Способ переработки алюминиевых шлаков

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к переработке алюминиевых отходов, может быть использовано для извлечения металлов из солевых алюминиевых шлаков. Сущность: в способе переработки алюминиевых шлаков, включающем формирование реакционного объема электропечи на основе эвтектик галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, создание руднотермического режима плавки в реакционном объеме, загрузку алюминиевых шлаков и удаление металла из реакционного объема плавку ведут при 950 - 1500^oC в присутствии твердого углеродистого восстановителя, при этом в качестве галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов используют криолит и фторид кальция, а в качестве углеродистого восстановителя используют измельченные отходы графитовых электродов алюминиевых электролизеров. Таким образом, предлагаемый способ переработки алюминиевых шлаков позволяет восстанавливать оксидную фазу солевых алюминиевых шлаков и извлекать из них металлы. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к металлургии, в частности, к переработке алюминиевых отходов и может быть использовано для извлечения металлов из солевых алюминиевых шлаков.

Известен способ переработки алюминиевых шлаков, сущность которого заключается в выделении оксидной составляющей шлаков путем саморафинирования расплава [1].

В известном способе оксидная составляющая солевых алюминиевых шлаков выделяется в самостоятельную фазу при расплавлении шлаков.

Недостатком известного способа является невозможность получения металлов из оксидной составляющей алюминиевого шлака в процессе саморафинирования расплава.

Известен способ переработки алюминиевых отходов, включающий загрузку и расплавление отходов при 700 - 780^oC, загрузку флюса и слив алюминиевого расплава, отличающийся тем, что сначала флюсом покрывают поверхность металлической ванны, затем после загрузки отходов в металл флюсом покрывают выступающие куски, потом проводят нагревание, в качестве флюса используют отработанный электролит магниевого производства и криолит, переработку алюминиевых шлаков ведут при 750 - 780^oC, а переработку алюминиевых ломов при 720 - 750^oC [2].

В известном способе переработка алюминиевых шлаков заключается в сегрегировании от шлака небольшой части металлической фазы, оставшейся в шлаке при переработке алюминиевых ломов.

Недостатком известного способа является то, что оксидная составляющая алюминиевых шлаков не выделяется из них и теряется в шлаковых отвалах.

Известен способ, принятый за прототип, переработки лома алюминиевых сплавов включающий загрузку флюса и лома в плавильную камеру, нагрев до температуры плавления, плавку, удаление шлака и слив металла, отличающийся тем, что загрузку лома производят в предварительно расплавленный флюс, нагрев проводят пропусканием переменного электрического тока силой 7 - 11 килоампер при напряжении 10 - 20 вольт, плавку ведут под слоем флюса толщиной 20 - 40 см при соотношении 1 : 5 - 20 по массе лома и флюса, а в качестве флюсов используют смесь солей щелочных и щелочноземельных металлов с удельным весом, меньшим удельного веса лома на 0,3 - 0,5 г/см³ [3].

В известном способе лом алюминиевых сплавов, содержащий металлическую и оксидную составляющие, загружают в солевой расплав, при этом металлическая фаза отделяется от оксидной фазы, которая накапливается в расплавленном флюсе, образуя солевой шлак.

Недостатком известного способа является то, что оксидная составляющая алюминиевого лома, переходя в состав солевого шлака, не подвергается дальнейшей переработке, а теряется в шлаковых отвалах.

Задачей изобретения является получение металлов из оксидной составляющей солевых алюминиевых шлаков.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе переработки алюминиевых шлаков, включающем формирование реакционного объема электропечи на основе эвтектик галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, создание руднотермического режима плавки в реакционном объеме, загрузку алюминиевых шлаков и удаление металла из реакционного объема, согласно изобретению плавку ведут при температуре 950 - 1500^oC в присутствии твердого углеродистого восстановителя, при этом в качестве галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов используют криолит и фторид кальция, а в качестве углеродистого восстановителя используют измельченные отходы графитовых электродов алюминиевых электролизеров.

Способ осуществляется следующим образом.

