سیلیکات سدیم جامد در تصفیه فلزات
وقتی صحبت از خلوص و بازده در صنایع متالورژی به میان می‌آید، بسیاری از مهندسان اول به فکر گازهای پوششی یا فلاکس‌های فلورایدی می‌افتند؛ اما در سال‌های اخیر سیلیکات سدیم جامد در تصفیه فلزات به‌عنوان یک افزونه مقرون‌به‌صرفه، ایمن و سازگار با محیط زیست توجه متخصصان را جلب کرده است. این ترکیب معدنی ساده با عملکرد چندوجهی—از اصلاح سرباره گرفته تا بهبود ته‌نشینی ناخالصی‌ها—می‌تواند جایگزینی هوشمندانه برای ترکیب‌های پرهزینه و پرخطر قدیمی باشد. در ادامه، با لحنی تخصصی اما صمیمی، هرآنچه باید درباره کاربرد سیلیکات سدیم جامد در تصفیه فلزات بدانید را بررسی می‌کنیم.
شیمی پایه؛ چرا سیلیکات سدیم جامد مؤثر است؟
ساختار شبکه‌ای و قلیاییت
سیلیکات سدیم جامد (Na₂O·nSiO₂) شبکه‌ای سه‌بعدی از یون‌های سدیم و تتراhedralهای SiO₄ ایجاد می‌کند. در تماس با مذاب فلزی یا آبِ فرآیند، یون‌های سدیم با تولید محیط قلیایی (pH≈12) به‌سرعت واکنش داده و فازهای سیلیکاتی سبک و سیال تشکیل می‌دهند؛ این همان کلید موفقیت سیلیکات سدیم جامد در تصفیه فلزات است. محیط قلیایی امکان حل‌سازی سولفیدها، فسفات‌ها و اکسیدهای کم‌ارزش را در سرباره بالا می‌برد و احیای جزئی سیلیس، سیالیت را افزایش می‌دهد.
نقطه ذوب پایین و توزیع یکنواخت
ریشیوهای رایج 2.0 تا 3.0 نقطه ذوبی بین 850 تا 1 000 °C دارند؛ یعنی کاملاً قبل از ذوب فولاد و حتی آلومینیوم به فاز مذاب تبدیل می‌شوند. این خصلت به پخش یکنواخت سیلیکات کمک می‌کند و بخش مهمی از کارایی سیلیکات سدیم جامد در تصفیه فلزات را رقم می‌زند.
مکانیزم‌های کلیدی در فرآیند تصفیه
تنظیم ویسکوزیته سرباره
اغلب سرباره‌های حاوی آهک و دولومیت در فولادسازیِ کوره قوس، ویسکوزیته‌ای بالا دارند. افزودن حدود 1 کیلوگرم سیلیکات سدیم جامد در تصفیه فلزات به ازای هر تُن مذاب، سیالیت سرباره را تا 30 ٪ افزایش می‌دهد و واکنش‌های جذب گوگرد و فسفر را تسریع می‌کند.
جذب ناخالصی‌های اکسیدی
یون‌های سیلیکات با Al₂O₃، FeO و MnO کمپلکس‌های سیلیکاتی تشکیل می‌دهند که چگالی کم‌تری از فلز دارند و در سرباره بالا می‌آیند. نتیجه؟ کاهش قابل توجه محتوای اکسیژن آزاد و افزایش خلوص فولاد آرام.
جلوگیری از اکسیداسیون ثانویه
به‌محض تشکیل لایه سیلیکاتی روی سطح مذاب، تماس مستقیم هوا با فلز قطع می‌شود. این فیلم شیشه‌ای نازک، اکسیداسیون ثانویه و مک‌دار شدن سطح را مهار می‌کند—دلیلی دیگر برای محبوبیت سیلیکات سدیم جامد در تصفیه فلزات، به‌ویژه در ریخته‌گری مداوم.
