Способ рафинирования алюминия от примеси щелочного металла

 

СПОСХ)Б РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ ОТ ПРИМЕСИ ЩЕЛОЧНОГО МЕТАЛЛА, включающий подготовку резервуара ,для рафинирования алюминия, введение в резервуар расплавленного алюми1«1я леред добавлением легирующих компонентов , коитактированир расплава алхялнакя с рафиниру1Ь1цим гаэок в виде дискретных пузырьков, состоящим из смеси 1-10 00.% хлора и газа, инертного по отношению к алюминию, IB течение периода времени, достаточного для понижения концентрации примеси щелочного металла в алюминии до необходимого уровня, и отвод продук-. тов реакции, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расхо .да газа и снижения количества .вредных выбросов в атмосферу, концентрацию хлора в газовой смеси уменьшают , по мере снижения содержания примеси щелочного металла в алюминии, при этом отнсниение щелочного металла на моль галогена в продуктах реакции поддерживают в пределах от 1,5 до 2,0;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COIHVW

РЕСПУБЛИК

ГОСУДФРСТВЕННИЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ.ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

И йАТЕНТУ (21) 2186412/22-02 (22) 06.1.1.75 (31) 522143 (32) 08.i;1.74 (33) СшА . (46) 07.06.83, Бюл. 9 21 (72) Эндрю Геза Чекели (СМй) (71) юнион .карбид корпорейшн -dl3A (53) 669.71.411 (088.8 ) (56) 1, " Journa I . of MetaI s", 1974, 26,. 9 2, .р. 25-28. ! (54) (57) СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮ ИЦИЯ OT. ПРИМЕСЙ ЩЕЛОЧНОГО NRTMDIA включающий подготовку резервуара

;для рафинирования алюминия, введение в резервуар расплавленного алюминия перед добавлением легирушцих компонентов, контактирование расплава

SU„„1022664 A алюминия с рафинирующим газом в виде -дискретных пузырьков, состоящим из смеси 1-10 об.Ъ хлсра и газа, инертного по отношению к алюминию, в течение периода времени,- достаточного для понижения концентрации нримеси щелочного металла в алюминии до необходимого уровня, .и отвод продук-, тов реакции, о т л и ч а ю щ и и с.я тем, что, с целью уменьшения расхода газа и снижения количества вредных выбросов в атмосферу, концентрацию хлора в x àçoâîé смеси уменьшают по мере снижения содержания примеси щелочного металла в алюминии, при этом отношение атомов щелочного метал-. ла на моль галогена в продуктах ре« Я акцни поддерживают в пределах от 1,5 до 2,0:

1022664

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в, частности к способам удаления примесей целочных металлов из расплавленного алюминия.

Щелочные металлы и кальций являются большей частью вредными примесями в алюминиевых сплавах, имеющих промышленное применение. Натрий особенно вреден, если предварительно не был удален содержащийся в сплаве водород. Необходимо, чтобы содержание натрия в алюминиевом сплаве, включающем более чем 1% магния, поддерживалось ниже 0,0005Ъ. Присутствие лития в алюминии также нежелательно, поскольку он вызывает коррозию алюминиевой фольги во влажном . воздухе.

Щелочные металлы попадают в алю10

15 миний в электролиэерах во время электролитического восстановления окиси алюминия в присутствии криолита.

Известен способ рафинирования алюминия от примеси щелочного металла, включающий подготовку резервуара для рафинирования алюминия, введение в резервуар расплавленного алюминия перед добавлением легируюцих компонентов, кон тактирование расплава алюминия с рафииирующим газом в виде дискретных пузырьков, состоящим из смеси 11.0 об.Ъ хлора и газа, инертного по отношению к алюминию, в течение периода времени, достаточного для .понижения концентрации примеси ще-. лочного металла в алюминии до необходимого уровня, и отвод продуктов реакции. Содержание активного газа (хлора) в смеси в процессе рафинирования поддерживается постоянным (1).

Недостаток известного способа заключается в эмиссии коррозионных и токсичных газов и испарений. Эти газы содержат в основном непрореагировавший хлор, хлористый алюминий, испарения соляной кислоты и испарения окиси алюминия (последние два соединения образуютая при гидролизе газообразного хларистого алюминия) .

35

В магнийсодержащих сплавах реакция хлора а магнием более предпочтительна по сравнению с реакцией с

50 натрием, особенно при низких концентметрического удаленйя натрия,- такой избыток хлора не только не нужен, но и прямо отвечает эа эмиссию sarрязняющих веществ и за потерю магния из сплава. рациях натрия. Высокое сродство хлора к.магнию вызывает серьезные трудности при производстве металла высокой 1чистоты,особенно. в высокамаг-5» ниевых сплавах. Таким образом. большие количества хлора должны реаги(ровать с этими сплавами с большим избытком по сравнению с тем количеством. которое требуется для стехио- 60

Цель изобретения — уменьшение расхода газа и снижение количества вредных выбросов в атмосферу.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу рафинирования алюминия от примеси щелочного металла, включающему подготовку резервуара для рафинирования алюминия. введение в резервуар расплавленного алюминия перед добавлением легирующих компонентов. контактирование расплава алюминия с рафинирующим газом в виде дискретных пузырьков. состояцим из смеси 1-10 об.Ъ хлора и газа, инертного по отношению к алюминию, в течение периода времени, достаточного для понижения концентрации примеси щелочного металла в алюминии до необходимого уровня, и отвод продуктов реакции, концентрацию хлора в газовой смеси уменьшают по мере снижения содержания примеси щелочного металла в алюминии, при этом отношение атомов щелочного металла на моль галогена (хлора) в продуктах реакции поддерживают в пределах от 1.5 до 2.0.

