SU1022664A3 - Способ рафинировани алюмини от примеси щелочного металла - Google Patents

Abstract

СПОСХ)Б РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ ОТ ПРИМЕСИ ЩЕЛОЧНОГО МЕТАЛЛА, включающий подготовку резервуара ,дл  рафинировани  алюмини , введение в резервуар расплавленного алюми1«1  леред добавлением легирующих компонентов , коитактированир расплава алх лнак  с рафиниру1Ь1цим гаэок в виде дискретных пузырьков, состо щим из смеси 1-10 00.% хлора и газа, инертного по отношению к алюминию, IB течение периода времени, достаточного дл  понижени  концентрации примеси щелочного металла в алюминии до необходимого уровн , и отвод продук-. тов реакции, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  расхо .да газа и снижени  количества .вредных выбросов в атмосферу, концентрацию хлора в газовой смеси уменьшают , по мере снижени  содержани  примеси щелочного металла в алюминии, при этом отнсниение щелочного металла на моль галогена в продуктах реакции поддерживают в пределах от 1,5 до 2,0;

Description

Изобретение относитс  к металлур гии цветных металлов, в . частности способам удалени  примесей щелочных металлов из расплавленного алюмини  Щелочные металлы и кальций  вл ютс  большей частью вредными примес ми в алюминиевых сплавах, имеющих прсмышленное применение. Натрий осо бенно вреден, если предварительно не был удален содержащийс , в сплаве водород. Необходимо, чтобы содер жание натри  в алюминиевом сплаве, включающем более чем 1% магни , под держийалось ниже 0,0005%. Присутствие лити  в алюминии также нежелательно , поскольку он вызывает корро зию алюминиевой фольги во влажном воздухе. Щелочные металлы попадают в алюминий в электролизерах во врем  эле ролитического восстановлени  окиси алюмини  в присутствии криолита. Известен способ рафинировани  алю мини  от примеси щелочного металла, включающий подготовку резервуара дл рафинировани  алюмини ,введение в ре зервуар расплавленного алю1иини  перед добавлением легирующих компонентов, к тактирование расплава гшюмини  с ра финирующим газом в виде дискретных пузырьков, состо щим из смеси 11 .0 об.% хлора и газа, инертного по отношению к алюминию, в течение периода времени, достаточного дл  . понижени  концентрации примеси ще-. лочного металла в алюминии до необходимого уровн , и отвод продуктов реакции. Содержание активного газа (хлора) в смеси в процессе рафинировани  поддерживаетс  посто нным , - . Недостаток известного способа заключаетс  в эмиссии коррозионных и токсичных газов и испарений. Эти газы содержат в основном непрореагировавший хлор, хлористый алюминий, испаре:Ни  сол ной кислоты и испарени  окиси алюмини  -Споследние два соединени  образуютс  при гидролизе газообразного хлористого алк лини ) . В магнийсодержащих сплавах реакци  хлора с магнием более предпочтктельна по сравнению с реакцией с натрием, особенно прп низких концент раци х натри . Высокое сродство хлора к магнию вызывает серьезные трудности при. производстве металла высокой 1чистоты, особенно в высокомаг ниевых сплавах. Таким образом, большие количес ;ва хлора должны реаги (ровать сэтими сплавами с большим из бытком по сравнению с тем количеством , которое требуетс  дл  стехиометрического удалени  натри . Такой избыток хлора не только не нужен, но и пр мо отвечает за эмиссию загр зн ющих веществ и за потерю магни  из сплава. Цель изобретени  - уменьшение расхода газа и снижение количества вредных выбросов в атмосферу. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу рафинировани  алюмини  от примеси щелочного металла , включающему подготовку резервуара дл  рафинировани  алюмини , введение в резервуар расплавленного алюмини  добавлением легирующих компонентов, контактирование расплава алюмини  с рафинирующим газом в виде дискретных пузырьков, состо щим из смеси 1-10 об.% хлора и газа, инертного по отношению к алюминию , в течение периода времени, достаточного дл  понижени  концентрации примеси щелочного металла в алю .минии до необходимого уровн , и отвод продуктов реакции, концентрацию хлора в газовой смеси уменьшают по мере снижени  содержани  примеси щелочного металла в алюминии, при этом отношение атомов щелочного металла на моль галогена (хлора) в продуктах реакции поддерживают в пределах от 1,5 до 2,О. I - . Способ удалени  примесей щелочных металлов из алюмини , при котором в основном, предотвращаетс  выделение вредных газов и испарений в окружающую среду, включает следующие стадии: подготовка резервуара дл  обработки расплавленного алюмини , снабженного устройствами дл  введени  газа в расплавленный алюминий и устройствами дл  вывода продуктов реакции; введение расплавленного алюмини  в резервуар перед добавлением любых легирующих компонентов; введение рафинирующего газа, содержащего смесь газа, выбранного из групт пы, включающей хлор, фтор, галогенсодержащие соединени  и их смеси, и газа, инертного относительно алюмини , в ванну расплава в форме дискретных хорошо распределенных газовых пузырьков так, что указанные пузырьки газа вход т в плотный контакт в основном со всей массой расплавленного алнмини ; поддержание концентрации галогена в указанном рафинирующем газе на таком значении, что по мере