Рафинирующий флюс для удаления магния из алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области вторичной металлургии легких металлов и может быть использовано для удаления магния из алюминиевых сплавов. Флюс для рафинирования алюминиевых сплавов от магния содержит следующие компоненты, вес.%: хлористый натрий 15-25, хлористый калий 15-25, кремнефтористый натрий 10-25, смесь криолита и фтористого алюминия 60-25, причем криолит и фтористый алюминий содержатся во флюсе в виде смеси с криолитовым отношением 0,9-1,7. В частных случаях осуществления изобретения в качестве составляющей криолита использованы фторидно-углеродные продукты переработки отходов алюминиевого производства. Увеличивают эффективность флюсового рафинирования алюминиевых сплавов от магния при изготовлении вторичных цветных металлов. 1 табл.

 

Изобретение относится к вторичной металлургии легких металлов, в частности к рафинирующим флюсам, использующимся для удаления магния из алюминиевых сплавов.

Проблема удаления магния из алюминиевых сплавов актуальна. Во вторичной металлургии алюминия образуется много сплавов, из которых необходимо удалять магний. В связи с этим представляет большой интерес создание эффективного флюса, рафинирующего алюминиевые сплавы от магния.

Известен флюс для рафинирования алюминиевых сплавов от магния, содержащий хлориды щелочных металлов и криолит (1). Согласно этому изобретению очистку алюминиевых сплавов от магния ведут флюсом следующего состава: 25% NaCl, 25% KCl, 50% Na3AlF6.

Недостатком этого флюса являются повышенный удельный расход криолита (на 1 кг магния - 10-12 кг криолита) и низкая его эффективность. Применяемый состав рафинирующего флюса обладает достаточно высокой температурой плавления (680°С) и низкой поверхностной активностью. Это приводит к образованию труднорастворимых настылей на стенках печи и к двойному избытку криолита от стехиометрии по реакции:

3Mg+2Na3AlF6=3MgF+6NaF+2Al

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является рафинирующий флюс, состоящий из криолита, кремнефтористых солей натрия и калия и хлоридов щелочных металлов (2). Данный флюс имеет следующий состав: 20÷30% NaCl; 10-30% KCl; 3-5% Na3AlF6; 10÷40% K2SiF6; 10÷40% Na2SiF6.

Основными недостатками этого состава флюса являются повышенный удельный расход флюса (на 1 кг магния - 8-10 кг флюса), а также вредные выбросы в атмосферу (SiF4). Вследствие этого нарушаются нормы ПДК на рабочих местах до такой степени, что находиться около печи становится невозможно, т.к. SiF4+H2O (пар)=SiO2+4HF↑.

Задача изобретения - увеличение эффективности флюсового рафинирования алюминиевых сплавов от магния.

Технический результат достигается тем, что состав флюса для рафинирования алюминиевых сплавов от магния, содержащий хлористый натрий, хлористый калий, кремнефтористый натрий и криолит, дополнительно содержит фтористый алюминий, причем криолит и фтористый алюминий содержатся во флюсе в виде смеси с криолитовым отношением 0,9÷1,7 при следующем соотношении компонентов (вес.%):

хлористый натрий - 15÷25

хлористый калий - 15÷25

кремнефтористый натрий - 10÷25

смесь криолита и фтористого алюминия - 60÷25.

В качестве криолитовой составляющей можно использовать фторидно-углеродные продукты переработки отходов алюминиевого производства.

Данный состав позволяет уменьшить удельный расход рафинирующего флюса при удалении магния из алюминиевого сплава. Это достигается за счет того, что при данном соотношении компонентов рафинирующая способность реагента увеличивается, флюс становится более легкоплавким, при этом поверхностная активность его растет.

Соотношение компонентов в данном рафинирующем флюсе объясняется следующим: при суммарном содержании хлоридов калия и натрия менее 30% (т.е. KCl - 15%; NaCl -15%) поверхностные свойства рафинирующего флюса на границе «металл-оксид» ухудшаются, т.е. замедляется контакт магния с рафинирующим флюсом. Содержание в солевой смеси суммарного количества хлоридов калия и натрия более 50% (т.е. KCl - 25%; NaCl - 25%) несущественно улучшает поверхностно-активные свойства флюса. Причем лучшее соотношение существенно улучшает поверхностно-активные свойства флюса. Причем лучшее соотношение хлоридов калия и натрия - 0,6÷1, т.к. при этих соотношениях образуются наиболее легкоплавкие флюсы.

