СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 1994 года по МПК C22B21/06 C22B7/00 

Изобретение относится к металлургии.

Известен способ извлечения лития и магния из металлических отходов в две стадии. Для извлечения лития и магния из отходов на первой стадии используют флюс КСl= AlCl₃ с перемешиванием расплава аргоном. В результате взаимодействия лития и магния с хлоридом алюминия получают солевую фазу, содержащую хлориды лития, магния и калия, и металлическую фазу, в которой содержится лития 0,002%, магния 0,003% и остальное алюминий. После удаления солевой фазы в ванну добавляют хлорид калия и обрабатывают металл хлоргазовой смесью (5% Сl₂), снижая в нем литий и магний до 0,001%. При этом получают солевую фазу с содержанием ≈ 52% AlCl₃ и 48% KCl, который возвращают на первую стадию. Солевую фазу после первой стадии (20-30% LiCl) измельчают и выщелачивают в спирте. После упарки раствора извлекают хлористый литий, а затем электролизом получают литий.

Недостатками способа являются: сложная аппаратурная схема по извлечению лития, включающая электрохимический дорогой передел и малопроизводительную гидрохимическую схему; высокие потери алюминия в виде хлорида алюминия ≈ 6% ; магний теряется в виде хлорида.

Известен способ извлечения лития из алюминиевого лома. Переплав лома осуществляется в электролизере, в котором расплавленный лом является анодом, литий или сплав Al c Li катодом, а электролитом - расплав на основе хлоридов, содержащих литий. Оставшийся после переплава лом (анод) может затем использоваться как обычный алюминиевый лом.

Недостатками способа являются: большие капитальные вложения; ограничения содержания в ломе магния до 1,0%.

Известно удаление натрия и лития из первичного алюминия обработкой солями в ковше с мешалкой. Первичный алюминий из электролизера содержит, г/т: Na 30-40; Li 15-20. Показано, что обработка солями MgCl₂ и AlF₃ снижает содержание в металле натрия и лития за 5-10 мин до < 1 г/т. Указанная технология не может быть реализована для отходов трехкомпонентного сплава, содержащего, % : Li 1-2; Mf 3-5, так как этот способ не предусматривает регенерацию лития.

Известно извлечение лития из скрапа алюминиево-литиевых сплавов хлорированием. Показана селективность хлорирования компонентов в отходах алюминиевого сплава (Li, Mg, Cu, Zr). Предложено две схемы технологического процесса с добавками хлористого калия - прямое хлорирование и хлорирование с возвратом частично образующихся хлоридов алюминия и магния на первую стадию. Способ проверен в лабораторных условиях.

Недостатками способа являются: потеря алюминия ≈ 5% в виде хлорида алюминия с шлаком; сложная технологическая схема разделения хлоридов магния и лития, не ясна экономическая целесообразность дальнейшего их использования.

Наиболее близким к предлагаемому является способ выделения алюминия и отходов, в котором в качестве флюса используются фториды щелочных и (или) щелочно-земельных металлов. Процесс идет при температуре выше температуры плавления фторидов и предпочтительно при давлении 100 мм рт.ст. Испаренные продукты конденсируются в виде жидкостей в зоне отстоя на металлический алюминий высокой чистоты и фтористые соли. Металлические примеси из реакционной зоны периодически удаляются.

Способ имеет следующие недостатки: согласно способу получают алюминий, загрязненный магнием: отсутствует комплексная переработка отходов сплавов; образующийся шлак, который содержит фтористые соли, требует дополнительную обработку; при переработке отходов, содержащих элементы с низкой температурой кипения, например цинк, требуется предварительное удаление этих примесей; сложная аппаратурная схема удорожает процесс переработки отходов; не позволяет удалять литий и магний из лома и других неочищенных источников. В процессе обработки очищенный алюминий загрязняется магнием.

Целью изобретения является повышение выхода компонентов из отходов сплава.

Указанная цель достигается тем, что переработку отходов алюминиевых сплавов, включающую расплавление отходов под флюсом, содержащим фториды щелочных и щелочно-земельных металлов, разделение фтористых солей и металлического алюминия ведут при 800-900^оС не менее 30 мин с одновременным перемешиванием расплава инертным газом.

В качестве флюса используют 30-60% фторида магния и до 5% фторида лития, остальное фториды натрия и алюминия и получают литийсодержащий компонент и алюминиево-магниевый сплав, который подвергается последующей обработке флюсом, содержащим фториды натрия и алюминия в молярном соотношении 0,8-2,0 с получением алюминия и магнийсодержащего солевого компонента.

Сущность способа заключается в селективном извлечении лития за счет взаимодействия фторида магния с литием (извлечение лития составляет 75-85%, магния 0-5%) с получением литийсодержащего компонента и сплава, обогащенного магнием. Алюминиево-магниевый сплав обрабатывается фторидом натрия и алюминия для извлечения магния и оставшегося лития. Так как в сплаве имеется всего 0,3-0,5% лития, а магния более 5%, то получаемый флюс обогащается фторидом магния.

Способ осуществления в интервале 800-900^оС. При снижении температуры процесса значительно снижается извлечение лития и магния. При повышении температуры выше 900^оС увеличиваются потери флюса за счет испарения легколетучих компонентов. Продолжительность менее 30 мин не обеспечивает высокого извлечения лития и магния. Верхний предел продолжительности стадии определяется концентрацией лития и магния в отходах.

Для обработки отходов применяется флюс из фторидов щелочных и щелочно-земельных металлов, а состав его определяется следующими факторами: увеличение содержания MgF₂ более 60% требует повышения температуры процесса в связи с повышением температуры плавления флюса более 900^оС, а проведение процесса менее 800-900^оС сопровождается снижением извлечения лития вследствие нахождения флюса в твердом виде; снижение содержания MgF₂ менее 30% сопровождается совместным извлечением лития и магния.

