СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЛОМА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, СОДЕРЖАЩИХ МАГНИЙ Российский патент 2005 года по МПК C22B7/00 C22B9/10 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам переработки отходов алюминия.

Известен способ плавки сплава АЛЧ в индукционных печах ИАТ-2,5 (Кимстач Г.М. Приготовление вторичных алюминиевых сплавов из стружки на машиностроительных заводах. Литейное производство, 1981 г., №1, стр.14-15).

Расход флюса при этом составляет 2 - 2,5%. Хорошие результаты обеспечивает флюс из 47% КСl, 30% NaСl, 23% Na₃AlF₆. Угар металла при плавке составляет ~22%.

Для повышения качества при 740°С стенки тигля очищают от флюса, шлак удаляют из печи и на поверхность ванны подают 1,5% флюса. По расплавлении флюса расплав обрабатывают гексахлорэтанолом, который вводят по 0,1% от массы плавки с общим расходом 0,7-0,8%.

Указанный способ не обеспечивает сохранение Mg в расплаве, так как он взаимодействует с криолитом и выводится из расплава. Кроме того, применение легколетучего гексахлорэтанола ухудшает экологические условия при плавке стружки. Малое количество рафинирующего флюса смешивается с окислами и по окончании плавки флюс полностью удаляется с поверхности металла, т.е. это флюс одноразового использования.

Известен способ оплавления в солевом растворе сырья, содержащего алюминий и металлические включения. Сырьем служили лом и отходы алюминиевых сплавов марок АЛ 34 и АЛ 104 (Машан А.Г., Резняков А.А. Оплавление в солевом растворе сырья, содержащего алюминий и металлические включения. Сборник “Легкие сплавы в народном хозяйстве”, 1975 г., стр.176-181).

При оплавлении в “легких” флюсах, т.е. с удельным весом меньше, чем у алюминия, наибольшая степень извлечения алюминия (98%) достигается при 780-800°С с применением плавикового шпата.

Расход флюса при этом составляет: для состава КСl+NaCl+ криолит - 0,5 кг/кг шихты, а для состава КСl+NaCl+СаF₂ - 0,28 кг/кг шихты. В первом случае скорость оплавления 27 г/мин, во втором - 34 г/мин.

Недостаток способа тот же, что и в предыдущем случае, криолит взаимодействует с магнием и обедняет им сплав. Кроме того, требуется большой расход флюсов.

Наиболее близким по технической сущности является способ переработки лома алюминиевых сплавов (патент РФ №2089630, заявл. 30.04.93 г., опубл. 10.09.97 г., БИ №25, 1997 г., с.271). По известному способу загрузку лома осуществляют в предварительно расплавленный флюс, нагрев производят пропусканием переменного электрического тока силой 7-1 кА на один квадратный метр поверхности металл при напряжении 10-20 В, а плавку ведут под слоем флюса толщиной 20-40 см при соотношении 1:(5-20) по массе лома и флюса. В качестве флюса используют смесь солей щелочных и щелочно-земельных металлов с плотностью, меньшей плотности лома на 0,3-0,5 г/см³.

Недостатком этого способа является использование электроэнергии в процессе и применение солей, содержащих фтор, для растворения пленок окислов на поверхности отходов с развитой поверхностью.

Соли в виде криолита и NaF взаимодействуют с Mg, и его содержание в сплаве снижается.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение угара металлов, в первую очередь Mg, улучшение качества металла за счет полного сохранения первоначального состава, исключение операции дополнительной подшихтовки Mg.

Технический эффект, получаемый при использовании изобретения, заключается в снижении потерь активного металла в сплаве в 1,5-2 раза, исключении операции дополнительной подшихтовки Mg и уменьшении трудозатрат.

Поставленная задача достигается тем, что в способе переработки лома алюминиевых сплавов, содержащих магний, включающем загрузку лома в предварительно расплавленный флюс в массовом соотношении 1:(5-20), нагрев до температуры плавления, плавку под слоем флюса и отделение металла от флюса, согласно изобретению в качестве флюса используют эквимольную смесь хлоридов калия и натрия с добавкой хлорида магния или фторида магния в количестве 2,9-52,6% от общей массы флюса, а слой флюса при плавлении поддерживают толщиной 5-20 см.

При этом в качестве добавки к флюсу используют хлорид магния с содержанием 48% от общей массы флюса или смесь хлоридов бария и магния в количестве 15,6% от общей массы флюса, а содержание магния и бария во флюсе поддерживают в 1,1-8,6 раза больше, чем содержание магния в сплаве.

Температуру плавки поддерживают в пределах 708-904°С, предпочтительно 765-800°С.

При снижении температуры <708°С извлечение Mg падает до 50,8%, а при увеличении свыше 904°С также снижается до 67,7%.

