Oxidation von Aluminium beim Umschmelzen von Aluminiumschrott

Aluminium und sein Oxid

Aluminium hat ein negatives Redoxpotential (-1,66 V), Aluminium und seine Oxide Aluminium hat ein negatives Redoxpotential (-1,66 V), Aluminium und seine Oxide Aluminium hat ein negatives Redoxpotential (-1,66 V), hat ein noch niedrigeres Potential (-2,38 V). deshalb, wie die meisten anderen Metalle, Aluminium kommt in der Natur nur als sehr stabiles Oxid vor. Chemisch bedeutet dies den stabilsten Zustand auf dem niedrigsten Energieniveau.. Während der Elektrolyse wird das Metall gezwungen, sich vom Sauerstoff zu trennen, indem es sein Energiepotential erhöht. Bei Kontakt mit Sauerstoff neigt Aluminium dazu, in Form von Aluminiumoxid auf ein niedrigeres Energieniveau zurückzukehren.. Aufgrund seiner hohen Affinität zu Sauerstoff erfolgt diese Reaktion augenblicklich..

Aluminiumoxidationsreaktion

Aluminiumoxidationsreaktion folgt der Reaktion

4Al + 3Ö2 —› 2Al2Ö3

Eine positive Änderung der Enthalpie ΔH dieser Reaktion zeigt dies an, Was Aluminiumoxidation ist ein exothermer Prozess, das heißt, es geht mit der Freisetzung von Energie einher. Es ist logisch, da Aluminium in einen Zustand mit niedrigerem Energieniveau übergeht.

Die Dicke des Oxidfilms auf massivem Aluminium

Die Dicke des natürlichen Oxidfilms ist ziemlich dünn - von 1 zu 3 nm je nach Legierung und Oxidbildungstemperatur (bis zu 300 °C). Auf dem Bild 1 zeigt eine allmähliche Zunahme der Dicke des Oxidfilms auf reinem Aluminium während seiner Bildung bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 400-500 ° C. Dann kommt es zu einem Einbruch der Oxidationsgeschwindigkeit und zu einem starken Anstieg der Dicke des Oxidfilms 20 nm. Als Grund dafür wird der Übergang von der amorphen Struktur des Aluminiumoxids zu seiner kristallinen Struktur angesehen.. Deshalb wird beim Trocknen von zerkleinertem Aluminiumschrott und dem Brennen organischer Beschichtungen daraus nicht erhitzt 400 °, um eine Überoxidation zu vermeiden.

tolshchina-oksidnoy-plenki-alyuminiyaBild 1

Im festen Zustand von Aluminium spielt Aluminiumoxid eine positive Rolle, da der Oxidfilm die Form γ-Al hat2Ö3 und wenige Nanometer dick. Es isoliert die Aluminiumoberfläche zuverlässig und stoppt die weitere Oxidation.. Bei konstanter Temperatur wächst die Dicke des Oxidfilms zunächst sehr schnell., aber dann verlangsamt sich die Wachstumsrate und reduziert sich auf fast Null.

Oxidation von Aluminiumspänen

Mit der Eigenschaft des Oxidfilmwachstums, was in der Abbildung gezeigt wird 1, ein interessantes Phänomen. Es entsteht bei der Lagerung von Aluminiumabfällen in Form von Spänen.. Diese Art von Aluminiumschrott fällt bei der Bearbeitung von Aluminium an und wird hauptsächlich in Form von Dreh- und Bohrspänen dem Umschmelzen zugeführt.. Dieser Span hat nach der Bearbeitung ein frisches Finish., saubere Oberfläche, die sofort zu oxidieren beginnt. Denn die Späne werden vor dem Umschmelzen in gepressten Säcken gelagert, dann, scheinbar, nur ihre äußere Schicht sollte oxidiert werden, und die inneren Schichten der Verpackung bleiben ohne Oxidation. Durch Ändern des Gewichts des Pakets wurde es jedoch gefunden, dass seine Oxidation als Ganzes lange anhält. oft sehr begrenzt und umfasst hauptsächlich nur kleine Standardprofile, dass die Verpackung Lücken und Hohlräume aufweist, durch die die Luft langsam, sondern dringt sicher in seine inneren Schichten ein. Die meisten einzelnen Chips sind sehr dünn, und Oxidschicht, wenn auch dezenter, trägt erheblich zum Gesamtgewicht des Pakets bei. Bei der Langzeitlagerung von Spänen entstehen daher Metallverluste einfach aus dem Nichts.. Daraus lässt sich nur ein Schluss ziehen: Die Späne müssen sofort nach Eintreffen umgeschmolzen werden..

Spezifische Oberfläche von Aluminiumschrott

Der Verlust von Aluminium aufgrund seiner Oxidation während des Umschmelzens einer Schrottladung in einem Ofen ist proportional zur spezifischen Fläche dieses Schrotts. Die spezifische Fläche wird durch das Verhältnis ausgedrückt

aberud = m/A,

wobei m die Gesamtmasse des Schrottloses ist, A ist die Gesamtoberfläche aller Schrottstücke, bilden diesen Download.

Die spezifische Oberfläche von Aluminiumabfällen ist ein kritischer Parameter. Sein Wert steigt mit abnehmender Schrottpartikelgröße. So, bei einem Würfel mit einer Seite 10 cm Oberfläche ist 600 sq. cm, und für äquivalente Masse 1000 Würfel mit einer Seite 1 cm - Zoll 10 mal mehr. Daher wird die Oxidationsrate dieser Würfel in sein 10 mal mehr, als ein großer Würfel.

Oxidfilm auf flüssigem Aluminium

Mit Ausnahme der Trocknungs- und Brennvorgänge organischer Beschichtungen findet die gesamte Oxidation von Aluminiumschrott in flüssigem Zustand statt.. Beim Schmelzen wird der schützende Oxidfilm zerstört, und die Aluminiumoxidation beginnt erneut, aber bei höheren temperaturen. Auf der ungestörten Oberfläche der Aluminiumschmelze bildet sich ein stabiler Oxidfilm, deren Dicke mit der Zeit langsam zunimmt.

Abhängigkeit der Oxidationsintensität von flüssigem Aluminium von der Temperatur

Mit einer Erhöhung der Schmelztemperatur nimmt die Geschwindigkeit der Aluminiumoxidation zu. Sie steigt eher langsam bis in den Temperaturbereich ab 760 zu 780 ° C, gefolgt von einem starken Anstieg der Oxidationsgeschwindigkeit, wie auf dem bild gezeigt 2. Das Erhitzen der Aluminiumschmelze über diese Temperaturen hinaus führt zu erhöhten Verlusten an Aluminium durch seine Oxidation.. Diese Verluste werden oft als „Aluminiumabfälle».

skorost-okisleniya-alyuminiya-ot-temperaturyBild 2

Optimale Temperatur für Aluminiumschmelze

Unter Berücksichtigung des starken Anstiegs der Oxidation von Aluminium bei einer Schmelztemperatur oben 760-780 ° C, wenn keine besonderen Gründe für eine hohe Massetemperatur vorliegen (z, lange Übertragungsleitungen), flüssiges Aluminium wird nur auf die Temperatur erhitzt, was für sein Gießen optimal ist. In den meisten Fällen ist diese Temperatur 730 zu 750 ° C.

Eine Quelle: CH. Schmitz, Handbuch des Aluminiumrecyclings, 2006.