Способ переработки лома алюминиевых сплавов, содержащих магний

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к способам переработки отходов алюминия. Предложен способ переработки лома алюминиевых сплавов, содержащих магний, включающий загрузку лома в предварительно расплавленный флюс в массовом соотношении 1:(5-10), нагрев до температуры плавления, плавку под слоем флюса и отделение металла от флюса, отличающийся тем, что в качестве флюса используют эквимольную смесь хлоридов калия и натрия с добавкой хлорида магния или фторида магния в количестве 2,9-52,6% от общей массы флюса и слой флюса при плавлении поддерживают толщиной 5-20 см. Технический результат - снижение угара металлов, в первую очередь, магния, улучшение качества металла за счет полного сохранения первоначального состава и исключения операции дополнительной подшихтовки магнием. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам переработки отходов алюминия.

Известен способ плавки сплава АЛЧ в индукционных печах ИАТ-2,5 (Кимстач Г.М. Приготовление вторичных алюминиевых сплавов из стружки на машиностроительных заводах. Литейное производство, 1981 г., №1, стр.14-15).

Расход флюса при этом составляет 2 - 2,5%. Хорошие результаты обеспечивает флюс из 47% КСl, 30% NaСl, 23% Na₃AlF₆. Угар металла при плавке составляет ~22%.

Для повышения качества при 740°С стенки тигля очищают от флюса, шлак удаляют из печи и на поверхность ванны подают 1,5% флюса. По расплавлении флюса расплав обрабатывают гексахлорэтанолом, который вводят по 0,1% от массы плавки с общим расходом 0,7-0,8%.

Указанный способ не обеспечивает сохранение Mg в расплаве, так как он взаимодействует с криолитом и выводится из расплава. Кроме того, применение легколетучего гексахлорэтанола ухудшает экологические условия при плавке стружки. Малое количество рафинирующего флюса смешивается с окислами и по окончании плавки флюс полностью удаляется с поверхности металла, т.е. это флюс одноразового использования.

Известен способ оплавления в солевом растворе сырья, содержащего алюминий и металлические включения. Сырьем служили лом и отходы алюминиевых сплавов марок АЛ 34 и АЛ 104 (Машан А.Г., Резняков А.А. Оплавление в солевом растворе сырья, содержащего алюминий и металлические включения. Сборник “Легкие сплавы в народном хозяйстве”, 1975 г., стр.176-181).

При оплавлении в “легких” флюсах, т.е. с удельным весом меньше, чем у алюминия, наибольшая степень извлечения алюминия (98%) достигается при 780-800°С с применением плавикового шпата.

Расход флюса при этом составляет: для состава КСl+NaCl+ криолит - 0,5 кг/кг шихты, а для состава КСl+NaCl+СаF₂ - 0,28 кг/кг шихты. В первом случае скорость оплавления 27 г/мин, во втором - 34 г/мин.

Недостаток способа тот же, что и в предыдущем случае, криолит взаимодействует с магнием и обедняет им сплав. Кроме того, требуется большой расход флюсов.

Наиболее близким по технической сущности является способ переработки лома алюминиевых сплавов (патент РФ №2089630, заявл. 30.04.93 г., опубл. 10.09.97 г., БИ №25, 1997 г., с.271). По известному способу загрузку лома осуществляют в предварительно расплавленный флюс, нагрев производят пропусканием переменного электрического тока силой 7-1 кА на один квадратный метр поверхности металл при напряжении 10-20 В, а плавку ведут под слоем флюса толщиной 20-40 см при соотношении 1:(5-20) по массе лома и флюса. В качестве флюса используют смесь солей щелочных и щелочно-земельных металлов с плотностью, меньшей плотности лома на 0,3-0,5 г/см³.

Недостатком этого способа является использование электроэнергии в процессе и применение солей, содержащих фтор, для растворения пленок окислов на поверхности отходов с развитой поверхностью.

Соли в виде криолита и NaF взаимодействуют с Mg, и его содержание в сплаве снижается.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение угара металлов, в первую очередь Mg, улучшение качества металла за счет полного сохранения первоначального состава, исключение операции дополнительной подшихтовки Mg.

