Способ переработки алюминиевого шлака литейного производства Российский патент 2025 года по МПК C22B7/04 C22B21/00 

Изобретение относится к производству алюминия и его сплавов и направлено на переработку шлаков литейного производства, образующихся при производстве алюминиевых сплавов в миксерах и индукционных печах. Следует отметить, что при производстве алюминия, наряду со шлаками литейного производства, образуются шлаки при выливке алюминия из электролизеров в электролизных корпусах. Состав этих шлаков отличается от шлаков литейного производства. Заявляемое решение не распространяется на шлаки электролизного производства.

Состав шлаков литейного производства представлен алюминием, оксидами алюминия, компонентами покровных и рафинирующих флюсов, иногда с примесью электролита алюминиевых электролизеров, заливаемого с алюминием в миксеры из вакуум-транспортных ковшей.

В патенте РФ № 2449032 [Лысенок А.П., Середкин Ю.Г. Патент РФ № 2449032 C22B 7/04, C22B 21/00. Опубл. 27.04.2012. Бюл. № 12] описан способ переработки солевых алюмосодержащих шлаков с получением покровных флюсов и алюминиевых сплавов-раскислителей. Алюмосодержащий шлак подвергают глубокой переработке, включающей дробление и измельчение до крупности 0,064-2 мм, водное выщелачивание шлака при расходе воды 1,05-2,5 л/кг в течение 20-60 мин в реакторе с механическим перемешиванием, фильтрование пульпы и выпаривание солевого раствора с получением готового покровного флюса влажностью 0,5-5%. Оксидный осадок после сушки подвергают электролизу во фторидно-хлоридном расплаве при температуре 910-990°С и катодной плотности тока 0,55-1,2 А/см² с получением сплава на основе алюминия. Изобретение позволяет полностью извлечь металлический алюминий из шлака, снизить количество отходов при его переработке и получать покровные флюсы и сплавы на основе алюминия для раскисления стали и производства марочных сплавов на основе алюминия.

Недостатки известного решения:

1. Высокая степень измельчения шлака до крупности 0,064-2,0 мм, в результате которого часть мелкой фракции металлического алюминия при водном выщелачивании окисляется.

2. Получаемый флюс имеет несбалансированный состав, поскольку при приготовлении сплава состав исходного флюса изменяется вследствие испарения, пирогидролиза хлоридов и фторидов и механических потерь. Следствием несбалансированного состава является высокая температура плавления и повышенная вязкость флюса.

3. Необходимость проведения электролитического восстановления оксидного осадка во фторидно-хлоридном расплаве при специфических технологических параметрах (температура 910-990°С и катодная плотность тока 0,55-1,2 А/см²). Следует отметить, что технология электролиза алюминия во фторидно-хлоридном расплаве еще до конца не отработана.

Известен способ переработки шлака алюминиевого производства с получением глиноземсодержащего сырья [Шаруда А.Н., Веснин О.В., Пискаев А.Е., Кирьянов С.В. Патент РФ № 2215048 C22B 7/04, C01F 7/02. Опубл. 27.10.2003. Бюл. № 30]. Способ включает измельчение шлака, разделение его на фракции, водное выщелачивание измельченного шлака, фильтрацию раствора с разделением солевого раствора и твердого остатка, выпаривание солевого раствора, сушку и обжиг твердого остатка. Перед выпариванием солевого раствора дополнительно выполняют тонкую фильтрацию солевого раствора. Перед сушкой и обжигом твердого остатка выполняют отмывку твердого остатка от солей, при этом водное выщелачивание выполняют при температуре воды 25-50°С и соотношении 1:1 по массе воды и измельченного шлака. Получаемое в результате переработки шлака глиноземсодержащее сырье содержит оксид алюминия, оксид кремния, алюминий металлический, оксид железа, оксид магния, хлориды натрия и калия при следующем соотношении компонентов, мас. %: Al₂O₃ 55-80; Al до 8; SiO₂ 6 - 14; Fe₂O₃ 4-10; MgO 2 - 10; NaCl и КСl до 3.

