Способ рафинирования алюминия от натрия и кальция

 

Использование: металлургия цветных металлов, а именно рафинирование алюминия и его сплавов от натрия и кальция. Цель изобретения - увеличение степени рафинирования, сокращение времени рафинирования, а также снижение гигроскопичности и летучести флюса. Сущность: расплавление алюминия, снятие шлака, нанесение на поверхность расплава флюса, содержащего хлорид калия и фторид алюминия в следующих соотношениях компонентов /по массе/ КСl:AlF₃= (0,85-0,95): 1, расплавление флюса, перемешивание, выдержку, снятие шлака и разливку алюминия. Процесс рафинирования ведут при температуре 710-740^oС. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано для рафинирования алюминия и его сплавов от натрия и кальция.

Известны следующие методы рафинирования: термическое выстаивание алюминия [1] вакуумирование [2] продувка газами [3] фильтрация [4] флюсовое рафинирование [4] Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ флюсового рафинирования, в частности рафинирование флюсом на основе карналлита (MgCl₂·KCl) с добавкой фтористого алюминия (AlF₃), принимаемый за базовый вариант [4, стр.59] Недостатки базового способа: недостаточно высокая степень рафинирования; длительность процесса рафинирования; гигроскопичность флюса, что приводит к гидролизу хлорида магния с образованием хлористого водорода, выделяющегося в атмосферу на рабочем месте, а также к образованию оксида магния, осаждающегося на границе солевого и металлического расплавов, поэтому отрицательно влияет на процесс рафинирования; высокая летучесть флюса, обусловливающая увеличение содержания вредностей на рабочем месте.

Целью изобретения является увеличение степени рафинирования, сокращение времени рафинирования, снижение гигроскопичности и летучести флюса.

Поставленная цель достигается за счет использования флюса, содержащего хлорид калия и фторидный алюминий, при следующих соотношениях по массе (0,85-0,95):1.

Сущность изобретения: экзотермическая реакция взаимодействия фтористого алюминия с натрием и кальцием, в результате чего натрий и кальций переходят в солевую фазу. По термодинамическим расчетам реагентом на натрий и кальций (при температурах рафинирования 710-740^oC) является фтористый алюминий, хлорид калия при температурах рафинирования не взаимодействует с натрием и кальцием, но применяется для снижения температуры плавления флюса.

Повышение степени рафинирования достигается благодаря более энергичному взаимодействию фтористого алюминия (предлагаемый вариант) с натрием и кальцием по сравнению с карналлитом (базовый вариант).

Образующийся при гидролизе карналлита (базовый вариант) оксид магния располагается на границе раздела фаз металл соль и препятствуют взаимодействию рафинирующего реагента с примесями. В предлагаемом варианте оксидная пленка на границе металл соль отсутствует, что значительно упрощает доставку рафинирующего реагента к примеси и сокращает время рафинирования.

Применение флюса на основе хлорида калия (КCl) по сравнению с флюсом на основе карналлита (MgCl₂·KCl) уменьшает склонность к испарению и снижает гигроскопичность флюса [4] так как уровень гигроскопичности флюсов на основе хлоридов примерно в 10 раз ниже по сравнению с флюсами на основе карналлита (кроме того, добавка фтористого алюминия понижает гигроскопичность хлорида калия). Флюсы на основе хлоридов (NaCl, KCl) имеют склонность к испарению (летучесть) в 10 раз меньшую, чем флюсы на основе карналлита [4, стр.137] Предлагается использовать флюс состава (по массе) KCl:AlF₃=(0,85-0,95): 1. Меньшее количество КСl применять нецелесообразно, поскольку увеличивается летучесть флюса (в основном фтористого алюминия), что приводит к снижению степени рафинирования и увеличению времени рафинирования. Большее количество КСl применять также нецелесообразно, так как в этом случае увеличивается температура плавления флюса и при температурах рафинирования в солевом расплаве появляются твердые агрегаты (комки). Переход части флюса в твердую фазу снижает степень рафинирования и увеличивает продолжительность процесса.

Обоснование температурного интервала процесса. Выбранный температурный интервал рафинирования (710-740^oС) незначительно превышает температуру плавления флюса. При проведении процесса ниже 710^oС наступает окомкование флюса. При этом уменьшается поверхность контакта флюса с металлическим расплавом, что снижает степень рафинирования и увеличивает продолжительность процесса. При температурах выше 740^oС резко увеличиваются потери фтористого алюминия в газовую фазу, что также снижает степень рафинирования и увеличивает продолжительность процесса.

Апробацию способа проводили в промышленных условиях. Рафинирование осуществлялось в литейных ковшах емкостью 5 тонн алюминия. В ковш заливали жидкий алюминий марки А7 или сплав марки АК120Ч (предварительно приготовленный в печи ИАТ-6), снимали шлак, при температуре 740^oС на поверхность алюминия наносили флюс, после расплавления флюса осуществляли перемешивание в течение 15 минут, выдерживали расплав и вновь снимали шлак.

Для сравнения приводили рафинирование по базовому варианту. Расход флюса во всех опытах (по базовому варианту и по предлагаемому) принят равным и составил 2 кг на тонну алюминия.

Результаты экспериментов приведены в таблице.

Анализ результатов рафинирования, приведенных в таблице, показывает, что при рафинировании по предлагаемому способу, по сравнению с базовым вариантом, увеличивается степень удаления натрия (на 6%) и кальция (на 3%) из алюминия и сокращается время рафинирования.

Формула изобретения

Способ рафинирования алюминия от натрия и кальция, включающий расплавление алюминия, снятие с его поверхности шлака, нанесение на поверхность алюминия флюса, содержащего хлорид калия и фторид алюминия, расплавление и перемешивание флюса, снятие шлака и разливку алюминия, отличающийся тем, что хлорид калия и фторид алюминия используют в массовом соотношении КСl AlF₃ (0,85 0,95) 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1