موارد کاربرد در فلزات مختلف
فولادهای کربنی و آلیاژی
-
کاهش گوگرد و فسفر به سطوح زیر 0٫015 ٪ بدون نیاز به آهک اضافی
-
پایداری حرارتی سرباره و جلوگیری از یخ‌زدگی در کانال‌های خروجی
چدن خاکستری و داکتیل
-
خنثی‌سازی اکسیدهای منیزیم اضافی
-
بهبود تمیزی سرباره‌های سولفیدی، امری حیاتی برای گرافیت یکنواخت
آلومینیوم و آلیاژهای سبک
-
عملکرد به‌عنوان فلاکس بدون کلرید و فلوراید؛ کاهش بخارات سمی
-
جذب Na₃AlF₆ باقیمانده و مانع خوردگی نسوزها
مس و برنج
-
تشکیل فازهای سیلیکاتی مس‐دار در سرباره و پایین آوردن اکسیژن محلول
-
جلوگیری از ترک گرم در اسلب‌های برنجی
در تمام این حوزه‌ها، استراتژی دوزدهی بهینه برای سیلیکات سدیم جامد در تصفیه فلزات بین 0٫05 تا 0٫15 ٪ وزن مذاب توصیه می‌شود.
ادغام در خطوط تولید
کوره قوس الکتریکی (EAF)
افزودن مستقیم «بریکِت»های سیلیکات سدیم جامد ریشیو 2٫4 پس از دمیدن اکسیژن، سرباره را سریعاً سیال می‌کند. به گفته کاربران، مصرف برق تا 3 kWh/ton کاهش می‌یابد و زمان Tap به Tap حدود 7 دقیقه کوتاه می‌شود.
واحد پاتیل (Ladle Refining)
در روش RH یا CAS-OB، تزریق پودر سیلیکات سدیم جامد در تصفیه فلزات از طریق لانسه کربن‌استیل سبب حذف گوگرد ثانویه و تثبیت ترکیب شیمیایی می‌شود.
ریخته‌گری مداوم
استفاده از گرانول سیلیکات به‌عنوان پودر پاششی دهانه تاندیش، سوزش نسوز را 18 ٪ کاهش و طول عمر آن را دو شیفت افزایش داده است.
فواید محیط زیستی و ایمنی
-
فاقد فلوراید و کلرید؛ تولید HF یا HCl در دودکش را حذف می‌کند.
-
pH کنترل‌شده سرباره؛ کاهش خوردگی نسوزهای آلومینا‐سیلیکا.
-
کاهش تولید گردوغبار متالورژیکی به‌دلیل دانه‌بندی یکنواخت.
تمام این موارد باعث شده است تا سیلیکات سدیم جامد در تصفیه فلزات بتواند گواهی‌های ISO 14001 را راحت‌تر از رقبای فلورایدی کسب کند.
راهنمای انتخاب گرید مناسب
| ریشیو (SiO₂/Na₂O) | نقطه ذوب (°C) | کاربرد اصلی | توصیه دوز (kg/t) |
|---|---|---|---|
| 2.0 | ≈ 850 | فولاد کم کربن | 1.0–1.5 |
| 2.4 | ≈ 900 | فولاد آلیاژی، چدن | 0.8–1.2 |
| 3.0 (نوترال) | ≈ 1 000 | مس و برنج | 0.5–0.9 |
همیشه قبل از افزودن، نمونه آزمایشگاهی روی 2 کیلوگرم مذاب شبیه‌سازی شده انجام دهید تا بهترین ریشیو برای سیلیکات سدیم جامد در تصفیه فلزات تعیین شود.
نکات اجرایی و ایمنی
-
پیش‌گرمایش گرانول‌ها تا 150 °C رطوبت سطحی را می‌گیرد و پاشش را یکنواخت می‌کند.
-
استفاده از ماسک FFP3 برای جلوگیری از استنشاق گرد و غبار قلیایی الزامی است.
-
ظروف نگهداری باید پوشش اپوکسی داشته باشند تا در تماس با سیلیکات دچار خوردگی نشوند.
