СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 1995 года по МПК C25C3/36 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминиевокремниевых сплавов и может быть использовано на заводах, производящих первичный алюминий электролитическим способом.

Алюминиевокремниевые сплавы находят широкое применение в народном хозяйстве. Основная часть сплавов производится путем сплавления первичного алюминия и кристаллического кремния. Однако дефицит кремния заставляет искать альтернативные методы производства сплавов. Таковым может быть способ, основанный на реакциях совместного разряда оксидов алюминия и кремния растворенных в криолитовом расплаве. Поэтому совершенствование данного метода является важной задачей.

Существующие способы получения алюминиевокремниевых сплавов электролизом регламентируют технологические приемы по обслуживанию электролизеров, а именно отражают порядок и метод загрузки кремнийсодержащего оксидного сырья с помощью установок автоматического дозирования в начальный период ведения процесса и после выведения на заданные режимные параметры. Однако реализация этих способов сопряжена с большими капитальными затратами на создание установок.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ электролитического получения сплавов, в котором кремнийсодержащее оксидное сырье вводят в криолитовый расплав четырьмя порциями, величина которых составляет 0,5% (в расчете на 510₂) от массы электролита в течение двенадцати часов. В остальные двенадцать часов суток питание электролизера осуществляют только глиноземом. Другие технологические параметры выдерживали как на стандартном алюминиевом электролизере. Однако такой режим обслуживания приводит к росту напряжения и температуры, снижению производительности агрегата, чем в случае получения чистого алюминия. Эти негативные явления вызваны передозировкой кремнийсодержащего сырья, в результате чего содержание кремния в электролите значительно превышало 0,6-0,7% (в расчете на 510₂), что вызывало пассивацию жидкого алюминиевого катода малорастворимыми соединениями кремния в низшей степени окисления.

В настоящем изобретении разработан способ получения алюминиевокремниевых сплавов, который позволяет повысить выход по току при реализации процесса. Новым по сравнению с прототипом является то, что загрузку кремнисодержащего оксидного сырья ведут в течение всего времени суток через каждые 3-6 часов, а масса загружаемой разовой порции кремнийсодержащего оксидного сырья составляет 0,2-0,4% (в расчете на 510₂) от массы электролита.

При таком режиме обслуживания электролизеров кремнийсодержащее сырье равномерно вводится в криолитовый расплав в течение всего времени суток, что в сочетании с измененной величиной одноразовой порции сырья позволяет в любой момент при реализации процесса поддерживать в электролите концентрацию кремния, не превышающую максимально допустимую и предотвратить тем самым пассивационные явления, которые ведут к росту температуры процесса и снижению выхода по току.

Способ осуществляется следующим образом.

Заданную порцию кремнийсодержащего оксидного сырья (обожженный каолин) загружают вместе с глиноземом на корку электролита. Электролизеры обрабатывают согласно графику поточно-регламентированного обслуживания круглосуточно. Загрузку глинозема в электролизер по получению сплавов уменьшали эквивалентно загрузке обожженного каолина. Остальные режимные параметры технологии (корректировка электролита, межполюсное расстояние, обслуживание анода и т. д.) остаются такими же как у обычного электролизера по получению алюминия.

Замер температуры осуществляли ежесуточно с помощью термопары типа ППР. Выход по току определяли по стандартной методике, добавлением в алюминиевокремниевый катод меди и замеряя изменение ее концентрации в сплаве во времени (Ю.К.Деимарский. Электрохимия ионных расплавов М. Металлургия, 1978 с.215).

Эффективность предлагаемого технического решения в сравнении с прототипом иллюстрируется следующими экспериментами, проведенными на электролизерах на силу тока 65 КА с боковым токоподводом. Показатели работы электролизеров приведены в таблице. По прототипу загрузку прокаленного каолина осуществляли в количестве 0,5% (в расчете на 510₂) от массы электролита четырьмя порциями в течение двенадцати часов светлого времени суток. В ночное время вводили только глинозем. Содержание 510₂ в электролите после загрузки последней порции находилось на уровне 1,0-1,1 мас.%, что превышало предельно допустимое содержание и вызывало рост температуры процесса до 975-980^оС и приводило к снижению выхода по току до 83,5% по сравнению с обычными алюминиевыми электролизерами этой серии (961-963^оС и 86,5% соответственно).

Уменьшение порции кремнеземсодержащего вещества до 0,45% от массы расплава и введение этой порции круглосуточно через каждые 4 часа (опыт N 2) позволило снизить содержание 510₂ в расплаве и увеличить концентрацию кремния в сплаве против прототипа, однако не позволило снизить температуру процесса и существенно увеличить выход по току.

Опыты 3-5 иллюстрируют преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом. В 6-м опыте при использовании порции каолина меньше указанной в заявляемых пределах процесс идет при оптимальной температуре и высоком выходе по току, но получаемый сплав имеет низкую концентрацию кремния.

В опытах 7-10 обосновываются оптимальные промежутки времени между обработками электролизера при круглосуточной загрузке кремнийсодержащего сырья. При промежутке времени меньше заявляемого (опыт N 7) получаются достаточно концентрированные сплавы, но показатели процесса электролиза ухудшаются. При промежутке времени больше заявляемого (опыт N 10) показатели процесса высокие, но сплав получается низкокремнистым. Опыты 7-8 характеризуют оптимальные временные режимы ведения процесса.

Таким образом, заявляемый способ по сравнению с прототипом позволяет снизить температуру процесса и увеличить выход по току.

Использование: в цветной металлургии, в частности при получении алюминиевокремниевых сплавов. Сущность: заданную порцию кремнийсодержащего оксидного сырья загружают вместе с глиноземом на корку электролита. Загрузку кремнийсодержащего оксидного сырья осуществляют в течение суток каждые 3-6 ч, а масса загружаемой порции составляет 0,2-0,4% (в расчете на SiO₂ ) от массы электролита. 1 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ в серийных алюминиевых электролизерах, включающий периодическую загрузку глинозема и кремнийсодержащего оксидного сырья на корку электролита, разрушение корки с последующим погружением сырья в криолитоксидный расплав, отличающийся тем, что загрузку кремнийсодержащего оксидного сырья осуществляют в течение суток каждые 3 - 6 ч, причем масса загружаемой порции кремнийсодержащего оксидного сырья составляет 0,2 - 0,4% (в расчете на SiO₂) массы электролита.