При рафинировании кремнефтористым натрием образуется газ SiF4, который удаляет магний по реакции: SiF4+2Mg=2MgF2+Si. Реакция с газовой фазой идет быстро, это увеличивает скорость рафинирования. Поэтому в рафинирующий флюс целесообразно добавлять кремнефтористый натрий. При концентрации Na2SiF6 более 25% нарушается экологическая атмосфера в цехе (см. выше). Поэтому нецелесообразно добавлять кремнефтористый натрий во флюс более 25%. При концентрации Na2SiF6 менее 10% эффект ускорения реакции рафинирования не заметен.

Что касается смеси криолита и фтористого алюминия, то границы ее применения обусловлены температурой плавления рафинирующего флюса. Процесс получения алюминиевых сплавов ведут при температуре 720-740°С. При этом перегрев флюса должен составлять 100-150°С. При таком перегреве, с одной стороны, достигаются необходимые поверхностно-активные свойства рафинирующего флюса, с другой стороны, обеспечивается минимальная летучесть рафинирующего флюса. Поэтому содержание смеси криолита и фтористого алюминия более 60% увеличивает температуру плавления флюса до такой степени, что его применение становится невозможным. При содержании смеси криолита и фтористого алюминия менее 25% количество реагента уменьшается, расход флюса увеличивается и применение его становится нецелесообразным.

В пределах указанных концентраций фторидов и хлоридов при 590-620°С образуется легкоплавкая эвтектика солевого расплава, которая и обеспечивает необходимые поверхностно-активные свойства рафинирующего флюса.

Увеличение криолитового отношения в смеси криолита и фтористого алюминия более 1,7 резко увеличивает температуру плавления флюса и делает его малопригодным к применению. Уменьшение криолитового отношения менее 0,9 делает его флюс летучим, увеличивается его расход и нарушается экологическая атмосфера.

Для снижения себестоимости флюса и улучшения экологической обстановки в цехе в качестве криолитовой составляющей могут быть использованы фторидно-углегодные продукты переработки отходов алюминиевого производства.

Таким образом, рафинирующий флюс для удаления магния из алюминиевого сплава при соотношении компонентом (вес.%):

хлористый натрий - 15÷25

хлористый калий - 15÷25

кремнефтористый натрий - 10÷25

смесь криолита и фтористого алюминия - 60÷25 при криолитовом отношении 0,9÷1,7 обладает минимальным удельным расходом и, соответственно, высокоэффективным.

Пример 1

Взяли навеску рафинирующего флюса в количестве 50 кг при следующем соотношении компонентов (вес.%):

хлористый натрий - 20

хлористый калий - 20

кремнефтористый натрий - 20

смесь криолита и фтористого алюминия - 40 (криолитовое отношение 1,3).

Расплавили алюминиевый сплав с содержанием магния 1,0% в количестве 1 т, таким образом, в данном количестве алюминиевого сплава содержится 10 кг магния. На поверхность расплавленного металла добавили флюс. Рафинирование вели в течение 20 минут при перемешивании расплава. Через 20 минут взяли пробу металла и проанализировали ее спектральным методом на содержание магния. Количество магния в алюминиевом сплаве уменьшилось до 0,330%, таким образом, из 1 т расплавленного алюминиевого сплава было извлечено 6,70 кг магния.

Удельный расход флюса на 1 кг магния составит:

50 кг флюса: 6,70 кг магния = 7,46 кг флюса / 1 кг магния.

Пример 2. Граничные значения

Взяли навеску рафинирующего флюса в количестве 50 кг при следующем соотношении компонентов (вес.%):

хлористый натрий - 15

хлористый калий - 15

кремнефтористый натрий - 10

смесь криолита и фтористого алюминия - 60 (криолитовое отношение 1,7).

Расплавили алюминиевый сплав с содержанием магния 1,0% в количестве 1 т, таким образом, в данном количестве алюминиевого сплава содержится 10 кг магния. На поверхность расплавленного металла добавили флюс. Рафинирование вели в течение 20 минут при перемешивании расплава. Через 20 минут взяли пробу металла и проанализировали ее спектральным методом на содержание магния. Количество магния в алюминиевом сплаве уменьшилось до 0,375%, таким образом, из 1 т расплавленного алюминиевого сплава было извлечено 6,25 кг магния.

