Das ist richtig, es gibt eine Reihe von unerwünschten oder Fremdmetallen (Cu, Sn, Sb, As), die in den Recyclingstrom gelangen, beispielsweise von Karosserien, die zu Schrott zermahlen werden, ohne alle Kupferkabel oder Zinn zu entfernen beschichtete Stahldosen. Antimon und Arsen neigen dazu, sich aus minderwertigen und kostengünstigen primären Eisenquellen einzuschleichen.
Die Antwort auf die Frage lautet nein. Recycelter Stahl wird aus verschiedenen Quellen so gleichmäßig wie möglich gemischt, seine Zusammensetzung wird gemessen, und dann wird nach Bedarf reines Eisen zugesetzt, um die Fremdmetalle für den Wiederverkauf oder die Weiterverarbeitung auf tolerierbare Werte zu verdünnen, z. B. um eine bestimmte Stahlsorte für ein bestimmtes Produkt zu erreichen oder Anwendung. Nichtrostende Stähle und andere hochlegierte Qualitäten, die zum Zeitpunkt des Recyclings bekannt sind, werden aufgrund des Wertes von Ni, Cr usw. getrennt verarbeitet.
Es ist derzeit unwirtschaftlich, Eisen erneut zu verarbeiten, um Fremdkörper zu entfernen, und daher wird es einfach überhaupt nicht durchgeführt. In zwei Büchern wird der Prozess als regelmäßig und wirtschaftlich bezeichnet: ( Mineralien, Metalle und Nachhaltigkeit: Erfüllung zukünftiger Materialanforderungen , S. 284, beginnend mit "Verdünnung") und ( Stahlproduktion: Prozesse, Produkte und Rückstände, ab p. 104, lesen, bis es nicht mehr relevant ist). Der Grund dafür ist unwirtschaftlich, dass die Fremdelemente bei konstanter Temperatur schwächer mit Sauerstoff reagieren als Eisen. Um sie durch Oxidation zu entfernen, müsste zuerst das gesamte Eisen oxidiert werden. Der Grund dafür ist thermodynamisch und beruht auf der Tatsache, dass unter den konkurrierenden Reaktionen diejenigen mit der größten Abnahme der freien Energie praktisch vollständig ablaufen, bevor andere Reaktionen überhaupt beginnen, insbesondere mit großen Unterschieden in der freien Energie zwischen den konkurrierenden Reaktionen. Um festzustellen, welche Reaktionen die größten Abnahmen aufweisen, kann ein Ellingham-Diagramm verwendet werden.
Im Ellingham-Diagramm unten ist die horizontale Achse die Temperatur, die vertikale Achse ist die Änderung der freien Gibbs-Energie. Die Linien, die unter verschiedenen Winkeln über das Diagramm verlaufen, entsprechen der Änderung der freien Energie, die durch Oxidationsreaktionen der Elemente mit Sauerstoff als Funktion der Temperatur verursacht wird. In unserem Fall kann das Diagramm gelesen werden, indem eine interessierende Temperatur ausgewählt und von unten nachgelesen wird, um das erste Element zu finden, das mit Sauerstoff reagiert. Wenn wir beispielsweise Stahl mit Fe, Mn, Sn und Cu enthalten, können wir sehen, dass bei 1000 K Mn, Fe (zu FeO), Sn und Cu in der Größenordnung des größten bis kleinsten Abfalls der freien Energie liegen.
Zugegeben, die interessierende Temperatur liegt näher bei 1900 K (über dem Schmelzpunkt von Eisen), aber die allgemeinen Trends jeder Gibbs-Funktion zur Änderung der freien Energie bleiben im Diagramm rechts und Eisen bleibt unter den Fremdelementen Cu, Sn, As und Sb bei praktischen Temperaturen und wahrscheinlich bis zu ihren jeweiligen Siedepunkten. Infolgedessen würde das Entfernen von Fremdkörpern aus Fe erfordern, dass zuerst das gesamte Eisen effektiv oxidiert wird. Und weil Sn, Sb, As und Cu in Eisen schwer löslich sind, müssen sie durch chemische Reaktion getrennt werden.