Технический эффект, получаемый при использовании изобретения, заключается в снижении потерь активного металла в сплаве в 1,5-2 раза, исключении операции дополнительной подшихтовки Mg и уменьшении трудозатрат.

Поставленная задача достигается тем, что в способе переработки лома алюминиевых сплавов, содержащих магний, включающем загрузку лома в предварительно расплавленный флюс в массовом соотношении 1:(5-20), нагрев до температуры плавления, плавку под слоем флюса и отделение металла от флюса, согласно изобретению в качестве флюса используют эквимольную смесь хлоридов калия и натрия с добавкой хлорида магния или фторида магния в количестве 2,9-52,6% от общей массы флюса, а слой флюса при плавлении поддерживают толщиной 5-20 см.

При этом в качестве добавки к флюсу используют хлорид магния с содержанием 48% от общей массы флюса или смесь хлоридов бария и магния в количестве 15,6% от общей массы флюса, а содержание магния и бария во флюсе поддерживают в 1,1-8,6 раза больше, чем содержание магния в сплаве.

Температуру плавки поддерживают в пределах 708-904°С, предпочтительно 765-800°С.

При снижении температуры <708°С извлечение Mg падает до 50,8%, а при увеличении свыше 904°С также снижается до 67,7%.

При снижении толщины слоя солей меньше 5 см он перестает работать как защитный слой, т.к. стружка погружается в него не полностью.

При толщине слоя более 20 см производительность процесса падает из-за уменьшения объема печи, заполненного алюминием.

Пример 1. В алундовый тигель диаметром 50 мм и высотой 120 мм загрузили соли: NaСl - 58 г, КСl - 72 г, NaF - 20 г и установили в печь Таммана, нагрели до 740°С. Замер температуры производили хромель-алюмель термопарой. В расплав солей в 10 приемов загрузили 235 г стружки сплава АВ следующего состава (вес.%): Сu - 0,235; Mg - 0,65; Mn - 0,225; Fe - 0,28; Si - 0,78; Zn - 0,085; Ti - 0,058. Средняя температура опыта 904°С, время плавки 35 мин.

Расплав вылили в графитовую изложницу, отделили флюс и взвесили соли и металл. Извлекли 213,9 г металла и 114,5 г флюса. Извлечение Mg в сплав составило 67,7%.

Пример 2. В алундовый тигель загрузили 94 г NaCl, 120 г КСl и 32 г MgF₂ (соотв. 38,5-49,2-13,3 вес.%), расплавили, подняли температуру до 725°С и в 12 приемов загрузили 300 г стружки прежнего состава. Средняя температура опыта составила 765,5°С. Время плавки 45 мин. Тигель извлекли, содержимое вылили, охладили, отделили металл от флюса и взвесили. Извлечение Mg составило 98,8%.

Пример 3. В алундовый тигель загрузили 90 г NaCl, 170 г КС1, 30 г ВаСl₂ и 6 г MgCl₂, расплавили, подняли температуру до 760°С, загрузили в 8 приемов 300 г стружки прежнего состава. Средняя температура опыта составила 774,7°С. Время плавки 61 мин. Тигель извлекли, содержимое вылили, охладили, отделили металл от флюса, взвесили, проанализировали. Извлечение Mg составило 96%.

Пример 4. В алундовый тигель загрузили 190 г смеси 9,0% NaCl, 39,0% KCl, 48,0% MgCl₂, расплавили, нагрели до 770°С и в 8 приемов загрузили 300 г стружки, часть металла получилась в виде корольков, в слиток перешло 70% металла, содержание магния в металле 86,2%.

Пример 5. Соли из предыдущего опыта с добавкой 20 г MgF₂ (8,2% NaCl, 35,6% KCl, 43,8% MgCl₂, 8,8% MgF₂) загрузили в алундовый тигель, расплавили, нагрели до 775°С, загрузили в 8 приемов 300 г стружки. Средняя температура 768,7°С. Время опыта 85 мин. Вылили в изложницу, отделили слиток от флюса, взвесили и проанализировали металл, извлечение магния получилось 90,6%.

