RU2203970C2 - Method of production of aluminum-silicon alloy and other metals from charge containing aluminum oxide - Google Patents
Method of production of aluminum-silicon alloy and other metals from charge containing aluminum oxide Download PDFInfo
- Publication number
- RU2203970C2 RU2203970C2 RU2001112142/02A RU2001112142A RU2203970C2 RU 2203970 C2 RU2203970 C2 RU 2203970C2 RU 2001112142/02 A RU2001112142/02 A RU 2001112142/02A RU 2001112142 A RU2001112142 A RU 2001112142A RU 2203970 C2 RU2203970 C2 RU 2203970C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- silicon
- oxides
- melting
- melt
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 16
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 15
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 10
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 37
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 37
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 12
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 claims description 16
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 10
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 4
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims description 3
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 8
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 abstract 1
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 19
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- INJRKJPEYSAMPD-UHFFFAOYSA-N aluminum;silicic acid;hydrate Chemical compound O.[Al].[Al].O[Si](O)(O)O INJRKJPEYSAMPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010443 kyanite Substances 0.000 description 8
- 229910052850 kyanite Inorganic materials 0.000 description 8
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- -1 tailings Substances 0.000 description 4
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000551 Silumin Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium Chemical compound [Mg].[Al] SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229940112112 capex Drugs 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- FEBLZLNTKCEFIT-VSXGLTOVSA-N fluocinolone acetonide Chemical compound C1([C@@H](F)C2)=CC(=O)C=C[C@]1(C)[C@]1(F)[C@@H]2[C@@H]2C[C@H]3OC(C)(C)O[C@@]3(C(=O)CO)[C@@]2(C)C[C@@H]1O FEBLZLNTKCEFIT-VSXGLTOVSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000011044 quartzite Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GFNGCDBZVSLSFT-UHFFFAOYSA-N titanium vanadium Chemical compound [Ti].[V] GFNGCDBZVSLSFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000010878 waste rock Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству алюминиево-кремниевого (Al-Si) плава и других металлов, которые содержатся в рудах, включающих оксид алюминия. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the production of aluminum-silicon (Al-Si) melt and other metals that are contained in ores, including aluminum oxide.
Известен наиболее распространенный в настоящее время способ производства Al-Si сплава, например силумина, при котором алюминий и кремний производят по отдельности, а затем сплавляют в необходимой пропорции. Алюминий в основном производят методом электролиза криолитоглиноземного расплава ([1], с. 15), а глинозем - из бокситовых руд методом Байера ([1], с.14), Кремний производят в мощных рудотермических электропечах из кварцитов ([2], с.110-114). The most common currently known method for producing an Al-Si alloy, for example silumin, is known, in which aluminum and silicon are produced separately and then fused in the required proportion. Aluminum is mainly produced by the electrolysis of cryolite-alumina melt ([1], p. 15), and alumina from bauxite ores by the Bayer method ([1], p.14). Silicon is produced in powerful ore-thermal electric furnaces from quartzite ([2], p. .110-114).
При производстве глинозема перерабатывается бокситовая руда, в которой кремниевый модуль (Al2O3/SiO2) должен быть не ниже 8, иначе будут большие потери щелочи и снижение извлечения алюминия. На одной из шахт в России, где добывается большая часть бокситов, например на шахте г. Североуральска (Свердловская обл. ), выдается пригодная для переработки в глиноземном цехе бокситовая руда, но часть бокситов Североуральского месторождения имеют недопустимо большое содержание кремнезема, и тогда эту руду не извлекают, хотя на ее извлечение необходимо меньше средств. Если же такая руда поднимается на поверхность, то она зачисляется в разряд забалансового боксита и отправляется в отвалы, которые задалживают ценные земельные площади.In the production of alumina, bauxite ore is processed in which the silicon module (Al 2 O 3 / SiO 2 ) must be at least 8, otherwise there will be large alkali losses and a decrease in aluminum recovery. In one of the mines in Russia, where the majority of bauxite is mined, for example, in the mine of Severouralsk (Sverdlovsk Region), bauxite ore suitable for processing in an alumina workshop is produced, but some of the bauxite of the Severouralsk deposit have an unacceptably high silica content, and then this ore they do not extract, although less money is needed to extract it. If such ore rises to the surface, then it is credited to the category of off-balance bauxite and sent to dumps that deposit valuable land.