Недостаток известного технического решения связан с потерей алюминия в результате перевода металлического алюминия в оксидную форму в результате обжига твердого осадка при 150-500°С в течение 1-3 ч.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является поточная линия переработки шлаков от плавки алюминиевых сплавов [Гришин Б.В., Новопашин А.А., Шаймарданов Ф.Г. Авт. св. SU 287303. С22b 7/04. Опубл. 19.11.1970. Бюл. № 35]. Переработка шлаков на поточной линии включает следующие операции: шлак в комовом состоянии подают для дробления в дробилку, оттуда его по транспортеру переводят в шаровую мельницу на дополнительный помол. Продукт помола поступает на грохоты для разделения по фракциям. Верхний продукт грохочения (+1,4 мм) поступает на переплав. Нижний продукт грохочения (-1,4 мм) в классификаторе разделяют на фракции класса +1,0 мм, 0,6-1,0 мм и - 0,6 мм.

Фракцию класса +1,0 мм, содержащую до 80 % алюминия металлического, направляют на переплав.

Фракцию класса 0,6-1,0 мм, содержащую до 70 % тонкодисперсного металлического алюминия, не подвергающегося металлургическому извлечению, направляют на совместный помол с сыпучим абразивным материалом, например, песком, полученный продукт поступает в бункер и далее может быть использован как газообразователь для ячеистого бетона.

Фракция шлака класса - 0,6 мм, содержащая до 20-25 % солей NaCl и КСl, поступает на отмывку водой, а затем в фильтр-отстойник, где происходит осветление раствора, который затем по трубопроводу поступает на выпаривание в выпарной аппарат. Отмытый от солей шлак и шлам из фильтра-отстойника подают в сушилку для сушки, а затем на обжиг в печь. В результате обжига получают глинозем с содержанием Аl₂О₃ до 98-98,5 %.

По назначению, по технической сущности и по наличию сходных существенных признаков это решение выбрано в качестве ближайшего аналога.

Недостатки известного способа:

1. Переизмельчение шлака, что приводит к потерям алюминия при переплавке, а также с фракцией -0,6 мм и при обжиге отмытого от солей шлака и шлама.

2. Дополнительные трудозатраты на двойное грохочение измельченного шлака.

3. Пар, образующийся при выпаривании осветленного раствора солей NaCl и КСl, не используется в виде конденсата для отмывки растворимых солей.

Задачей предлагаемого технического решения является максимальное извлечение металлического алюминия при выделении его из шлака и при переплавке, а также снижение количества технологических операций, экономия воды и энергоресурсов.

Технические результаты предлагаемого решения:

- повышение металлургического выхода вторичного алюминиевого сплава за счет снижения потерь при выделении алюминия из шлака и при переплавке;

- снижение энергозатрат при переработке шлака на стадиях измельчения шлака, выщелачивания галогенидсодержащих солей, выпаривания солевого раствора;

- получение кондиционного галогенидсодержащего флюса для обработки алюминиевых сплавов.

Технические результаты достигаются тем, что в способе переработки алюминиевого шлака литейного производства, включающем дробление сухого шлака, разделение его на фракции с получением верхнего и нижнего продуктов грохочения, переплавку верхнего продукта грохочения, обработку нижнего продукта грохочения водой с получением оксидно-солевой суспензии, фильтрацию суспензии с получением солевого раствора и нерастворимого твердого остатка, выпаривание солевого раствора, отмывку от солей и сушку твердого остатка, дробление шлака проводят без размалывания корольков металла в порошок, обеспечивая получение пластин алюминия, перед переплавкой верхний продукт грохочения предварительно брикетируют, переплавку брикетов ведут в расплаве галогенидсодержащего флюса, образующийся при выпаривании солевого раствора конденсат пара направляют на отмывку твердого остатка, затем полученным раствором обрабатывают нижний продукта грохочения, а твердый остаток перерабатывают в электролизерах для получения алюминия.

Дополнительно верхний продукт грохочения перед брикетированием и переплавкой промывают в воде от остатков солей и окислов, нижний продукт грохочения обрабатывают раствором после отмывки твердого остатка при перемешивании не менее 20 мин., при этом поддерживают плотность раствора солей 1,14-1,16 г/см³, а в смесь солей после выпаривания солевого раствора добавляют хлориды и фториды металлов и используют в качестве флюсов при производстве алюминиевых сплавов.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

В описании изобретения будем использовать термин «алюминий», понимая под этим термином как металлический алюминий, так и алюминиевые сплавы.

Предлагаемая технологическая схема переработки алюминиевого шлака литейного производства приведена на Фиг.1.

