Способ переработки отходов алюминиево-литиевых сплавов

 

Использование: утилизация отходов алюминиево-литиевых сплавов. Цель изобретения повышение эффективности переработки отходов хлорированием. Сущность изобретения: измельченные отходы (стружка, мелкий лом) смешивают с хлоридом калия, хлорируют смесь в твердом виде ниже точки плавления металла, затем нагревают смесь до плавления металла и перемешивают расплав до образования жидкого солевого флюса, содержащего хлорид лития. Положительный эффект: извлечение из отходов алюминиево-литиевых сплавов лития в солевую фазу в виде хлорида с образованием солевой смеси, состоящей из хлоридов лития и калия. 1 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, к способам переработки отходов алюминиево-литиевых сплавов с развитой поверхностью (стружка, мелкий лом и пр.). Стандартные алюминиевые сплавы, легированные литием типа 1420, 1450, содержат в своем составе 1,9-2,3 мас.% лития (1420, 1450), 5-6 мас. % магния (1420), 2,0-2,2 мас.% меди (1450). Задача переработки отходов этих сплавов заключается в извлечении из них ценного компонента - лития и получения вторичного алюминиевого сплава.

Хлорирование широко применяется для рафинирования алюминия от примесей щелочных и щелочно-земельных металлов. Описаны способы удаления микропримесей из расплавленного алюминия при помощи реакционноспособного хлора, хемосорбированного на фильтрующем слое, в частности на твердых хлоридах щелочных и щелочно-земельных металлов (Заявки Франции NN 2375328, 2375329, кл. С 22 B 21/06, 9/10, 9/12). Температура обработки алюминиевого расплава не превышает температуры плавления хлоридов. Жидкий алюминий контактирует с фильтрующим слоем, и образующийся хлорид алюминия реагирует с примесями по обменным реакциям с переводом их в солевую фазу.

Указанные способы ориентированы на рафинирование алюминия от микроколичеств примесей (не ставится задача утилизации извлекаемых примесных компонентов), и их описания не содержат сведений по части удаления из сплава примеси лития.

За прототип принят способ извлечения лития из скрапа алюминиево-литиевых сплавов хлорированием [1], согласно которому на поверхности расплавленного вторичного алюминия создают флюс, содержащий смесь хлорида и оксида кальция. Через расплав барботируют хлор с хемосорбцией продуктов хлорирования хлоридом кальция.

Недостатком способа является относительно высокая температура хлорирования (800^оС), приводящая к повышенным энергозатратам и нежелательному перегреву металла.

Целью изобретения является селективное рафинирование отходов алюминиево-литиевых сплавов от лития (а при необходимости и от магния) хлорированием в твердом виде, что приводит к снижению энергозатрат и устранению перегрева металла, а следовательно, и к повышению эффективности переработки.

Предлагаемый способ обеспечивает хлорирование твердых отходов алюминиево-литиевых сплавов, имеющих развитую поверхность (например, стружка сплавов после механической обработки или мелкий металлический лом). Металлические отходы смешивают с хлоридом калия и через полученную шихту пропускают газообразный хлор. Затем шихту кратковременно нагревают до расплавления металлической фазы и при перемешивании жидкого металла с хлоридом калия получают солевой расплав, содержащий хлорид лития.

Процесс хлорирования твердого сплава протекает в две стадии. На первой стадии происходит хлорирование твердого металла с поверхности с образованием летучего хлорида алюминия, который хемосорбируется хлоридом калия. Количество хлора рассчитывается, исходя из содержания лития (а при необходимости и магния) в сплаве и берется небольшой избыток от стехиометрии для обеспечения глубокой очистки сплава. Величина этого избытка хлора зависит от условий хлорирования (температуры, интенсивности хлорирования и т.д.) и может быть определена экспериментально для конкретной технологической установки. На второй стадии при кратковременном расплавлении металла (680-700^оС) и перемешивании хемосорбированный хлорид алюминия взаимодействует по обменным реакциям с более электроотрицательными компонентами сплава - магнием и литием (в первую очередь с литием) - с образованием хлоридов этих металлов, которые образуют с хлоридом калия легкоплавкую смесь. Количество хлорида калия берется с расчетом образования легкоплавкой смеси при температуре 680-700^оС, достаточной для расплавления металла.

При хлорировании сплавов типа 1420, содержащих в своем составе магний, последний также может частично или полностью (в зависимости от количества пропущенного хлора) переходить во флюс в виде хлорида магния вслед за литием.

Продуктами переработки являются вторичный алюминиевый сплав, рафинированный от лития (а при необходимости и от магния), и солевая смесь, содержащая хлорид лития. Солевая смесь может быть переработана известными методами гидрометаллургии с выделением из нее соединений лития.

П р и м е р. Стружку сплава загружали в алундовый тигель (диаметр 100 мм, высота 150 мм), сверху засыпали порошок хлорида калия и нагревали тигель с шихтой до заданной температуры. Затем при помощи керамической трубки к шихте подводили хлор, получаемый электролизом расплава хлорида свинца, поток которого проходил от дна тигля через слой стружки наружу. После пропускания (20-30 мин) определенного количества хлора тигель разогревали до плавления стружки (680-700^оС) и керамической палочкой перемешивали 2-3 мин расплава металла с хлоридом калия до образования на поверхности металла жидкого солевого флюса. Флюс и металл сливали раздельно в изложницы из керамики. Содержание лития и магния во флюсе и в металле определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии.

Результаты опытов, отражающих влияние температуры на степень извлечения лития и магния из сплава во флюс, приведены в таблице. Во всей серии опытов были зафиксированы все факторы, влияющие на полноту хлорирования, и изменяли только температуру. Использовали стружку сплава марки 1420, содержащего 2,1 мас.% лития и 5,5 мас.% магния. Масса сплава в опытах составляла 200 г, масса хлорида калия 60 г, количество пропущенного хлора 58 г.

Полным извлечением металла (100%) считали его извлечение до остаточных концентраций в металлической фазе менее 0,01 мас.%. Из таблицы видно, что при пропускании через шихту указанного количества хлора достигается полное извлечение лития из сплава во флюс и частично извлекается магний. По степени извлечения магния из сплава во флюс можно проследить влияние температуры на полноту хлорирования. При увеличении температуры до 610-640^оС достигается полное извлечение из сплава и лития, и магния стехиометрическим (с небольшим избытком около 7%) количеством пропускаемого через шихту газообразного хлора.

Формула изобретения

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ АЛЮМИНИЕВО-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ, включающий их расплавление в присутствии флюса, хлорирование и разделение металлической и солевой фаз, отличающийся тем, что в качестве отходов используют стружку и мелкий лом с развитой поверхностью, а в качестве флюса - хлорид калия и перед расплавлением осуществляют смешивание отходов с хлоридом калия и хлорирование смеси в твердом виде.

РИСУНКИ

Рисунок 1