Удельный расход флюса на 1 кг магния составит:

50 кг флюса: 6,25 кг магния = 8,00 кг флюса / 1 кг магния.

Пример 3. Граничные значения

Взяли навеску рафинирующего флюса в количестве 50 кг при следующем соотношении компонентов (вес.%):

хлористый натрий - 25

хлористый калий - 25

кремнефтористый натрий - 25

смесь криолита и фтористого алюминия - 25 (криолитовое отношение 0,9)

Расплавили алюминиевый сплав с содержанием магния 1,0% в количестве 1 т, таким образом, в данном количестве алюминиевого сплава содержится 10 кг магния. На поверхность расплавленного металла добавили флюс. Рафинирование вели в течение 20 минут при перемешивании расплава. Через 20 минут взяли пробу металла и проанализировали ее спектральным методом на содержание магния. Количество магния в алюминиевом сплаве уменьшилось до 0,355%, таким образом, из 1 т. расплавленного алюминиевого сплава было извлечено 6,45 кг магния.

Удельный расход флюса на 1 кг магния составит:

50 кг флюса: 6,45 кг магния = 7,75 кг флюса / 1 кг магния.

Пример 4. Заграничные значения

Взяли навеску рафинирующего флюса в количестве 50 кг при следующем соотношении компонентов (вес.%):

хлористый натрий - 12

хлористый калий - 12

кремнефтористый натрий - 8

смесь криолита и фтористого алюминия - 68 (криолитовое отношение 1,8)

Расплавили алюминиевый сплав с содержанием магния 1,0% в количестве 1 т, таким образом, в данном количестве алюминиевого сплава содержится 10 кг магния. На поверхность расплавленного металла добавили флюс. Рафинирование вели в течение 20 минут при перемешивании расплава. В отличие от предыдущих примеров флюс данного состава оказался вязким и плохо взаимодействовал с расплавом алюминиевого сплава из-за низкой смачиваемости металла флюсом (неудовлетворительные поверхностно-активные свойства флюса). Через 20 минут взяли пробу металла и проанализировали ее спектральным методом на содержание магния. Количество магния в алюминиевом сплаве уменьшилось до 0,587%, таким образом, из 1 т расплавленного алюминиевого сплава было извлечено 4,13 кг магния.

Удельный расход флюса на 1 кг магния составит:

50 кг флюса: 4,13 кг магния = 12,1 кг флюса / 1 кг магния.

Пример 5. Заграничные значения

Взяли навеску рафинирующего флюса в количестве 50 кг при следующем соотношении компонентов (вес.%):

хлористый натрий - 28

хлористый калий - 28

кремнефтористый натрий - 28

смесь криолита и фтористого алюминия - 16 (криолитовое отношение 0,8)

Расплавили алюминиевый сплав с содержанием магния 1,0% в количестве 1 т, таким образом, в данном количестве алюминиевого сплава содержится 10 кг магния. На поверхность расплавленного металла добавили флюс. Рафинирование вели в течение 20 минут при перемешивании расплава. Через 20 минут взяли пробу металла и проанализировали ее спектральным методом на содержание магния. Количество магния в алюминиевом сплаве уменьшилось до 0,630%, таким образом, из 1 т расплавленного алюминиевого сплава было извлечено 3,70 кг магния.

Удельный расход флюса на 1 кг магния составит:

50 кг флюса: 3,70 кг магния = 13,5 кг флюса / 1 кг магния.

Результаты примеров приведены в таблице.

№ примеров Соотношение компонентов (вес.%) Криолитовое отношение в смеси криолита и AlF3 Удельный расход флюса на 1 кг магния Значения
KCl NaCl Na2SiF6 Смесь криолита и AlF3 K2SiF6 Na3AlF6
1 20 20 20 40 - - 1,3 7,46 среднее
2 15 15 10 60 - - 1,7 8,0 граничное
3 25 25 25 25 - - 0,9 7,75 граничное
4 12 12 8 68 - - 1,8 12,1 заграничное
5 28 28 28 16 - - 0,8 13,5 заграничное
6 20 25 25 - 25 5 - 9,5 прототип

Из таблицы видно, что в случае применения предлагаемого состава флюса (см. примеры 1, 2, 3) удельный расход рафинирующего флюса на 1 кг магния меньше по сравнению с известным в среднем на 1,76 кг. Что касается заграничных значений концентраций компонентов, то их применение не целесообразно, т.к. удельный расход рафинирующего флюса на 1 кг магния в этих случаях (см. примеры 4 и 5) увеличивается и превышает известный, описанный в прототипе.