В рудотермических электропечах можно производить Al-Si сплавы из руд, содержащих оксиды алюминия и кремния, в частности из кианитовых руд ([2], с. 114 и 115), но в этих печах имеют место зоны, в которых невозможно создать условия для полной переработки вводимой шихты, отсюда снижается выход годного продукта. Имеет место также большой расход электроэнергии на тонну выплавляемого сплава. In ore-thermal electric furnaces, Al-Si alloys can be produced from ores containing aluminum and silicon oxides, in particular from kyanite ores ([2], pp. 114 and 115), but in these furnaces there are zones in which it is impossible to create conditions for complete processing of the introduced charge, hence the yield of the product is reduced. There is also a large energy consumption per ton of smelted alloy.
Недостатками электротермического способа производства Al-Si сплава в рудотермических электропечах и электролитического способа производства алюминия в электролизерах является то, что получаемый по этим способам газ, составляющий полезную энергетическую составляющую (физическое и химическое тепло), не утилизируется. При электролитическом способе производства алюминия задалживаются тысячи электролизеров, т.к. производительность одного электролизера сравнительно небольшая. The disadvantages of the electrothermal method for the production of Al-Si alloy in ore-thermal electric furnaces and the electrolytic method for the production of aluminum in electrolysis cells are that the gas produced by these methods, which constitutes the useful energy component (physical and chemical heat), is not utilized. With the electrolytic method for the production of aluminum, thousands of electrolyzers are shut down, because the productivity of one cell is relatively small.
Во Всероссийском алюминиево-магниевом институте (ВАМИ) совместно с Днепровским алюминиевым заводом (ДАЗ) выполнен ряд работ по получению Al-Si сплава в агрегатах, снабженных плазменной техникой ([3], с.104 и 105). Применение высокотемпературных дуг плазмотронов позволило повысить извлечение алюминия и кремния в сплав и немного снизить расход энергии по сравнению с извлечением и расходом энергии в рудотермических электропечах. Однако расход электроэнергии остается еще высоким, а выход годного продукта еще низок. At the All-Russian Aluminum-Magnesium Institute (VAMI), together with the Dnieper Aluminum Plant (DAZ), a number of works were carried out to obtain Al-Si alloy in units equipped with plasma technology ([3], pp. 104 and 105). The use of high-temperature plasmatron arcs made it possible to increase the extraction of aluminum and silicon in the alloy and slightly reduce the energy consumption compared with the extraction and energy consumption in ore-thermal electric furnaces. However, power consumption is still high, and product yield is still low.
Принимаемый за прототип способ производства алюминиево-кремниевого сплава [4] включает подготовку шихты к плавке, расплавление шихты в плавильной камере агрегата и нагрев расплава энергией окисления Al-Si сплава до температуры восстановления алюминия из его оксида, восстановление металлов из оксидов в расплаве и удаление восстановленных металлов из агрегата. The prototype method for the production of aluminum-silicon alloy [4] includes preparing the charge for melting, melting the charge in the melting chamber of the unit and heating the melt with the oxidation energy of the Al-Si alloy to the temperature of aluminum reduction from its oxide, reducing metals from oxides in the melt, and removing the reduced metals from the unit.
Способ, принимаемый за прототип, имеет преимущества по сравнению с указанными выше электротермическим и электролитическим способами, поскольку снижает капзатраты и энергозатраты, позволяет значительно уменьшить массу задалживаемого технологического оборудования и создать условия для утилизации тепла в отходящих газах. Недостатком принимаемого за прототип способа является то, что для получения Al-Si сплава на плавку необходимо подавать чистые оксиды алюминия и кремния в соответствующей пропорции. Это может быть концентрат, получаемый из кианитовой руды. При получении концентрата имеют место большие затраты средств на очень тонкое измельчение руды и небольшой выход кианита в концентрат. Около 80% от массы удаляется в отвал в виде чистого песка. Шихта для способа, принимаемого за прототип, может быть из чистого глинозема и чистого кварцевого песка, подготовленная в пропорции 30% SiO2 и 70% Al2O3, но глинозем дорогой и требует, как известно, для своего производства боксит с низким содержанием SiO2. Если же в шихте, направляемой на переплав, кроме оксидов алюминия и кремния будут другие оксиды, то получить сравнительно чистый Al-Si сплав трудно.The method adopted for the prototype has advantages compared to the above electrothermal and electrolytic methods, since it reduces capex and energy costs, it can significantly reduce the weight of the process equipment that is repaired and create conditions for heat recovery in the exhaust gases. The disadvantage of the method adopted for the prototype is that to obtain the Al-Si alloy for melting, it is necessary to supply pure aluminum and silicon oxides in an appropriate proportion. This may be a concentrate obtained from kyanite ore. Upon receipt of the concentrate, there are high costs for very fine grinding of ore and a small yield of kyanite in the concentrate. About 80% of the mass is removed to the dump in the form of clean sand. The charge for the method adopted as a prototype may be pure alumina and pure silica sand, prepared in a proportion of 30% SiO 2 and 70% Al 2 O 3 , but alumina is expensive and requires, as you know, bauxite with a low SiO content for its production 2 . If, in addition to aluminum and silicon oxides, there are other oxides in the charge to be remelted, it is difficult to obtain a relatively pure Al-Si alloy.
