способ переработки солевых алюмосодержащих шлаков с получением покровных флюсов и алюминиевых сплавов-раскислителей

Формула изобретения

1. Способ переработки солевых алюмосодержащих шлаков, включающий дробление, измельчение, водное выщелачивание шлака, фильтрацию пульпы, выпаривание солевого раствора и сушку оксидного осадка, отличающийся тем, что шлак измельчают до крупности 0,064-2 мм, измельченный шлак подвергают водному выщелачиванию при расходе воды 1,05-2,5 л/кг, солевой раствор выпаривают с получением готового покровного флюса влажностью 0,5-5%, а оксидный осадок после сушки подвергают электролизу во фторидно-хлоридном расплаве при температуре 910-990°С и катодной плотности тока 0,55-1,2 А/см² с получением сплава на основе алюминия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водное выщелачивание шлака проводят в течение 20-60 мин в реакторе с механическим перемешиванием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к переработке шлаков плавки алюминиевого сырья в роторных, отражательных или индукционных печах, а также к способу получения сплавов на основе алюминия электролизом расплавов путем катодного восстановления всех компонентов сплава.

Известен способ переработки шлаков плавки алюминия и его сплавов путем отмывки шлаков водой для удаления растворимых солей металлов с добавлением соляной кислоты (RU 2149845 С1, кл. С04В 7/24, опубл. 27.05.2000). Применение соляной кислоты в данном способе требует соблюдения повышенных требований техники безопасности и экологии. Отмытый от солей осадок не перерабатывается, а содержащийся в шлаке металлический алюминий в количестве до 25% не извлекается.

Известен способ переработки шлаков плавки алюминия и его сплавов путем водной отмывки растворимых солей металлов с продувкой пульпы диоксидом углерода (RU 2362819 С1, кл. С22В 7/04, опубл. 27.07.2009). При осуществлении данного способа также не перерабатывается твердая фаза пульпы и не извлекается металлический алюминий из шлака.

Известен способ извлечения алюминия из шлаков путем механического воздействия на шлак в роторной печи при ее вращении (RU 2194778 С2, кл. С22В 7/04, опубл. 20.12.2002). Для более полного извлечения алюминия после его слива в печь загружают фториды щелочных металлов, в частности криолит, или смесь фторидов и хлоридов щелочных металлов. После обработки шлаков по данному способу не изменяется структура шлаков, в них остается довольно большое количество алюминия, присутствует часть добавляемых солей, поэтому необходима дальнейшая переработка вторичных шлаков.

Известен способ производства алюминиево-кремниевого сплава электролизом оксидного сырья в расплаве криолита с использованием производственных отходов тепловых электроцентралей, содержащих глинозем и кремнезем (RU 2065510 С1, кл. С25С 3/36, опубл. 20.08.1996). Способ расширяет сырьевую базу производства алюминиево-кремниевых сплавов. Однако в нее не входят отходы переработки алюмосодержащих шлаков.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ переработки шлака алюминиевого производства с получением глиноземсодержащего сырья, включающий измельчение шлака, разделение его на фракции, водное выщелачивание измельченного шлака, фильтрацию раствора с разделением солевого раствора и твердого остатка, выпаривание солевого раствора, сушку и обжиг твердого остатка (RU 2215048 С1, кл. С22В 7/04, опубл. 27.10.2003). Перед выпариванием солевого раствора дополнительно выполняют тонкую фильтрацию солевого раствора. Перед сушкой и обжигом твердого остатка выполняют отмывку твердого осадка от солей. При этом водное выщелачивание проводят при температуре воды 25-50°С и соотношении 1:1 по массе воды и измельченного шлака. Недостатком данного способа является то, что получаемый глиноземсодержащий продукт не перерабатывается. Авторы предлагают использовать этот продукт в качестве сырья для получения глинозема по полному технологическому циклу, а затем из полученного оксида алюминия получать металлический алюминий. Такая схема использования глиноземсодержащего продукта существенно усложняет процесс получения из него алюминия, способствует накоплению отходов глиноземного производства, например красного шлама, а другие ценные компоненты исходного шлака не извлекаются.