Источники информации

1. «Металлургия легких металлов». Николаев И.В., Москвитин В.И., Фомин Б.А. «Металлургия», М., 1997, 430 с. (стр.311).

2. «Флюсовая обработка и фильтрование алюминиевых расплавов». Курдюмов А.В., Инкин С. В., Чулков B.C., Графас Н.Н. «Металлургия», М., 1980, 196 с. (стр.131).

1. Состав флюса для рафинирования алюминиевых сплавов от магния, содержащий хлористый натрий, хлористый калий, кремнефтористый натрий и криолит, отличающийся тем, что он дополнительно содержит фтористый алюминий, причем криолит и фтористый алюминий содержатся во флюсе в виде смеси с криолитовым отношением 0,9-1,7, при следующем соотношении компонентов в составе флюса, вес.%:

Хлористый натрий 15-25
Хлористый калий 15-25
Кремнефтористый натрий 10-25
Смесь криолита и фтористого алюминия 60-25

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве составляющей криолита использованы фторидно-углеродные продукты переработки отходов алюминиевого производства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для рафинирования магния. .

Изобретение относится к области металлургии материалов на основе алюминия и может быть использовано при получении разнообразных изделий методами фасонного литья, в частности, корпусных деталей автомобильного двигателя, дисков автомобильных колес, корпусов радиаторов.

Изобретение относится к области вторичной металлургии легких металлов, в частности к составу рафинирующего флюса для удаления магния из алюминиевых сплавов. .

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к очистке магния от примесей, в частности, к печи для рафинирования магния. .
Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к способам рафинирования алюминиевых сплавов от газов, окислов и других неметаллических включений, и может быть использовано в металлургии вторичных цветных металлов при производстве алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к процессам очистки магния от примесей, к получению магния высокой чистоты для магниетермического производства губчатого циркония.

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано для очистки различных отходов алюминия от оксидов примесных металлов с получением алюминия, используемого для антикоррозионного покрытия стальных полос, раскисления стали в мартеновских печах, изготовления различных изделий из алюминия, получения различных сплавов на основе алюминия.
Изобретение относится к области цветной металлургии и предназначено для рафинирования алюминия и его сплавов от наиболее вредных примесей, в частности неметаллических включений, водорода, растворенных примесей щелочных и щелочноземельных металлов.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в литейном производстве при получении металла для изготовления отливок. .

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для рафинирования магния, полученного электролизом расплавленных солей. .
Изобретение относится к области вторичной металлургии легких металлов и может быть использовано для удаления магния из алюминиевых сплавов
Изобретение относится к области цветной металлургии и предназначено для рафинирования алюминия и его сплавов от наиболее вредных примесей, в частности неметаллических включений, водорода, растворенных примесей щелочных и щелочно-земельных металлов
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов
Изобретение относится к способу рафинирования серебряно-золотых сплавов от селена, теллура, меди и свинца
Изобретение относится к способу огневого рафинирования меди при переработке вторичных медьсодержащих материалов
Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве различных марок стали для их раскисления, рафинирования, модифицирования и легирования как при внепечной обработке стали, так и в процессе разливки
Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к способам рафинирования алюминиевых сплавов от газов, окислов и других неметаллических включений, и может быть использовано в металлургии вторичных цветных металлов при производстве алюминиевых сплавов

Изобретение относится к печи для непрерывного рафинирования магния с солевым обогревом
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения флюсов для плавки и литья магния или его сплавов

Изобретение относится к расплавленной соли для очистки магниевых сплавов, особенно стронцийсодержащих магниевых сплавов, точнее относится к расплавленной соли для очистки магниевых сплавов с эффективным удалением примесей и сведением к минимуму потери стронция из расплава стронцийсодержащего расплавленного магниевого сплава
Наверх