt - %被证明是更好的混合物,删除1.6毫克的初始内容的最终内容0.0002和0.0101 wt %,分别注入的45分钟。

1。介绍

铝硅合金是一种铝铸造合金广泛应用于汽车工业由于其优秀的微观结构,铸造和机械特性是A380的合金。阿贝迪et al。1]表明,镁可以提炼主要的大小α和共晶硅(铝)阶段。Vončina et al。2)建立了通过Ce A380合金晶粒细化的影响。另一方面,极限抗拉强度和延伸率的增加A380合金可以获得的技术性能(二次枝晶臂间距)值从5.70到10μ米在挤压铸造部件如图所示Murat逻辑单元(3]。但值得注意的是,在汽车使用A380合金的情况下,标准显示最多0.1 wt %的Mg因为这个元素在合金的存在增加了其氧化倾向(4]。然而,从废合金时,合金的合成镁含量高于0.1 wt %和Mg过多需要被删除。维埃拉et al。5)使用氯方法并讨论经济泡沫的形成理论和动力学从铝镁废料使用氯和惰性气体稀释。尽管内夫和科克伦(6)表明,镁的动力学MgCl移除₂快速,但未反应的氯和气体副产物AlCl吗₃可以限制的环境可接受性的过程。电化学方法和粉的掺入试剂(氟化物)用于毫克删除(7]。都有缺点:第一个是不盈利的,因为高成本的电力和第二生产有毒废物。可以看到,二次铝行业一直关注的发展过程,克服提到的局限性。所代表的一种选择是使用净化石英粉,因为生成的产品治疗不是污染物。报告文学建立SiO的效果₂在毫克删除了穆尼奥斯et al。8)和Escobedo et al。9),按照以下执行: 然而,硅需要补充过程对其浓度导致额外的成本。此外,Mg的动力学使用二氧化硅去除是相对较慢(10]。然而,在最近的研究穆尼奥斯et al。8,11)展示了Mg切除的可行性从注射熔融合金铝沸石(包含超过50 wt %的SiO₂使用惰性载气)和二氧化硅。另一方面,纳米技术已经应用在铸造过程中改善力学性能的材料根据铝合金的研究治疗nano-SiC粉末为了提高韧性(12]。李等人。13)提高了抗拉强度和韧性和耐磨性的SiC沙粒在传统铸铁的性能。因此,纳米技术可以用于消除不受欢迎的元素在最后的调整化学合金成分。沸石,其孔隙度高,是理想的浸渍和非晶态。此外,非晶态可以作为化学催化剂将熔融的镁铝提高流程的效率。由于表面(即结构性缺陷。,undercoordinated units) strongly increase with decreasing nanoparticle size, diffusion of atomic species to the surface of nanoparticles significantly increases as suggested by Huynh et al. [14)和Carmona-Munoz et al。15]。因此,这种考虑适合浸渍沸石多孔内部的一部分。值得注意的是纳米颗粒可以提高沸石的表面面积降低镁的时间从熔融铝合金。

这项工作的目的是研究Mg删除从熔融铝合金用沸石和无定形的混合物Mg剂代理。Mg代理的能力是评估通过比较其效果与对应纯沸石。

2。实验的程序

2.1。没有非晶态SiO原材料和表征沸石_{2 (NPs)}

矿物沸石在球磨碎和分类获得粉末平均粒度小于150μm。矿物的化学成分是由原子吸收光谱、电感耦合等离子体原子发射光谱法、重量法。非晶(奥尔德里奇,99.99%)和大小小于10纳米选择这个工作。这些纳米颗粒在TEM的特征。

2.2。浸渍和表征与无定形SiO沸石_{2 (NPs)}

沸石与无定形的浸渍了混合选择数量的纳米颗粒(2.5、5、7.5、10或12.5 wt %)与沸石在乙醇和干燥30分钟混合物在80°C炉12 h。丰富的样品通过TEM和SEM分析了沸石及其表面积是衡量使用液氮吸附Autosorb 1 - c。