Целью изобретения является сохранение всех преимуществ, которые имеют место при реализации прототипа, а также устранение отмеченных выше недостатков прототипа. Еще одной целью изобретения является получение, кроме Al-Si сплава, дополнительного полезного товарного продукта и полное или почти полное исключение образования отходов при переработке руды, например бокситов, причем балансовых и забалансовых. В настоящее время глиноземные цехи Уральского и Богословского алюминиевых заводов (УАЗ и БАЗ) выдают громадное количество отходов в виде красного шлама (КШ). КШ задалживает большие площади на шламовые поля, при высыхании сильно пылит и создает неблагоприятную экологическую обстановку. С КШ теряется значительное количество железа, т.к. в КШ в среднем 20% железа и есть другие полезные элементы, которые безвозвратно теряются. The aim of the invention is to preserve all the advantages that occur during the implementation of the prototype, as well as the elimination of the above disadvantages of the prototype. Another objective of the invention is to obtain, in addition to Al-Si alloy, an additional useful commercial product and the complete or almost complete elimination of waste during the processing of ores, such as bauxites, moreover, balance and off-balance. Currently, the alumina workshops of the Ural and Bogoslovsky aluminum smelters (UAZ and BAZ) emit a huge amount of waste in the form of red mud (KS). KS hides large areas on sludge fields, when it dries, it is very dusty and creates an unfavorable environmental situation. A significant amount of iron is lost with CABG, as in KS, an average of 20% iron and there are other useful elements that are irretrievably lost.
Цель достигается тем, что нагрев шихты и восстановление металлов осуществляют в двух агрегатах, причем до подачи шихты на плавку в плавильной камере первого агрегата наводят расплавленную металлическую подложку, приводимую во вращение электромагнитным полем МГД-устройства, расплавление и нагрев шихты осуществляют на вращающейся металлической подложке, восстанавливают металл из их оксидов, содержащихся в расплавленной шихте, при разрежении в плавильной камере с получением металлической и газовой фаз путем ведения в качестве восстановителя алюминиево-кремниевого сплава, образованный расплав, состоящий преимущественно из оксидов кремния и алюминия с содержанием не менее 30% оксида кремния по отношению к оксиду алюминия, удаляют во второй агрегат, в котором восстановление алюминия и кремния из их оксидов осуществляют углеродистым восстановителем. The goal is achieved in that the charge is heated and the metals are reduced in two units, and before the charge is fed to the melting chamber in the smelting chamber of the first unit, a molten metal substrate is brought in and rotated by the electromagnetic field of the MHD device, the mixture is melted and heated on a rotating metal substrate, metal is reduced from their oxides contained in the molten charge by rarefaction in a melting chamber to obtain metal and gas phases by maintaining as reduced Ithel aluminum-silicon alloy formed by melt consisting essentially of silicon and aluminum oxides with a content of at least 30% of silicon oxide relative to aluminum oxide is removed in the second unit, wherein the recovery of aluminum and silicon oxides is carried out carbonaceous reductant.
В качестве содержащей оксид алюминия шихты рекомендуется применять боксит, как балансовый, так и забалансовый. As a mixture containing alumina, it is recommended to use bauxite, both balanced and off-balance.
Заданную температуру первой стадии нагрева расплавленной шихты рекомендуется принимать в диапазоне 1700-1900oС, а разрежение в плавильной камере агрегата создавать в пределах до 1 мм рт.ст.The set temperature of the first stage of heating the molten mixture is recommended to be taken in the range of 1700-1900 o C, and create a vacuum in the melting chamber of the unit in the range up to 1 mm Hg
В газовую фазу из оксидов рекомендуется восстанавливать кальций и магний. It is recommended to reduce calcium and magnesium to the gas phase from oxides.
Удаление расплава оксидов алюминия и кремния из плавильной камеры первого агрегата осуществляют при вращении металлической подложки с числом оборотов, обеспечивающим удаление жидкого металла с центральной части днища плавильной камеры, путем раскрытия центральной сливной летки. После слива летка вновь перекрывается. The removal of the molten aluminum and silicon oxides from the melting chamber of the first unit is carried out during rotation of the metal substrate with a speed that ensures the removal of liquid metal from the central part of the bottom of the melting chamber by opening the central drain gap. After discharge, the taphole is again blocked.
