способ очистки алюминия от оксидов примесных металлов

Формула изобретения

1. Способ очистки алюминия от оксидов примесных металлов, включающий плавление алюминия с использованием смеси солей хлоридов и фторидов щелочных металлов и отделение твердой фазы оксидов примесных металлов от расплава алюминия, отличающийся тем, что плавление алюминия осуществляют в расплаве смеси солей натрия хлористого, натрия фтористого и калия хлористого, содержащего 5-7 мас.% натрия тетраборно-кислого, при температуре 750-850°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплав смеси солей имеет следующий состав, мас.%:

Натрий хлористый	63
Натрий фтористый	25
Калий хлористый	12

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано для очистки алюминия от оксидов примесных металлов. Очищенный алюминий может быть использован в процессе антикоррозийного покрытия стальных полос для получения различных сплавов на основе алюминия, изготовления различных изделий, в процессе раскисления стали в мартеновских печах.

Известен способ рафинирования алюминия и сплавов на его основе, выбранный в качестве прототипа, включающий обработку непрерывного потока расплава флюсами, содержащими хлориды и фториды щелочных металлов, при одновременном его перемешивании мешалкой и отделении металла от продуктов реакции. В состав флюса вводят фторсоли титана и бора в соотношении к хлоридам и фторидам щелочных металлов 7-9:3-1, при этом расплав перемешивают со скоростью в 20-30 раз больше скорости потока металла, а флюс вводят в вихревую воронку, образованную мешалкой, при ее глубине, равной 0,3-0,4 глубины погружения мешалки в расплав (Патент RU 2112065, опубликован 27.05.1998 г.)

Данный способ является сложным по технологическому и аппаратурному оформлению, расходуется значительная масса фторидов и хлоридов титана, бора, натрия и калия, которые после их загрязнения примесями, содержащимися в исходном алюминии, подлежат очистке, а это также достаточно сложный процесс.

Известен способ переработки загрязненного тонкостенного скрапа цветных металлов и устройство для его осуществления. Способ относится преимущественно к алюминиевым сплавам. По данному способу нагрев и переплавку скрапа ведут в тигле из ферромагнитного материала в атмосфере азота внешним переменным магнитным полем, создаваемым соленоидом, с шагом витков, увеличивающимся по высоте тигля от горловины к днищу, при этом переход на режим переплавки производят путем увеличения мощности источника энергии магнитного поля при отсутствии продуктов загрязнения в отходящих газах (Патент РФ 2250269, Бюл. 11, 2005 г.). Данный способ нельзя использовать для очистки отходов алюминия, содержащих оксиды примесных металлов, так как на дне и на стенках тигля печи будет происходить образование настыля, что повлечет за собой необходимость частых периодических очисток тигля печи от настыля. Также следует отметить, что способ и устройство достаточно сложные.

Задачами предлагаемого способа очистки алюминия от оксидов примесных металлов являются устранение образования на стенках тигля печи настыля, упрощение управления операциями в процессе очистки алюминия от примесей, создание технологии ведения процесса очистки отходов алюминия в непрерывном режиме, увеличение производительности печи, снижение себестоимости получаемого очищенного алюминия.

Решение указанных задач достигается тем, что плавление алюминия осуществляют в расплаве смеси солей: натрия хлористого, натрия фтористого, калия хлористого, содержащего 5-7 мас.% натрия тетраборнокислого, при температуре 750-850°С. Расплав смеси солей имеет следующий состав, мас.%: NaCl - 63, NaF - 25, KCl - 12. Для осуществления способа очистки алюминия от оксидов примесных металлов используют печь с установленным в нее вертикальным тиглем, представленным на рисунке. Печь в режиме готовности представлена на рисунке и включает в себя следующие элементы:

1. Тигель печи из огнеупорной стали;

2. Пристенный карман для затвора из расплава алюминия, представляющий собой трубу из огнеупорной стали;

3. Отводной патрубок для слива очищенного алюминия в изложницы, представляет собой трубу из огнеупорной стали;

4. Опорная решетка из огнеупорной стали;

5. Опорные стойки из огнеупорной стали;

6. Патрубок для ввода азота в тигельное пространство над поверхностью расплава солей;

7. Крышка тигля;

8. Расплав очищенного алюминия;

9. Затвор из расплава очищенного алюминия;

10. Расплав солей.

Для установления отводного патрубка для слива очищенного алюминия в изложницы, рассчитывают высоту затвора из очищенного расплава алюминия по заданным значениям высоты слоя расплава алюминия на дне тигля и высоты слоя расплава солей в соответствии с формулой:

h₁=(h ₂×Р₂+h₃ ×Р₂):Р₁;

где h₁ - высота слоя расплава алюминия в затворе, м.;

h₂ - высота слоя расплава алюминия на дне тигля печи, м.;

h₃ - высота слоя расплава солей в тигле печи, м.;

P ₁ - удельная масса расплава алюминия, кг/м ³.;

Р₂ - удельная масса расплава солей, кг/м³.

Опорную решетку устанавливают над слоем расплава алюминия на расстоянии 50-80 мм.