Результаты опытов по переплавке стружки и других отходов, содержащих магний, приведены в таблицах 1, 2, 3.

В таблице 2 показано, что составы солей, содержащие NaF, позволяют извлечь магний в товарный сплав не более чем на 83% (оп. 1-7, 18-1, 19-1). Наиболее перспективны составы, содержащие MgF₂ (оп. 12 и 24) и карналлит, а также их смеси. Кроме того, хороший результат показал опыт с присутствием хлорида бария и фторида магния (опыт 16).

Наиболее высокое извлечение магния произошло в интервале температур 765-800°С.

В таблице 3 показан химический состав исходных и полученных после переплавки сплавов алюминия в лабораторных и промышленных условиях, содержащих магний от 0,65 до 5,78%.

Таблица 1. Условия плавки стружки, содержащей магний.
№	t°C	τ Время	Расход солей	Расход металла	Извлечение	Извлечение
опыта		плавки, мин.	Загруж., г.	Вылито, г.	Потери, г.	% потерь	Загруж., г.	Вылито, г.	Потери, г.	% потерь	всех металлов, %	магния от загруженного, %
2	904	35	150	114,5	35,5	23,7	235	213,9	21,1	8,9	91,0	67,7
3	708	28	180	127,2	62,8	34,9	360	291	69	19,16	80,8	50,8
4	837,9	58	177,2	167,1	10,2	5,7	400	432,5	+32,5	+8,12	95,2	78,5
5	846,3	52	252	250	2	0,8	300	287	13	4,3	95,7	70,8
6	831,2	49	250	203	47	18,8	300	288,6	11,4	3,8	96,2	72,8
7	818,2	58	214,4	160	54,4	25,4	300	283,2	16,8	5,4	94,6	83,1
10	744,1	110	165	148	17	10,3	300	282	18	6	94,0	61,0
12	765,5	45	244	158	86	35,2	300	282	18	6	94,0	98,8
14	771,7	70	230	223	7	3,04	300	261	39	12,9	87,1	81,2
15	774,8	60	163	159,7	3,3	2,02	300	276,3	23,7	7,9	92,1	81,4
16	774,9	61	203	176	27	13,3	300	296,0	4,0	1,3	98,7	96,0
					+27 с
19	769,2	28	180	207	кор.	+15,0	300	211,5	88,5	29,5	70,5	86,2
					мет.
23	768,7	85	227	153	74	32,5	300	332,5	+32	+10,8	110,8	90,6
24	800	60	405	380	25	6,17	600	595	5	0,85	99,15	99,15

Таблица 2. Зависимость извлечения металлов от состава солей.
№	Состав солеей в масс.%	Извл. Mg %	Извл. Аl%
опыта	NaCl	КСl	NaF	ВаСl2	MgCl2	MgF2	∑
1	37,4	47,6	15,0	-	-	-	100		95,65
2	38,7	48,0	13,3	-	-	-	100	67,7	91,1
3	37,3	47,7	15,0	-	-	-	100	50,8	80,8
4	39,2	50,0	10,8	-	-	-	100	78,5	98,12
5	37,3	47,6	15,1	-	-	-	100	70,8	95,7
6	37,3	47,6	15,1	-	-	-	100	72,3	96,2
7	37,3	47,6	15,1	-	-	-	100	83,3	94,6
8	44,4	55,6	-	-	-	-	100	-	7,7
10	37,3	47,6	15,2	-	-	-	100	61	95,5
12	38,5	49,2	-	-	-	13,3	100	98,8	94
14	39,1	47,8	-	13,1	-	-	100	81,2	87
15	39,1	47,8	-	13,1	-	-	100	81,4	92,1
16	37,9	46,48	-	12,7	-	2,9	100	96	98,66
19	9,0	39,0	-	-	48,0	-	96	86,2	70,5
23	8,2	35,6	-	-	43,8	8,8	96,4	90,6	99,8
19-1	37,4	47,6	15,0	-	-	-	100	80,5	95,9
18-1	37,4	47,6	15,0	-	-	-	100	76,5	94,5
24	37,9	46,8	-	-	-	15,3	100	99,15	99,15