Рекомендация наводить металлическую жидкую подложку в плавильной камере агрегата, а затем ее раскручивать позволяет образовывать в подложке лунку параболоидной формы, чтобы далее именно в этой лунке осуществлять расплавление и нагрев шихты, подчас весьма агрессивной в отношении влияния на футеровку (особенно при высоких температурах). The recommendation to direct a metal liquid substrate in the melting chamber of the unit, and then unwind it, allows you to form a paraboloid-shaped hole in the substrate, so that further in this hole it is possible to melt and heat the mixture, which is sometimes very aggressive with respect to the influence on the lining (especially at high temperatures).
При наличии вращающейся металлической подложки восстанавливаемые из расплавленной шихты металлы по боковым металлопроводам могут периодически или постоянно отводиться из плавильной камеры агрегата, причем очищенными от неметаллических включений, т.к. при вращении металлического расплава оксидные включения, как более легкие, концентрируются в центре плавильной камеры (сказывается полезный центробежный эффект). In the presence of a rotating metal substrate, metals recovered from the molten charge through the side metal wires can be periodically or constantly removed from the melting chamber of the unit, and purified from non-metallic inclusions, because during rotation of the metal melt, oxide inclusions, as lighter ones, are concentrated in the center of the melting chamber (a beneficial centrifugal effect is affected).
После первого этапа нагрева становится возможным освободить расплавленную шихту от тех оксидов, которые восстанавливаются алюминием при сравнительно низкой температуре, такой, например, которую выдерживает футеровка электросталеплавильной печи. Если же какие-либо оксиды при температуре, достигаемой на первом этапе нагрева, алюминием не восстанавливаются, то рекомендуемое создание в плавильной камере агрегата разрежения позволяет их восстанавливать и алюминием. Алюминием из оксидов восстанавливаются кальций и магний, поскольку, как известно, при создании разрежения и при определенной температуре стандартная свободная энергия образования оксидов у кальция и магния становится меньше, чем у алюминия, причем эта температура вполне допустима для условий сохранения в плавильном агрегате обычно применяемой футеровки. After the first stage of heating, it becomes possible to free the molten charge from those oxides that are reduced by aluminum at a relatively low temperature, such as, for example, withstand the lining of an electric steel furnace. If any oxides cannot be reduced with aluminum at the temperature reached in the first stage of heating, the recommended creation of a vacuum unit in the melting chamber allows them to be reduced with aluminum. Calcium and magnesium are reduced from aluminum oxide, since, as is known, when vacuum is created and at a certain temperature, the standard free energy of oxide formation in calcium and magnesium becomes lower than that of aluminum, and this temperature is quite acceptable for the conditions of preservation of the commonly used lining in the melting unit .
Если все же футеровка не будет выдерживать сравнительно высокую необходимую температуру, например до 1700-1900oС, то процесс можно будет вести, но с образованием металлического гарнисажа на стенках плавильной камеры. Потери тепла от расплава увеличиваются, но сравнительно незначительно. Есть технические решения, которые позволяют увеличенную теплоотдачу полезно использовать.If, however, the lining does not withstand the relatively high required temperature, for example, up to 1700-1900 o C, then the process can be carried out, but with the formation of a metal skull on the walls of the melting chamber. Heat loss from the melt increases, but relatively insignificantly. There are technical solutions that allow increased heat transfer to be useful.
Расплавления шихты и нагрев расплавов на первом и втором этапах нагрева рекомендуется осуществлять за счет окисления производимого продукта плавки, т. е. Al-Si сплава. Восстановление оксидов в расплавленной шихте после первого этапа нагрева также рекомендуется осуществлять продуктом плавки, причем в процессе восстановления металлов из оксидов в шихте Al-Si сплавом выделяется значительное количество лишнего тепла. Если в образованном расплаве будет недостаточно оксида кремния и надо будет добавлять оксид кремния, то на его расплавление и доведение до необходимой температуры лишнего тепла будет вполне достаточно. It is recommended that melting the mixture and heating the melts in the first and second stages of heating be carried out by oxidizing the produced melting product, i.e., the Al-Si alloy. The reduction of oxides in the molten charge after the first stage of heating is also recommended to be carried out by the melting product, and during the reduction of metals from oxides in the Al-Si mixture, the alloy releases a significant amount of excess heat. If silicon oxide is not enough in the formed melt and silicon oxide needs to be added, then it will be quite enough to melt it and bring to the required temperature the excess heat.
Использование Al-Si сплава в качестве топлива и в качестве сильного восстановителя и возможность использовать лишнее тепло для коррекции образованного расплава для получения в нем необходимой пропорции по оксидам алюминия и кремния позволяют иметь практически безотходный процесс переработки шихты. The use of Al-Si alloy as a fuel and as a strong reducing agent and the ability to use excess heat to correct the formed melt to obtain the necessary proportion of aluminum and silicon oxides in it allow a practically waste-free process of processing the charge.