Далее алюминиево-магниевый сплав обрабатывается флюсом, содержащим фториды натрия и алюминия при соотношении NaF:AlF₃ в интервале 0,8-2, которое определяется: если соотношение ниже 0,8, то значительно увеличиваются потери алюминия за счет его испарения; если соотношение выше 2, то требуется повышение температуры процесса в связи с повышением температуры плавления флюса, особенно при переходе в него фторида магния.

Таким образом, при применении переработки отходов в предложенном интервале составов флюсов и температуры можно при минимальных затратах достичь максимального селективного извлечения лития и магния во фтористые соли.

В результате переработки отходов получаются следующие полезные компоненты: флюс с литийсодержащим компонентом при ограниченном содержании фторида магния, который можно применить как добавку к электролиту при электролитическом получении алюминия взамен дорогих литийсодержащих солей; флюс с магнийсодержащим компонентом, который частично идет на обработку отходов сплава, а остальная часть используется в качестве добавки к электролиту для пусковых электролизеров; очищенный металл - для производства вторичных алюминиевых сплавов.

Схема переработки отходов Al-Li-Mg сплавов показана на чертеже.

Примеры конкретного выполнения.

В синтеркорундовом тигле при навеске 50 г отходов алюминиево-литиевых сплавов (Li - 2,0% ; Mg - 5,0%) выполнена переработка при 750^оС с 10 г флюса, содержащего 53% MgF₂ и 3% LiF, NaF + AlF₃ - 44% (таблица, п.1). После расплавления металла и достижения температуры 850^оС при перемешивании инертным газом, содержимое тигля выдерживалось 30 мин. Расход аргона составил 3 л/ч. После обработки получено: 50,5 г металла (Li - 0,25%, Mg - 7,8%) и 9,0 г флюса (LiF - 40%, MgF2 - 15%, остальное AlF3 и NaF). Извлечение лития и магния составило соответственно 90% и 1%. Литийсодержащий компонент удаляется из тигля и может быть использован как литийсодержащая добавка для электролита алюминиевых электролизеров. Металл, содержащий Mg - 7,8%, Li - 0,25% , обрабатывался криолитом (К. 0-1,0). В тигель, где находилось 50,5 г сплава, загружалось 17 г криолита и при температуре 850^оС с перемешиванием аргоном процесс осуществлялся 30 мин. После обработки получено: 1) - 49,5 г алюминия, где Li - 0,01%, Mg - 0,1%; 2) 17,5 г флюса, который содержит MgF₂ 53%, LiF 3,0%, остальное AlF₃ и NaF. Часть флюса 10 г используется для обработки отходов алюминиевых сплавов.

Остальная часть 7,5 г рекомендуется для использования в качестве добавки к электролиту пусковых электролизеров. Извлечение лития и магния при обработке фторидами натрия и алюминия соответственно составило 97 и 98%.

Примеры выполнения переработки при различных технологических параметрах представлены в таблице.

Осуществление технологического процесса в промышленных условиях аналогично лабораторным.

В печь (ИТА-6) загружают 4 т отходов сплава и 600 кг флюса (MgF₂ 50-60% , LiF 2-5%, остальное NaF + AlF. После расплавления и достижения 820-850^оС осуществляют перемешивание расплава механической или барботажем аргона в течение 30 мин. Полученный литийсодержащий компонент (40-50% LiF) в количестве 550 кг выгружают вакуум-ковшом и заливают в электролизеры для получения первичного алюминия и замораживают в изложницах в виде чушек и затем загружают в электролизеры. В оставшийся жидкий металл загружают 1400 кг фторидного флюса при криолитовом соотношении 5,0-0,8-2,0. После установки температуры 820-850^оС производится перемешивание в течение 30 мин. Отрафинированный жидкий металл (масса - 3700 кг) откачивается из печи вакуум-ковшом и используется для приготовления сплавов. Образовавшийся магнийсодержащий солевой компонент (MgF₂ - 40-60%) частично откачивается (800 кг) и направляется в пусковые алюминиевые электролизеры для корректировки состава электролита по фтористому магнию. Оставшаяся часть (600 кг) солевого компонента используется при рафинировании отходов алюминиево-литиевых сплавов.

Использование: в цветной металлургии, в технологии переработки отходов алюминиевых сплавов. Сущность: расплавляют отходы алюминиевых сплавов, содержащие литий и магний под флюсом, содержащим 30 - 60% фторида магния, до 5% фторида лития, остальное фториды натрия и алюминия с получением литийсодержащего компонента и алюминиево-магниевого сплава. Расплавление ведут при 800 - 900°С не менее 30 мин, с одновременным перемещением расплава инертным газом. Алюминиево-магниевый сплав обрабатывают флюсом, содержащим фториды натрия и алюминия в молярном соотношении 0,8 - 2,0 с получением алюминия и магнийсодержащего солевого компонента. 1 ил., 1 табл.

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, включающий расплавление отходов под флюсом, содержащим фториды щелочных и щелочноземельных металлов, разделение фтористых солей и металлического алюминия, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода компонентов сплава, расплавление ведут при 800 - 900^oС не менее 30 мин с одновременным перемешиванием расплава инертным газом, в качестве флюса используют смесь: 30 - 60% фторида магния, до 5% фторида лития и остальное - фториды натрия и алюминия с получением литийсодержащего компонента и алюминиево-магниевого сплава и последующей обработкой алюминиево-магниевого сплава флюсом, содержащим фториды натрия и алюминия в молярном соотношении 0,8 - 2,0, с получением алюминия и магнитсодержащего солевого компонента.