Thứ Hai, 23 tháng 5, 2016

CHẤT KHỬ TẠP CHẤT TRONG NẤU LUYỆN


I.       Định nghĩa: Chất khử tạp chất trong nấu luyện những chất được sử dụng để tinh luyện hợp kim lỏng, có nghĩa là chúng có tác dụng ngăn chặn hay làm giảm bất kỳ nhân tố nào tạo nên tạp chất trong hợp kim, ví dụ: Oxy trong không khí.  
II.    Điều kiện tiên quyết:
Chúng phải thỏa hai điều kiện sau:
- Chúng
phải tạo thành một lớp nổi trên bề mặt của hợp kim nóng chảy ngăn tiếp xúc với không khí
- Chúng phải phản ứng với các oxit hiện diện trong hợp kim nóng chảy dưới dạng xỉ và được “hớt bỏ đi” trước khi đúc
 III.Phân loại: Các chất khử tạp chất phổ biến nhất là:
1) Hàn the (pyroborate natri): Là chất khử tạp chất quan trọng nhất đối với các hợp kim vàng: Khi nóng chảy ở 741độ C, nó tạo thành một lớp thủy tinh trên thành trong nồi nấu và thúc đẩy sự hóa lỏng kim loại. Hàn the là muối của axit boric. Do đặc tính kết hợp nhiều với nước nên nó tạo thành các tinh thể có kích thước lớn và trong suốt. Nói chung, hàn the khan được sử dụng thay cho tetraborat natri ngậm nước (Na3B4O7.10H2O), vì khi nung nóng, nước thoát ra đọng lại ở dạng bong bóng khí, chúng có thể làm tăng độ giòn trong hợp kim. Bởi vì, khi gặp nhiệt, vào khoảng 400độ C thì hàn the bị vôi hóa khiến 10 phân tử nước bị trương nở.
Như vừa nói
trên, hàn the nóng chảy ở 741độ C và chuyển đổi thành hỗn hợp metaborate natri và oxit bo ở dạng lỏng:
Na2B4O7           =                 2NaBO2            +          B2O3
                          Hàn the                           Metaborate Natri                 Oxit Bo
Oxit Bo chuyển đổi oxit kim loại bất kỳ không mong muốn thành metaborate. Metaborate natri dễ dàng hòa lẫn với metaborate vừa mới hình thành và kéo chúng ra khỏi hợp kim, cho phép phản ứng mới của oxit bo bắt đầu.
Ngược lại, axit boric ở 900độ C tạo một lớp xỉ dày trên bề mặt kim loại ngăn chặn các tạp chất khác xâm nhập vào hợp kim. Hàn the có tính chất hoà tan oxit nhiều hơn ngay cả ở nhiệt độ thấp hơn. Axit boric có điểm nóng chảy (870độ C) cao hơn so với hàn the, tạo thành một lớp cặn dày trên kim loại và do đó phù hợp hơn cho nấu chảy hợp kim vàng trắng.
2) Soda (cacbonat natri – Na2CO3): Là muối của axit carboniccó dạng tinh thể lớn màu sáng với 10 phân tử nước. Nó được bán ở dạng bột màu trắng, khan nước. Thợ kim hoàn sử dụng nó như là chất khử tạp chất để nấu chảy các chất cần bề mặt láng, vì nó nóng chảy ở 860độ C và chuyển đổi các oxit kim loại có trong dung dịch nóng chảy thành cacbonat dưới dạng xỉ. Màu ngọn lửa của màu vàng.

Na2CO3     +    CuO       =         CuCO3        +         Na2O
                            Soda          Oxit đồng           Cacbonate đồng       Oxit natri                             
3) Cacbonat Kali (K2CO3): Có hoạt tính linh hoạt hơn so với soda (Na2CO3) nhưng ăn mòn nồi nấu kim loại nhiều hơn bất kỳ loại muối nào khác. Nó nóng chảy ở 897độ C. Nếu kali được tạo ra từ dung dịch khử nóng chảy thì màu ngọn lửa của là màu tím.
4) Nitrat Kali (KNO3): Được sử dụng để tinh luyện bởi vì nó có khả năng hòa tan bất kỳ
kim loại cơ bản. Nó có thể làm sáng màu vàng, trong khi
đó, nếu thêm vào bạc, nó có thể mất màu bạc.
5) Hỗn hợp khác. Hỗn hợp của nhiều chất khử tạp chất kết hợp với nhau nhằm nâng cao tính chất của từng chất riêng lẻ bất kỳ và thay đổi nhiệt độ nóng chảy của chúng. Công thức đầu tiên xác lập về mối liên hệ giữa axit boric và soda:
H2B4O7      +      Na2CO3            =        Na2B4O7        +     H2CO3
                  Acid boric               Soda                           Hàn the              Acid boric
Như chúng ta có thể thấy, kết quả của hỗn hợp này là tạo ra hàn the – một chất rẻ tiền . Hàn the có điểm nóng chảy tương đối cao, ví dụ, nó chỉ được kích hoạt ở nhiệt độ khoảng 50độ C dưới điểm cùng tinh Ag-Cu (779độ C). Nói cách khác, các hợp kim có thể sẽ bị oxy hóa ngay trước khi hàn the có thể tạo thành một lớp bảo vệ. Các chất khử tạp chất khác, chẳng hạn như cacbonat kali (K2CO3), soda (Na2CO3) hay clorua natri (NaCl) phản ứng ở nhiệt độ cao hơn.
Đôi khi, sự kết hợp diễn ra giữa các chất khử tạp chất khác nhau có thể hạ điểm nóng chảy của hợp kim xuống so với từng chất riêng lẻ bất kỳ. Cacbonat kali (K2CO3) và soda (Na2CO3) nóng chảy ở 690độ C nhưng nếu chúng ta thêm muối ăn (NaCl) vào soda (Na2CO3), chúng sẽ làm cho nhiệt độ nóng chảy giảm nhẹ còn 620độ C.
Nếu chúng ta thêm hàn the vào cacbonat kali (K2CO3) thì chúng ta sẽ có được tỷ lệ phần trăm của cả hai metaborate kali và metaborate natri cao hơn, được dễ dàng loại bỏ dưới dạng xỉ cùng với oxit bo:
K2CO3   +       Na2B4O7  =        2KBO2      +        2NaBO2         +     CO2
     Cacbonate Kali      Hàn the         Metaborate Kali      Metaborate Natri     Cacbonic
Nhiệt độ làm việc của hàn the có thể được nâng lên bằng cách pha trộn các hỗn hợp sau đây:
4 phần soda
(Na2CO3) + 4 phần cacbonat kali (K2CO3) + 2 phần hàn the
Hay là cho hợp kim có điểm nóng chảy thấp hơn:
2 phần clorua natri
(NaCl) + 1 phần cacbonat kali (K2CO3) + 2 phần hàn the