В приведенном ниже примере производства Al-Si сплава и других металлов в качестве перерабатываемой шихты взят обезвоженный забалансовый боксит, который невыгодно перерабатывать электролитическим способом. Массовый состав такого боксита взят из публикации [5]. Предлагаемый способ пригоден и для переработки ряда промежуточных продуктов, получаемых в черной металлургии, поскольку часто такой продукт содержит значительное количество оксидов алюминия и кремния. In the following example of the production of Al-Si alloy and other metals, dehydrated off-balance bauxite, which is disadvantageous to be processed by the electrolytic method, is taken as a processed charge. The mass composition of such bauxite is taken from the publication [5]. The proposed method is also suitable for processing a number of intermediate products obtained in the steel industry, since often such a product contains a significant amount of aluminum and silicon oxides.
На чертеже дается схема производства Al-Si сплава и других металлов по предлагаемому способу. На схеме приведены данные: сколько надо израсходовать Al-Si сплава и кислорода в процессе плавления одной тонны боксита и последующего разогрева расплава боксита на первом и втором этапах нагрева, а также сколько надо Al-Si сплава, чтобы восстановить алюминием оксиды в расплавленной шихте. Приняты следующие два допущения:
- плавильный агрегат для плавки обезвоженного боксита подготовлен и в агрегате имеет место заранее расплавленная металлическая подложка, приведенная во вращение электромагнитным полем до заданного числа оборотов, при котором образуется параболоидная лунка заданного размера;
- поскольку создаются условия для восстановления алюминием всех имеющихся в расплаве оксидов, то и определяется на восстановление только расход алюминия, имеющийся в Al-Si сплаве. (На самом деле в восстановительных процессах может участвовать и кремний, но трудно оценить, какая его доля будет участвовать в процессах).The drawing shows a diagram of the production of Al-Si alloy and other metals by the proposed method. The diagram shows the data: how much Al-Si alloy and oxygen need to be consumed during the melting of one ton of bauxite and the subsequent heating of the bauxite melt at the first and second stages of heating, as well as how much Al-Si alloy is needed to reduce aluminum oxides in the molten charge. The following two assumptions are made:
- a melting unit for melting dehydrated bauxite is prepared and in the unit there is a pre-molten metal substrate, brought into rotation by an electromagnetic field to a predetermined speed, at which a paraboloid hole of a given size is formed;
- since the conditions are created for the reduction by aluminum of all the oxides present in the melt, only the aluminum consumption available in the Al-Si alloy is determined for reduction. (In fact, silicon may also participate in the recovery processes, but it is difficult to assess how much of it will participate in the processes).
Второе допущение влечет за собой увеличение расхода алюминия, но поскольку алюминий на восстановление не покупается, а является оборотным, то такое допущение на расчеты особого влияния не оказывает. The second assumption entails an increase in the consumption of aluminum, but since aluminum is not bought for recovery, but is negotiable, such an assumption does not have a special effect on the calculations.
На схеме указывается, как изменяется масса расплавов по мере проведения последовательных операций процесса и какой выход металлической фазы имеет место после восстановления алюминием Al-Si сплава оксидов в расплавленной шихте. Указывается и сколько надо вводить чистого кварцевого песка в виде добавки при восстановлении оксидов, иначе в расплавленной шихте будет образовываться твердый оксид алюминия - глинозем, температура плавления которого 2050oС. Такой температуры на первом этапе нагрева не должно быть.The diagram shows how the mass of the melts changes as a result of successive operations of the process and what yield of the metal phase occurs after the reduction of the oxide alloy in the molten charge by aluminum Al-Si. It is indicated and how much pure quartz sand should be introduced in the form of an additive during the reduction of oxides; otherwise, solid alumina - alumina will form in the molten charge, the melting temperature of which is 2050 o С. This temperature should not be at the first heating stage.
В качестве добавки можно рекомендовать и кианитовую руду, в которой, как известно, 80% чистого песка и 20% кианита. Кианит в данном случае не помешает, наоборот увеличит выход продукта по алюминию. As an additive, kyanite ore can also be recommended, in which, as you know, 80% of pure sand and 20% of kyanite. Kyanite in this case does not hurt, on the contrary, it will increase the yield of the product on aluminum.