В ванну электропечи, футерованную углеродистой массой, загружают смесь, состоящую из криолита и плавикового шпата, расплавляют ее в дуговом режиме и в руднотермическом режиме доводят до жидкоподвижного состояния. Затем в ванну печи загружают шихту, состоящую из солевого шлака и углеродистого восстановителя. Оксидная составляющая солевого шлака растворяется в расплаве и восстанавливается из раствора углеродом, полученный сплав опускается на подину печи и отделяется от расплава галогенидов. В расплав загружается новая порция шихты и процесс повторяется. Нижняя граница температурного интервала процесса переработки алюминиевых шлаков определяется температурой плавления чистого криолита - 950^oC, а верхняя граница - несколько превышает температуру плавления чистого фторида кальция - 1418^oC.

Пример осуществления предлагаемого способа.

В двухфазную электропечь переменного тока мощностью 300 кВт (потребляемое напряжение 100 В, сила тока 2,5 - 3 кА), позволяющую загружать до 500 кг шихтовых материалов, снабженную углеродистой футеровкой, загружался плавиковый шпат в количестве 100 кг, расплавлялся открытой электрической дугой и в руднотермическом режиме доводился до жидкоподвижного состояния с температурой расплава около 1500^oC.

Затем в течение трех часов в печь было загружено 300 кг солевого алюминиевого шлака (отсев - 2 мм) следующего химического состава, %: NaCl - 9,12; KCl - 38,52; MgCl₂ - 0,79; CaCl₂ - 2,16; Al₂O₃ - 22,8; CuO - 1,1; SiO₂ - 15,8; MnO - 0,15; ZnO - 1,0; Fe₂O₃ - 3,53; NiO - 0,21; PbO - 0,093; SnO - 0,068; TiO₂ - 0,41; Cr₂O₃ - 0,079; п.п.п. - 4,02 При загрузке шлака его хлоридные составляющие (KCl + NaCl) частично переходили в расплав, понижая его плотность и температуру плавления за счет образования эвтектик, но основная часть хлоридных составляющих шлака возгонялась и удалялась с помощью газохода в систему газоочистки. Оксидные составляющие шлака полностью переходили в расплав, накапливаясь в нем. Одновременно со шлаком в печь было загружено 40 кг порошкообразного графита (отходы распиловки графитовых блоков). Кроме того, дополнительным восстановителем служили 75-миллиметровые графитовые электроды. Процесс восстановления оксидов фиксировался по горению оксида углерода над ванной печи.

По окончании плавки из печи было извлечено около 30 кг металлического сплава и около 100 кг шлака.

Ниже представлены результаты химического анализа полученных металлического сплава и шлака, мас.%.

Металлический сплав Al - 4,732 Si - 54,165 S - 0,015 Ti - 2,182 V - 0,190 Cr - 1,429 Mn - 1,484 Fe - 24,345
Ni - 1,629
Cu - 9,014
Zn - 0,008
Zr - 0,245
Nb - 0,197
Mo - 0,044
Ca - 0,195
Pb - 0,034
Sn - 0,093
C - < 0,1
Шлак
CaF₂ - 20,754
Al₂O₃ - 65,848
SiO₂ - 12,568
S - 0,195
K₂O - 0,071
TiO₂ - 0,246
Ba - 0,034
MnO - 0,027
Fe₂O₃ - 0,205
Ni - 0,001
Cu - 0,025
Zn - 0,001
Sr - 0,015
Zr - 0,010
Pb - нет
Cr - нет
P₂O₅ - нет
Как видно из результатов анализа, основу полученного сплава составляет ферросилиций.

Таким образом, предлагаемый способ переработки алюминиевых шлаков позволяет восстанавливать оксидную фазу солевых алюминиевых шлаков и извлекать из них металлы.

Формула изобретения

1. Способ переработки алюминиевых шлаков, включающий загрузку и расплавление в электропечи флюса из солей галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов, загрузку отходов в расплавленный флюс и плавку, удаление шлаков и слив металла из реакционного объема, отличающийся тем, что для формирования реакционного объема печи на основе эвтектик галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов флюс расплавляют в дуговом режиме и доводят до жидкотекучего состояния в руднотермическом режиме, а плавку ведут при 950 - 1500^oС, в присутствии углеродистого восстановителя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов используют криолит и фторид кальция.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве углеродистого восстановителя используют измельченные отходы графитовых электродов алюминиевых электролизеров.