СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫХ СПЛАВОВ В АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАХ Российский патент 2015 года по МПК C25C3/06 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству электролизом алюминий-кремниевых сплавов (силуминов), широко применяемых в промышленности.

Хорошо известен способ [Tabereaux А.Т., Мс Mihn С.J., Production of aluminium-silicon alloys from sand clay in Hall cells. Light Metals, 1978, p.209-222], согласно которому в электролизер, производящий алюминий, одновременно с основным сырьем - глиноземом загружается песок (кремнезем, SiO₂). При использовании этой технологии растворение глинозема и особенно кремнезема происходит очень медленно, сопровождается появлением осадка на подине электролизера и, следовательно, повышением греющего напряжения, температуры электролиза, повышенным расходом энергии и, в качестве дополнительного следствия, наблюдается снижение срока службы алюминиевых электролизеров.

Наиболее близким по техническим данным является способ получения сплавов путем растворения муллитов, входящих в состав отработанной подины алюминиевых электролизеров [BJ⌀rn Moxnesl, Håvard Giklingl, Halvor Kvande2, Sverre Rolseth3 and Kjetil Straumsheiml.ADDITION OF REFRACTORIES FROM SPENT POTLINING TO ALUMINA REDUCTION CELLS TO PRODUCE Al-Si ALLOYS, Light Metals 2003 Edited by Paul N. Crepeau TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), 2003]. Авторы загружали измельченный порошок отработанной подины совместно с порошком глинозема в промышленный электролизер. На электролизере с силой тока 115 кА загрузка порошка отработанного электролита, содержащего муллит, сопровождалась:

1. Образованием осадка на подине.

2. Повышением температуры до 1000°C.

3. Необходимостью уменьшения силы тока и, следовательно, производительности.

4. По предлагаемому способу исходное сырье, содержащее оксиды кремния, подвергается предварительной механической активации с целью уменьшения размеров зерна до 10-20 мкм и создания при этом кристаллической или псевдокристаллической структуры, содержащей дефекты. Химический потенциал такого кремнезема существенно выше. Высокий химический потенциал SiO₂ ускоряет процесс растворения, как это хорошо известно в химической технологии.

Техническим результатом изобретения является изменение условий получения сплавов алюминий-кремний, при которых оксид кремния или соединения, содержащие оксид кремния, например муллит (3Al₂O₃·2SiO₂), подвергаются предварительной обработке механоактивацией как отдельно, так и в смеси с глиноземом, основным сырьем, питающим электролизер.

От прототипа заявляемый способ отличается тем, что ускорение растворения исходного материала наблюдается при времени активации 5-60 секунд на планетарной мельнице с энерговооруженностью 50 g. Путем визуальных наблюдений установлено, что скорость растворения увеличивается в 2-3 раза, и при этом не наблюдается появление осадка.

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей химии и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

Технический результат достигается тем, что в способе получения алюминиево-кремниевых сплавов в алюминиевых электролизерах, новым является то, что с целью повышения скорости растворения исходного алюмосиликатного сырья исходный продукт подвергается механоактивации с параметрами: размер зерна 10-30 мкм, время активации 5-60 с, энерговооруженность мельницы 20-50 g. Также новым является то, что механоактивации подвергается только силикатная часть загружаемой в ванну шихты, а также механоактивации подвергается шихтовая смесь, содержащая глинозем и кремнийсодержащее сырье, в качестве которого используют кремнезем, например чистый песок, либо силикатную часть подины алюминиевых электролизеров.

Сущность изобретения заключается в способе получения алюминиево-кремниевых сплавов путем подготовки сырья (глиноземно-кремнеземной смеси) с последующим электролизом в промышленных алюминиевых электролизерах криолито-алюмо-силикатных расплавов.

Подготовка сырья путем механоактивации в определенном параметрическом режиме показателей (размер зерна силикатного материала 5-25 мкм, время пребывания в мельнице 5-60 секунд, с энерговооруженностью последней 20-50 g) обеспечивает скорость растворения, в 2-3 раза большую, чем в режиме, используемом в прототипе. Применение механоактивации, новой технологии подготовки силикатного сырья обеспечит высокую скорость его растворения, меньшее напряжение и расход энергии, повышенный срок службы электролизера.

Изобретение относится к способу электролитического получения алюмокремниевых сплавов -силуминов с использованием кремнезема и кремнеземсодержащих материалов, например, отработанной подины, содержащей большое количество кремнезема, глинозема и электролита, необходимых для электролиза. Способ включает предварительную обработку измельченного алюмосиликатного сырья, содержащего отработанную подину, глинозем и электролит, механоактивацией как отдельно, так и в смеси с глиноземом, периодическую загрузку подготовленного сырья в электролизер и проведение электролиза расплава с образованием силумина непосредственно в ванне электролита. Обеспечиваются высокая скорость растворения сырья, снижение напряжения и расхода энергии и увеличение срока службы электролизера.

Способ получения алюминиево-кремниевых сплавов в алюминиевом электролизере, включающий подготовку загружаемой шихтовой смеси, содержащей алюмосиликатное сырье, включающее отработанную подину и отработанный электролит алюминиевого электролизера и глинозем, загрузку шихтовой смеси в электролизер с последующим электролизом в расплаве электролита в алюминиевом электролизере, отличающийся тем, что подготовку загружаемой шихтовой смеси осуществляют путем ее механоактивации в мельнице с энерговооруженностью 20-50 g и размером зерна 10-30 мкм при времени активации 5-60 с.