Следует заметить, что добавка чистого песка или кианитовой руды на свое плавление и на разогрев требует энергии, но в результате восстановления оксидов алюминием выделяется столько тепла, что его хватает и на добавку, и образование излишков энергии, которая может перегреть расплав до недопустимой величины. Целесообразно лишнее тепло расходовать на плавку кварцевого песка или кианитовой руды. Увеличится выход годного по кремнию и увеличится расход на последующее восстановление кремния, но доход от "лишней" добавки превышает расход на его восстановление. It should be noted that the addition of pure sand or kyanite ore to its melting and heating requires energy, but as a result of the reduction of oxides with aluminum, so much heat is released that it is enough for the additive, and the formation of excess energy, which can overheat the melt to an unacceptable value. It is advisable to spend excess heat on the melting of quartz sand or kyanite ore. The silicon yield will increase and the consumption for the subsequent reduction of silicon will increase, but the income from the "excess" additive exceeds the expense for its restoration.
После перелива образованного расплава во 2-й плавильный агрегат продолжение техпроцесса соответствует технологическому процессу прототипа с разницей в том, что полученный конечный продукт - Al-Si сплав - в большом объеме (520 кг) возвращается в процесс, т.к. он расходуется не только как топливо, но и как восстановитель. Конечный товарный продукт (340 кг Al-Si сплава) и промежуточный продукт (425 кг ферросилиция с содержанием кремния примерно 50%) окупают понесенные затраты и согласно расчетам могут дать прибыль не менее 100 долл. на каждую тонну боксита. After overflow of the formed melt into the 2nd melting unit, the continuation of the process corresponds to the technological process of the prototype with the difference that the resulting final product - Al-Si alloy - in a large volume (520 kg) is returned to the process, because It is consumed not only as fuel, but also as a reducing agent. The final commercial product (340 kg of Al-Si alloy) and the intermediate product (425 kg of ferrosilicon with a silicon content of approximately 50%) will cover the costs incurred and, according to calculations, can yield a profit of at least $ 100 for each ton of bauxite.
На схеме указаны количества оборотного и товарного продукта без учета того, что в процессе восстановления металла из полученного расплава могут образовываться летучие субоксиды алюминия и кремния, приводящие к снижению выхода годного. При определении прибыли учтены возможные потери из-за образования летучих оксидов. The diagram shows the quantities of the circulating and commercial product without taking into account the fact that in the process of metal recovery from the obtained melt volatile suboxides of aluminum and silicon can form, leading to a decrease in the yield. When determining profit, possible losses due to the formation of volatile oxides are taken into account.
По информации [3] при использовании плазменной техники, а именно такую технику рекомендуется использовать при восстановлении Al и Si из оксидов, выход годного приближается к 88-92%. According to information [3], when using a plasma technique, namely, such a technique is recommended to be used when reducing Al and Si from oxides, the yield is close to 88-92%.
Предлагаемое изобретение реализует, в частности, техническое решение [4] , по которому Al-Si сплав восстанавливают из заранее освобожденного от примесей образованного расплава, причем это восстановление может происходить с повышенной скоростью за счет ввода в расплав избытка восстановителя, в частности конвертированного природного газа. Избыток восстановителя можно опустить, поскольку далее он удаляется из плавильного агрегата вместе с отходящими газами и повышает энергетический потенциал этого газа. Можно утверждать, что выход годного по предлагаемому способу, по крайней мере, не меньше, чем выход годного, указанный в источнике информации [3]. The present invention implements, in particular, a technical solution [4], according to which the Al-Si alloy is reduced from the formed melt, previously freed from impurities, and this reduction can occur at an increased rate by introducing an excess of a reducing agent, in particular, converted natural gas, into the melt. The excess reducing agent can be omitted, since then it is removed from the smelter together with the exhaust gases and increases the energy potential of this gas. It can be argued that the yield by the proposed method is at least no less than the yield indicated in the source of information [3].
Необходимо отметить и следующее важное обстоятельство. The following important circumstance should be noted.
Многие отходы горнообогатительных комбинатов (ГОКов) и металлургических предприятий ("пустая порода", хвосты, шлаки, шламы и т.д.) в своем составе имеют, например, оксиды Al, Si, Ni, Ti и т.д. Все это - ценные металлы, стоимость которых в несколько раз превышает, например, стоимость железа. Many wastes from mining and processing enterprises (GOKs) and metallurgical enterprises (waste rock, tailings, slags, sludges, etc.) have, for example, Al, Si, Ni, Ti, etc. oxides. All these are valuable metals, the value of which is several times higher, for example, the cost of iron.
Часто в черной металлургии, думая об извлечении из шихты черных металлов, в отход направляют продукт, в котором много цветных металлов. Если же этот отход направляют на переработку, то часто не с целью извлечения цветных металлов, а с целью получения, например, таких материалов, как цемент, щебенка для дорог, шлаковата и т.д. В цветной же металлургии больше, естественно, думают об извлечении необходимого цветного металла, ради которого создается производство, и в отходы направляют продукт, в котором много недоизвлеченных из оксидов как черных, так и цветных металлов. Often in the iron and steel industry, thinking about extracting ferrous metals from the charge, a product is sent to waste, in which there are many non-ferrous metals. If this waste is sent for processing, it is often not for the purpose of extracting non-ferrous metals, but for the purpose of obtaining, for example, materials such as cement, crushed stone for roads, slag, etc. In non-ferrous metallurgy, of course, they think more about the extraction of the necessary non-ferrous metal, for which production is created, and a product is sent to waste products, in which there are many unreduced from ferrous and non-ferrous oxides.