-
اضافه‌بار در دوزدهی می‌تواند سیالیت سرباره را بیش از حد کاهش دهد و منجر به صدمه نسوز شود.
آینده‌پژوهی؛ نانو‑سیلیکات و تصفیه سبز
پژوهش‌های جدید روی نانوکُره‌های سیلیکات سدیم جامد در تصفیه فلزات نشان می‌دهد که افزودن 0٫02 ٪ نانوذرات می‌تواند سولفید زدایی را دو برابر سریع‌تر کند، بدون اینکه ویسکوزیته افزایش یابد. این فناوری در مرحله پایلوت چند کارخانه فولاد اروپا قرار دارد.
سیلیکات سدیم جامد ریشیو 2٫6 تا 2٫2 صنایع سیلیکات ایران
اگر به‌دنبال گریدی پایدار، مقرون‌به‌صرفه و آماده تحویل برای تزریق در کوره خود هستید، سیلیکات سدیم جامد ریشیو 2٫6–2٫2–2٫4–2 تولید صنایع سیلیکات ایران همان چیزی است که نیاز دارید. این محصول با دانه‌بندی مهندسی‌شده برای تزریق لانسه و کمترین رطوبت باقیمانده (< 1 ٪) طراحی شده است.
همین حالا به صفحه محصول بروید، مشخصات فنی را دانلود کنید و تنها با چند کلیک سفارش خود را ثبت کنید—تضمین ارسال 48 ساعته به سراسر کشور! صنایع سیلیکات ایران
جمع‌بندی
در این مقاله نشان دادیم که چگونه سیلیکات سدیم جامد در تصفیه فلزات می‌تواند به‌عنوان ابزاری چندمنظوره، هزینه‌ها را کاهش، کیفیت را افزایش و اثرات زیست‌محیطی را محدود کند. از تنظیم ویسکوزیته سرباره و جذب ناخالصی‌ها تا جلوگیری از اکسیداسیون ثانویه و افزایش عمر نسوز، مزایای آن قابل چشم‌پوشی نیست. افزودن یک گرید مناسب—مثل محصول ریشیو 2٫4 صنایع سیلیکات ایران—می‌تواند یک «برد سریع» برای خطوط متالورژی باشد.
پرسش‌های متداول
۱. میزان ایده‌آل مصرف سیلیکات سدیم جامد در تصفیه فلزات چقدر است؟
بین 0٫05 تا 0٫15 ٪ وزن مذاب، بسته به ترکیب سرباره و هدف تصفیه.
۲. آیا این ماده با نسوزهای آلومینا واکنش می‌دهد؟
خیر؛ در دوز پیشنهادی نه تنها واکنشی ندارد، بلکه با کاهش ویسکوزیته سرباره، تنش حرارتی نسوز را کم می‌کند.
۳. تفاوت عملکرد ریشیو 3 با 2٫4 چیست؟
ریشیو 3 سیالیت کم‌تری دارد و برای فلزات با نقطه ذوب پایین (مس، برنج) مناسب است، در حالی که 2٫4 کاربرد عمومی در فولاد و چدن دارد.
۴. چگونه می‌توان از ایجاد گردوغبار هنگام تزریق جلوگیری کرد؟
پیش‌گرمایش تا 150 °C و استفاده از سیستم لانسه فشار منفی، گردوغبار را به حداقل می‌رساند.
۵. آیا سیلیکات سدیم جامد در تصفیه فلزات جایگزین فلاکس‌های فلورایدی است؟
در بسیاری از فولادسازی‌ها بله؛ نتایج عملی نشان می‌دهد کارایی مشابه یا بهتر با هزینه و خطر زیست‌محیطی کمتر حاصل می‌شود.
۶. وضعیت گواهی‌های ایمنی این محصول چیست؟
محصولات صنایع سیلیکات ایران دارای گواهی ISO 9001، ISO 14001 و SDS کامل هستند که جزئیات سمیت و حمل‌ونقل را پوشش می‌دهد.