В перерабатываемом шлаке встречаются крупные включения металлического алюминия. Чтобы минимизировать его потери в результате переизмельчения, разделение шлака проводят без размалывания включений металла в порошок, переводя их в пластины и чешуйки (в зависимости от размеров исходных включений алюминия), с одновременным отделением от металла основной части оксидно-солевой фазы. Достичь этого можно путем мелкого дробления в ударно-истирающем или истирающе-раздавливающем режимах.

Такая обработка шлака может быть реализована, например, в шаровой мельнице сухого помола, работающей в истирающем или ударно-истирающем режиме. Также перевести корольки алюминия в пластины и чешуйки с отделением от них оксидно-солевой фазы можно истиранием и раздавливанием шлака в бегунных мельницах (бегунах). Кроме перечисленного оборудования для отделения от металла окислов и солей могут быть применены молотковые и валковые дробилки, а также мельницы других типов.

В результате обработки шлака в ударно-истирающем и истирающе-раздавливающем режимах снижается содержание металлического алюминия в измельченной оксидно-солевой фазе, так как основная часть металлического алюминия трансформируется в достаточно крупные (от нескольких мм до нескольких см) пластины и чешуйки, очищенные от основного количества окислов и солей, а оксидно-солевая фаза шлака переходит в порошкообразное состояние.

При последующем разделении дробленого шлака на фракции методом грохочения получают два продукта. Верхний продукт представлен пластинами и чешуйками металла с небольшой примесью окислов и солей. Желательно, чтобы остаточное содержание оксидно-солевой фазы в верхнем продукте грохочения составляло не более 10 %. Нижний продукт грохочения состоит из оксидно-солевой фазы с минимальной примесью мелкодисперсного алюминия.

Отделенные от оксидно-солевой фазы шлака пластинки и чешуйки металла брикетируют под прессом. Прессование уменьшает удельную поверхность алюминия, повышает плотность брикетов, что снижает потери алюминия за счет окисления при переплавке. Переплавку брикетов алюминия проводят в расплаве галогенидсодержащего флюса. Флюс защищает алюминий от окисления и повышает металлургический выход вторичного алюминиевого сплава. Причем расплав флюса для переплавки брикетов может быть приготовлен как индивидуально, так и на поверхности жидкого металла.

Пластинки и чешуйки алюминия перед брикетированием могут быть отмыты в воде от остатков солей и окислов. Эта операция снижает количество образующегося шлака и расход флюса при переплавке брикетов.

Нижний продукт грохочения обрабатывают раствором после отмывки твердого остатка при перемешивании. При этом в раствор переходят растворимые соли. В результате фильтрации суспензии нижнего продукта получают раствор солей и твердый оксидный остаток. Для уменьшения расхода воды плотность солевого раствора поддерживают 1,14-1,16 г/см³. Это соответствует концентрации NaCl и KCl в растворе ~220-275 г/дм³. Выбор плотности раствора в качестве контролируемого параметра обусловлен простотой и быстротой анализа с помощью ареометра. Продолжительность обработки водой составляет не менее 20 мин. Этого времени достаточно для полного растворения NaCl и KCl при температуре воды 20-95°С.

Поскольку при обработке нижнего продукта грохочения раствором содержание растворимых солей в нем неизвестно, обработку начинают с небольшого количества раствора. Если замер плотности солевого раствора показывает значение больше 1,16 г/см³, то добавляют небольшое количество воды чтобы снизить плотность раствора до заявленного интервала 1,14-1,16 г/см³. Если плотность раствора будет более 1,16 г/см³, в твердом остатке могут остаться растворимые соли в силу превышения предела их растворимости. Получать раствор с плотностью менее 1,14 г/см³ нежелательно, т.к. при этом увеличивается расход воды и энергозатраты на последующее выпаривание раствора. Сочетание времени обработки нижнего продукта грохочения (не менее 20 мин.) и заявленной плотности солевого раствора (1,14-1,16 г/см³) гарантирует полный перевод растворимых солей в раствор.

