СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ С ПРИМЕСЬЮ КРЕМНИЯ ИЗ ЕГО СИЛИКАТОВ Советский патент 1934 года по МПК C22B4/02 

В основном авторском свидетельстве описан способ получения алюминия с примесью кремния непосредственно из его силикатов путем электротермического восстановления углем, причем глину или каолин, лучше всего предварительно обезжелезненную, подвергают обработке в электрической печи типа карбидной и из получаемого сплава кремния с алюминием удаляют выкристаллизованием при охлаждении сплава до точки эвтектики часть кремния.

По предлагаемому видоизмененному способу получения алюминия с примесью кремния из его силикатов в шихту электрической печи, наряду с алюмосиликатом и углем, вводят некоторое количество элементарного кремния с таким расчетом, чтобы весь восстанавляемый алюминий мог остаться в растворенном состоянии в получающемся при восстановлении шихты и добавленном кремнии, и затем из тройного сплава выделяют сначала избыток кремния, а затем все железо в виде сплава с алюминием и кремнием до тех пор, пока не останется в расплавленном виде только силумин.

При восстановлении глинозема углем в электрической печи с вольтовой дугой получающийся металлический алюминий может остаться в сфере реакции лишь в том случае, если он встретит при своем образовании достаточное количество расплавленного вещества, в котором он может раствориться.

Таким веществом должен служить кремний, получающийся восстановлением кремнезема силиката, служащего исходным материалом (глины, каолина). Опыт показал, что содержащегося в такой породе количества кремния недостаточно для связывания всего алюминия, входящего в состав силиката, и что непосредственно, например, из каолина можно получить электротермическим путем лишь сплав, содержащий около 30% алюминия на 70% кремния, для чего приходится добавлять к шихте кремнезем. Такое добавление, однако, экономически крайне невыгодно, так как, хотя при этом в конечном результате и увеличивается выход являющегося побочным продуктом кремния, но, во-первых, значительно усложняется весь процесс, и, во-вторых, увеличивается размер и мощность электрической печи на весовую единицу получающегося алюминия и время обработки каждой садки.

Предлагаемый способ имеет целью устранить и необходимость затраты электрической энергии на восстановление добавочного количества кремнезема. Для этого, согласно предлагаемому способу, к шихте состоящей из силиката алюминия с рассчитанным для восстановления всех его составных частей количеством угля, добавляется не кремнезем, а готовый восстановленный кремний в таком количестве, чтобы общее количество, добавленного и восстановленного из породы кремния составило, примерно, 70% в сравнении с количеством восстановленного алюминия, составляющим 30% всего получающегося сплава.

Так, например, в 260 в. ч., каолина содержится около 56 ч. алюминия и 54 ч. кремния, требующих для полного своего восстановления теоретически 84 ч. угля. К этому количеству по предлагаемому способу нужно добавить 77 ч. готового кремния. Тогда сплав, выпускаемый из печи, будет содержать 56 ч. алюминия (30%) и 131. ч. кремния (70%). (Все количества указаны здесь теоретические, без учета естественных потерь, и неполности реакции).

Если полученный таким образом застывший сплав снова расплавить и дать ему весьма медленно остывать, то из него вначале охлаждения будет выделяться кремний, содержащий небольшое количество алюминия (около 2%), и затем по мере охлаждения сплава будет выделяться кристаллизующийся кремний, а если в породе содержалось железо, то, начиная от некоторой температуры, и тройная эвтектика кремний- железо-алюминий с 33% кремния, и при температуре 580-575° жидким останется только силумин, т. е. эвтектика алюминия с 13,8% кремния.

Из выделившихся таким образом 120 ч. чистого кремния, каким-либо образом, например, как указано было выше, отстаиванием при медленном охлаждении, отделенные от силумина 77 ч. могут пойти для добавки к следующей шихте, являясь, таким образом, оборотным продуктом, а 43 ч. и составляют побочный продукт, могущий найти себе применение в металлургии в чистом виде или же в виде высокопроцентного сплава с железом, (ферросилиция). Равным образом ценным для металлургии продуктом может служить и другой выделяющийся при получении силумина сплав кремния с железом и алюминием, относительное количество которого зависит от содержания железа в исходном материале.

При медленном охлаждении расплавленного сплава, полученного при восстановлении, приходится, однако, считаться с неудобствами, возникающими вследствие высокого (70%) содержания в нем кремния, одно из которых заключается в чрезвычайно высокой начальной температуре плавления сплава, особенно вследствие содержания в нем карбидов, и трудности поддерживать ее продолжительное время, именно в начале, когда выделяется большая часть кремния. Во избежание этого по предлагаемому способу к сплаву добавляется некоторое количество полученного ранее силумина, причем для этого сперва плавится силумин, а затем в него вводится постепенно мелкими порциями высококремнистый сплав, который в нем растворяется.

Полученная таким образом смесь (примерно 50:50 ч. алюминия и кремния) обладает уже значительно более низкой температурой плавления. При ее медленном охлаждении твердые частицы выделяющегося кремния, вследствие своего меньшего удельного веса, всплывают на поверхность и образуют твердую корку, защищающую расплавленную массу от слишком быстрого охлаждения.

Если отстойный резервуар, сделанный, например, из шамота, обладает достаточно толстыми стенками и значительной емкостью, то запаса тепла расплавленной массы достаточно для медленного охлаждения в течение нескольких суток, за время которых кремний успеет вы- делиться из остающейся жидкой массы.

После выделения кремния из сплава при медленном его остывании начинает выделяться тройная эвтектика кремний - железо - алюминий с 33% кремния, температура плавления которой составляет 880°. Это выделение продолжается до температуры 580-575, когда жидкой остается только эвтектика алюминия с 13.8% кремния. Так как наиболее нежелательной является примесь к сплаву железа, то целесообразно форсировать выделение этой эвтектики, пользуясь ее большим удельным весом и магнитными свойствами, для чего под днищем ванны помещаются полюса сильных электромагнитов, включаемых при той температуре сплава, когда кончается выделение чистого кремния и начинается выделение содержащей железо тройной эвтектики.

1. Видоизменение способа по авторскому свидетельству №28326, отличающееся тем, что в шихту электрической печи наряду с алюмосиликатом и углем вводят некоторое количество элементарного кремния, служащего в процессе оборотным продуктом, с таким расчетом, чтобы весь восстанавливаемый алюминий мог остаться в растворенном состоянии в получающемся при восстановлении шихты и добавленном кремнии, и затем из тройного сплава при медленном охлаждении выделяют сначала избыток кремния, а затем - все железо в виде сплава с алюминием и кремнием до тех пор, пока не останется в расплавленном виде только силумин.

2. Видоизменение способа по п. 1, отличающееся тем, что, с целью понижения температуры плавления высококремнистого сплава и облегчения условий выделения кремния, в сплав вводят некоторое количество силумина, являющегося оборотным продуктом.