Man kann die Löslichkeit von Landstreichern anhand ihrer Phasendiagramme mit Eisen sehen, von denen ich unten Sb-Fe angegeben habe. Das Diagramm zeigt die Temperatur gegen die Zusammensetzung, wobei jeder zusammenhängende 2D-Bereich entweder aus einer Phase oder einer Mischung der beiden Phasen links und rechts besteht, die sich bei dieser Kombination aus Temperatur und Zusammensetzung im Gleichgewicht befinden. Unten links sehen wir, dass es für kleine Mengen von Sb und Raumtemperatur einen zusammenhängenden Bereich gibt, der in diesem Fall eine einzelne Phase oder Alpha-Fe (die Art, mit der wir vertraut sind) bezeichnet. Da Sb vorhanden ist und sich in einer einzigen Phase befindet, muss es im Eisen gelöst werden. Das Gleiche gilt mit unterschiedlicher Schwere für die anderen Landstreicher.
(Quelle: himikatus.ru )
Wie Chris H kommentierte, stellt sich auch die Frage, wann andere Legierungselemente gesteuert werden. Im Allgemeinen wird die Legierungszugabe so nahe wie möglich an der Verfestigung gesteuert, um den Legierungsverlust zu minimieren.
Schrott wird in einem Lichtbogenofen in loser Schüttung geschmolzen. Wenn der Schrottstrom ausreichend gemischt ist, kann die Fremdkonzentration basierend auf der Verwendung in der Vergangenheit geschätzt werden und das primäre Eisen wird vor der chemischen Analyse hinzugefügt, um die Schätzung zu kompensieren. Die Masse wird dann geschmolzen, Sauerstoff wird durch Hinzufügen von Elementen am unteren Rand des Ellingham-Diagramms entfernt, insbesondere Ca und Al, und die Metallschmelze wird auf eine oder mehrere hochisolierte Pfannen übertragen. Ca und Al reagieren schnell mit in der Schmelze gelöstem Sauerstoff, um eine Oxidschlacke niedriger Dichte zu erzeugen, die schwimmt und mechanisch entfernt wird. Nach diesem Prozess wird Chemie genommen, und wenn die Vagabunden ausreichend verdünnt sind, wird das Metall auf Pfannen übertragen. Wenn nicht, wird ausreichend primäres Eisen zugesetzt, um die Schmelze zu verdünnen.
In der Pfanne werden zusätzliche Legierungselemente hinzugefügt. Sie werden aufgrund des Ellingham-Diagramms nicht früher hinzugefügt: Die meisten Legierungselemente, einschließlich Mn, Mo, Cr, V, C usw., haben einen größeren Verlust an freier Energie als Fe und reagieren daher zuerst. Mit anderen Worten, sie verblassen. Um ein teures Ausbleichen der Legierungszugabe zu vermeiden, werden sie so nah wie möglich am Erstarrungsprozess hinzugefügt. Zusätzlich wird durch Entfernen von Sauerstoff unter Verwendung von Al und Ca weniger Sauerstoff im Eisen gelöst, um mit den teureren Legierungselementen zu reagieren. In der Pfanne gibt es nur sehr geringe Turbulenzen zwischen Flüssigkeit und Atmosphäre, so dass die Diffusion von neuem Sauerstoff in das flüssige Eisen relativ langsam ist. Es gibt natürlich immer noch ein Zeitlimit, und wenn Sie eine Kelle zu lange halten, verblasst die Legierung. Nach der Zugabe der Legierung wird die Chemie überprüft und dann die Pfanne gegossen.
Bearbeitet, um Quellen hinzuzufügen. Bearbeitet, um eine Diskussion über die Legierungskontrolle hinzuzufügen.