СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЮМИНИЕВЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1997 года по МПК C22B7/04 C22B21/00 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности, к процессам переработки вторичного алюминиевого сырья, преимущественно ломов и шлаков.

При переработке ломов и шлаков в металлургии алюминия теряется значительное количество металла. Угар достигает 30%
Известные способы переработки алюминиевых отходов основаны на разделении металлической и оксидной фаз путем воздействия на шлак при высоких температурах жидким солевым флюсом.

Известен способ, включающий загрузку и расплавление шлака, введение флюса и слив алюминиевого расплава [1]
Недостатком этого способа является то, что он требует значительных затрат на расплавление загруженной массы и не дает высокого металлургического выхода.

Наиболее близким техническим решением является способ переработки отходов алюминиевых сплавов, включающий загрузку и расплавление отходов, введение флюса при 700-780^oС в количестве 1 10% от массы отходов, использование в качестве флюса карбоната щелочного или щелочноземельного металла с последующим периодическим добавлением в печь отходов и флюса. При заполнении всего объема плавильного агрегата и выдержки до окончания выплавления алюминия зеркало расплава очищают от вторичных шлаковых отходов, а чистый металл сливают. Выход годного металла до 85%
Недостаток существующего способа переплава заключается в нерациональной засыпке (технологии) отходов и флюса, а также в значительной степени угара металла и значительном времени плавления (до 2,5 ч).

Задачей изобретения является разработка эффективной технологии переработки, снижение потерь алюминия за счет уменьшения угара при переработке алюминиевого лома или шлаков, а также возможность переплава сложного алюминиевого лома и сокращения времени переработки отходов.

Поставленная задача решается предложенным способом, в котором дробленым и высушенным флюсом сначала покрывают поверхность металлической жидкой ванны, а затем выступающие куски отходов после их загрузки в металл. После нагревания до температуры 700-800^oС при переработке алюминиевых шлаков и до 720-750^oС при переработке алюминиевого лома осуществляют выдержку до полного выплавления металла из отходов с поддержанием степени перегрева жидкой ванны по сравнению с температурой ее плавления не менее 30^oС. В качестве флюса используют смесь, состоящую из 20% криолита (Nа₃АlF₆) и 80% отработанного электролита магниевого производства (ОЭМП), а массовое соотношение отходов и флюса составляет (0,5-5):1, причем ОЭМП представляет собой состав, мас. КСl 70-80, NаСl 10-15; MgCl₂ 5-8; MgO, CaCl₂ и Н₂О остальное. В качестве источника криолита возможно использование оборотного электролита алюминиевого производства следующего состава, мас. Na₂AlF₆ 83-87; AlF₃ 5-7; NaF 3-4; СаF₂ 3-4; Al₂O₃ 2-4; C остальное.

Выбор рационального состава флюса криолит: ОЭМП 20% 80% основан на том, что именно этот флюс является самым эффективным и легкоплавким, дает оптимальную температуру для разных отходов. ОЭМП может быть разного состава (цвета), но любой из возможных пригоден для флюсования алюминиевых отходов. Предпочтительным является состав белого цвета, более глубоко электролитически переработанный продукт с более высоким содержанием хлоридов натрия и калия, 15,0% и 75,2% соответственно при 6,8% содержания МgCl₂.

Пример 1. Алюминиевый шлак в количестве 100 г помещают в графитовый тигель диаметром 100 мм и высотой 150 мм и нагревают с флюсом и без флюса при разных соотношениях шлака с флюсом: 5/1, 2/1, 1/1, 1/2. При нагреве без флюса происходит дальнейшее окисление шлака. При нагреве с флюсом (криолитом и/или ОЭМП) металл полностью вытекает из шлака, а оксид алюминия переходит во флюс. С увеличением количества флюса металл вытекает быстрее, а образующийся слиток алюминия получается более качественным по составу. Флюс криолит ОЭМП дает возможность поддерживать наиболее низкие температуры.

Пример 2. Переработка алюминиевых шлаков в печи переплава. Загружают равномерным слом флюс, раздробленный на куски размером 30 мм на поверхность расплавленного металла, загружают партию шлака с таким расчетом, чтобы большая часть шлака была погружена в металл, покрывают флюсом выступающие из расплава куски шлака. Поднимают температуру в печи переплава до 750-800^oС с дальнейшей выдержкой до полного выплавления металла из шлака ( 1 ч). Открывают камеру, снимают сухой отвальной шлак и сливают алюминиевый расплав.

Технологические параметры процесса солевой переработки алюминиевого шлака в печи переплава представлены в табл. 1.

