RU1826998C - Способ получени алюминиево-кремниевого сплава в электролизере дл производства алюмини - Google Patents

Abstract

Использование: получение алюминие- во-кремниевого сплава с содержанием кремни  до 9 мас% при выходе сплава по току 87-88% и производительности электролизера по кремнию 74-79 кг/сут. Сущность: в качестве кремнийсодержащего компонента шихты используют кремниеф- тористый натрий, который предварительно спекают с глиноземом при 550-650°С при массовом соотношении компонентов 1 :(0,5- 1,5), а содержание кремни  в сплаве поддерживают не более 9 мас.%. 1 з.п. ф-лы,2табл.

Description

Изобретение относитс  к цветной металлургии и может быть использовано при получении алюминиево-кремниевых сплавов в электролизере дл  производства алюмини .

Цель изобретени  - повышение производительности процесса и стабилизации процесса электролизера.

Техническа  сущность предложенного решени  заключаетс  в следующем.

Кремнефтористый натрий взаимодействует с с образованием натриево-алю- миниевых фторидов и SI02

3Na2SiF6 + 6NaF4AIF3 + 3SI02 (1)

Известно, что лучшие показатели по извлечению фтора в криолит при стехиометри- ческих смес х реагентов достигаютс  при проведении процесса с высокими скорост ми нагрева 100-400 град/мин (а.с. СССР № 1310338 от 20.12.1985 г).

Указанный эффект обусловлен тем, что взаимодействие (1) протекает через термическую диссоциацию Na2SiFe по схеме

3Na2SiFe - 6NaF + 3SIF4 (2) 3SiF4 + 4AIF3 + 3SS02 (3) 6NaF + 6NaF 4AIF3 (4)

При высоких температурах и скорост х нагрева смеси скорость фторировани  А120з по реакции (3) становитс  соизмерима со скоростью разложени  Na2SiFe, реакци  (2). Это обеспечивает высокое извлечение фтора в криолит. Однако в этих услови х образуетс  крупнокристаллический Si02 в форме кристаболита или соединение вида Al2Si04(FOH)2 (топаз).

Крупнокристаллический SI02 медленно раствор етс  в электролите, плохо восстанавливаетс , что приводит к образованию

Ј

00

ю

ON Ю 4D 00

со

алюмосиликатов в электролите, ликвации расплава и расстройству технологии электролиза .

Указанные  влени  устран ютс , если предварительное спекание кремнефгори- стого натри  с проводить при 550- 650°С с избытком оксид алюмини  и в течение длительного времени.

При 550-650°С скорость образовани  четырехфтористого кремни  по реакции (2) выше скорости его взаимодействи  с по реакции (3), поэтому SIF4, образующийс  в результате разложени  NaaSiFe, полностью не взаимодействует с близлежащими кристаллами АЬОз, з распредел етс  и взаимодействует во всем объеме А120з с обра- зозаьием мелкодисперсного аморфного диоксида кремни  за счет большого числа центров реакций.

Таким образом, ограничение температуры предварительного спекани  Nd2SiFe с AlsOs в пределах 550-650°С необходимо дл  того, чтобы обеспечить превышение скорости оазложени  Na2SiFe над скоростью фторировани  .

При температурах менее 550°С активное разложение Na2SiFe еще не начинаетс  и при попадании шихты в электролит его разложение происходит в объеме солевой ванны, что приводит к потер м кремни  / фтора в газовую фазу, снижению извлечени  кремни  и расстройству технологического процесса электролиза.

При температурах более 650°С скорости реакции (3) и (2) станов тс  соизмеримы, в результате чего укрупн етс  диоксид кремни , к тому же при таких температурах происходит образование кристзболитз з данном процессе, что в дальнейшем ухудшает показатели электролиза {снижаетс  производительность и наступает расстройство технологии в результате ликваимч солевой ванны электролизера).