Настало время объединить черную и цветную металлургию, причем не за счет создания холдингов, в которые входят предприятия черной и цветной металлургии, а за счет создания заводов черной и цветной металлургии с безотходным производством продукции. Можно рекомендовать, например, построить завод по производству ванадийсодержащего чугуна, ванадиевого шлака, Al-Si сплава, титанованадийсодержащего сплава с добавками железа, марганца и других полезных металлов из чинейской титаномагнетитовой руды. Технологическая схема такого завода разработана. В 2002 году начинается промышленная добыча титаномагнетитовой руды Чинейского месторождения Четинской области. Возможна переработка этой руды на Коршуновском ГОКе в Иркутской области. При Коршуновском ГОКе и целесообразно строительство завода черной и цветной металлургии. It is time to combine ferrous and non-ferrous metallurgy, not by creating holdings that include ferrous and non-ferrous metallurgy enterprises, but by creating ferrous and non-ferrous metallurgy plants with non-waste production. It can be recommended, for example, to build a plant for the production of vanadium-containing cast iron, vanadium slag, Al-Si alloy, titanium-vanadium-containing alloy with additives of iron, manganese and other useful metals from Chinean titanomagnetite ore. The technological scheme of such a plant has been developed. In 2002, the industrial production of titanomagnetite ore of the Chiney deposit of the Chetinsky region begins. Processing of this ore is possible at the Korshunovsky GOK in the Irkutsk region. At Korshunovsky GOK it is also advisable to build a ferrous and non-ferrous metallurgy plant.
Подводя итог сказанному выше, можно сделать следующее заключение. Summing up the above, we can draw the following conclusion.
Поскольку преимущества прототипа в данном техническом решении сохраняются, то они будут иметь место и при реализации предлагаемого технического решения. Since the advantages of the prototype in this technical solution are preserved, they will take place when implementing the proposed technical solution.
Дополнительные преимущества заключаются в следующем:
- резко снижаются затраты на подготовку шихты к переработке;
- можно вовлекать в переработку забалансовые бокситы, добыча которых обходится дешевле;
- значительный доход может дать то, что из перерабатываемой шихты (руды) извлекаются элементы, которые часто уходили в отвалы;
- предлагаемое техническое решение на некоторых заводах позволяет иметь, по сути дела, безотходное производство.Additional benefits are as follows:
- sharply reduced the cost of preparing the mixture for processing;
- off-balance bauxite can be involved in processing, the extraction of which is cheaper;
- Significant income can come from the fact that elements that often go to dumps are extracted from the processed charge (ore);
- the proposed technical solution at some plants allows you to have, in fact, waste-free production.
Литература:
1. Алюминиевые сплавы (свойства, обработка, применение). Справочник. Пер. с немецкого. Под редакцией Дрица М.Е. и Райтбарга Л.Х. - М.: Металлургия, 1979, с.14-16.Literature:
1. Aluminum alloys (properties, processing, application). Directory. Per. from German. Edited by Dritsa M.E. and Reitbarg L.Kh. - M.: Metallurgy, 1979, p.14-16.
2. Барсуков Ю.И., Варюшенков А.М., Водолажский В.Ф. Усовершенствование технологий производства кремния и алюминиевокремниевых сплавов в печах большой мощности. Сб. трудов ВАМИ "Научные исследования и опыт проектирования металлургии легких сплавов", с.110-115. 2. Barsukov Yu.I., Varyushenkov A.M., Vodolazhsky V.F. Improving the production technology of silicon and aluminum-silicon alloys in high power furnaces. Sat Proceedings of VAMI "Scientific research and design experience in the metallurgy of light alloys", p.110-115.
3. Безукладников А.Б., Останин Ю.Д., Татакин А.Н., Якубовский B.C. Новые способы получения алюминия. Сб. трудов ВАМИ, 1981, с.104-106. 3. Bezukladnikov AB, Ostanin Yu.D., Tatakin AN, Yakubovsky B.C. New methods for producing aluminum. Sat Proceedings of YOU, 1981, pp. 104-106.