Солевой раствор отделяют от твердого остатка фильтрацией и выпаривают с получением смеси солей, преимущественно NaCl и KCl. Образующийся при выпаривании пар конденсируют с получением конденсата пара (дистиллированной воды). Использовать смесь NaCl и KCl в качестве флюса не всегда возможно, поскольку минимальная температура плавления такой смеси при эквимолярном соотношении NaCl и KCl (1 моль NaCl + 1 моль KCl) составляет 657°С, что соответствует температуре плавления алюминия. Если соотношение солей отличается от эквимолярного, то температура плавления такой смеси будет выше температуры плавления алюминия. Флюс с такой температурой плавления малоэффективен и практически не работает. Поэтому к смеси солей NaCl + KCl добавляют хлориды или фториды металлов для получения более легкоплавкого флюса. Например, добавка к смеси NaCl + KCl хлорида магния MgCl₂ снизит температуру плавления флюса [Вэньцзинь Дин, Александр Бонк, Томас Бауэр. Определение состава при минимальной температуре плавления солевой смеси MgCl₂-KCl–NaCl для накопления тепловой энергии в расплавленной соли следующего поколения с помощью моделирования]. Также к смеси NaCl + KCl можно добавить фтористые соли: например, хиолит Na₅Al₃F₁₄ или фторид алюминия AlF₃.

Получаемый кек твердого остатка содержит 20-30 % влаги, которая представлена солевым раствором на основе NaCl + KCl. Для последующего возврата твердого остатка в электролиз алюминия, из него удаляют растворимые соли отмывкой. Для этого используют конденсат пара. Конденсат пара используют последовательно сначала для отмывки твердого остатка, а затем полученным раствором обрабатывают нижний продукт грохочения. При недостаточном количестве конденсата пара можно добавить небольшое количество свежей воды, как на стадии отмывки твердого остатка, так и для обработки нижнего продукта грохочения. Добавка воды для компенсации потерь пара не должна вывести плотность получаемого раствора солей за регламентируемые значения (1,14-1,16 г/см³).

Отделенный от солевого раствора твердый остаток, содержащий преимущественно оксиды алюминия Al₂O₃, Al₂O, Na₂O·11Al₂O₃ с примесью металлического алюминия, перерабатывают в электролизерах для получения алюминия. Также в твердом остатке может присутствовать незначительно количество фтористых солей, содержащихся в исходном флюсе (которым обрабатывали алюминиевый сплав в миксере), а также электролит алюминиевых электролизеров, залитый из ковша в миксер вместе с алюминием.

Сравнение предлагаемого решения с ближайшим аналогом показывает наличие в них сходных признаков. Оба способа предусматривают:

- измельчение и рассев шлака на два продукта: верхний и нижний продукты грохочения;

- переплавку верхнего продукта грохочения;

- обработку нижнего продукта грохочения водой с отделением и выпариванием осветленного раствора;

- отмывку от солей твердого остатка.

Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:

- дробление шлака проводят без размалывания корольков металла в порошок, обеспечивая получение пластин алюминия, т.е. при менее интенсивном механическом воздействии на шлак, чтобы не измельчать алюминий, а расплющить его и получить металлические пластины и чешуйки, свободные от оксидно-солевой фазы;

- верхний продукт грохочения, представленный пластинками и чешуйками алюминия, брикетируют перед переплавкой;

- брикеты алюминия переплавляют в расплаве галогенидсодержащего флюса;

- конденсат пара, образующийся при выпаривании солевого раствора, направляют последовательно на отмывку твердого остатка, а затем на обработку нижнего продукта грохочения;

- твердый остаток перерабатывают в электролизерах для получения алюминия;

- верхний продукт грохочения перед брикетированием и переплавкой отмывают в воде от остатков солей и окислов;

- нижний продукт грохочения обрабатывают раствором после отмывки твердого остатка при перемешивании не менее 20 мин., при этом поддерживают плотность раствора солей 1,14-1,16 г/см³.

- в смесь солей после выпаривания солевого раствора добавляют хлориды и фториды металлов и используют полученный флюс при производстве алюминиевых сплавов.

Наличие в предлагаемом техническом решении признаков, отличных от признаков ближайшего аналога, подтверждает соответствие предлагаемого решения условию патентоспособности изобретения «новизна».

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с другими известными решениями в данной области техники и в смежных областях выявил следующее.

