Способ рафинирования алюминия и его сплавов

 

1. Способ рафинирования алюминия и его сплавов путем хлорирования примесей, включающий подачу хлоргазовой смеси в расплав алюминия через пористую насадку и отсос отходящих газов, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени хлорирования примесей и уменьшения уноса хлорсодержащих соединений с отходящими газами, подачу хлоргазовой смеси осуществляют при отношении площади зеркала расплава алюминия к площади горизонтального сечения пористой насадки в пределах 2 - 10, при этом глубина погружения насадки в расплав составляет 0,6 - 0,95 высоты расплава алюминия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление хлоргазовой смеси поддерживают в пределах 1,05 - 3,0 гидростатического давления расплава алюминия.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что отходящие газы отсасывают в количестве 1 - 5 нм³ на 1 т алюминия. Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к производству алюминия и его сплавов. В последние годы значительно повысились требования к качеству первичного алюминия по ограничению содержания щелочных металлов, в частности натрия, что связано, прежде всего, с использованием первичного алюминия для производства алюминиево-магниевых сплавов, в которых примесь натрия отрицательно влияет на механические и эксплуатационные качества изделий, применяемых в новых отраслях промышленности. Известен способ рафинирования алюминия, в котором максимальная степень использования хлора при хлорировании расплава алюминия достигается благодаря тому, что хлор вводят на уровне более 25 см, предпочтительно более 38 см, ниже зеркала расплава алюминия, и в зоне ввода хлора расплав перемешивают для распределения хлора в расплаве с помощью турбинки. Хлор подается через центральное отверстие на нижней поверхности турбинки. Содержание хлора при этом в отходящих газах составляет 8,3 мг/м³, хлоридов 7,4 мг/м³ [1] Недостаток известного способа заключается в том, что ввод хлора осуществляется через отверстие на нижней поверхности турбинки и диспергирование его в расплаве осуществляется за счет перемешивания расплава, что не обеспечивает достаточного контакта газа с расплавом, из-за чего элементарный хлор и хлориды попадают в отходящие газы. Известен способ рафинирования алюминия, в котором, с целью снижения выделения хлорсодержащих газов, хлорирование расплавленного алюминия проводится под слоем флюса, толщина которого выбирается такой, чтобы образовавшиеся хлориды поглощались флюсом, при этом скорость подачи хлора регулируется таким образом, чтобы избежать прорыва хлора под флюс; расход хлора 180 кг/час [2] Недостаток указанного способа заключается в том, что хлор недостаточно диспергирован в расплаве и поэтому не поглощается расплавом полностью, что приводит к большому расходу хлора. Известен способ рафинирования алюминия путем хлорирования примесей, включающий подачу хлоргазовой смеси в расплав алюминия через пористую насадку и отсос отходящих газов. Смесь, содержащую 0,5-20% хлора и аргон, вводят в расплав алюминия для удаления водорода и включений металлических окислов через трубку или пористую пробку на конце металлической трубки либо через стенку или дно контейнера с расплавом со скоростью 57 л/мин [3] Основной недостаток этого способа заключается в неравномерном распределении пузырьков хлоргазовой смеси по горизонтальному сечению расплава алюминия, что приводит к избытку хлора в месте его ввода и недостатку его в отдаленном от ввода месте, вследствие чего в отходящие газы попадает непрореагировавший хлор, а часть расплава алюминия недостаточно полно рафинируется. Другим недостатком указанного способа является сопровождение процесса выделением белого дыма, содержащего хлористый водород и хлориды. Цель настоящего изобретения увеличение степени хлорирования примесей в расплаве алюминия и уменьшение уноса хлорсодержащих соединений с отходящими газами. Поставленная цель достигается тем, что в способе рафинирования алюминия и его сплавов путем хлорирования примесей, включающем подачу хлоргазовой смеси в расплав алюминия через пористую насадку и отсос отходящих газов, подачу хлоргазовой смеси осуществляют при отношении площади зеркала расплава алюминия к площади горизонтального