При снижении толщины слоя солей меньше 5 см он перестает работать как защитный слой, т.к. стружка погружается в него не полностью.

При толщине слоя более 20 см производительность процесса падает из-за уменьшения объема печи, заполненного алюминием.

Пример 1. В алундовый тигель диаметром 50 мм и высотой 120 мм загрузили соли: NaСl - 58 г, КСl - 72 г, NaF - 20 г и установили в печь Таммана, нагрели до 740°С. Замер температуры производили хромель-алюмель термопарой. В расплав солей в 10 приемов загрузили 235 г стружки сплава АВ следующего состава (вес.%): Сu - 0,235; Mg - 0,65; Mn - 0,225; Fe - 0,28; Si - 0,78; Zn - 0,085; Ti - 0,058. Средняя температура опыта 904°С, время плавки 35 мин.

Расплав вылили в графитовую изложницу, отделили флюс и взвесили соли и металл. Извлекли 213,9 г металла и 114,5 г флюса. Извлечение Mg в сплав составило 67,7%.

Пример 2. В алундовый тигель загрузили 94 г NaCl, 120 г КСl и 32 г MgF₂ (соотв. 38,5-49,2-13,3 вес.%), расплавили, подняли температуру до 725°С и в 12 приемов загрузили 300 г стружки прежнего состава. Средняя температура опыта составила 765,5°С. Время плавки 45 мин. Тигель извлекли, содержимое вылили, охладили, отделили металл от флюса и взвесили. Извлечение Mg составило 98,8%.

Пример 3. В алундовый тигель загрузили 90 г NaCl, 170 г КС1, 30 г ВаСl₂ и 6 г MgCl₂, расплавили, подняли температуру до 760°С, загрузили в 8 приемов 300 г стружки прежнего состава. Средняя температура опыта составила 774,7°С. Время плавки 61 мин. Тигель извлекли, содержимое вылили, охладили, отделили металл от флюса, взвесили, проанализировали. Извлечение Mg составило 96%.

Пример 4. В алундовый тигель загрузили 190 г смеси 9,0% NaCl, 39,0% KCl, 48,0% MgCl₂, расплавили, нагрели до 770°С и в 8 приемов загрузили 300 г стружки, часть металла получилась в виде корольков, в слиток перешло 70% металла, содержание магния в металле 86,2%.

Пример 5. Соли из предыдущего опыта с добавкой 20 г MgF₂ (8,2% NaCl, 35,6% KCl, 43,8% MgCl₂, 8,8% MgF₂) загрузили в алундовый тигель, расплавили, нагрели до 775°С, загрузили в 8 приемов 300 г стружки. Средняя температура 768,7°С. Время опыта 85 мин. Вылили в изложницу, отделили слиток от флюса, взвесили и проанализировали металл, извлечение магния получилось 90,6%.

Результаты опытов по переплавке стружки и других отходов, содержащих магний, приведены в таблицах 1, 2, 3.

В таблице 2 показано, что составы солей, содержащие NaF, позволяют извлечь магний в товарный сплав не более чем на 83% (оп. 1-7, 18-1, 19-1). Наиболее перспективны составы, содержащие MgF₂ (оп. 12 и 24) и карналлит, а также их смеси. Кроме того, хороший результат показал опыт с присутствием хлорида бария и фторида магния (опыт 16).

Наиболее высокое извлечение магния произошло в интервале температур 765-800°С.

В таблице 3 показан химический состав исходных и полученных после переплавки сплавов алюминия в лабораторных и промышленных условиях, содержащих магний от 0,65 до 5,78%.

Таблица 1.
Условия плавки стружки, содержащей магний.№t°Cτ ВремяРасход солейРасход металлаИзвлечениеИзвлечениеопыта плавки, мин.Загруж., г.Вылито, г.Потери, г.% потерьЗагруж., г.Вылито, г.Потери, г.% потерьвсех металлов, %магния от загруженного, %290435150114,535,523,7235213,921,18,991,067,7370828180127,262,834,93602916919,1680,850,84837,958177,2167,110,25,7400432,5+32,5+8,1295,278,55846,35225225020,8300287134,395,770,86831,2492502034718,8300288,611,43,896,272,87818,258214,416054,425,4300283,216,85,494,683,110744,11101651481710,330028218694,061,012765,5452441588635,230028218694,098,814771,77023022373,043002613912,987,181,215774,860163159,73,32,02300276,323,77,992,181,416774,9612031762713,3300296,04,01,398,796,0     +27 с       19769,228180207кор.+15,0300211,588,529,570,586,2     мет.       23768,7852271537432,5300332,5+32+10,8110,890,62480060405380256,1760059550,8599,1599,15