Использование соотношение А1.0з : Na2SiFe, равного (0,5-1,5):1 против 0,36:1 по стехиометрии (известные способы) позвол ет

исключить потери кремни  и фтора в услови х превышени  скорости разложени  Na2SiF6 над скоростью фторировани  А120з

обеспечить создание большого количества центров реакций фторировани , в которых образуетс  мелкодисперсна  02;

обеспечить полное спекание фторидов натри  и алюмини  з ,РИОЛИГ Пои соси ношении : Na2Sir6 менее 0,5 увеличиваютс  потери кремни  и фтора в виде SIP A

5

0

5

0

5

0

5

5

при спекании шихты, что снижает извлече ние и производительность процесса.

При соотношении : Na2SiFo более 1,5 : 1 образующиес  по реакци м (2) и (3 фториды натри  и алюмини  слишком разобщены в массе шихты, вследствие чего не происходит образовани  криолита по реакции (4). Это приводит к повышенным потер м фкора, поскольку индивидуальный фторид алюмини  обладает большей склонностью к п и ро гид релизу и испарению, чем в составе натриово-элюминиевых фторидов. При ведении процесса по предложенной технологии дополнительно образуетс  криолит в количестве QOO-950 кг на 1000 кг КФН.

Дл  получени  криолита, пригодного дл  производства не только алюминиево- кремниевых сплавов, но л техническою алюмини  Б других электролизерах необходимо , чтобы содержание кремни  в коиоли- те не превышало 0 5 мас.%.

Исходный кремнесодержащий продукт, полученный при взаимодействии кремне- фторисгого натри  с оксидом алюмини , обладает высокой активностью и растворимостью в электролите и восстанавливаетс  в течение одного цикпа ехнопоги- ческой обработки электролизера без накоплени  в электролите. Поэтому содержание кремни  ч электролиз в основном обусловлено наличием кремни  в металле.

Дл  получени  зпектролита с малым содержанием кремни  поддерживают содержание кремни  в сплаве че более 9 мас.%.

Экспериментально установлена зависимость между содержанием кремни  в сплзве и содержанием кремни  в электролите .

Данные приведены в тзбл, 1.

Кеч гроль содержани  KDSMI- и  з сплсве производите периодически. Регулирование содержани  кремни  осуществл етс  либо загрузкой з электролизер более бедной по кремнию шихты, либо добавлением в катодный металл технического алюмини  с необходим;.,:/, количествах.

Соответствие пседло энного технического решени  крпгерию изобретени  новизна заключаетс  в ом, что в отличие о поото ипа в электролизер ввс/ - т не просто хремнийсодержащий компонент в виде кремнезема в смеси с глиноземом, а крем- нийсодепжаа й компонент в виде кремне- фюристого ньтри  предварительно спеченный 550 -050°С с глиноземом при массовом г.оотношзни/ :(0,5-1,5), а сидержание кремни  в сплаве поддерживаетс  не более 9 мас.%.

Проведенный сравнительный анализ предложенного технического решени  с другими известными решени ми в данной области и в смежных област х показал:

известно приготовление алюминиевых лигатур в электролизерах с использованием оксидов легирующих элементов (Напалков В. И. и др. Лигатуры дл  производства алюминиевых и магниевых сплавов. М., Металлурги , 1983, глава IV);

известен способ получени  алюминие- во-кремниевых сплавов в электролизере (патент США Ms 3980537, кл. С 22 С 21 /02, С 25 С 3/36), включающий подачу в ванну с расплавом электролита окиси алюмини  и кремнезема одновременно либо порознь;

известен способ получени  лигатуры алюминий - кремний, согласно которому дл  получени  лигатуры кремний вводитс  в электролизер в виде двуокиси кремни  при весовом соотношении с окисью алюмини  1:(1-50). Процесс ведут при напр жении до 5 В и непрерывном добавлении окислов (патент ЧССР Мг 156971, кл. С 22 С 21/02, опубл. 1975 г).