1. Известен способ переработки алюминиевого шлака, который включает измельчение шлака и отделение от него металлического алюминия. После отделения шлак окомковывают с топливом, а затем спекают с продувом воздуха через слой гранулированного шлака. При этом в процессе спекания солевая часть шлака испаряется, улавливается и вторично используется для плавки вторичного алюминия, а оксидная часть остается в виде спека и может быть использована в дальнейшем для производства огнеупоров [Шмотьев С.В. Способ переработки алюминиевого шлака. Патент РФ № 2132398. C22B 7/04. C22B 1/16. Опубл. 27.06.1999].

2. В статье [Лысенко А.П., Шевченко Е.А. Цветные металлы. 2020. № 3. С. 63-67] предложен способ комплексной утилизации отвальных алюмосодержащих шлаков. Способ включает водное выщелачивание солей, фильтрацию и выпарку осветленного раствора с получением покровных и/или покровно-рафинирующих флюсов на основе хлоридов натрия и калия, электролиз твердого остатка после выщелачивания в расплаве солей фторида натрия и фторида алюминия с получением раскислителя.

3. Известен способ переработки алюминиевого шлака, включающий его измельчение, выделение металлического алюминия, спекание, разделение оксидной и солевой составляющих, отличающийся тем, что перед спеканием остаток после выделения металлического алюминия смешивают с компонентом, содержащим окислы железа, разделение оксидной и солевой составляющей спека для выделения солевой составляющей оксида алюминия ведут с использованием восходящего потока с переменным гидродинамическим режимом в пульсационной колонне, работающей в замкнутом цикле с коническим отстойником, при этом осветленный раствор отстойника возвращают в колонну для создания восходящего потока, а твердую фазу нижней разгрузки пульсационной колонны подвергают магнитной сепарации. В качестве компонента, содержащего окислы железа, используют отходы производства глинозема в виде красных шламов, при этом соотношение шлак алюминиевый - красный шлам выдерживают в пределах 1:1-5, а спекание ведут при температуре 800-900°С [Низов В.А., Ракипов Д.Ф., Пустынных Е.В., Бакиров А.Р. Способ переработки алюминиевого шлака Патент РФ № 2540317. С22В 7/04. Опубл. 10.02.2014. Бюл. № 4].

В результате сравнительного анализа предлагаемого технического решения с другими известными решениями в данной области и в смежных областях не выявлено технических решений, характеризующихся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью признаков, использование которой позволяет достигать аналогичные технические и технико-экономические результаты. Не выявлено технических решений, в которых дробление шлака проводят без размалывания корольков металла в порошок, обеспечивая получение пластин алюминия, перед переплавкой верхний продукт грохочения предварительно брикетируют, переплавку брикетов ведут в расплаве галогенидсодержащего флюса, образующийся при выпаривании солевого раствора конденсат пара направляют на отмывку твердого остатка, затем полученным раствором обрабатывают нижний продукта грохочения, а твердый остаток перерабатывают в электролизерах для получения алюминия.

Дополнительно верхний продукт грохочения перед брикетированием и переплавкой отмывают в воде от остатков солей и окислов, нижний продукт грохочения обрабатывают раствором после отмывки твердого остатка при перемешивании не менее 20 мин., при этом поддерживают плотность раствора солей 1,14-1,16 г/см³, в смесь солей после выпаривания солевого раствора добавляют хлориды или фториды металлов и используют полученный флюс при производстве алюминиевых сплавов.

На основании вышеизложенного сделан вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Предлагаемый способ переработки алюминиевого шлака литейного производства реализуется следующим образом.

Пример

В лабораторных условиях перерабатывают партию шлака весом 30,8 кг, образовавшегося при приготовлении сплава АК12М2 в электрическом миксере с использованием покровно-рафинирующего флюса (47 % KCl+30 % NaCl+23 % Na₃AlF₆). Удельный расход флюса 1,5 кг/т сплава.

Исходный шлак представляет композит из металла и оксидно-солевой фазы трапециевидного сечения по форме изложницы, в которую его снимали с поверхности жидкого сплава. Первоначально шлак дробят с использованием кувалды, разбивая его на отдельные фрагменты, состоящие из металла и оксидно-солевой фазы. Затем шлак дробят в лабораторной шаровой мельнице типа МБЛ, внутренние размеры камеры d = 500 мм, L = 280 мм, число камер 2. Количество и размеры мелющих тел приведены в таблице 1. Время измельчения шлака: 8 мин в ударно-истирающем режиме, 15 мин в истирающем режиме. Для перевода мельницы из ударно-истирающего режима в истирающий режим снижают количество оборотов мельницы с 25 об/мин до 15 об/мин.