Из полученных данных видно, что солевая обработка алюминиевого шлака с применением ОЭМП способствует значительному повышению эффективности этого процесса снижаются угар металла, выход шлака и потери металла со шлаком. При этом необходимо, чтобы перегрев жидкой ванны по сравнению с температурой ее плавления уменьшился ниже 30^oС.

Основная проблема при переработке алюминиевых ломов связана с потерями за счет угара (окисления) алюминия. Поэтому предложенная технология, снижающая угар, обеспечивает получение качественного металла с большим выходом.

Эффективность различных методов переработки алюминиевых ломов в графитовых тиглях диаметром 100 мм и высотой 150 мм при 750^oС показана в табл. 2.

Как видно из табл. 2, степень окисления алюминиевого лома значительно снижается в случае применения солевой фазы, особенно при переплавке в жидкой солевой ванне.

Пример 3. Переработку других видов отходов простых алюминиевых ломов - осуществляли в газовой печи переплава
с загрузкой лома в жидкую металлическую ванну,
с использованием флюса (80% ОЭМП и 20% Na₃AlF₆ или оборотного электролита алюминиевого производства).

Алюминиевый лом загружали партиями по 2 т. Время выдержки 2 ч.

Сначала флюс дробят на куски и перемешивают фракции между собой (возможна переплавка флюса), а после просушки флюс загружают равномерным слоем на металлическую жидкую ванну. Затем загружают в металл партию алюминиевого лома с таким расчетом, чтобы большая часть лома была погружена в жидкий металл, а выступающие из расплава куски алюминия дополнительно были покрыты флюсом. Закрывают форкамеру и поднимают температуру в печи переплава до 720-750^oС с дальнейшей выдержкой до полного расплавления лома. Открывают форкамеру, снимают сухой отвальный шлак с поверхности металла и сливают расплавленный алюминий.

Эффективность солевой переработки алюминиевых ломов показана в табл. 3.

Как видно из полученных данных, повышение эффективности переработки лома происходит за счет снижения степени окисления алюминия в присутствии хлоридно-фторидного флюса.

Пример 4. Переработку сложных алюминиевых ломов (до 10% стальных приделок) осуществляли в газовой печи переплава с использованием флюса (80% ОЭМП и 20% Na₃AlF₆). В процессе переплавки сталь растворяется в алюминии. Поэтому необходимо для предотвращения загрязнения алюминия железом сливать жидкий алюминий сразу после его расплавления.

Использование предложенной технологии позволило значительно повысить степень извлечения металла при переработке, качество выпускаемой продукции - появилась возможность получать при этом же исходном сырье вместо алюминия сорта АВ сорта АО и даже А5.

Использование: металлургия цветных металлов, в частности, переработка вторичного алюминиевого сырья, преимущественно, ломов и шлаков. Сущность: на поверхность металлической жидкой ванны помещают равным слоем флюс, а затем после загрузки отходов флюсом покрывают также выступающие куски. Нагрев до 720-800^oС ведут таким образом, чтобы степень перегрева жидкой ванны по сравнению с температурой ее плавления составляла не менее 30^oС. В качестве флюса используют смесь 20% криолита (или отработанного электролита алюминиевого производства) и 80% отработанного электролита магниевого производства с составом, мас.% КСl 70-80, NаСl 10-15, МgCl₂ 5,8, МgO, СаСl₂, Н₂О - остальное. Переработку алюминиевых шлаков следует вести при температуре 750-780^oС, а ломов - при 720-750^oС. Соотношение отходов и флюса должно составлять (0,5-5): 1. Технический результат: повышение степени извлечения металла при переработке и качества получаемой продукции. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ переработки алюминиевых отходов, включающий загрузку и расплавление отходов при 700 780^oС, загрузку флюса и слив алюминиевого расплава, отличающийся тем, что сначала флюсом покрывают поверхность металлической жидкой ванны, затем после загрузки отходов в металл флюсом покрывают выступающие куски, потом проводят нагревание, причем степень перегрева жидкой ванны по сравнению с температурой ее плавления должна быть не менее 30^oС, а в качестве флюса используют отработанный электролит магниевого производства или смесь из 80% отработанного электролита магниевого производства и 20% криолита при массовом соотношении отходов и флюса (0,5 5) 1. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отработанный электролит магниевого производства представляет собой состав, мас.

KCl 70 80
NaCl 10 15
MgCl₂ 5 8
MgO; CaCl₂ и H₂O Остальное
3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что переработку алюминиевых шлаков ведут при 750 780^oС, а переработку алюминиевых ломов при 720 - 750^oС.

Na₃AlF₆ 83 87
AlF₃ 5 7
NaF₂ 3 4
CaF₂ 3 4
Al₂O₃ 2 4
C Остальноен