Известен способ получени  алюминие- во-кремниевого сплава электролизом расплава натриево-алюминиевых фторидов, содержащего 1,5-4,0 мас.% двуокиси кремни  и 3,5-8,0 мас.% окиси алюмини  (а.с. СССР № 491724, кл. С 22 С 3/20, 1975 г.).

Известен способ получени  алюминие- во-кремниевого сплава электролизом расплава кремни , 4-15 мас.% оксида алюмини  и дополнительно 15-40 мас.% фторида кали  дл  повышени  раствор ющей способности электролита по отношению к указанным окислам (а.с. СССР №554318, кл. С 25 С 3/36, 1977 г);

известен способ получени  лигатуры алюминий-кремний-марганец в алюминиевом электролизере, в котором процесс ведут при суммарном содержании в катодном металле марганца и кремни  5,5-11,0 мас.% (а.с. СССР № 1068546, кл. С 25 С 3/36, 1984 г.). Содержание кремни  в металле составл ет 0,8-1,8 мас.%. Легирующее сырье загружалинаповерхность криолитглиноземной корки электролизера и после прогрева (1-3 ч) производили обработку криолитглиноземной корки, в результате чеги легирующее сырье погружалось в электролит и далее в металл;

известно спекание смеси кремнефтори- стого натри  с тугоплавкими оксидами (ТЮ2, Zr02) при 700-810°С и последующее алюмо10

5

0

5

0

5

0

5

0

5

термическое восстановление продуктов спекани  при 850-900°С (а.с. СССР № 1540199, кл. С 01 F 7/54, непубл.);

известен способ получени  алюминие- во-кремниевого сплава и криолита, включающий термообработку алюминием смеси кремнефтористого натри  с окисью алюмини  (а.с. СССР № 760634, кл. С 01 F 7/54, непубл.).

Не вы влено технических решений по получению алюминиево-кремниевых сплавов в электролизере, включающих предварительное спекание кремнийсодержащего компонента с глиноземом при указанных параметрах и поддержание содержани  кремни  в сплаве не более 9 мас.%. Процесс предварительного спекани  приводит к тому , что в электролизер ввод т не просто кремнезем, а высокоактивный, аморфный диоксид кремни , который получают путем спекани  при 550-650°С смеси кремнийсодержащего материала в виде кремнефтористого натри  с глиноземом при соотношении 1:(0,5-1,5). Предложенное техническое решение не только позвол ет повысить производительность процесса по кремнию до 77-79 кг/сут и содержание кремни  в сплаве до 9 мас.%, но и обеспечивает стабильно выход сплава по току 87- 88%. Кроме того, при получении алюминиево-кремниевого сплава по предложенной технологии дополнительно образуетс  натриевый криолит, пригодный дл  использовани  в процессе электролитического производства не только алюминиево- кремниевых сплавов, но и технического алюмини .

Способ позвол ет организовать процесс в нескольких вариантах на промышленных электролизерах 130-150 кА без расстройства технологии электролиза:

единовременна  загрузка шихты 1 раз в сутки в количестве 1-1,2 т. При установившемс  режиме содержание диоксида кремни  в электролите после загрузки продуктов взаимодействи  в зависимости от соотношени  Na2SiFe и А120з составл ет 3-7%, через сутки перед следующей загрузкой шихты 0,2-0,25%;

дробна  загрузка шихты от 2 до 12 раз в сутки порци ми по 600-100 кг. В этом случае содержание Si02 перед выливкой криолита составл ет 0,15-0,2%.

Во всех случа х выливка криолита производитс  вакуум-ковшом раз в сутки, металла - раз в двое суток.

На промышленном электролизере без уменьшени  выхода по току способ обеспечивает суточную производительность 120- 130 против 16-20 кг/сут. в прототипе.

Пример 1. Готов т смесь с массовым соотношением AlaOa и Na2SiFe, равным 1:1, тщательно ее перемешивают и подвергают термообработке при 600°С в течение 2 ч. Согласно рентгенофазовому и химическому анализам полученный продукт содержит в натриево-алюминиевых фторидах криолит, хиолит(мольное отношение NaFn AlFa, равное 1,8-1,9) и рентгеноаморфный SI02.

