Reciclado de magnesio: recuperación de la aleación AZ91 a partir de virutas de mecanizado

• Autores: Roberto Óscar Lucci
• Directores de la Tesis: Carlos Oldani (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Nacional de Córdoba (UNC) ( Argentina ) en 2015
• Idioma: español
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: hdl.handle.net
• Resumen
  • español

    Desarrolla un proceso integral de reciclado de virutas de magnesio de aleación AZ91 que supere los inconvenientes que presentan los métodos descriptos, que permita obtener una buena recuperación de la aleación, con una calidad apropiada para su reutilización en la industria. Se analizaron características de las virutas como su forma, tamaño y área superficial. Se desarrollaron procesos de preparación previa a la fusión; como ser limpieza, secado y compactación. Se desarrolló un método de reciclado por fusión, basado en la utilización de argón y mezclas de sales como protección contra la oxidación

  • português

    O magnésio é o metal de uso estrutural mais leve. Possui uma densidade 33 % menor que a do alumínio e um 77 % menor que a do aço, o qual representa um grande atrativo para a fabricação de peças com poupança importante em peso. Sua baixa densidade tem promovido seu uso na indústria aeronáutica e nos últimos anos na automotriz.

    A liga de magnésio de maior aplicação industrial é a AZ91 (Alumínio: 9 %; Zinco: 1 %;

    Magnésio: restante), a qual é usada principalmente em forma de produtos fundidos.

    Durante o processo de fusão e colada, como na etapa de usinagem das peças fundidas, se gera grande quantidade de sucata, que apresenta diferentes graus de dificuldade para a reciclagem. A reciclagem pode ser feita sem dificuldade se os resíduos forem de grandes dimensões, limpos e secos. A reciclagem de cavacos de magnésio, como as que provem da liga AZ91 contaminadas com óleo de usinagem, é bem mais complexa e representa um desafio o estudo e desenvolvimento de um processo adequado para o tratamento das mesmas. A reciclagem de cavacos por métodos de fusão convencional é restrita devido à contaminação com óleo e o tamanho reduzido, que favorece sua oxidação, trazendo como consequência baixa porcentagens de recuperação. Os cavacos de usinagem apresentam ademais diferentes complicações em seu armazenamento, manipulação e translado. Dado seu caráter altamente reativo, não podem ser armazenadas porque reage com a umidade do ambiente, causando liberação de hidrogênio, o que aumenta o risco de acidentes causado pelo fogo. Sua disposição final em aterros a céu aberto é proibida pela legislação.

    Os processos existentes para a fusão de magnésio dividem-se em dois grandes grupos. Os que utilizam misturas de sais para proteger o metal em frente à oxidação durante a fusão e os que empregam gases ativos como o SO2 e SF6, que têm como princípio a formação de uma camada protetora de MgS no metal líquido, impedindo a oxidação. Os primeiros apresentam a vantagem de ser econômicos e poder ser realizado em instalações de baixa complexidade. Sua desvantagem é que requerem uma elevada quantidade de sais, principalmente no reciclado de cavacos, cuja disposição enfrenta problemas ambientais. O segundo grupo tem como desvantagem que os gases utilizados são contaminantes e tóxicos para os seres vivos.

    Esta tese teve como objetivo desenvolver um processo integral de reciclagem de cavacos de magnésio da liga AZ91 que supere os inconvenientes que apresentam os métodos descritos anteriormente, que permita obter uma boa recuperação da liga, com uma qualidade apropriada para sua reutilização na indústria.

    Neste trabalho, se analisaram características dos cavacos como sua forma, tamanhos e área superficial. Desenvolveram-se processos de preparação prévia à fusão; como a sua limpeza, secagem e compactação. Desenvolveu-se um método de fusão, baseado na utilização de gás inerte argônio, adicionando misturas de sais, para efetuar a proteção contra a oxidação.

    Os principais resultados obtidos indicam que o método desenvolvido permite obter recuperações do metal dos 73 ± 9 % e uma qualidade da liga enquadrada dentro da AZ91(B), apta para sua reutilização.

  • English

    Magnesium is the lightest structural metal used. It has a density 33 % lower than aluminium and 77 % lower than steel, which represents a great attraction for the manufacture of parts with significant savings in weight. Its low density has promoted its use in the aerospace industry and in recent years in the automotive.

    The greater magnesium alloy for industrial application is AZ91 (Aluminium: 9 %; Zinc: 1 %; Magnesium: Rest), which is used mainly in the form of cast products.

    During the process of melting and casting, as in the stage of machining of the castings, large amount of scrap is generated, which has different degrees of difficulty for its recycling. Recycling can be performed without difficulty when it comes to big size, clean and dry residues. The recycling of chips, such as those which come from AZ91 alloy contaminated with machining oil, is much more complex, and the study and development of a suitable process for their treatment represents a challenge. Chips’ recycling with conventional fusion methods is restricted due to their reduced size and contamination with oil, which contributes to their oxidation with the consequent decrease in recovery percentage.

    Storage, handling and transportation of machining chips imply different problems. Due to their highly reactive nature, they can not be stored outdoors, because they react to ambient humidity producing hydrogen, which originate risk of fire. Its final disposal in open sky burials is prohibited by existing laws.

    There are two great groups of processes for magnesium alloys recycling by melting. Those using fluxes to protect the metal from oxidation during the merger and other which use active gases such as SO2 and SF6 to form a protective layer of MgS that prevents oxidation.

    The first group has the advantage of being economic and able to carry on in low complexity installations. Their disadvantage is the requirement, mainly in the recycling of chips, of a high quantity of salts, which layout is facing environmental problems. The gases used in the second group are polluting and toxic for living beings, as main disadvantages.

    This thesis aimed to develop a comprehensive recycling process of AZ91 magnesium alloy chips which overcomes the drawbacks from the methods described above, which allows obtaining a good recovery of the alloy, with an appropriate quality for reuse in the industry.

    In this work, characteristics of chips were analyzed, such as shape, size and surface area.

    Processes of preparation prior to the merger were developed; such as cleaning, drying and compaction. A method of recycling by fusion based on the use of argon and fluxes as protection against oxidation was developed.

    The main results obtained indicate that the developed method enables obtaining a metal recovery of 73 ± 9 % and a quality of alloy framed within the AZ91(B), suitable for reuse.