2.3。选择铝合金和毫克注射去除

选中的合金是a - 332铝基合金(al - 11.64 - 2.05 si - 0.338 - fe - -铜- 1.6 - 1.54毫克- - ni)。感应电炉,配备了碳化硅坩埚12公斤的容量和温度控制,是用来融化和合金。注射设备,设备来测量和控制气体和粉末流,用于粉末混合物引入到融化。注射兰斯(内部直径6.98毫米)是由石墨和外部与耐火材料覆盖。所选参数水下喷粉实验氩(超高纯度)的4.4 L / min,粉末流16.2克/分钟,8公斤质量的铝合金,铝合金治疗温度为750°C。兰斯就淹没在融化深度的85%。实验中的变量是沸石粉混合物的成分注射(0、2.5、5、7.5、10或12.5 wt %的)。粉的质量计算考虑SiO注射₂固体试剂和尖晶石和硅产品根据化学反应(1)。对于每一个实验,样本融化了每10分钟和产生渣滓(氧化材料)收集的实验。固化样品被激发的原子发射光谱法分析来确定他们的化学成分和一个示例的渣滓由XRD分析。最后,渣滓的数量加权和过程计算的效率 在哪里是效率,最初的Mg内容(wt - %),然后呢最后毫克内容(wt - %)。

2.4。DRX和SEM表征反应产品的样品注射镁后删除

为了确定矿渣形成的反应产物中注入丰富沸石与不同比例的样本,通过x射线衍射(XRD)表征。semireacted粒子成立于金属的样本,这些样本的特征和SEM和EDX分析,分别。

3所示。结果和讨论

3.1。原材料的特性

图1(一)显示了一个粒子的SEM图像的纯沸石(不规则形态)。两个区域可以观察到:(1)明确区(标记为LZ)相应的卡尔斯巴德双胞胎和(2)一个黑暗区(标记为DZ)包含主要Si和O和铝,钙,钠,钾痕迹(古典长石组织的化学成分)。表1XRD显示了化合物中确定沸石。图1 (b)显示了TEM图像纯纳米颗粒。可以观察到球形纳米颗粒的聚集形态。这些纳米颗粒特性允许高的化学反应,因为这种表面有较高的比表面能。

3.2。特征的丰富与无定形SiO沸石_{2 (NPs)}

丰富的样本沸石(12.5 wt %的SEM)进行了分析。数据2(一)和2(b)显示背散射电子扫描电镜扫描的图像区域高的放大。小于1的小团聚体μm(图2可以欣赏(b))。由于扫描点的大小,是不适当的执行由EDX化学分析。

检查其他区域相同的样本,凝聚的球形颗粒形态学观察(图3)。这个事实可以通过超声波由于声波降解法的影响。的表面结块的EDS分析表明其SiO化学成分的方法₂。这种球形形态的优势是,它增加了反应动力学由于其高的表面能。

代表性的样本丰富沸石(2.5和12.5 wt %通过TEM分析了)。研究等,由Tomokazu和Hidekazu [16)表明,通过减少silicoaluminate粒度(< 300μ米),Mg去除的速度减少。然而,这个缺点是可以避免的浸渍沸石的表面,以这种方式改变材料的表面积。在高放大,可以看出沉浸在一段差距的方法1μ米之间(黑带)(图沸石的材料4(一))。相比之下,丰富与12.5%的沸石显示了一个高质量的凝聚纳米颗粒(图4 (b))。面两方面可以影响毫克注射去除的速度和时间。

沸石的描述没有2.5,5,7.5,10,和12.5%的Autosorb产生了重要的信息,有必要了解沸石的毛孔和之间的作用。表中可以看到2的沸石显示了孔隙大小足以进入15海里。这些毛孔可以填充和富含纳米颗粒尺寸小于15海里。同样,非晶态纳米粒子的性质可以增加的速率除镁尖晶石前壳上形成沸石的表面。因此,沸石作为纳米传输介质。另一方面,根据表中2面积的值表明,以下几方面:2.5 - 5%的沸石毛孔内的纳米颗粒被介绍和矿物的空间,从而减少表面积。然而,在丰富沸石为7.5的情况下,和12.5%的表面积增加。这意味着纳米粒子凝聚在沸石的表面,因为毛孔充满他们。这是一个更高的原因中的渣滓熔融铝为7.5,10,和12.5%的相比,5%和2.5。

