Orientador: Mauricio Prates de Campos Filho

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas

Resumo: Este trabalho propõe uma técnica de purificação de materiais através de um processo de fusão zonal que se desenvolve de forma semi-contínua. Basicamente o processo consiste na alimentação controlada do material a ser purificado dentro de um banho, onde é aquecido indutivamente acima da...

Resumo: Este trabalho propõe uma técnica de purificação de materiais através de um processo de fusão zonal que se desenvolve de forma semi-contínua. Basicamente o processo consiste na alimentação controlada do material a ser purificado dentro de um banho, onde é aquecido indutivamente acima da temperatura de fusão. Ao mesmo tempo, uma quantidade equivalente de sólido é retirado do banho por um dispositivo mecânico acionado pelo mesmo sistema de alimentação. O sólido é retirado solidificando através de uma interface plana estável a que é controlada por um sistema de resfriamento localizado. A diferença de solubilidade das impurezas nas fases sólida e líquida, quando o coeficiente de distribuição é menor que a unidade, gera um processo no qual o soluto é rejeitado desde a interface solidificante, purificando assim o sólido removido. O material purificado é alimentado num segundo banho para,continuar o processo de purificação, e assim sucessivamente até atingir o nível de pureza desejado. Um modelo matemático foi desenvolvido para fixar o número de estágios requeridos para atingir uma determinada pureza e a concentração de impurezas do produto que sai de cada estágio. Posteriormente foi projetado e construído um protótipo com dois estágios de purificação, no qual se provou a viabilidade: tecnica do processo, usando alumínio como material a ser purificado. Diversas técnicas de avaliação foram utilizadas para confirmar a reproduzibilidade do método e a consequente qualidade do produto, incluindo trocadores radioativos, espectroscopia de emissão, difração de raios X e propriedades físicas como microdureza e resistividade. Finalmente sugere-se uma técnica para transformar o processo num sistema contínuo.

Abstract: A technique for purification of materials, by means of a semi-continuous zone melting process is developped. Process consists basicaly in the constant supply of material to be purifical to a bath, where the material is heated to melting point by means of a induction field. At the same...

Abstract: A technique for purification of materials, by means of a semi-continuous zone melting process is developped. Process consists basicaly in the constant supply of material to be purifical to a bath, where the material is heated to melting point by means of a induction field. At the same time, an equivalent amount of solid is removed from liquid bath by meam of a mechanical device actuated by the same feed system. A solidifying of plane interface is controlled through localized cooling. Differences of solubilities of impurities on solid and liquid phases, generates a process by which solute is rejected from solid interface, purifying the material being removed, for metaIs that presents distribution coeficients lower than unity. Output material feed a second bath where a second purification step is achieved. In a similar way, further stages can be determined to achieve required material purity. A mathematical model was developped to predict the number of purification stages that would be required to obtain a desired quality of material and the concentration of impurities at the exist of each stage. A prototype equipment with two purification stages was built where, technical feasibility of processwas proven, using aluminium as material to be purified. Several ecaluation techniques, including radioisotopes tracing, emission spectroscopy, X-rays difraction and physical properties such us microhardness and resistivity, confirmed process reproducibility arid: consequent product quality. Further research work to transform process into a continuous technic is also described.