Таблица 1 - Загрузка мельницы мелющими телами

Диаметр шаров, мм Количество шаров Общий вес шаров, кг. 70 6 8,9 60 6 5,8 50 29 15,2 30 75 9,6 Цильпебс - 22,9 Всего 62,4

Измельченный шлак разделяют грохочением на две фракции на вибросите с размером ячейки 2,5 мм. Верхний продукт грохочения представлен преимущественно пластинками и чешуйками алюминиевого сплава округлой и неправильной формы. Размеры пластинок от ~3,0 мм до ~6 см, толщина от ~0,6 мм до ~7 мм. Нижний продукт грохочения состоит из порошковой оксидно-солевой фазы с небольшой примесью чешуек алюминиевого сплава.

Вес верхнего продукта грохочения 11,09 кг.

Вес нижнего продукта грохочения 19,51 кг.

Нижний продукт грохочения обрабатывают 10 дм³ раствором на основе конденсата пара, полученного во время переработки предыдущей партии шлака. Обрабатывают при температуре 30-35°С и перемешивании в течение 25 мин. Отфильтровывают пробу раствора объемом ~0,5 дм³ и определяют ареометром плотность раствора. Плотность составила 1,18 г/см³, что выше верхнего предела заявленной плотности раствора (1,16 г/см³). Возвращают проанализированный раствор на обработку (выщелачивание) и добавляют еще 2,5 дм³ воды. Перемешивают суспензию нижнего продукта грохочения с добавкой воды в течение 10 мин. Отбирают повторную пробу для анализа плотности раствора. Плотность раствора по показанию ареометра составила 1,145 г/см³, что соответствует заявленному пределу 1,14-1,16 г/см³. Итоговое весовое отношение Ж : Т при обработке водой нижнего продукта грохочения составило 0,64 : 1. В результате фильтрации суспензии нижнего продукта грохочения (оксидно-солевой фазы) получают солевой раствор и твердый (нерастворимый) остаток. Солевой раствор выпаривают с получением смеси солей и конденсата пара. Конденсат пара используют для отмывки твердого остатка.

Вес твердого остатка после отмывки от солей: 16,5 кг. По данным полуколичественного рентгенофазового анализа (РФА) состав твердого остатка, % вес: Al₂O₃ = 88,40; Al = 4,30; Na₃AlF₆ = 3,50; SiO₂ = 0,64; Fe₂O₃ = 0,68; Cu₂O = 0,51; Na₂O·11Al₂O₃ = 0,77; Zn = 0,22; прочие = 0,98. Твердый остаток перерабатывают в электролизерах для получения алюминия.

Соли, полученные при выпаривании солевого раствора, взвешивают и анализируют методом РФА. Вес солей составил 2,92 кг. Состав солей: 56,8 % KCl + 43,2 % NaCl. Концентрация солей в фильтрате составила: 2920 г : 12,5 дм³ = 234 г/дм³. Полученная смесь солей KCl + NaCl по составу близка к эквимолярной и имеет температуру плавления ~660°С [Jamshed Anwar, Christian Leitold, and Baron Peters. Solid–solid phase equilibria in the NaCl–KCl system. J. Chem. Phys. 152, 144109 (2020)]. Использовать такую смесь солей в качестве флюса можно, но для этого нужно обеспечить значительный перегрев расплава, чтобы снизить вязкость флюса. Перегрев приведет к дополнительным потерям переплавляемого металла за счет окисления. Поэтому целесообразно к смеси солей KCl + NaCl добавить третий компонент для получения более легкоплавкого флюса. В качестве дополнительного компонента используем безводный хлорид магния MgCl₂. Состав полученных солей: 56,8 % KCl + 43,2 % NaCl из вес. % перевели в молярные проценты: 50,8 % КCl+ 49,2 % NaCl. К смеси солей (50,8 % КCl+ 49,2 % NaCl) добавили 20 % мол. MgCl₂. При приведении состава тройной смеси к 100 % получены следующие результаты, % мол.: 42,3 КCl + 41,0 NaCl + 16,7 MgCl₂.