сечения пористой насадки в пределах 2-10, при этом глубина погружения насадки в расплав составляет 0,6-0,65 высоты расплава алюминия. Кроме того, давление хлоргазовой смеси поддерживают в пределах 1,05-3,0 гидростатического давления расплава алюминия и отходящие газы отсасывают в количестве 1-5 нм³ на тонну алюминия. При отношении площади зеркала расплава алюминия к площади горизонтального сечения пористой насадки 2-10 обеспечивается тесный контакт пузырьков хлоргазовой смеси с расплавом алюминия во всем объеме, ограниченном площадью зеркала расплава алюминия, благодаря чему весь хлор вступает во взаимодействие с примесями в алюминии, производя рафинирование. Пределы отношения площади зеркала расплава алюминия к площади горизонтального сечения пористой насадки 2-10 устанавливают в зависимости от высоты расплава алюминия; чем больше высота расплава, тем больше это отношение. При отношении более 10 часть объема расплава алюминия остается вне контакта с пузырьками хлоргазовой смеси, из-за чего происходит неполное рафинирование. При отношении менее 2 часть хлоргазовой смеси выходит из расплава, не прореагировав с примесями, в результате чего в отходящих газах присутствует хлористый водород и хлориды. Глубина погружения пористой насадки в пределах 0,60-0,95 от высоты расплава алюминия влияет на распределение пузырьков хлоргазовой смеси в объеме расплава алюминия, прилегающем к пористой насадке, и обеспечивает большую степень хлорирования примесей за счет большего усвоения хлора. Пределы глубины погружения пористой насадки 0,60-0,95 от высоты расплава алюминия устанавливают в зависимости от содержания примесей в расплаве алюминия: при максимальном содержании примесей в расплаве принимают меньшее значение глубины погружения 0,60-0,85 высоты расплава, так как при этом обеспечивается наибольшее перемешивание и контакт пузырьков хлоргазовой смеси со всем объемом расплава за счет большего расхода хлоргазовой смеси, что позволяет проводить полное рафинирование при полном использовании хлора. При меньшем содержании примесей в расплаве устанавливают большее значение глубины погружения пористой насадки 0,85-0,95 высоты расплава алюминия, с тем, чтобы пузырьки хлоргазовой смеси успели прореагировать с примесями в расплаве алюминия. Уменьшение глубины погружения пористой насадки меньше 0,60 высоты расплава алюминия приводит к тому, что нижние слои расплава остаются вне зоны взаимодействия пузырьков хлоргазовой смеси с расплавом. В результате этого не весь алюминий подвергается рафинированию. При погружении пористой насадки на полную высоту расплава исключается контакт пузырьков хлоргазовой смеси со слоями расплава, прилегающими ко дну, в результате полное рафинирование не достигается. Пределы давления хлоргазовой смеси 1,05-3,0 от гидростатического давления устанавливают также в зависимости от высоты расплава алюминия. С увеличением высоты расплава давление хлоргазовой смеси увеличивают до 3,0 гидростатических давлений расплава. При давлении хлоргазовой смеси меньше, чем 1,05 гидростатического давления расплава алюминия, контакт пузырьков хлоргазовой смеси с расплавом недостаточный для полного рафинирования алюминия от примесей. При давлении хлоргазовой смеси больше 3,0 гидростатических давлений расплава не весь хлор успевает прореагировать с примесями в алюминии, в результате чего в отходящих газах появляется хлор, хлористый водород и хлориды. Пределы количества отходящих газов 1-5 нм³/т Al при отсосе устанавливают в зависимости от высоты расплава алюминия: чем больше высота расплава алюминия, тем большее количество отходящих газов (в указанных пределах) можно отсосать без увеличения в них хлорсодержащих соединений. Отсос газов в количестве меньше 1 нм³/т Al приводит к выделению отходящих газов в зону обслуживания процесса рафинирования, что недопустимо с точки зрения техники безопасности, отсос газов в количестве больше 5 нм³/т Al приводит к увеличению хлорсодержащих соединений в отходящих газах. Процесс осуществляется следующим образом. В емкость поступает расплав алюминия, высота слоя которого составляет h_p, площадь зеркала расплава S_p. В расплав алюминия погружают пористую насадку с площадью горизонтального сечения S_н на глубину h_н. В пористую