Таблица 2.
Зависимость извлечения металлов от состава солей.№ Состав солеей в масс.%Извл. Mg %Извл. Аl%опытаNaClКСlNaFВаСl₂MgCl₂MgF₂∑  137,447,615,0---100 95,65238,748,013,3---10067,791,1337,347,715,0---10050,880,8439,250,010,8---10078,598,12537,347,615,1---10070,895,7637,347,615,1---10072,396,2737,347,615,1---10083,394,6844,455,6----100-7,71037,347,615,2---1006195,51238,549,2---13,310098,8941439,147,8-13,1--10081,2871539,147,8-13,1--10081,492,11637,946,48-12,7-2,91009698,66199,039,0--48,0-9686,270,5238,235,6--43,88,896,490,699,819-137,447,615,0---10080,595,918-137,447,615,0---10076,594,52437,946,8---15,310099,1599,15

Таблица 3.
Химический состав исходного сырья и полученных сплавов.№Состав солейХимический состав в массовых процентах (Аl остальное)опыта СuMgMnFeSiZnTiCr% извлеч. MgИсходное сырье в виде стружки Сплав АВ0,2350,650,2250,280,780,0850,0580,010  Сплав D 164,251,330,380,390,100,0900,1-  Сплав АМГ-5,890,620,400,400,200,07- Полученные сплавы2Сплав АВ0,270,4400,2370,290,690,0950,0510,00867,73Сплав АВ0,240,3300,2410,290,550,0840,0680,00950,84Сплав АВ0,280,5100,2450,320,710,1000,0820,00978,55Сплав АВ0,250,4600,2400,230,630,0640,0600,01070,8бСплав АВ0,240,4700,2390,240,550,0840,0620,01072,37Сплав АВ0,280,5400,2220,370,550,1160,0640,00883,110Сплав АВ0,280,3970,2400,3860,510,0880,0700,00961,112Сплав АВ0,280,6420,2170,2740,540,0880,0690,00998,814Сплав АВ0,290,5280,2140,3290,590,0880,0670,01181,215Сплав АВ0,290,5300,2110,4100,580,0870,0680,00781,416Сплав АВ0,290,6240,2160,3050,580,0880,0720,01196,019Сплав АВ0,290,5600,2210,3430,580,0710,0700,01286,223Сплав АВ0,330,5890,2240,4990,680,1810,0580,00990,625Сплав D 164,241,3020,3700,4010,090,0400,11-97,930Сплав АМГ-5,780,630,420,380,180,06-98,1

Источники информации

1. Кимстач Г.М. Приготовление вторичных алюминиевых сплавов из стружки на машиностроительных заводах. Литейное производство, 1981 г, №1, стр.14-15.

2. Машан А.Г., Резняков А.А. Оплавление в солевом растворе сырья, содержащего алюминий и металлические включения”. Сборник “Легкие сплавы в народном хозяйстве, 1975 г., стр.176-181.

3. Казанцев Г.Ф., Барбин Н.М., Калашников В.А. Патент РФ №2089630 “Способ переработки лома алюминиевых сплавов”. 30.04.1993 г.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к способам переработки отходов алюминия. Предложен способ переработки лома алюминиевых сплавов, содержащих магний, включающий загрузку лома в предварительно расплавленный флюс в массовом соотношении 1:(5-10), нагрев до температуры плавления, плавку под слоем флюса и отделение металла от флюса, отличающийся тем, что в качестве флюса используют эквимольную смесь хлоридов калия и натрия с добавкой хлорида магния или фторида магния в количестве 2,9-52,6% от общей массы флюса и слой флюса при плавлении поддерживают толщиной 5-20 см. Технический результат - снижение угара металлов, в первую очередь, магния, улучшение качества металла за счет полного сохранения первоначального состава и исключения операции дополнительной подшихтовки магнием. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ переработки лома алюминиевых сплавов, содержащих магний, включающий загрузку лома в предварительно расплавленный флюс в массовом соотношении 1:(5-10), нагрев до температуры плавления, плавку под слоем флюса и отделение металла от флюса, отличающийся тем, что в качестве флюса используют эквимольную смесь хлоридов калия и натрия с добавкой хлорида магния или фторида магния в количестве 2,9-52,6% от общей массы флюса и слой флюса при плавлении поддерживают толщиной 5-20 см.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве добавки к флюсу используют хлорид магния с содержанием 48% от общей массы флюса.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве добавки используют хлорид магния в смеси с хлоридом бария с количеством смеси 15,6% от общей массы флюса, при этом содержание магния и бария во флюсе поддерживают в 1,1-8,6 раза больше, чем содержание магния в сплаве.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру плавки поддерживают в пределах 708-904°С, предпочтительно 765-800°С.