На фиг. 2 приведена диаграмма состояния системы KCl – NaCl - MgCl₂ в молярных %. На диаграмме звездочкой показан рассчитанный состав тройной смеси (42,3 % КCl + 41,0 % NaCl + 16,7 % MgCl₂). Температура плавления такой смеси составляет ~600°С. Полученную тройную смесь предпочтительнее использовать в качестве флюса для алюминия и его сплавов, по сравнению с двойной смесью KCl + NaCl.

Полученный флюс (42,3 % КCl + 41,0 % NaCl + 16,7 % MgCl₂) весом 3,50 кг используют для переплавки верхнего продукта грохочения, состоящего преимущественно из пластин и чешуек алюминия. Перед переплавкой верхний продукт грохочения отмывают в воде от примеси оксидно-солевой фазы. Вес отмытого и высушенного продукта 10,65 кг. Верхний продукт грохочения брикетируют в цилиндрические брикеты весом 1,0-1,5 кг каждый. В результате переплавки брикетов под слоем жидкого флюса получают вторичный алюминиевый сплав весом 10,38 кг.

Таким образом, заявляемая технология переработки алюминиевого шлака литейного производства обеспечивает:

- повышение металлургического выхода вторичного алюминиевого сплава до 97,5 % (10,38 кг : 10,65 кг × 100 %); кроме того, небольшое количество металлического алюминия (0,71 кг), содержащееся в твердом остатке, будет переплавлено в алюминиевом электролизере;

- получение кондиционного галогенидсодержащего флюса для обработки алюминиевых сплавов;

- снижение энергозатрат при переработке шлака на стадиях:

- дробления шлака за счет уменьшения времени и интенсивности механической обработки;

- выщелачивания галогенидсодержащих солей, благодаря использованию конденсата пара и снижению весового отношения Ж : Т;

- выпаривания солевого раствора за счет получения небольшого количества концентрированного раствора солей KCl + NaCl.

Изобретение относится к переработке шлаков литейного производства, образующихся при производстве алюминиевых сплавов в миксерах и индукционных печах. Сухой шлак дробят без размалывания корольков металла в порошок, обеспечивая получение пластин алюминия, разделяют на фракции с получением верхнего и нижнего продуктов грохочения. Верхний продукт предварительно отмывают в воде от остатков солей и окислов и брикетируют, после чего переплавляют в расплаве галогенидсодержащего флюса. Нижний продукт грохочения обрабатывают водой с получением оксидно-солевой суспензии, которую фильтруют с получением солевого раствора и нерастворимого твердого остатка. Солевой раствор выпаривают, отмывают от солей и сушат твердый остаток. Образующийся при выпаривании солевого раствора конденсат пара направляют на отмывку твердого остатка, затем полученным раствором обрабатывают нижний продукт грохочения, а твердый остаток перерабатывают в электролизерах для получения алюминия. Способ позволяет повысить металлургический выход вторичного алюминиевого сплава, снизить энергозатраты при переработке шлака, а также получить кондиционный галогенидсодержащий флюс. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

1. Способ переработки алюминиевого шлака литейного производства, включающий дробление сухого шлака, разделение его на фракции с получением верхнего и нижнего продуктов грохочения, переплавку верхнего продукта грохочения, обработку нижнего продукта грохочения водой с получением оксидно-солевой суспензии, фильтрацию суспензии с получением солевого раствора и нерастворимого твердого остатка, выпаривание солевого раствора, отмывку от солей и сушку твердого остатка, отличающийся тем, что дробление шлака проводят без размалывания корольков металла в порошок, обеспечивая получение пластин алюминия, перед переплавкой верхний продукт грохочения предварительно брикетируют, переплавку брикетов ведут в расплаве галогенидсодержащего флюса, образующийся при выпаривании солевого раствора конденсат пара направляют на отмывку твердого остатка, затем полученным раствором обрабатывают нижний продукт грохочения, а твердый остаток перерабатывают в электролизерах для получения алюминия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что верхний продукт грохочения перед брикетированием и переплавкой отмывают в воде от остатков солей и окислов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нижний продукт грохочения обрабатывают раствором после отмывки твердого остатка при перемешивании не менее 20 мин, при этом поддерживают плотность раствора солей 1,14-1,16 г/см³.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выпаривания солевого раствора в смесь солей добавляют хлориды или фториды металлов и используют полученный флюс при производстве алюминиевых сплавов.