ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 1995 года по МПК C22C21/02 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и касается состава шихты для получения алюминиевокремниевых сплавов путем карботермического восстановления оксидов алюминия и кремния до их элементов в рудовосстановительных электропечах.

Технико-экономические показатели процесса получения алюминиевокремниевых сплавов карботермическим восстановлением оксидов алюминия и кремния до их элементов в рудовосстановительных электропечах во многом зависят не только от минералогического состава применяемых шихтовых материалов, но и от их химического состава.

Известны составы шихт для получения алюминиевокремниевых сплавов, в составе которых рекомендуют в качестве оксидного сырья использовать рудный концентрат: каолин, силиманитовый концентрат, кианитовый концентрат и др.; в качестве углеродсодержащего восстановителя: каменный уголь, торфяной полукокс и др.; а также в качестве добавки: глинозем, марганцевую руду и связующее -сульфитный щелок и др.

Известна шихта для получения алюминиевокремниевых сплавов, содержащая следующие компоненты, мас.%: кремнезем-глиноземистое сырье 62-70; нефтяной (пековый кокс) 6,2-14,0; каменный уголь 15-17; связующее 0-10 при соотношении в ней нефтяного (пекового) кокса к каменному углю, равном 1:(1,5-3,0), и суммарном содержании нелетучего углерода 93-97% от стехиометрического количества углерода, необходимого для восстановления оксидов шихты до их металлов и окисления углерода до его оксида.

Известна шихта для получения алюминиевокремниевых сплавов, в состав которой входят следующие ингредиенты, мас.%:
Кремнезем-глинозем- ное сырье 60-68 Нефтяной кокс 11-20 Каменный уголь 8-19 Сульфат натрия 0,5-2 Связующее 5-8
Недостатком известных шихт являются высокие энергозатраты на получение сплава и значительное шлакообразование в процессе рудовосстановительной плавки.

Наиболее близкой по составу и достигаемым технико-экономическим показателям при плавке является шихта с соотношением ингредиентов, мас.%:
Углеродсодержащий восстановитель 26-32 Связующее 1-7 Сульфат натрия 0,1-3,5
Кремнезем-глиноземное сырье Остальное
Данная шихта принята за прототип.

Недостатком шихты-прототипа является низкое извлечение алюминия и кремния из шихты в сплав, которое составляет около 71%. Кроме того, при получении алюминиево-кремниевых сплавов с содержанием алюминия 50-63% в ее составе используют дорогостоящий технический глинозем, который в процессе рудовосстановительной плавки частично ошлаковывается, увеличивая потери алюминия со шлаками.

Целью изобретения является повышение извлечения алюминия и кремния из шихты в сплав в процессе рудовосстановительной плавки.

Поставленная цель достигается тем, что в составе известной шихты в качестве глиноземсодержащего сырья применяют отходы солевого рафинирования алюминия и/или сплавов на его основе при следующем соотношении компонентов, мас.%: Оксидное сырье 35-68,5
Углеродсодержащий восстановитель 18-34
Отходы солевого рафинирова-
ния алюминия
и/или сплавов на его основе 1,5-37,3 Сульфат натрия 0,03-2,0 Связующее 3-8
Новым по сравнению с прототипом является то, что в составе шихты для получения электротермических алюминиево-кремниевых сплавов применены отходы солевого рафинирования алюминия и/или сплавов на его основе.

При получении алюминиево-кремниевых сплавов из шихты - прототипа в образующийся в процессе рудовосстановительной плавки сплав алюминий поступает за счет восстановления введенного в состав шихты технического глинозема и восстановления оксида алюминия, содержащегося в алюмосиликатах, входящих в состав оксидного сырья шихты, например, каолина, дистенсиллиманитового концентрата (ДСК). Трудновосстановимый оксид алюминия, особенно введенный в состав шихты в виде технического глинозема, при нагревании на первой стадии восстановления образует с углеродом оксикарбиды алюминия, которые совместно с кремнеземом и образующимся карбидом кремния дают легкоплавкие системы, являющиеся источником шлакообразования в электропечи и потерь алюминия и кремния.

Во избежание потери алюминия и кремния со шлаками, образующимися в процессе рудовосстановительной плавки, предложена шихта, в составе оксидного сырья которой в качестве глиноземсодержащего материала используют отходы солевого рафинирования алюминия и/или сплавов на его основе.