Таблица 3. Химический состав исходного сырья и полученных сплавов.
№	Состав солей	Химический состав в массовых процентах (Аl остальное)
опыта		Сu	Mg	Mn	Fe	Si	Zn	Ti	Cr	% извлеч. Mg
Исходное сырье в виде стружки
	Сплав АВ	0,235	0,65	0,225	0,28	0,78	0,085	0,058	0,010
	Сплав D 16	4,25	1,33	0,38	0,39	0,10	0,090	0,1	-
	Сплав АМГ	-	5,89	0,62	0,40	0,40	0,20	0,07	-
Полученные сплавы
2	Сплав АВ	0,27	0,440	0,237	0,29	0,69	0,095	0,051	0,008	67,7
3	Сплав АВ	0,24	0,330	0,241	0,29	0,55	0,084	0,068	0,009	50,8
4	Сплав АВ	0,28	0,510	0,245	0,32	0,71	0,100	0,082	0,009	78,5
5	Сплав АВ	0,25	0,460	0,240	0,23	0,63	0,064	0,060	0,010	70,8
б	Сплав АВ	0,24	0,470	0,239	0,24	0,55	0,084	0,062	0,010	72,3
7	Сплав АВ	0,28	0,540	0,222	0,37	0,55	0,116	0,064	0,008	83,1
10	Сплав АВ	0,28	0,397	0,240	0,386	0,51	0,088	0,070	0,009	61,1
12	Сплав АВ	0,28	0,642	0,217	0,274	0,54	0,088	0,069	0,009	98,8
14	Сплав АВ	0,29	0,528	0,214	0,329	0,59	0,088	0,067	0,011	81,2
15	Сплав АВ	0,29	0,530	0,211	0,410	0,58	0,087	0,068	0,007	81,4
16	Сплав АВ	0,29	0,624	0,216	0,305	0,58	0,088	0,072	0,011	96,0
19	Сплав АВ	0,29	0,560	0,221	0,343	0,58	0,071	0,070	0,012	86,2
23	Сплав АВ	0,33	0,589	0,224	0,499	0,68	0,181	0,058	0,009	90,6
25	Сплав D 16	4,24	1,302	0,370	0,401	0,09	0,040	0,11	-	97,9
30	Сплав АМГ	-	5,78	0,63	0,42	0,38	0,18	0,06	-	98,1

Источники информации

1. Кимстач Г.М. Приготовление вторичных алюминиевых сплавов из стружки на машиностроительных заводах. Литейное производство, 1981 г, №1, стр.14-15.

2. Машан А.Г., Резняков А.А. Оплавление в солевом растворе сырья, содержащего алюминий и металлические включения”. Сборник “Легкие сплавы в народном хозяйстве, 1975 г., стр.176-181.

3. Казанцев Г.Ф., Барбин Н.М., Калашников В.А. Патент РФ №2089630 “Способ переработки лома алюминиевых сплавов”. 30.04.1993 г.

1. Способ переработки лома алюминиевых сплавов, содержащих магний, включающий загрузку лома в предварительно расплавленный флюс в массовом соотношении 1:(5-10), нагрев до температуры плавления, плавку под слоем флюса и отделение металла от флюса, отличающийся тем, что в качестве флюса используют эквимольную смесь хлоридов калия и натрия с добавкой хлорида магния или фторида магния в количестве 2,9-52,6% от общей массы флюса и слой флюса при плавлении поддерживают толщиной 5-20 см.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве добавки к флюсу используют хлорид магния с содержанием 48% от общей массы флюса.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве добавки используют хлорид магния в смеси с хлоридом бария с количеством смеси 15,6% от общей массы флюса, при этом содержание магния и бария во флюсе поддерживают в 1,1-8,6 раза больше, чем содержание магния в сплаве.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру плавки поддерживают в пределах 708-904°С, предпочтительно 765-800°С.