Способ удаления примесей целоч.ных металлов иэ алюминия. при котором в основном, предотврацается выделение вредных газов и испарений в окружаюцую среду, включает следующие стадии: подготовка резервуара для обработки расплавленного алюминия. снабженного устройствами .для введения газа в расплавленный алюминий и устройствами для вывода продуктов реакции, введение расплавленного алюминия в резервуар перед добавлением любых легирующих компонентов: введение рафинирующего газа, содержащего смесь газа, выбранного иэ груп-. пы, включающей хлор. фтор, галогенсодержащие соединения и их смеси, и газа, инертного относительно алюминия, в ванну расплава в форме дискретных хорошо распределенных газовых пузырьков так, что указанные пузырьки газа входят в плотный контакт в основном со всей массой расплавленного алюминия поддержание концентрации галогена в укаэанном рафинирующем газе на таком значении, что по мере уменьшения концентрации примесей щелочных металлов в расплаве будет обеспечиваться достаточно вы- е аокая селективная галогенизация укаэанйых примесей относительно алюминия при любом уровне примесей щелоч.ных металлов; поддержание потока указанного рафинирующего газа в расплавленном алюминии в течение периода времени, достаточного для понижения

:концентрации примесей щелочных металлов в алюминии до необходимого уровня.

Таким образом, сущность изобретения заключается в том, что кон1022664 центрация хлора в смеси инертного газа непрерывно уменьшается в ответ на уменьшение содержания натрия в расплаве так, что при любом заданном уровне примесей газовая смесь имеет оптимальную концентрацию для селективного хлорирования натрия относительно алюминия с одновременным уменьшением количества инертного газа.

Рафинкрующий газ, диспергированный внутри расплава, содержит смесь 10 инертного газа и галогена и/или галогенсодержащего соединения, которое может химически. реагировать со щелочными металлами при температуре расплавленного алюминия. Азот и:ар- )5 .гон являются преимущественными инертнычи газами, а хлор .и фтор - преимущественными галогенами.. Термин галогенсодержащее соединение относится к тем галогенным соединениям, которые могут либо непосредственно реаги.ровать ео щелочными металлами, либо создавать газообразный га„поген во время разложения при температуре расплавленного алюминия, например.

СС ° СНС1 ) а С1С1 Р4 и CCiqFg е

° ° ° а фиг.1 представлен график зависимости селективности хлорирования натрия в расилаве алюминия от концентрации натрия (Cg ) в расплаве для различных концентрацйй хлора в рафи- ЗО нирующем газе (по оси.ординат отложены значениц мольных отношений хлоридов натрия и алюминия s продуктах реакции, образующихся при взаимодействии хлора с натрием и алюминием 35 в расплаве при .1000 C) на фиг.2 шестиступенчатое программированное уменьшение концентрации хлора в газе с елью уменьшения:атомной концентрации натрия в.алюминии от 40 10, до 1 ° 10 при этом концентрация хлорида алюмийия в выходящем газе поддерживается ниже заданного уровня.

Кривые изображенные.на фиг.1. представляют газовые смеси, используемые 45 для рафинирования расплава. имеющие концентрации хлора от 10 об.% и ме.нее ° Как видно из графика. хлор реагирует преимущественно с натрием при высоких концентрациях натрия. но такая преимущественность быстро уменьшается при .низких концентрациях.

Сущность изобретения основана на -том факте, что уменьшение в селентивиости хлорирования натрия может быть эффективно возмещено путем55 .уменьшения концентрации хлора в газовой смеси. Так. уменьшение концентрации хлора от 10 до 1 об.В увеличивает селективность.хлорирования натрия примерно в три раза. Такое 60 улучшение селективности особенно важно при низких концентрациях натрия.

Например. при С ц = 5 ° 16 из расплава удаляются примерно 4 атома натрия на 1 атом алюминия, когда рафинирова- g5 ние осуществляется смесью. содержащей 10% хлора (фиг.1) . т,е; отношение М aCI/А1С1 в продуктах реакции составляет 4, а отношение атомов натрия на моль хлора равно примерно

1.11. При рафинировании смесью, содержащей 1Ъ хлора, отношение ФаС1/A I Ñó увеличивается до 11, а .отношение

Иа/CIg в продуктах реакции составляет 1,57.