Химический состав отходов солевого рафинирования алюминия и/или сплавов на его основе, мас.%: Al 38,5-60,5; Al₂O₃ 10-41; SiO₂ 2,0-3,5; TlO₂ 0,31-0,4; Fe₂O₃ 0,7-1,2; CaO 0,3-0,6; MgO 0,5-9; Na₂O 1,2-2,5; K₂O 3-4; Cl^- 3-4; H₂O 0,5-3,5.

Из приведенных данных видно, что основной составляющей отходов является элементарный алюминий, которым заменяют в составе шихты технический глинозем и за счет этого удается снизить энергетические затраты, связанные с углетермическим восстановлением глинозема до металла, и уменьшить шлакообразование в электропечи.

За счет введенных с отходами в состав шихты элементарного алюминия, а также оксидов и хлоридов калия и натрия, оказывающих каталитические и активизирующее воздействие на процесс углетермического восстановления оксидов шихты до их металлов, удается в процессе рудовосстановительной плавки повысить извлечение из шихты в сплав ведущих элементов.

Для экспериментальной проверки влияния отходов солевого рафинирования алюминия и/или сплавов на его основе на извлечение алюминия и кремния из шихты в сплав в восстановительном процессе были изготовлены шихты с различным содержанием отходов, которые после окускования подвергали нагреву до 2000^оС.

В качестве оксидного сырья в шихтах использовали каолин, дистенсиллиманитовый концентрат (ДСК), глинозем технический, кварцевый песок, а в качестве углеродсодержащего восстановителя - нефтяной кокс и каменный уголь. В составе шихты применили отходы солевого рафинирования алюминия и/или сплавов на его основе Белокалитвинского металлургического завода состава, мас. % : Al 55; Al₂O₃ 3,5; SiO₂ 3,2; TlO₂ 0,3; Fe₂O₃ 0,9; CaO 0,5; MgO 6,0; Na₂O 1,1; K₂O 3,3; Cl^- 3,1; H₂O 1,3.

Шихтовые материалы смешивали, добавляли связующее лигносульфонат технический и сульфат натрия и затем шихту окусковывали. Для сравнения была приготовлена шихта-прототип. Составы шихт и расчетные опытные значения извлечения алюминия и кремния из шихты в сплав приведены в табл.1. Из табл.1 следует, что лучшие результаты по извлечению алюминия и кремния достигаются из шихт, содержащих 1,5-37,3% отходов.

Кроме того, были проведены промышленные испытания шихт, в состав которых были введены отходы указанного состава. Результаты промышленных испытаний предложенных шихт и шихты-прототипа приведены в табл. 2.

Проведенные промышленные испытания по получению алюминиево-кремниевых сплавов из предложенных шихт показали, что при использовании предложенных шихт по сравнению с шихтой-прототипом (промышленной) удалось повысить извлечение из шихты в сплав алюминия с 71 до 76% или на 5% (абс.) кремния с 69 до 73% или на 4% (абс.), а также снизить расход глинозема на производство шихты на 25-50%.

Использование: в металлургии цветных металлов, при получении алюминиево-кремниевых сплавов путем карботермического восстановления. Сущность: шихту готовят путем смешения оксидного сырья с глиноземсодержащим материалом, углеродсодержащего восстановителя, сульфата натрия и связующего. В качестве глиноземсодержащего материала используют отходы солевого рафинирования алюминия и/или сплавов на его основе. 2 табл.

ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ карботермическим восстановлением оксидов алюминия и кремния, содержащая оксидное сырье с глиноземсодержащим материалом, углеродсодержащий восстановитель, сульфат натрия и связующее, отличающаяся тем, что, с целью повышения степени извлечения в сплав алюминия и кремния, в качестве глиноземсодержащего материала она содержит отходы солевого рафинирования алюминия и/или сплавов на его основе при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксидное сырье - 35 - 68,5
Углеродсодержащий восстановитель - 18 - 34
Отходы солевого рафинирования алюминия и/или сплавов на его основе - 1,5 - 37,3
Сульфат натрия - 0,03 - 2,0
Связующее - 3 - 8