Задачей настоящего изобретения является создание способа переработки солевых алюмосодержащих шлаков, позволяющего полностью извлекать металлический алюминий из шлака, использовать оксидную составляющую шлака для получения сплава на основе алюминия, а также снизить образование отходов.

Поставленная задача достигается тем, что алюмосодержащий шлак подвергают переработке, включающей дробление и измельчение до крупности 0,064-2 мм, водное выщелачивание при расходе воды 1,05-2,5 л/кг в течение 20-60 мин в реакторе с механическим перемешиванием, фильтрацию пульпы, выпаривание фильтрата и сушку выпаренной солевой смеси с получением покровного флюса влажностью 0,5-5%. Оксидный осадок после фильтрации сушат и подвергают электролизу во фторидно-хлоридном расплаве при температуре 910-990°С и катодной плотности тока 0,55-1,2 А/см² с получением сплава на основе алюминия.

Полученная сухая солевая смесь пригодна для использования в качестве покровного флюса во вторичной металлургии алюминия, а также в качестве основы для производства покровно-рафинирующих флюсов. В процессе электролиза происходит катодное восстановление ценных компонентов, главным образом алюминия и кремния, и образование сплава. Металлический алюминий, содержащийся в исходном шлаке, попадает в электролизер вместе с оксидной составляющей шлака и полностью переходит в получаемый сплав, который пригоден для использования в качестве раскислителя стали в черной металлургии, а также в качестве основы для производства марочных сплавов на основе алюминия.

Остаточная влажность солевого осадка после сушки обусловлена тем, что получение материала с влажностью менее 0,5% требует усложнения технологии и оборудования для сушки, а влажность осадка более 5% приводит к значительным потерям металла за счет его взаимодействия с влагой.

При снижении температуры в электролизере ниже 910°C увеличивается вязкость расплава вплоть до его кристаллизации и прекращения процесса, а при повышении температуры выше 990°C начинается интенсивное испарение компонентов электролита, что приводит к его потере, загрязнению воздуха и ухудшению экологической обстановки.

При катодной плотности тока менее 0,55 А/см² снижается производительность электролизера, а при плотности тока более 1,2 А/см² возникают частые анодные эффекты, приводящие к нарушению режима работы электролизера и потерям электроэнергии.

Пример осуществления способа.

Солевой алюмосодержащий шлак плавильного производства, содержащий, мас.%, металлический алюминий 5-25, (NaCl+KCl) 30-50, Al₂O₃ 15-20, SiO₂ 6-12, AlN 12-15, Fe₂O₃ 2-5, MgAl₂O ₃ 12-16, подают в роторную дробилку, затем в шаровую мельницу и измельчают до крупности менее 2 мм. Измельченный шлак выщелачивают водой при расходе воды 1,5 л/кг. Выщелачивание проводят в течение 20 мин при температуре 50°C в реакторе с механическим перемешиванием. Пульпу фильтруют на вакуумном фильтре. Фильтрат выпаривают на выпарной установке и сушат при температуре 200°C, в результате чего получают солевую смесь, содержащую, мас.%, NaCl 40-50, KCl 50-60 с остаточной влажностью 2,6%. Оксидный же осадок после фильтрации отмывают от солей и сушат в трубчатой печи при температуре 400°C до остаточной влажности 1,2%. Его загружают в электролизер с расплавленным электролитом при температуре 960°C и проводят электролиз при катодной плотности тока 0,8 А/см². В результате получают сплав следующего состава, мас.%: А1 88,6, Si 4,8, Mg 3,4, Ti 1,52, Fe 0,9, Cu 0,38, Mn 0,38.

Описанный способ позволяет полностью извлечь металлический алюминий из шлака, снизить количество отходов при его переработке и получать покровные флюсы и алюминиевые сплавы-раскислители.