СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СИЛУМИНОВЫХ ШЛАКОВ Российский патент 1996 года по МПК C22B7/04 C22B21/02 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для извлечения металла и других ценных компонентов из шлаков производства сплавов на основе алюминия, в частности силуминов.

Известные способы переработки металлургического шлака основаны на разделении его металлической и оксидной составляющих воздействием на шлак при высоких температурах флюсами (авт. св. СССР N 1067069, кл. C 22 B 7/04, 1982) или продувкой шлака газом, выбранным из группы, содержащей воздух, нейтральный или восстановительный по отношению к металлу газ (авт. св. СССР N 753919, кл. C 22 B 7/00, 1980).

К недостаткам способов относятся
использование флюсов, что сопровождается увеличением отходов и выделением токсичных хлорсодержащих газов;
низкое извлечение металла из шлака;
не извлекаются шихтовые металлические материалы, присутствующие в шлаке в твердом состоянии (кремний, марганец и др.).

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ, согласно которому перерабатываемый шлак вводится в алюминий при 850 930^oC в количестве 5 40% от массы расплава и продувку расплава осуществляют водяным паром в течение 3 20 мин (решение о выдаче авт.св. СССР по заявке N 4813003/02, от 30.01.91). Способ обеспечивает извлечение алюминия (95 97%) и других ценных компонентов из шлаков производства сплавов на основе алюминия.

Основным недостатком данного способа переработки шлаков является применение водяного пара, что усложняет процесс.

Целью изобретения является упрощение процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе переработки шлаков производства алюминия и его сплавов, включающем введение шлака в расплавленный алюминий и наводороживание расплава, согласно изобретению для наводороживания в расплав вводят водородсодержащую присадку. При этом в качестве водородсодержащей присадки используют гидроксиды и оксиды металлов, например алюминия или вторичные алюминиевые шлаки.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

В известном способе (прототипе) высокое извлечение металла из шлака достигается, во-первых, использованием в качестве извлекающей фазы жидкого металла и, во-вторых, разделением оксидной и металлической составляющих расплава, осуществляемым путем изменения газосодержания и морфологии отдельных оксидных фаз, например оксида алюминия. Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в более рациональном регулировании газосодержания (в основном по водороду), т.е. в вопросе разделения оксидной и металлической фаз. При этом предполагается, что для перевода оксидной фазы в сыпучее состояние необходимо наводородить расплав (для облегчения коагуляции оксидных частиц) и перевести основной оксид (оксид алюминия) в α-Al₂O₃, т.е. в неактивную (по отношению водорода) форму. Известно, что содержание водорода в алюминии возрастает с увеличением количества оксидов металлов, в частности оксидов алюминия, объясняется адсорбцией водорода поверхностью оксидов. Из известных оксидов алюминия адсорбционной способностью к водороду обладает модификация g-Al₂O₃, а в шлаках производства сплавов на основе алюминия оксид алюминия присутствует в основном в виде a-Al₂O₃ (попадает с первичным алюминием из электролизера). Исходя из этого, для усиления процесса насыщения алюминия водородом необходимо ввести в расплав g-Al₂O₃. Известно, что модификация g-Al₂O₃ образуется при нагреве гидроксида алюминия. Следовательно, при использовании гидроксида алюминия достигается, во-первых, введение g-Al₂O₃ в расплав и, во-вторых, регулируемое наводороживание расплава. Тогда как в прототипе g-Al₂O₃ образуется за счет окисления алюминия, в процессе продувки водяным паром, что приводит к усложнению процесса и к нестабильности его протекания.

Оптимальное количество присадки, содержащей гидроксид алюминия, составляет 1 3% от массы расплава. Уменьшение количества присадки менее 1% не обеспечивает необходимого содержания водорода в расплаве, что приводит к снижению степени извлечения металла из шлака за счет неполного разделения металлической и оксидной составляющих.

Увеличение количества присадки более 3% сопровождается ростом затрат вследствие увеличения количества применяемого реагента (гидроксида алюминия), и возрастает количество вторичного шлака.

Известно применение гидроксида оксида алюминия для наводороживания расплава (авт. св. по заявке N 4799170/02, кл. C 22 C 1/02, 25.12.90) с целью увеличения выхода сплава. В данном же случае наводороживание расплава с помощью гидроксида алюминия осуществляется с иной целью упрощение и стабилизация процесса переработки алюминиевых сплавов.

Способ осуществляется следующим образом. В разогретый до 850 - 930^oC алюминий, содержащий шлак производства сплавов на основе алюминия, вводят при перемешивании 1 3% от массы расплава гидроксида алюминия или вторичного алюминиевого шлака. Затем удаляют вторичный шлак, и цикл переработки шлака повторяют или сливают металл.

Способ проверен в лабораторных условиях.

Пример 1. Перерабатывали шлаки силуминового производства по предлагаемому способу в алундовом тигле в электропечи сопротивления. Алюминий А7 (1000 г) нагревали до 800^oC и ввели 300 г шлака силуминового производства. После достижения температуры 900^oC ввели при перемешивании гидроксида алюминия 1% от массы расплава. После выдержки расплава в течение 10 мин и перемешивания сняли вторичный шлак и слили металл. Образовавшийся шлак и металл взвешивали. Результаты опыта представлены в таблице (опыт N 1).

Пример 2. Перерабатывали шлак силуминового производства по методике примера 1, при этом количество присадки (вторичного алюминиевого шлака) составляло 3% от массы расплава (опыт N 2).

Пример 3. Перерабатывали шлак силуминового производства по методике примера 2, а количество присадки составляло 4% (выше заявляемого предела, опыт N 3) и 0,6% (ниже заявляемого предела, опыт N 4).

Пример 4. Перерабатывали шлак по прототипу при 900^oC. В расплавленный алюминий (1000 г) ввели 300 г шлака силуминового производства и продули расплав в течение 20 мин (опыт N 5).

Как видно из представленных данных, применение предлагаемого способа переработки алюминиевых шлаков позволяет при сохранении на достигнутом уровне такого важного технологического показателя как количество вторичного шлака значительно упростить процесс и, кроме того, стабилизировать его за счет регулируемого наводороживания расплава.

Применение предлагаемого способа в промышленности позволяет снизить затраты на переработку за счет устранения операции продувки водяным паром, требующей специальных устройств для ввода пара в расплав. Кроме этого, значительно снижаются требования по технике безопасности при организации процесса. ТТТ1

Использование: в расплавленный алюминий вводят шлак силуминового производства, после достижения температуры расплава 850 - 930^oC осуществляют наводораживание введением гидроксида алюминия или вторичного алюминиевого шлака в количестве 1 - 3 мас.%. 1 табл.

Способ переработки силуминовых шлаков, включающий введение шлака в расплавленный алюминий, отличающийся тем, что осуществляют наводораживание введением в расплав при 850 930^oC гидроксида алюминия или вторичного алюминиевого шлака в количестве 1 3 мас.