COMPOSICIONES DE GASES DE CUBRIMIENTO PARA METALES NO FÉRREOS FUNDIDOS TAL COMO MAGNESIO.

Composiciones de gases de cubrimiento para metales no férreos fundidos tal como magnesio ANTECEDENTES DEL INVENTO (1) Campo del invento El presente invento se refiere a composiciones de gases de cubrimiento para un metal no férreo fundido, tal como magnesio, y a métodos para usar las mismas con el fin de impedir la oxidación cuando el metal es expuesto al aire. (2) Descripción de la técnica relacionada Ciertos metales no férreos, tales como magnesio, aluminio y litio, son altamente reactivos e inestables frente a la oxidación. Por ejemplo, el magnesio fundido es oxidado con facilidad y violentamente en el aire del ambiente o en aire seco, quemándose con una temperatura de la llama de aproximadamente 2.820ºC. Se han sugerido tres enfoques para inhibir estos procesos de oxidación graves: (1) distribuir unos fundentes salinos de cubrimiento sobre el metal fundido; (2) excluir al oxígeno del contacto con el metal fundido, cubriendo protectoramente el metal fundido con un gas inerte tal como helio, nitrógeno o argón; o (3) cubrir protectoramente el metal fundido con una composición de gas de cubrimiento protector. Las composiciones de gases de cubrimiento protectores comprenden típicamente aire y/o dióxido de carbono y una pequeña cantidad de un agente inhibidor que reacciona o interactúa con el metal fundido para formar una película o capa sobre la superficie del metal fundido, que la protege con respecto de la oxidación. El documento de patente de los EE.UU. US 1.972.317 (de Reimers) se refiere a unos métodos para inhibir la oxidación de metales fácilmente oxidables, incluyendo el magnesio y sus aleaciones. Reimers señala que en el momento de su presentación en 1932, se habían propuesto numerosas soluciones para el problema de la oxidación, que incluían desplazar la atmósfera, que está en contacto con el metal, por un gas tal como nitrógeno, dióxido de carbono o dióxido de azufre. Reimers enseña la inhibición de la oxidación manteniendo en la atmósfera, que está en contacto con el metal fundido, un gas inhibidor que contiene flúor, ya sea en forma elemental o combinada. Se hace referencia a muchos compuestos que contienen flúor, señalándose que son preferidos los compuestos sólidos borofluoruro de amonio, silicofluoruro de amonio, bifluoruro de amonio y fluofosfato de amonio o los gases que se desprenden a partir de ellos al calentar. A pesar de la descripción en este documento de Reimers, no fue hasta aproximadamente la mitad de la década de los años1970 en que un compuesto que contenía flúor encontró aceptación comercial como un agente inhibidor en un gas de cubrimiento. Antes de aproximadamente la mitad de la década de 1970, el dióxido de azufre (SO2) se usaba ampliamente como un agente de inhibición en una composición de gas de cubrimiento para el magnesio. Sin embargo, el SO2 fue reemplazado subsiguientemente por el hexafluoruro de azufre (SF6) que actualmente es el patrón en la industria. Típicamente, las composiciones de gases de cubrimiento que se basan en SF6 contienen 0,2-1 % en volumen de SF6 y un gas portador, tal como aire, dióxido de carbono, argón o nitrógeno. El SF6 tiene la ventaja de que es un gas incoloro, inodoro y no tóxico, que se puede usar para proteger al magnesio o a una aleación de magnesio en estado fundido y en la producción de lingotes brillantes y relucientes con una formación relativamente baja de escoria. Sin embargo, el SF6 padece de varias desventajas, que incluyen: el hecho de que sus productos de descomposición que se basan en azufre a una alta temperatura son muy tóxicos; es caro y tiene unas limitadas fuentes de suministro; y es un conocido gas de invernadero que en un horizonte de tiempo de 100 años tiene un potencial de calentamiento global (GWP, acrónimo de Global Warming