уменьшени  концентрации примесей щелочных металлов в расплаве будет обеспечиватьс  достаточно высок   селективна  галогенизаци  указанных примесей относительно алюмини  при любом уровне примесей щелочных металлов; поддержание потока указанного рафинирующего газа в расплавленном алюминии в течение периода времени, достаточного дл  понижени  :Коицентрации примесей щелочных металлов в алюминии до необходимого уровн . Таким образом, сущность изобретени  заключаетс  в том, что концентраци  хлора в смеси инертного газа непрерывно ь еньшаетс  в ответ на уменьшение содержани  натри  в расплаве так, что при любом заданном уровне примесей газова  смесь имеет оптимальную концентрацию дл  селективного хлорировани  натри  относительно алюмини  с одновременным умен шением количества инертного газа. Рафинирующий газ, диспергированный внутри расплава, содержит смесь инертного газа и галогена и/или галогенсодержащега соединени , которое может химически реагировать со щелочными металлами при температуре расплавленного алюмини . Азот и аргон  вл ютс  преимущественными инерт ными, газами, а хлор .и фтор - преимущественными галогенами;. Термин галоген содержащее соединение относитс  к тем Галогенным соединени м, которые могут либо непосредственно реаги ровать со щелочньили металлами, либо создавать газообразный га/юген во врем  разложени  при температуре расплавленного алимйни . :например, ССЪ. GHCli. . На фиг.1 представлен график зависимости селективности хлорировани  натри  в расплаве алккгшни  от концен трации натри  (С цд)в расплаве дл  1ра1зличньк концентрадий хлора в рафинирующем гдзе (по оси ординат отложены значение отношений хлоридов натри  и алкмх    в продуктах реакции, образующихс  при взаимодействии хлора с нaтpйe 4 и алк линием в расплаве при )f на фиг.2 шестиступенчатое программированное уменьшение концентрации хлора в газе с Ч1елью уменьшени  атомной коицентрации натри  в. алюминии от 40-10 до этом концентраци  хлори да алюмини  в выход щем газе поддерживаетс  ниже заданного уровн . Кривые изображённые.на фиг.1, пре ставл ют газовые смеси, используемые дл  рафинировани  расплава, имеющие концентраций хлора от 10 об.% и менее. Как видно из графика, хлор реагирует преимущественно с натрием при высоких концентраци х натри , но така  преимущественность быстро умень шаетс  при низких концентраци х. GwHocTb иэобретенк  основана на тбм факте, что уменьшение в селективности хлорировани  натри  может быть эффективно возмещено путе уменьшени  концентрации хлора в газовой смеси. Так. уменьшение концентрации хлора от 10 до 1 об.% уве личивает селективность хлорировани  натри  примерно в три раза. Такое улучшение селективности особенно важ но при низких концентраци х натри . Например, при Сцд 5-1( расплава удал ютс  примерно 4 атома натри  на 1 атом алюмини , когда рафинирова ние осуществл етс  смесью, содержащей 10% хлора (фиг.1) , т.е.- отношение N aCI/AlCIj в продуктах реакции составл ет 4., а отношение атомов натри  на моль хлора равно примерно 1,11. При рафинировании смесью, содержащей 1% хлора,отношение NaCl/AlCjj увеличиваетс  до 11, а .отношение Na/Cl2 в продуктах реакции составл ет , 57. Таким образом, удаление натри  из расплава идет быстрее, чем алюмини , при использовании низких концентраций хлора в рафинирующем газе, в результате чего достигаетс  эффективное использование хлора с одновременным подавлением образовани  газообразного хлористого алюмини . Кроме того, уменьшение концентрации хлористого алюмини  в выход5адем газе с уменьшении концентрации хлора в рафинирую-г щем представл ет собой не просто разбавление, а св зано с тем, что при низких концентраци х хлор преимущественно реагирует с натрием и вследствие этого уменьшаетс  образование хлористого алкмини . Снижение расхода газа может быть достигнуто {фиг.2) путем обработки металла рафинирующим газом переменного состава так) что концентраци  хлора в газе поддерживаетс  при наивысшем возможном уровне, благодар  чему увеличиваетс  селективное хлорирование натри . Одновременно поддерживаютс  услови , чтобы концентраци  хлористого алюмини  в продуктах реакции не превьаигипа заданного уровн . На фиг.2 представлены кривые, показываю1ф1е потребность в рафинирующем газе дл  уменьшени  концентрации натри  в сшюминиевсм расплаве от 40- 10 до необходимых значений при фиксированных значени х С вгазе. Семейство кривых, расположенных на правой стороне диаграммы, представл ет собой коррел цию между избытком хлора в газовой смеси, кото{х й не реагирует с натрием во врем  рафинировани , и концентрацией натри  в расплаве , нёпрореагировавший с натрием хлор выражеи в виде мо ьной доли AlCl-j в выход щем газе (гари э.он тальна  шкала сверху фиг.2). Как видно из этих кривых, чем больше концентраци  хлора в смеси, тем больше мольна  дол  AlCl в продуктах реакции лри любсм определеинном содержании натри  в расплаве, или по мере уменьшени  содержани  натри  в расплаве при обработке расплава газом с фиксированиой концентрацией хлора концентраци  хлористого алкихини  в про- , дуктах реакции увеличиваетс . Преимущество изобретени  заключаетс  в оптимальном процессе рафинировани  путем изменени  концентрации хлора в газовой смеси.