4. Патент Российской Федерации 2148670. Авторы Коршунов И.А., Третьяков B. C. Способ производства алюминиево-кремниевого сплава. Опубл. 10.05.2000. Бюллетень 13. 4. Patent of the Russian Federation 2148670. Authors Korshunov IA, Tretyakov B. C. Method for the production of aluminum-silicon alloy. Publ. 05/10/2000. Bulletin 13.
5. Буркин С. П., Логинов Ю.Н., Щипанов А.А., Жуков С.С., Логинова И.В. Переработка железоглиноземистых техногенных отходов. Сталь. 1996, 6, с.77-88. 5. Burkin S. P., Loginov Yu.N., Schipanov A.A., Zhukov S.S., Loginova I.V. Recycling of iron-alumina industrial waste. Steel. 1996, 6, pp. 77-88.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001112142/02A RU2203970C2 (en) | 2001-05-03 | 2001-05-03 | Method of production of aluminum-silicon alloy and other metals from charge containing aluminum oxide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001112142/02A RU2203970C2 (en) | 2001-05-03 | 2001-05-03 | Method of production of aluminum-silicon alloy and other metals from charge containing aluminum oxide |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001112142A RU2001112142A (en) | 2003-04-10 |
| RU2203970C2 true RU2203970C2 (en) | 2003-05-10 |
Family
ID=20249257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001112142/02A RU2203970C2 (en) | 2001-05-03 | 2001-05-03 | Method of production of aluminum-silicon alloy and other metals from charge containing aluminum oxide |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2203970C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4053305A (en) * | 1976-10-15 | 1977-10-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Recovery of copper and silver from sulfide concentrates |
| RU2037543C1 (en) * | 1991-07-15 | 1995-06-19 | Предприятие "Практика-НП" | Method to produce metals and alloys |
| RU2148670C1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-05-10 | Коршунов Евгений Алексеевич | Method of aluminum-silicon alloy production |
-
2001
- 2001-05-03 RU RU2001112142/02A patent/RU2203970C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4053305A (en) * | 1976-10-15 | 1977-10-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Recovery of copper and silver from sulfide concentrates |
| RU2037543C1 (en) * | 1991-07-15 | 1995-06-19 | Предприятие "Практика-НП" | Method to produce metals and alloys |
| RU2148670C1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-05-10 | Коршунов Евгений Алексеевич | Method of aluminum-silicon alloy production |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Borra et al. | Smelting of bauxite residue (red mud) in view of iron and selective rare earths recovery | |
| Jones | An overview of Southern African PGM smelting | |
| Satish Reddy et al. | Aluminum residue waste for possible utilisation as a material: a review | |
| Rohrmann | Vanadium in South Africa (Metal review series no. 2) | |
| RU2479648C1 (en) | Red sludge pyrometallurgical processing method | |
| Xian et al. | Separation of Al-Si-Fe-(Mn/Cr) melts for simultaneous recycle of Al-Si scraps and purification of silicon | |
| EP3554998B1 (en) | Process for the production of commercial grade silicon | |
| Xu et al. | Efficient recycling of valuable metals from waste copper slag by using secondary aluminum dross as a novel reductant | |
| RU2003103262A (en) | METHOD FOR PROCESSING RED SLUDGE OF ALUMINUM PRODUCTION | |
| US4521245A (en) | Method of processing sulphide copper- and/or sulphide copper-zinc concentrates | |
| RU2206630C2 (en) | Method of converting titanomagnetite vanadium- containing ore into titanic iron, vanadium slag and titanium-containing alloy | |
| Wen et al. | The introduction of super-gravity into optimization separation of bismuth and zinc from crude bismuth melt | |
| RU2203970C2 (en) | Method of production of aluminum-silicon alloy and other metals from charge containing aluminum oxide | |
| Cui et al. | Two-step copper smelting process at Dongying Fangyuan | |
| Kemper et al. | EAF carbothermic co-reduction of alumina and silica for the direct production of Al-Si master alloy | |
| US6475260B2 (en) | Carbothermic aluminum production using scrap aluminum as a coolant | |
| RU2228967C2 (en) | Method of production of titanium-containing master alloy | |
| RU2441927C2 (en) | Method for alumina industry slag treatment | |
| RU2165461C2 (en) | Method of pig iron and slag production | |
| RU2148670C1 (en) | Method of aluminum-silicon alloy production | |
| Zhang et al. | Self-digestion of Cr-bearing vanadium slag processing residue via hot metal pre-treatment in steelmaking process | |
| Bhoi et al. | Production of green steel from red mud: a novel concept | |
| EP0216618A2 (en) | Recovery of volatile metal values from metallurgical slags | |
| Habashi | Fire and the art of metals: a short history of pyrometallurgy | |
| KR102633903B1 (en) | Method for recovering iron and valuable metal from electric arc furnace dust |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060504 |