насадку подается хлоргазовая смесь под давлением P_см. Емкость закрыта сверху крышкой, имеющей патрубок, через который ведут отсос выделяющихся в процессе газов в количестве g_отх. Предложенный способ опробован на ЛОЗе ВАМИ. Опытно-промышленные плавки с рафинированием проводили на Волгоградском алюминиевом заводе. Примеры осуществления способа. Пример 1 иллюстрирует влияние отношения площади зеркала расплава алюминия к площади горизонтального сечения пористой насадки S_p S_н при глубине погружения h_н 0,8 высоты расплава, давлении хлоргазовой смеси Р_смеси, равном 1,5 гидростатического давления расплава, и удельном количестве отходящих газов g_отх 2 нм³/т Al. Степень хлорирования примесей при S_p S_н 2 наибольшая (95% ), однако при этом в отходящих газах содержатся хлористые соединения: 3-5 мг/нм³ хлористого водорода, следы хлора и 0,2-0,5 г хлоридов на 1 т Al. При S_р S_н 5 степень хлорирования примесей составляет 90% отходящие газы не содержат соединений хлора. При S_р S_н 10 степень хлорирования примесей составляет 60% при этом отходящие газы содержат хлориды в количестве 2-5 г/т Al. Пример 2 показывает влияние отношения глубины погружения пористой насадки h_н к высоте расплава алюминия h_р на степень рафинирования примесей при S_р S_н 5, Р_см 1,5 Р_p и g_отх 2 нм³/т Al. При h_н 0,80 h_р степень хлорирования составляет 90% при h_н 0,6 h_р степень хлорирования составляет 50% Отходящие газы содержат хлористый водород 3-5 мг/нм³ и хлориды в количестве 0,5-1,0 г/т Al. При глубине погружения насадки на h_н, равную 0,95 h_р, степень хлорирования составляет 70% при содержании хлоридов в отходящих газах в количестве 0,2-1,0 г/т Al. Пример 3 показывает влияние давления хлоргазовой смеси Р_см на степень хлорирования примесей при S_р S_н 5; h_н 0,8 h_р и g_отх 2 нм³/т Al. При Р_см, равном 1,5 гидростатического давления расплава алюминия, степень хлорирования примесей составляет 90% при этом отходящие газы не содержат хлоридов, хлористого водорода и хлора. При давлении Р_см 1,05 Р_гидр. степень хлорирования составляет 75% при Р_см 3 Р_гидр. степень хлорирования составляет 95% и отходящие газы содержат хлористый водород в количестве 30 мг/нм³ и хлориды в количестве 0,2-2,0 г/т Al. Пример 4 показывает влияние удельного количества отсасываемых газов на содержание в них соединений хлора при S_р S_н 5; h_н h_р 0,8; Р_ст 1,5 Р_гидр.. При количестве отходящих газов g_отх 2 нм³/т Al при степени хлорирования 90% отходящие газы соединений хлора не содержат, при количестве отходящих газов g_отх 5 нм³/т Al в них содержится до 20 мг/нм³ хлористого водорода и до 0,5-3,0 г/т Al хлоридов. Таким образом, рафинирование алюминия путем хлорирования примесей при отношении площади зеркала расплава алюминия к площади горизонтального сечения пористой насадки в пределах 2-10 и глубине погружения пористой насадки на 0,60-0,95 высоты расплава алюминия, а также при давлении хлоргазовой смеси, составляющем 1,05-3,0 гидростатического давления расплава алюминия и отсосе отходящих газов в количестве 1-5 нм³/т Al обеспечивает степень хлорирования примесей до 90-95% и предотвращает унос хлорсодержащих соединений с отходящими газами. Внедрение предложенного способа позволит получать алюминий с содержанием натрия до 0,0001% при отсутствии хлорсодержащих соединений в отходящих газах.

Формула изобретения

1. Способ рафинирования алюминия и его сплавов путем хлорирования примесей, включающий подачу хлоргазовой смеси в расплав алюминия через пористую насадку и отсос отходящих газов, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени хлорирования примесей и уменьшения уноса хлорсодержащих соединений с отходящими газами, подачу хлоргазовой смеси осуществляют при отношении площади зеркала расплава алюминия к площади горизонтального сечения пористой насадки в пределах 2 10, при этом глубина погружения насадки в расплав составляет 0,6 0,95 высоты расплава алюминия. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление хлоргазовой смеси поддерживают в пределах 1,05 3,0 гидростатического давления расплава алюминия. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что отходящие газы отсасывают в количестве 1 5 нм³ на 1 т алюминия.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---