Пример. Содержание натри  в алюминиевом расплаве уменьшаетс  от 40-10 до 1«1(1 ат, при ступенчатом уменьшении концентрации хлсра в рафинирующем газе, в котором инертным носителем  вл етс  аргон. Заданный предел э Лиccйи хлористого алюмини  из Ванны составл ет 0,043 об.% в в.ыход щем газе. На фиг. 2 заданный уровень эмиссии представлен вертикальной линией, проход щей поперек семейства кривых.с правой стороны диаграммы при En -7. 75 (соответствует мольной доле хлористого алюмини  0,00043).Рафинирующий газ вводитс  в ванну расплавленного металла в форме хорошо распределенных газовых пузырьков. Как указано горизонтальными стрелками на фиг.2 рафинирование ванны алюмини  осуществл етс  газовой смесью, содержашей 8% хлора, и продолжаетс  до:тех пор, пока не будет достигнут заданный предел содержани  хлористого алюмини  в выход щем газе. В этойточке концентра:ци  натри  в металле сос-: тавл ет 16,6 ., а отноиюние ,Na/C в продуктах реакции 1/95. Из кривых, расположенных на левой стороне, фиг. 2 видно, что расход смеси, cjoдержащей 8% газообразного хлора, пОнижающёй уровень натри  от 40 - 10 до 16,6-10 составл ет 0,13 алюмини . Затем прекращаетс  подача газовой смеси, содержащей 8% хлора, и в расплав вводитс  смесь, .содержа; ща  6% хлора до тех пор, пока оп ть не будет достигнут предел концентрации AlCl в выход щем

газе, соответатв лоший CVit 14-10 I

ствующийс;. ;14-10 ® в расплаве. Отношение, Na/CIj в продуктах реакции составл ет при этом-1.92. Концентраци  хлора в смеси затем уменьшаетс  до 4% и прюцесс оп ть повтор етс  путем непрерывного замещени  газовой смеси, содержащей последовательно уменьшающеес  содержание хлора (т.е. 3%, 2% :и 1% хлора при 10; 7,6-и: 4 ,610- соответственно) до тех пор noka не будет достигнута окончательна  концентраци  .натри , меньша  чем Отношение Ma/CI в продуктах реакции дл  этих точек составл ет соответственно l,86jl,75 и 1.46. Общий расход газа в течение всего процесса рафинировани  указан на нижней шкале абсциссы. В общем требуетс  около 0,65 м газа на, тонну металл 1 дл  уменьшени  концентрации,натри  в металле от 40-10 до 1-10 при обработке расплава алюмини  по предлагаемому способу.

Схема программированного рафинировани  не об зательно должна проводитьс  с конечным числом ступеней или стадий. Содержание хлора в смеси может быть уменьшено непрерывным способом . Например, концентраци  хлора в газе может уменьшатьс  автоматически в ответ на показани  чувствительного устройства, которое измер ет концентрацию загр зн ющих веществ в выход щем газе и непрерывно поддерживает состав рафинирук цего газа на оптимальном уровне.

- 2%ff9

Hi

да

$

f%CL

I

J /Z7

5 fff Г5 Iff Jff

. /ffff/f/iff )7/fffif Af , f -fff

8%oSCft ЛГ /ff ffpeffff/f ffOf/tfef/ffj e i/ff Ifl . ff.Sl ff,S агб е,г ftoCJfff Sff3ff,/r/ ffiy . -ff ff -r

Claims (1)

1. СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ ОТ ПРИМЕСИ ЩЕЛОЧНОГО МЕТАЛЛА, включающий подготовку резервуара для рафинирования алюминия, введение в резервуар расплавленного алюминия перёд добавлением легирующих компонентов , контактирование расплава алюминия с рафинирующим газом в виде дискретных пузырьков, состоящим < из смеси 1-10 об.% хлора и газа, инертного по отношению к алюминию, .'в течение периода времени, достаточного для понижения концентрации принеси щелочного металла в алюминии до необходимого уровня, И отвод продук-. тов реакции, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расхода газа и снижения количества вредных выбросов в атмосферу, концентрацию хлора в газовой смеси уменьшают , по мере снижения содержания примеси щелочного металла в алюминии, при этом отношение атомов щелочного металла на моль галогена в продуктах реакции поддерживают в пределах от 1,5 ДО 2,0;

   >