3.3。除镁的注射没有和SiO沸石_{2 (NPs)}

图5显示了减少合金的Mg内容作为注射时间的函数。因为它是在纯沸石(没有时这个数字)注射,最后内容Mg的合金,经过70分钟的注入,为0.7 wt %的毫克。最好的结果是获得当沸石+ 2.5%被注入。在这种情况下,镁含量合金为0.1 wt - %只有47分钟注射后,在协议与标准,最后Mg内容,注入70分钟后,到达0.0002 wt %。类似的效果出现在沸石+ 5%(52分钟注入用于达到0.1 wt %的毫克)。相比之下,Mg删除当沸石富含7.5到12.5%的降低使用。在这些情况下,0.1 wt %的毫克的目标没有达到,甚至被注入了70分钟。相对的,丰富沸石提高化学反应的效率将Mg由于大小和无定形的性质。这表明纳米粒子提高沸石的表面能,其非晶自然成为化学催化剂。应该注意的是,Mg的初始内容在本研究工作是相当高(1.6 wt %毫克),在其他方面的报道文献[4,10)从1开始wt %的使用丰富沸石与不同比例的SiO毫克₂散装。同样,除次60分钟以达到0.1 wt %的Mg合金由Munoz-Arroyo et al .(如图所示11]。这意味着Mg去除方法使用纳米粒子提高流程的效率和降低了删除。此外,可以降低功耗Mg去除的过程。

3.4。描述在注射除镁反应的产品

通过x射线衍射分析了炉渣为了发现的产品丰富沸石之间的反应和熔融浴(图的元素6)。矿渣的XRD模式显示峰值对应于尖晶石,斜发沸石,方镁石,钙长石,等等。元素如铝和硅也发现和属于铝合金。值得注意的是,在渣从沸石的7.5%确定了纤锌矿和nantroquite。假定两化合物形成的杂质基地镁合金用于调整内容的镁铝硅合金。

金属注射标本中获得通过扫描电子显微镜分析了理解除镁的动力学。我们可以看到,在图7(一)特定样本,显示了沸石的semireacted粒子获得的样本处理丰富沸石纳米粒子注射5%为20分钟。根据相应的谱光谱,壳的化学成分是尖晶石的接近化学计量学。与此同时,粒子的中心属于沸石的化学成分,如图7 (b)和7 (c)。除镁,反应产物表面形成一个shell丰富沸石。因此,反应速率慢是由于自然的过程;反应产品的外壳上形成的粒子,使传质困难。

在这个角度来看,它是假定的形成一个稳定的外壳表面将迅速形成一个稳定的扩散势垒的铝和液体中溶解毫克壳牌在沸石(尖晶石)降低了去除动力学。最后,当纳米颗粒在接触其中,他们倾向于降低自由能降低表面能。在高温下熔池内,纳米粒子合并(纳米粒子的烧结)大幅减少反应区域。这就是为什么镁去除效率的降低和更高数量的渣滓在熔融铝为7.5,10,和12.5%的就形成了。

4所示。结论

使用矿物沸石富含2.5 wt %的提供更高的Mg移除从熔融合金比使用纯沸石。镁去除动力学减少的百分比增加,促进渣富含金属间化合物的形成化合物。

密度、高表面积和离子交换的可行性的浓缩颗粒允许更好powder-liquid接触改善过程动力学。

在这项研究中提出的方法是可行的一个工业规模的应用。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

作者想表达他们的感谢国家科学技术委员会(CONACyT)支持的发展r . Munoz-Arroyo的博士后。

引用

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