В электролитическую  чейку, содержащую 1,5 кг смеси натриево-алюминиевых фторидов (мольное отношение NaF и AlFs равно 2,7) 95% и глинозем 5%, при 950°С загружают продукт взаимодействи  КФН и глинозема в количестве 50 г и провод т электролиз при напр жении на  чейке 4,0- 4,2 В.

На дне  чейки образуетс  51 г сплава, который по данным химического анализа содержит 7 кремни  и 93% алюмини , что в пересчете на суточную производительность 150 кА электролизера составл ет 70 кг/сут при выходе по току 91 %.

Натриево-алюминиевые фториды по химическому составу отвечали техническому криолиту: фтор 52%, AI 18%, Na 26%, кремний 0,2%.

Пример 2 (дробна  загрузка шихты). После технологической обработки электролизера на поверхность электролита между анодом и бортом электролизера равномерно загружаетс  200 кг глинозема. На обра- зованну ю поверхность глинозема равномерно засыпаетс  тщательно перемешанна  при соотношении 1:1 смесь кремнефтористого натри  в количестве 150 кг. После этого смесь закрываетс  глиноземом дл  создани  укрыти  электролизера и обеспечени  температуры шихты 550- 650°С. По истечении 2 ч на электролизере провод т т%оюлогическую обработку, операци  повтор етс  12 раз в сутки. При этом содержание кремни  в металле поддерживают на уровне не более 9% путем разбавлени  жидким техническим алюминием.

Выливка криолита производитс  ваку- ум-ко вшом раз в сутки, металла - раз в двое суток.

Результаты мес чной эксплуатации технологии следующие.

Выход по току составил 87% при суточной производительности по кремнию 127 кг/сут. Извлечение кремни  в сплав составило 94%. Содержание кремни  в электролите 0,26%,

Пример 3 (единовременна  загрузкг шихты). Готовитс  5 вариантов смесей с мае совым соотношением Na2SiFe : А120з, рав ным 1:0,36; 1:0,5; 1:1; 1,0:1,5 и 1:2.

Смесь заданного состава (например

1:1) загружают в электролизер в количестве обеспечивающем загрузку 500 кг кремне фтористого натри  с соблюдением условий ведени  процесса и технологических приемов , изложенных в примере 2.

Загрузка шихты и выливка электролите производитс  раз в сутки, выливка металла - раз в двое суток.

На каждом из вариантов шихты электролизер работает в течение мес ца, при этом измен ют температуру спекани  шихты путем изменени  массы подложки из глинозема , на которую загружаетс  шихта.

Продолжительность спекани  во всех случа х 2-3 ч.

Среднемес чные технологические показатели процесса представлены в табл. 2. Предложенный способ позвол ет получить сплав с содержанием кремни  до 9 мас.%, существенно увеличить производительность процесса без снижени  выхода по току и без расстройства технологии электролиза .

Способ позвол ет дополнительно получить криолит и использовать его в жидком или окомкованном виде на других электролизерах . Это сокращает потери фтора с пылью и в результате пирогидролиза криолита на 20-30% по сравнению с мелкодисперсным , используемым в насто щее врем .

40

Claims (2)

1.Способ получени  алюминиево-крем- ниевого сплава в электролизере дл  производства алюмини , включающий загрузку фтористых солей, глинозема, кремнийсо- держащего компонента и электролиз, о т - личающийс  тем, что, с целью повышени  производительности процесса, в качестве креуу-шйсодержащего компонента попользуют кремнефтористый натрий, который предварительно спекают с глиноземом при 550-650°С при массовом соотношении 1:(0,5-1,5).

2.Способ поп. 1, отличающийс  с тем, что, с целью стабилизации процесса,

электролиз ведут при поддержании содержани  кремни  в сплаве не более 9 мас.%.

Таблица 1

Таблица 2