Potential) de 23.900 en relación con 1 para el dióxido de carbono. Se señala también que una vez que el magnesio se ha inflamado, el fuego resultante no puede ser apagado ni siquiera con unas altas concentraciones de SF6. El subproducto SO potencial es incluso peor a este respecto, puesto que puede acelerar un fuego de magnesio. Otro gas de cubrimiento útil para extinguir un fuego de magnesio es el trifluoruro de boro (BF3). Sin embargo, este material tiende a resultar muy caro y también es muy tóxico. El problema del GWP de los gases de cubrimiento ha sido afrontado en el documento de solicitud de patente internacional WO 00/64614 en el que se describió que ciertos hidrofluorocarbonos e hidrofluoroéteres que tienen un GWP relativamente bajo, tales como difluorometano (HFC-32), pentafluoroetano (HFC-125), 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC- 134a), difluoroetano (HFC-152a), metoxi-nonafluorobutano (HFE-7100), etoxi-nonafluorobutano (HFE-7200), y otros, eran útiles como gases de manta de cubrimiento para proteger al magnesio y a las aleaciones de magnesio con respecto de la oxidación. El documento US 6.521.018 (de Hobbs) describe también ciertos compuestos con GWP bajo, que pueden ser útiles como gases de manta de cubrimiento para metales no férreos y sus aleaciones, que incluyen fluoruro de carbonilo (COF2), fluoruro de trifluoroacetilo (CF3COF), 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropan-2-ona ((CF3)2CO), trifluoruro de nitrógeno (NF3), fluoruro de sulfurilo (SO2F2), fluoruro de nitrosilo (NOF), flúor gaseoso (F2), y otros. Todavía otros compuestos que son útiles para gases de manta de cubrimiento para magnesio se describen en los documentos US 6.537.346, US 6.685.764 y US 6.780.220 (todos de Milbrath), incluyendo unas perfluorocetonas tales como C2F5C(O)CF(CF3)2. 2   Aunque los compuestos sugeridos con anterioridad pueden tener una cierta utilidad limitada como gases de cubrimiento, son deseables unas composiciones alternativas de gases de cubrimiento que tengan unas características superiores, tales como un GWP bajo, un bajo punto de ebullición, un dispersamiento uniforme y una baja o ninguna toxicidad. Los solicitantes de la presente han descubierto que ciertas olefinas fluoradas, tales como, por ejemplo, CF3CH=CHF (trans-HFO-1234ze), son útiles como gases de cubrimiento para metales reactivos no férreos. El descubrimiento de los solicitantes es contrario, por lo menos en algunos aspectos, a las enseñanzas anteriores. Por ejemplo, hasta ahora se había creído que las olefinas fluoradas son indeseables como gases de cubrimiento debido a preocupaciones acerca del medio ambiente y/o de toxicidad, (véase p. ej. D. Milbrath, Development of 3M Novec 612 Magnesium Protection Fluid as a Substitute for SF6 over Molten Magnesium [desarrollo del fluido de protección del magnesio 3M Novec 612, como un sustitutivo para el SF6 sobre magnesio fundido], Conferencia Internacional sobre SF6 y el Medio Ambiente. 21-22 de Noviembre 2002, www.epa.gov/highgwp/electricpowerw-sf6/pdf/milbrath.pdf.) La patente de los EE.UU. nº 6.929.674 describe una composición de gas de cubrimiento para proteger al magnesio o a una aleación de magnesio en estado fundido. La composición comprende un agente inhibidor que contiene flúor, seleccionado entre el conjunto que consiste en difluorometano, pentafluoroetano, 1,1,1,2-tetrafluoroetano, difluorometano, heptafluoropropano, dihidrodecafluoropentano, hidrofluoroéteres y sus mezclas, y un gas portador, en que cada uno de los componentes de la composición tiene un potencial de calentamiento global (GWP) (referido al GWP absoluto para dióxido de carbono en un horizonte de tiempo de 100 años) de menos que 5.000. El documento de patente europea nº 0 964 845 describe un procedimiento para producir los pentafluoropropenos de la fórmula CF3CX=CF2 en la que X es H