6) Cuối cùng, chúng tôi sẽ phân tích một số chất được sử dụng như chất khử tạp chất tùy theo một hay nhiều nguyên nhân sử dụng.
Chất khử tạp chất dùng tinh luyện là Amoni clorua (NH4Cl), có khả năng làm bốc hơi các tạp chất kim loại theo không khí.
Hexachloroethane (Hexa-cloro-etan   C2Cl6): Được đưa vào dưới dạng viên, kết hợp với các chất khí tồn đọng bên trong hợp kim nóng chảy và kéo chúng ra bằng cách làm bay hơi vào không khí.
Trong số các chất bảo vệ, có khả năng tạo thành một lớp xỉ trên bề mặt dung dịch nóng chảy, chúng tôi gợi ý là bột thủy tinhchất fluorit (hay florua canxi CaF2).
Trong số các chất khử (có khả năng phản ứng với oxy để tạo thành oxit dễ bay hơi), bên cạnh một số chất vừa đề cập trên, chúng tôi thêm nitrat natri (NaNO3), có khả năng hòa tan các tạp chất ngay cả tạp chất nhẹ chứa trong vàng, nhưng khá độc hại tỏa ra khí nitơ trong không khí. Than và mùn cưa, xyanua kali (KCN), kẽm, ca-di-mi (hàm lượng chỉ với 0,5% là đủ, đặc biệt là trong hợp kim bạc, khi nóng chảy, nó có thể hòa tan một lượng lớn oxy, tuy nhiên, khói của nó thì độc hại). Photpho đồng (chỉ một tỷ lệ nhỏ là đủ để tinh luyện vàng carat thấp, vì nó cho phép giảm dư lượng photpho đồng kết tủa trên rìa tinh thể gây ra tính dòn).
Silicon, canxi, bo, li-thi, sun-phua (nó ăn mòn sắt). Đây là những tác nhân làm sạch và là những chất khử tạp chất sau cùng có tác dụng để phục hồi phế phẩm của vàng hơn là dùng để tinh luyện các hợp kim nóng chảy.
IV. Sử dụng với kim loại quý:
Liên quan đến sự nóng chảy của kim loại quý tinh khiết, dùng chất khử tạp chất thìích, bởi vì không có quá trình oxy hóa diễn ra. Trái lại, sự hiện diện của chất khử tạp chất có thể gây trở ngại cho đúc. Vàng nguyên chất, cụ thể, có bề ngoài phát sáng khi nóng chảy và khi nguội đi không có hình dạng phồng lên hay lẫn tạp chất (chúng ta biết rằng vàng nguyên chất không hấp thụ oxy từ không khí cũng như không phản ứng với các vật liệu làm nồi nấu kim loại). Trong trường hợp này, thay vào đó, kim loại quý nên được tinh luyện, chất làm sạch đặc biệt sẽ được sử dụng trong quá trình tan chảy.
V.    Sử dụng với hợp kim:
Hợp kim kim loại thay thế kim loại thì có phản ứng khác, vì chúng được cấu tạo từ kim loại cơ bản có xu hướng bị ôxy hóa. Ví dụ: Trong trường hợp của hợp kim vàng, lớp cặn của axit boric hay bột hàn the được sử dụng để ngăn chặn tiếp xúc với oxy trong không khí, như đã nêu ở trên.
VI. Màu của chất khử tạp chất:
Có thể xác định được loại oxit đã hòa tan bởi màu của chất trợ dung sau khi nóng chảy. Trong thực tế, nếu xuất hiện màu như thủy tinh không màu thì chứng tỏ không có oxit hòa tan. Trong khi, màu xanh lá - xanh có nghĩa là chất khử tạp chất đã kết hợp với oxit đồng và màu xám chứng tỏ có kẽm hay oxit ca-di-mi.



1 nhận xét: