RU2599475C1 - Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия - Google Patents
Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2599475C1 RU2599475C1 RU2015121257/02A RU2015121257A RU2599475C1 RU 2599475 C1 RU2599475 C1 RU 2599475C1 RU 2015121257/02 A RU2015121257/02 A RU 2015121257/02A RU 2015121257 A RU2015121257 A RU 2015121257A RU 2599475 C1 RU2599475 C1 RU 2599475C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- electrolyte
- alumina
- aluminium
- silica fume
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 21
- 229910000789 Aluminium-silicon alloy Inorganic materials 0.000 title abstract 4
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title abstract 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 60
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011044 quartzite Substances 0.000 claims abstract description 10
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical class [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical class O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 claims description 25
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 19
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 10
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 8
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 8
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 6
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- -1 aluminum silicates Chemical class 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 2,2,3,3,3-pentafluoropropanal Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C=O IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminum fluoride Inorganic materials F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910016569 AlF 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 2
- TXBSWQWDLFJQMU-UHFFFAOYSA-N 4-(chloromethyl)-1,2-diethoxybenzene Chemical compound CCOC1=CC=C(CCl)C=C1OCC TXBSWQWDLFJQMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000503 Na-aluminosilicate Inorganic materials 0.000 description 1
- VDRSDNINOSAWIV-UHFFFAOYSA-N [F].[Si] Chemical compound [F].[Si] VDRSDNINOSAWIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- DNEHKUCSURWDGO-UHFFFAOYSA-N aluminum sodium Chemical compound [Na].[Al] DNEHKUCSURWDGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- YYRMJZQKEFZXMX-UHFFFAOYSA-N calcium;phosphoric acid Chemical compound [Ca+2].OP(O)(O)=O.OP(O)(O)=O YYRMJZQKEFZXMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 235000012217 sodium aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000429 sodium aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002426 superphosphate Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения алюминиево-кремниевых сплавов в электролизере для производства алюминия с использованием аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья. Способ включает периодическую загрузку в расплав электролита фтористых солей, глинозема, аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья и последующее восстановление оксидов алюминия и кремния, при этом в качестве аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья используют микрокремнезем, получаемый в процессе очистки технологических газов при производстве кремния и кремнийсодержащих сплавов, который загружают в расплав электролита с использованием установок автоматического питания электролизера. В электролизере поддерживают увеличенное на 5÷30 вес.% количество расплава электролита, в расплав электролита вместе с микрокремнеземом вводят измельченный кварцит в количестве до 40% от веса микрокремнезема. Дополнительно микрокремнезем предварительно смешивают с глиноземом или фтористыми солями и загружают в расплав электролита, причем смешивание микрокремнезема с глиноземом осуществляют путем их совместной подачи в сухую адсорбционную газоочистку корпуса электролиза алюминия, затем полученную смесь загружают в расплав электролита в виде фторированного глинозема и фторированного микрокремнезема. Обеспечивается увеличение производительности электролизера по алюминиево-кремниевому сплаву, повышение выхода по току, улучшение качества алюминиево-кремниевого сплава. 4 з.п. ф-лы, 4 табл.
Description
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении алюминиево-кремниевых сплавов в электролизере для производства алюминия.
Получение алюминиево-кремниевых сплавов электролитическим восстановлением глинозема и кремнийсодержащего оксидного сырья позволяет снизить себестоимость сплавов за счет использования недорогих и не дефицитных оксидов кремния взамен технического кремния, получаемого электротермическим восстановлением в рудотермических печах.
Известен способ получения алюминиево-кремниевых сплавов, включающий введение в криолитовый электролит в качестве оксидного сырья глинозема, полученного при переработке алюмосиликатов методом спекания и содержащего алюмосиликат натрия, и электролиз полученного расплава. Предлагаемый способ позволяет сократить расход электроэнергии на 10÷12%, упростить процесс за счет отказа от специальных дозаторов с непрерывным или периодическим поочередным вводом компонентов и сократить расход чистых кремнийсодержащих материалов (а.с. №1502663, С22С 21/02, 1989 г. [1]).
Основной недостаток известного решения связан с повышением криолитового отношения электролита (защелачиванием электролита) вследствие введения дополнительного количества натрия с алюмосиликатом натрия. Для корректировки криолитового отношения электролита потребуется дополнительный расход фтористого алюминия. В результате в электролизере будет нарабатываться избыточный электролит, который необходимо периодически сливать.
Известен способ получения алюминиево-кремниевых сплавов в серийных алюминиевых электролизерах (патент RU 2030487, С25С 3/36, 1995 г. [2]). Способ включает периодическую загрузку глинозема и кремнийсодержащего оксидного сырья на корку электролита, разрушение корки с последующим погружением сырья в криолитоксидный расплав, причем загрузку кремнийсодержащего оксидного сырья осуществляют в течение суток каждые 3÷6 ч, а масса загружаемой порции кремнийсодержащего оксидного сырья составляет 0,2÷0,4% (в расчете на SiO2) массы электролита.
Известное решение позволяет поддерживать в электролите оптимальную концентрацию кремния, которая не превышает максимально допустимую и предотвращает негативные явления, ведущие к росту температуры процесса и снижению выхода по току.
К недостаткам известного решения относится поточная обработка электролизера с загрузкой глинозема и кремнийсодержащего оксидного сырья на корку электролита с интервалом в 3÷6 ч, что приводит к определенным колебаниям концентрации глинозема и кремнезема в электролите. При этом не предусматривается корректировка режимных параметров технологии, которые остаются такими же, как у обычного электролизера по получению алюминия. Это снижает эффективность получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере.
Наиболее близким по технической сущности, наличию сходных признаков к заявляемому способу является «Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия» (патент РФ №2037569, С25С 3/36, 1995 г. [3]). Согласно известному способу в качестве кремнийсодержащего сырья используют аморфный кек кремнезема, полученный при обработке кремнефторсодержащих растворов гидроксидом алюминия. Крупность диоксида кремния в кеке кремнезема составляет 10÷40 мкм. Кек перед загрузкой в электролит нагревают до 400÷600°C, а при необходимости перед термообработкой кек смешивают с натрийсодержащим компонентом при массовом отношении натрия к алюминию, содержащемуся в кеке, равном (1,20÷2,20):1. Использование высокоактивного аморфного SiO2 обеспечивает высокие технико-экономические показатели процесса. Расширяется сырьевая база производства алюминиево-кремниевых сплавов, снижается себестоимость производства.
Это решение выбрано в качестве ближайшего аналога.
К недостаткам способа можно отнести ограниченную сырьевую базу аморфного кека кремнезема, который может производиться только на заводах по выпуску криолита и суперфосфатных удобрений. Также недостатком является необходимость предварительной термической обработки кека кремнезема при 400÷600°C с целью удаления кристаллизационной влаги из тригидрата фторида алюминия.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение сырьевой базы аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья, повышение производительности и эффективности получения алюминиево-кремниевых сплавов в электролизерах для производства алюминия.
Технический результат при внедрении изобретения:
- увеличение производительности электролизера по алюминиево-кремниевому сплаву;
- повышение выхода по току;
- улучшение качества алюминиево-кремниевого сплава.
Технический результат достигается тем, что в способе получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия, включающем периодическую загрузку в расплав электролита фтористых солей, глинозема, аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья и последующее восстановление оксидов алюминия и кремния, в качестве аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья используют микрокремнезем, получаемый в процессе очистки технологических газов при производстве кремния и кремнийсодержащих сплавов, который загружают в расплав электролита с использованием установок автоматического питания электролизера. При этом в электролизере поддерживают увеличенное на 5÷30 вес.% количество расплава электролита. Также в расплав электролита вместе с микрокремнеземом вводят измельченный кварцит в количестве до 40% от веса микрокремнезема. Дополнительно микрокремнезем предварительно смешивают с глиноземом или фтористыми солями и загружают в расплав электролита, причем смешивание микрокремнезема с глиноземом могут осуществлять их совместной подачей в сухую адсорбционную газоочистку корпуса электролиза алюминия, после чего полученную смесь загружают в расплав электролита в виде фторированного глинозема и фторированного микрокремнезема.
Техническая сущность заявляемого технического решения заключается в следующем. В предлагаемом решении в качестве аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья используют микрокремнезем, образующийся в процессе очистки технологических газов при производстве кремния и кремнийсодержащих сплавов в рудотермических печах.
Микрокремнезем представляет собой ультрадисперсный материал, состоящий из частиц преимущественно сферической формы. Основным компонентом микрокремнезема является диоксид кремния аморфной модификации. В таблице 1 приведен примерный химический состав микрокремнезема.
Средний размер частиц микрокремнезема составляет доли микрона, что предопределяет большую удельную поверхность частиц, которая равна в среднем ~20 м2/г. В таблице 2 дано процентное содержание частиц микрокремнезема различных фракций.
Истинная плотность микрокремнезема в естественном состоянии составляет 2,2 г/см3. Насыпной вес микрокремнезема зависит от степени его уплотнения и составляет:
- в неуплотненном состоянии - 0,17÷0,20 т/м3;
- в уплотненном состоянии - 0,35÷0,65 т/м3.
Угол естественного откоса микрокремнезема составляет:
- в неуплотненном состоянии - 75÷80 град;
- в уплотненном (пневматическим способом) состоянии - 25÷30 град.
Аморфная структура микрокремнезема и его мелкодисперсный состав способствуют ускоренному растворению диоксида кремния в расплаве электролита и более эффективному восстановлению до металла с последующим образованием алюминиево-кремниевого сплава. Загрузка микрокремнезема в расплав электролита с помощью установок автоматического питания обеспечит равномерную подачу сырья в электролизер небольшими порциями, минимизирует скачки концентраций глинозема и микрокремнезема в электролите. В частности, при ванно-сутках электролизера 1250 кг Al, суточный расход глинозема составит около 2410 кг. Для поддержания концентрации кремния в нарабатываемом металле на уровне 5%, суточная загрузка микрокремнезема в электролизер равна ~150 кг. При работе установок автоматического питания глиноземом его концентрация в электролите составляет 2,5÷3,0%. В этом случае среднее содержание SiO2 в электролите составит 0,15÷0,19%.
Учитывая мелкодисперсный состав микрокремнезема, для уменьшения его пылевыноса в систему газоочистки корпуса электролиза алюминия, микрокремнезем предварительно смешивают с глиноземом или фтористыми солями. Также предварительное смешивание сырья исключит образование агломератов микрокремнезема в расплаве электролита, что ускорит растворение SiO2 и исключит образование осадка на подине электролизера. В качестве одного из вариантов смешивания глинозема и микрокремнезема предлагается их совместная подача в сухую адсорбционную газоочистку корпуса электролиза алюминия, после чего полученную смесь загружают в расплав электролита в виде фторированного глинозема и фторированного микрокремнезема. Большая удельная поверхность микрокремнезема обеспечит достаточную эффективность сухой газоочистки. Использование фторированного глинозема и фторированного микрокремнезема приведет к увеличению скорости их растворения в расплаве электролита.
Увеличенный на 5÷30 вес.% объем электролита в электролизере, при прочих равных условиях, повышает производительность электролизера за счет увеличенного количества растворенного кремнийсодержащего оксидного сырья, обеспечивает более стабильную работу электролизера. При увеличении объема электролита менее 5 вес.% эффект от повышения производительности электролизера минимален. При подъеме уровня электролита более чем на 30% от объема электролита на рядовом электролизере, возникают сложности с эксплуатацией электролизера в части удержания расплава электролита в шахте катода электролизера (работа электролизера на повышенном гарнисаже).
Введение в расплав электролита вместе с микрокремнеземом измельченного кварцита целесообразно при необходимости получения алюминиево-кремниевых сплавов с низким содержанием примесей, в частности, примеси железа. Концентрация оксида железа в микрокремнеземе изменяется от 0,2 до 1,0 вес.% При восстановлении оксидов кремния и железа, на 1 кг восстановленного кремния увеличение содержания железа в сплаве составит от 0,0043 кг Fe до 0,0214 кг Fe. Например, при производстве в электролизере сплава с 7% кремния по предлагаемому решению, увеличение концентрации железа в металле может составить от 0,03% до 0,10%, что в ряде случаев неприемлемо. Поэтому предлагается добавлять к микрокремнезему чистый кварцит с минимальным содержанием оксида железа (0,01÷0,10% вес.) в количестве до 40% от веса микрокремнезема. Кварцит хуже растворяется в электролите, поэтому его добавка к микрокремнезему ограничена. При добавке кварцита более 40% от веса микрокремнезема заметно снижается производительность электролизера и выход по току.
Сравнение предлагаемого решения с ближайшим аналогом показывает следующее. Предлагаемое решение и ближайший аналог характеризуются сходными признаками:
- оба решения направлены на получение алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия совместным восстановлением глинозема и кремнийсодержащего оксидного сырья;
- для получения алюминиево-кремниевого сплава используют аморфное, мелкодисперсное, кремнийсодержащее оксидное сырье.
Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:
- в качестве аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья используют микрокремнезем, получаемый в процессе очистки технологических газов при производстве кремния и кремнийсодержащих сплавов;
- аморфное кремнийсодержащее оксидное сырье загружают в расплав электролита с использованием установок автоматического питания электролизера;
- в электролизере поддерживают увеличенное на 5÷30 вес.% количество расплава электролита;
- микрокремнезем перед загрузкой в расплав электролита смешивают с глиноземом или фтористыми солями, в т.ч. совместной подачей глинозема и микрокремнезема в сухую адсорбционную газоочистку корпуса электролиза алюминия;
- в расплав электролита вместе с микрокремнеземом вводят измельченный кварцит в количестве до 40 вес.%.
Предлагаемое техническое решение характеризуется признаками как сходными с признаками ближайшего аналога, так и отличительными признаками, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с известными решениями в данной области техники, проведенный по результатам поиска в патентной и научно-технической литературе, выявил следующее:
В статье «Добавление огнеупорных материалов из отработанной футеровки в электролизеры для производства сплавов Al-Si» (авторы Бьорн Мокснес, Хавард Гиклинг, Хальвор Кванде, Сверре Рольсет и Кьетил Страумсхейм) изложены результаты положительных промышленных испытаний по получению алюминиево-кремниевого сплава в электролизере с самообжигающимся анодом на силу тока 115 кА с использованием огнеупорной алюмосиликатной футеровки из катодов отключенных электролизеров. Опытный электролизер эксплуатировался непрерывно в течение пяти месяцев с подачей в электролит смеси обычного глинозема и отработанной огнеупорной футеровки. Результаты эксплуатации были в целом положительными. Содержание кремния в глиноземе превышало 10 вес.% (Легкие металлы, 2003 г. Под ред. Пола Н. Крепо TMS (Общество по изучению минералов, металлов и материалов) [4]).
В способе получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия в качестве кремнийсодержащего компонента используют кремнефтористый натрий, который предварительно спекают с глиноземом при 550÷650°C при массовом соотношении 1:(0,5÷1,5), а содержание кремния в сплаве поддерживают не более 9 мас.%. В результате спекания кремнефтористого натрия с глиноземом образуется аморфный, высокоактивный оксид кремния, который хорошо растворяется в электролите и восстанавливается до металла. Способ обеспечивает выход сплава по току 87÷88% и производительность электролизера по кремнию 74÷79 кг/сут (патент RU 1826998 С25С 3/36. Опубл. 1993 г. [5]).
Известен способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия, включающий подачу в электролит фтористых солей, кислородсодержащего соединения алюминия и кремнефтористого натрия, при этом в качестве кислородсодержащего соединения алюминия используют глинозем и/или гидроокись алюминия, в электролит подают смесь кремнефтористого натрия и кислородсодержащего соединения алюминия при весовом соотношении 1:(1,5÷5,0) в пересчете на глинозем, а для подачи материалов в электролит используют установку автоматического питания электролизера. Способ характеризуется высокими технико-экономическими показателями благодаря аморфной структуре оксида кремния, образующегося при спекании кремнефтористого натрия и кислородсодержащего соединения алюминия и использованию установки автоматического питания электролизера (патент RU 2383662 С25С 3/06, С25С 3/36, С25С 3/00. Опубл. 2010 г. [6]).
Проведенный авторами анализ показал, что на момент подачи заявки на изобретение не выявлены технические решения, характеризующиеся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью известных и неизвестных признаков, что свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».
Соответствие условию патентоспособности «промышленная применимость» доказывается экспериментальными данными, полученными в ходе промышленных испытаний.
Пример 1.
Промышленные испытания проводили на трех электролизерах С-8БМ с самообжигающимися анодами, которые на момент начала испытаний находились в одинаковом технологическом состоянии и имели близкий срок эксплуатации, равный ~30 мес. Сила тока на электролизерах поддерживалась на уровне 164 кА при среднем криолитовом отношении электролита 2,32.
В первые два электролизера загружали глинозем и кек кремнезема, в третий электролизер подавали глинозем и микрокремнезем. Кек кремнезема содержал 82 вес.% SiO2 и 18 вес.% AlF3·3H2O. Концентрация SiO2 в микрокремнеземе составляла 94,8 вес.%.
Загрузку глинозема и кека кремнезема в расплав электролита на первом электролизере осуществляли в ходе поточной обработки 12 раз в сутки после предварительной термообработки кека кремнезема на криолит-глиноземной корке электролизера при 480÷520°C для удаления кристаллизационной влаги из AlF3·3H2O. На втором электролизере подачу глинозема и предварительно обезвоженного кека кремнезема в расплав электролита проводили с помощью четырех установок автоматического питания (АПГ) точечного типа. Загрузку глинозема и микрокремнезема в третий электролизер осуществляли с использованием четырех установок автоматического питания (АПГ) точечного типа.
В течение 36 суток электролизеры обрабатывали глиноземом и аморфным кремнийсодержащим оксидным сырьем с постепенным увеличением подачи кремнийсодержащего сырья в пересчете на SiO2 с 80 до 120 кг/сут до выхода на содержание Si в алюминиево-кремниевом сплаве 6,5±0,2%. За этот период прошла адаптация электролизеров к новому сырью, в частности насыщение настыли и гарнисажа электролизеров оксидом кремния. В течение всего периода испытаний расплав электролита корректировался добавками фторида алюминия и фторида кальция. Для поддержания стабильной концентрации кремния в сплаве на уровне 6,5±0,2%, загрузку кремнийсодержащего сырья в электролизер стабилизировали в пределах 170÷175 кг/сут в пересчете на SiO2.
Выливку из электролизера нарабатываемого алюминиево-кремниевого сплава производили вакуум-ковшом один раз в сутки. По количеству загруженного аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья, по весу вылитого сплава и содержанию в нем кремния рассчитали технико-экономические показатели работы электролизеров. Усредненные результаты месячной эксплуатации электролизеров приведены в таблице 3.
Пример 2.
Промышленные испытания проводили в четырех электролизерах С-8БМ с самообжигающимися анодами, имеющих близкие эксплуатационные показатели. Условия проведения испытаний, параметры электролиза и постепенный перевод электролизеров на питание кремнийсодержащим сырьем выдерживали, в основном, аналогично примеру 1. Во всех электролизерах для получения алюминиево-кремниевого сплава использовали глинозем и микрокремнезем, которые загружали в расплав электролита с использованием установок автоматического питания (АПГ) точечного типа, по четыре на каждом электролизере.
На электролизерах №1 и №2 три установки АПГ загружали в расплав электролита глинозем, а одна - микрокремнезем. На электролизере №2 поддерживали увеличенное на ~20% количество электролита. Вес дополнительного электролита составил ~1050 кг. На электролизере №3 через две установки АПГ загружали глинозем, а через третью - механическую смесь глинозема и микрокремнезема, через четвертую - механическую смесь микрокремнезема с фторидом алюминия. В электролизер №4 загружали глинозем и смесь микрокремнезема с тонкомолотым кварцитом. Добавка кварцита в пересчете на SiO2 составляла 30% от веса микрокремнезема.
По результатам месячной эксплуатации определены технико-экономические показатели работы электролизеров. Усредненные результаты испытаний приведены в таблице 4.
Промышленное применение предлагаемого технического решения по получению алюминиево-кремниевых сплавов восстановлением микрокремнезема в электролизерах, оборудованных установками АПГ, обеспечивает увеличение производительности электролизеров по алюминиево-кремниевому сплаву, повышение выхода по току, улучшение качества алюминиево-кремниевых сплавов.
Информация
1. Авт. св. №1502663, С22С 21/02, 1989 г. [1].
2. Патент RU 2030487, С25С 3/36, 1995 г. [2].
3. Патент РФ №2037569, С25С 3/36, 1995 г. [3].
4. Light Metals 2003. Bjørn Moxnes, Håvard Gikling, Halvor Kvande, Sverre Rolseth and Kjetil Straumsheim. ADDITION OF REFRACTORIES FROM SPENT POTLINING TO ALUMINA REDUCTION CELLS TO PRODUCE Al-Si ALLOYS [4].
5. Патент RU 1826998 C25C 3/36, 1993 г. [5].
6. Патент RU 2383662 C25C 3/06, C25C 3/36, C25C 3/00, 2010 г. [6].
Claims (5)
1. Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия, включающий периодическую загрузку в расплав электролита фтористых солей, глинозема, аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья и последующее восстановление оксидов алюминия и кремния, отличающийся тем, что в качестве аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья используют микрокремнезем, получаемый в процессе очистки технологических газов при производстве кремния и кремнийсодержащих сплавов, который загружают в расплав электролита посредством установки автоматического питания электролизера.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в электролизере поддерживают увеличенное на 5÷30 вес.% количество расплава электролита.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в расплав электролита вместе с микрокремнеземом вводят измельченный кварцит в количестве до 40% от веса микрокремнезема.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что микрокремнезем предварительно смешивают с глиноземом или фтористыми солями и загружают в расплав электролита.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что смешивание микрокремнезема с глиноземом осуществляют путем их совместной подачи в сухую адсорбционную газоочистку с последующей загрузкой полученной смеси в расплав электролита в виде фторированного глинозема и фторированного микрокремнезема.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015121257/02A RU2599475C1 (ru) | 2015-06-03 | 2015-06-03 | Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015121257/02A RU2599475C1 (ru) | 2015-06-03 | 2015-06-03 | Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2599475C1 true RU2599475C1 (ru) | 2016-10-10 |
Family
ID=57127585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015121257/02A RU2599475C1 (ru) | 2015-06-03 | 2015-06-03 | Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2599475C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018097744A1 (ru) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ получения алюминиевых сплавов |
| RU2736996C1 (ru) * | 2020-03-26 | 2020-11-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Способ получения силуминов в электролизере для производства алюминия |
| RU2754862C1 (ru) * | 2020-10-20 | 2021-09-08 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Способ получения силуминов с использованием аморфного микрокремнезема |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2030487C1 (ru) * | 1992-01-22 | 1995-03-10 | Запорожский производственный алюминиевый комбинат | Способ получения алюминиево-кремниевых сплавов |
| CN1273285A (zh) * | 1999-05-07 | 2000-11-15 | 湖北华盛铝电有限责任公司铝厂 | 一种铝合金的制配方法 |
| CN1367274A (zh) * | 2001-12-29 | 2002-09-04 | 星野滋郎 | 电解AD－铝粉剂的方法制备Al－Si合金方法 |
| AU2002236369B2 (en) * | 2001-02-26 | 2006-08-10 | Norwegian Silicon Refinery As | Process for preparing silicon carbide and optionally aluminum and silumin (aluminum-silicon alloy) |
| RU2383662C2 (ru) * | 2008-05-12 | 2010-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "Байкальский алюминий") | Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия |
| RU2418084C2 (ru) * | 2007-10-24 | 2011-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В.Плеханова" (технический университет) | Способ получения алюминиевых сплавов для прокатки фольги |
-
2015