Первоначально печь приводят в рабочее состояние. Для этого в тигель печи загружают смесь солей натрия хлористого, натрия фтористого, калия хлористого на 2/3 высоты тигля печи. Далее включают обогрев печи, расплавляют загруженные соли и поднимают температуру расплава солей до 750-850°С. Затем в печь загружают буру из расчета 5-7 мас.% натрия тетраборнокислого от массы загруженных солей натрия хлористого, натрия фтористого, калия хлористого. Буру в расплав солей загружают в клети из металлических прутков, обшитых металлической сеткой, небольшими порциями.

В пространство тигля над раствором солей через штуцер (поз.6) подают азот. Затем в расплав солей погружают клеть с алюминием. Клеть устанавливают на опорную решетку (поз.4). Масса алюминия в клети должна быть такой, чтобы алюминий был полностью погружен в расплав солей. Подачу азота в тигель прекращают. Тигель закрывают крышкой. После полного расплавления алюминия и отекания расплава на дно печи крышку тигля отводят в сторону, клеть из расплава солей вынимают и оставляют для охлаждения и очистки от метаборнокислых солей примесных металлов. Операции плавления алюминия в расплаве солей повторяют аналогично первой операции до тех пор, пока из отводного патрубка (поз.3) не будет изливаться расплав алюминия в изложницы. Затем в тигель печи загружают затвердевший плав солей, который вылили в изложницы в первых операциях и продолжают засыпку смеси солей натрия хлористого, натрия фтористого, калия хлористого до тех пор, пока высота слоя расплава солей не достигнет ранее заданного значения высоты (h₃). После этого в расплав загружают небольшими порциями буру из расчета 5-7 мас.% от загруженной массы солей во второй раз. Для перехода метаборнокислого натрия (NaBO₂), который образовался в результате очистки алюминия, в натрий тетраборнокислый (Na₂B₄O ₇) в расплав загружают осторожно, небольшими порциями определенную массу борной кислоты. Нужно более точно определять необходимую массу загружаемой борной кислоты, так как избыток ее приведет к восстановлению бора алюминием по схеме реакции:

В ₂O₃+2Al=2В+Al₂ О₃.

После всех этих операций печь готова к очистке алюминия от оксидов примесных металлов в непрерывном режиме.

Совокупность признаков заявляемого технологического решения - способа очистки алюминия от оксидов примесных металлов - имеет отличия от прототипа и не следует явным образом из изученного уровня техники, поэтому автор считает, что способ является новым и имеет изобретательский уровень. Способ очистки алюминия от оксидов примесных металлов позволяет исключить образование настыля на стенках тигля печи, повысить производительность печи, уменьшить потери алюминия в процессе очистки, создать технологию непрерывной очистки алюминия, понизить себестоимость очищенного алюминия.

Результаты технологического процесса предлагаемого способа очистки алюминия от оксидов примесных металлов представлены в таблице 1.

Таким образом использование предлагаемого способа очистки алюминия от оксидов примесных металлов позволяет выполнить поставленные задачи и получить положительные результаты технического решения.

Таблица 1. Состав загрязненного алюминия, мас.%: алюминий - 96,7%, примеси - 3,3%.
№№ опытов	Наименование параметров процесса	Единицы измерения	Значение параметра	Результаты технологического процесса
1	2	3	4	5
1.	Температура в печи	°С	750	Время выплавки загруженного алюминия - 0,7 ч.
	Массовая доля натрия тетраборнокислого в расплаве солей	%	5,3	Суммарная масса примесей в очищенном алюминии - 0,75% Коэффициент выхода очищенного алюминия - 0,97
2.	Температура в печи	°С	740	Время выплавки загруженного алюминия - 0,8 ч.
	Массовая доля натрия тетраборнокислого в расплаве солей	%	5,7	Суммарная масса примесей в очищенном алюминии - 0,65% Коэффициент выхода очищенного алюминия -0,92
3.	Температура в печи	°С	850	Время выплавки загруженного алюминия - 0,55 ч.
	Массовая доля натрия тетраборнокислого в расплаве солей	%	5,5	Суммарная масса примесей в очищенном алюминии - 0,70% Коэффициент выхода очищенного алюминия -0,96
4.	Температура в печи	°С	900	Время выплавки загруженного алюминия - 0,45 ч.
	Массовая доля натрия тетраборнокислого в расплаве солей	%	6,1	Суммарная масса примесей в очищенном алюминии - 0,75% Коэффициент выхода очищенного алюминия -0,96 Повышенный расход энергоносителей, качество очищенного алюминия не улучшается.
5.	Температура в печи	°С	780	Время выплавки загруженного алюминия - 0,63ч.
	Массовая доля натрия тетраборнокислого в расплаве солей	%	4,1	Суммарная масса примесей в очищенном алюминии - 0,80% Коэффициент выхода очищенного алюминия - 0,91 Ухудшается качество и уменьшается коэффициент выхода очищенного алюминия.
6.	Температура в печи	°С	800	Время выплавки загруженного алюминия - 1,1 ч.
	Массовая доля натрия тетраборнокислого в расплаве солей	%	8,5	Суммарная масса примесей в очищенном алюминии - 0,65% Коэффициент выхода очищенного алюминия - 0,97 Возрастает удельный вес расплава солей, уменьшается скорость оседания расплава алюминия на дно тигля печи.