o Cl, comprendiendo el procedimiento hidrohalogenar el CF3CCl2CF3 con hidrógeno a una temperatura elevada en la fase de vapor sobre un catalizador que comprende por lo menos un componente seleccionado entre el conjunto que consiste en metales elementales, óxidos de metales, halogenuros de metales y oxihalogenuros de metales; en que el metal de dicho componente de catalizador de hidrohalogenación se selecciona entre cobre, níquel, cromo y sus mezclas, y el halógeno de dichos halogenuros y de dichos oxihalogenuros se selecciona entre flúor, cloro y sus mezclas. La patente de los EE.UU. 5.710.352 describe un método para la preparación de 1,1,1,3,3-pentafluoropropano (HFC- 245fa) y de 1-cloro-3,3,3-trifluoropropeno (HCFC-1233). El método para la preparación de 1,1,1,3,3-pentafluoropropano (HFC-245fa) comprende fluorar el 1,1,1,3,3-pentacloropropano (HCC-240fa) con fluoruro de hidrógeno en una fase de vapor en la presencia de un catalizador de fluoración, formando de esta manera un producto de reacción que comprende HCl, 1,1,1,3,3-pentafluoropropano, 1-cloro-3,3,3-trifluoropropeno (HCFC-1233) y 1,3,3,3-tetrafluoropropeno. El HCFC- 1233 y cualquier cantidad de 1,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFC-1234) concomitantemente producido se reciclan para la fluoración ulterior... [Seguir leyendo]

1. Una composición de gas de cubrimiento para impedir la oxidación de metales no férreos y sus aleaciones en estado fundido cuando se exponen al aire, comprendiendo dicha composición por lo menos una olefina fluorada, en que dicha olefina fluorada comprende uno o más compuestos que tienen la Fórmula I: XCFzR3-z en la que X es un radical de C1, C2, C3, C4 o C5 insaturado, sustituido o sin sustituir, cada R es independientemente Cl, F, Br, I o H y z es de 1 a 3. 2. La composición de la reivindicación 1, en la que dicho por lo menos uno de dichos compuestos de la Fórmula I tiene por lo menos cuatro (4) sustituyentes con halógenos, en que por lo menos tres (3) de dichos sustituyentes con halógenos son sustituyentes con flúor. 3. La composición de la reivindicación 1, en la que por lo menos un compuesto de la Fórmula I se selecciona entre el conjunto que consiste en tetrafluoropropenos, fluorocloropropenos, pentafluoropropenos y combinaciones de éstos. 4. La composición de la reivindicación 1, en la que dicha olefina fluorada se selecciona entre el conjunto que consiste en CF3CF=CH2, CF3CH=CHF y CF3CF=CHF. 5. La composición de gas de cubrimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en que dicha composición comprende además por lo menos un gas portador seleccionado entre el conjunto que consiste en nitrógeno, dióxido de carbono, aire, un gas noble y mezclas de los mismos. 6. Un método para impedir la oxidación de un metal no férreo fundido expuesto al aire, que comprende: (a) proporcionar un metal no férreo que tiene una superficie; (b) exponer dicha superficie a una capa de una composición olefínica fluorada gaseosa; (c) formar una película oxidada sobre dicha superficie, en que dicha olefina fluorada es una olefina fluorada de C2 - C6 que comprende uno o más compuestos que tienen la Fórmula I: XCFzR3-z en la que X es un radical de C1, C2, C3, C4 o C5 insaturado, sustituido o sin sustituir, cada R es independientemente Cl, F, Br, I o H, y z es de 1 a 3. 7. Una composición de metal fundido que comprende un metal reactivo no férreo que tiene una película protectora sobre su superficie, en que dicha película es formada por una reacción entre el metal y una composición olefínica fluorada como se ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, y dicha película impide la oxidación de dicho metal. 8. La composición de metal fundido de la reivindicación 7, en que dicho metal se selecciona entre el conjunto que consiste en magnesio, aluminio, litio, y aleaciones de por lo menos uno de ellos. (I) (I)