- 2015-06-03 RU RU2015121257/02A patent/RU2599475C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2030487C1 (ru) * | 1992-01-22 | 1995-03-10 | Запорожский производственный алюминиевый комбинат | Способ получения алюминиево-кремниевых сплавов |
| CN1273285A (zh) * | 1999-05-07 | 2000-11-15 | 湖北华盛铝电有限责任公司铝厂 | 一种铝合金的制配方法 |
| AU2002236369B2 (en) * | 2001-02-26 | 2006-08-10 | Norwegian Silicon Refinery As | Process for preparing silicon carbide and optionally aluminum and silumin (aluminum-silicon alloy) |
| CN1367274A (zh) * | 2001-12-29 | 2002-09-04 | 星野滋郎 | 电解AD－铝粉剂的方法制备Al－Si合金方法 |
| RU2418084C2 (ru) * | 2007-10-24 | 2011-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В.Плеханова" (технический университет) | Способ получения алюминиевых сплавов для прокатки фольги |
| RU2383662C2 (ru) * | 2008-05-12 | 2010-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "Байкальский алюминий") | Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BJORN MOXNESL et al. Addition of refractories from spent potlining to alumina reduction cellsto produce Al-Si- alloys. Light Metals, 2003 (The minerals, metals &materials Society), 2003. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018097744A1 (ru) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ получения алюминиевых сплавов |
| CN109996906A (zh) * | 2016-11-24 | 2019-07-09 | 俄铝工程技术中心有限责任公司 | 铝合金生产方法 |
| US11634829B2 (en) | 2016-11-24 | 2023-04-25 | Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennost'Yu “Obedinennaya Kompaniya Rusal Inzhenerno-Tekhnologicheskiy Tsentr” | Method for producing aluminum alloys |
| RU2736996C1 (ru) * | 2020-03-26 | 2020-11-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Способ получения силуминов в электролизере для производства алюминия |
| RU2754862C1 (ru) * | 2020-10-20 | 2021-09-08 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Способ получения силуминов с использованием аморфного микрокремнезема |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5024737A (en) | Process for producing a reactive metal-magnesium alloy | |
| EP1445350B1 (en) | Method and apparatus for smelting titanium metal | |
| US5089094A (en) | Process for the electrolytic production of magnesium | |
| JP4160400B2 (ja) | シリコン及び任意にアルミニウム及びシルミン（アルミニウムシリコン合金）を調製する方法 | |
| RS49651B (sr) | Elektrolitički postupak uklanjanja supstance iz čvrstih jedinjenja | |
| CN100577885C (zh) | 一种回收铝电解炭渣中电解质的方法 | |
| RU2599475C1 (ru) | Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия | |
| AU2002236370A1 (en) | Process for preparing silicon and optionally aluminum and silumin(aluminum-silicon alloy) | |
| JPS5893883A (ja) | アルミニウムの精製方法 | |
| RU2621207C1 (ru) | Способ получения сплава на основе алюминия и устройство для осуществления способа | |
| CN109797318B (zh) | 一种制备Al3Ti增强铝基材料的方法 | |
| JP2007016293A (ja) | 懸濁電解による金属の製造方法 | |
| US3775271A (en) | Electrolytic preparation of titanium and zirconium diborides using a molten, sodium salt electrolyte | |
| EP1370714A1 (en) | Process for preparing silicon by electrolysis and crystallization, and preparing low-alloyed and high-alloyed aluminum silicon alloys | |
| CN101298684A (zh) | 一步电解法生产铝-Me中间合金的方法 | |
| CN116904047B (zh) | 一种阳极炭块用抗氧化涂料及其制备方法 | |
| US5720868A (en) | Method for producing electrolytic-pot-cell grade alumina from aluminum sulphate | |
| RU2415973C2 (ru) | Способ получения алюминия электролизом расплава | |
| RU2383662C2 (ru) | Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия | |
| CN109721090A (zh) | 一种降低冰晶石分子比的方法 | |
| RU2620844C1 (ru) | Способ утилизации шламов алюминиевого производства | |
| AU2002236369B2 (en) | Process for preparing silicon carbide and optionally aluminum and silumin (aluminum-silicon alloy) | |
| RU2498880C1 (ru) | Способ получения порошка диборида титана для материала смачиваемого катода алюминиевого электролизера | |
| Augustin et al. | Removal of magnesium from aluminium scrap and aluminium-magnesium alloys | |
| RU2164258C1 (ru) | Способ подготовки карналлита к электролизу |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20181102 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200604 |