Таким образом, удаление натрия из расплава идет быстрее. чем алюминия, при использовании низких концентраций хлора в рафинирующем газе. в результате чего достигается эффективное использование хлора с одновременным подавлением образования газообразного хлористого алюмкния. Кроме того. уменьшение концентрации хлористого алюминия в выходящем газе с уменьшением концентрации хлора в рафинирую-. щем представляет собой не просто разбавление, а связано с тем. что при низких концентрациях хлор преимущественно реагирует с натрием и вследствие этого уменьшается образование хлористого алюминия.

Снижение расхода газа может быть достигнуто (фиг.2) путем обработки металла рафинирующим газом переменного состава так что концентрация хлора в газе поддерживается при наивысшем возможном уровне, благодаря че-, му увеличивается селективное хлори« рование натрия. Одновременно поддерживаются условия, чтобы концентрация хлористого алюминия в продуктах реакции не превьиаала заданного уровas.

На фиг.2 представлены кривые, показывающие потребность в рафинирующем газе для уменьшения концентрации натрия в алюминиевом расплаве от

40 ° 1О до необходимых значений при фиксированных значениях Сс в газе.

Семейство кривых. расположенных на

2 правой стороне диаграммы. представляет собой корреляцию между избытком хлора в газовой смеси. который не реагирует с натрием во время рафинирования, и концентрацией натрия в расплаве. Йепрореагировавший с натрием хлор выражен в виде мольной доли

A1Ci в выходящем газе (горизонтальная шкала сверху фиг.2). Как видно, из этих кривых. чем больше концентрация хлора в смеси. тем больше мольная доля А1с1з в продуктах реакции при любом онределеннном содержании натрия в расплаве. или по мере уменьшения содержания натрия в расплаве при обработке расплава газом с фиксированной концентрацией хлора концентрация хлористого алюминия в про-, дуктах реакции увеличивается.

Преимущество изобретения заключается в оптимальном процессе рафинирования путем изменения концентрации хлора в газовой смеси.

1022664 б

П р и и е р. Содержание натрия в алюминиевом расплаве уменьшается от

40 ° 166до 1 1б ат. при. ступенчатом уменьшении концентрации хлсра в рафиннрующем газе, в котором инертным носителем является аргон. Заданный предел эмиссии хлористого алюминия из ванны составляет 0.043 об.% в выходящем газе. На фиг.2 заданный уровень эмиссии представлен вертикальной линией, проходящей попе- 10 рек семейства кривых.с правой стороны диаграммы при Кп М < -7;75 (соответствует мольной доле хлористого

Ъ алюминия 0.00043) .. Рафинирукиций газ вводится в ванну расплавленного ме-. 15 талла в форме хорошо распределенных газовых пузырьков. Как указано горизонтальными стрелками на фиг.2 рафинирование ванны алюминия осуществляется газовой смесью, содержащей 8% хлора. и продолжается до:тех пор, пока не будет достигнут заданный предел содержания хлористого алю.миния в выходящем газе. В этой точке концентрация натфйя в металле сос-» тавляет 16,6 ° 10 ат а отношение,йа/CI

-6 25 в продуктах реакции 1,95. Иэ кривых, расположенных на левой стороне. фиг.2 видно, что расход смеси, содержащей 8% газообразного хлора, понижающей уровень натрия от 40 . 10 6 до 16.6 106 составляет 0,13 м /т алюминия. Затем прекращается подача газовой смеси, содержащей 8% хлора, и в расплав вводится смесь. содержащая 6% хлора до тех пор. пока опять 35 не будет достигнут предел концентрации А1С1 в выходящем газе. соответствующий С = 14 10 в расплаве.

Отношение,йа/CI> в продуктах реакции составляет при этом. 1.92. Концентрация хлора в смеси затем уменьшается до 4% и процесс опять повторяется путем непрерывного замещения газовой смеси, содержащей последовательно уменьшающееся содержание хлора т.е.

3%, 2% и 1% хлора при Сир= 10„ 7,6 и..

4,6 ° 10 соответственно) до тех пор пока не будет достигнута окончательная концентрация натрия. меньшая чем

1-10 6. Отношение ala/CI< в продуктах реакции для этих точек составляет соответственно 1.86 1.75 и 1.46. Общий расход газа в течение всего процесса рафинирования указан на нижней шкале абсциссы. В общем требуется около 0,65 м газа на тонну металла для уменьшения концентрации натрия в металле от 40 10 6 до 1 ° 10 при обработке расплава алюминия по предлагаемому способу.

Схема программированного рафинирования ие обязательно должна проводиться с конечным числом ступеней или стадий. Содержание хлора в смеси может быть уменьшено- непрерывным способом. Например, концентрация хлора в газе может уменьшаться автоматически в ответ на показания чувствительного устройства. которое измеряет концентрацию загрязняющих веществ в выходящем газе и непрерывно поддерживает состав рафинирукщего газа на оптимальном уровне.

i022664

Составитель В.Бадоэский

Редактор,А.Лежнина Техред М,Каштура Корректор Г.Огар . Заказ 4085/51 Тираж 627 Пбдписное

Вниипи Государственного комитета сСсР по делам изобретений и открытий

113035. Москва. Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент". г. Ужгород, ул. Проектная, 4