Патент на изобретение №2331678
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) РАФИНИРУЮЩИЙ ФЛЮС ДЛЯ УДАЛЕНИЯ МАГНИЯ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области вторичной металлургии легких металлов, в частности к составу рафинирующего флюса для удаления магния из алюминиевых сплавов. Состав флюса включает хлориды щелочных металлов, криолит и кремнефтористый натрий. Для снижения удельного расхода флюса на 1 кг удаляемого магния в состав флюса дополнительно вводят оксид алюминия при следующем соотношении компонентов (вес.%): Na2SiF6 35-60;
Изобретение относится ко вторичной металлургии легких металлов, в частности к рафинирующим флюсам, использующимся для удаления магния из алюминиевых сплавов. Проблема удаления магния из алюминиевых сплавов актуальна. В используемом для вторичной металлургии алюминия сырье содержится, как правило, большое количество магния, и при изготовлении сортовых сплавов с низким содержанием магния его излишек приходится удалять. В связи с этим представляет большой интерес создание эффективного флюса, рафинирующего алюминиевые сплавы от магния. Известен флюс для рафинирования алюминиевых сплавов от магния, содержащий хлориды щелочных металлов и криолит [1]. Согласно этому изобретению очистку алюминиевых сплавов от магния ведут флюсом следующего состава: 40% NaCl; 20% KCl; 40% Na3AlF6. Недостатком этого состава флюса является, во-первых, повышенный удельный расход криолита (на 1 кг магния). На практике двойной расход криолита от стехиометрии по реакции:
Во-вторых, высокая температура рафинирования 800°С. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является рафинирующий флюс, состоящий из хлоридов щелочных металлов и кремнефтористого натрия. Данный флюс имеет следующий состав: 52-57% NaCl; 30-35% KCl, 10-15% Na2SiF6 [2]. Основным недостатком этого состава флюса является то, что при взаимодействии кремнефтористого натрия с алюминиевым сплавом при температуре около 600°С начинается выделение газообразного четырехфтористого кремния, что приводит к потерям рафинирующего реагента, а следовательно, и к снижению эффективности флюса. При этом ухудшается экологическая обстановка в цеху – нарушаются нормы ПДК по фтору на рабочих местах. Задача изобретения – увеличение эффективности флюсового рафинирования алюминиевых сплавов от магния. Технический результат изобретения достигается тем, что в состав флюса для рафинирования алюминиевых сплавов от магния, включающий хлориды щелочных металлов, криолит и кремнефтористый натрий, вводят дополнительно порошкообразный активированный оксид алюминия В составе предлагаемого флюса используются следующие соотношения компонентов (вес.%):
Содержание Данный состав позволяет уменьшить удельный расход рафинирующего флюса при удалении магния из алюминиевого сплава по сравнению с прототипом. Это достигается прежде всего за счет того, что газообразный SiF4 реагирует с
и образует рафинирующий реагент AlF3. Рассмотрим подробнее механизм рафинирования алюминиевых сплавов от магния в прототипе и прелагаемом изобретении. Взаимодействие кремнефтористого натрия с алюминием, находящимся в алюминиевом сплаве, протекает в три последовательные стадии уже при температуре 600°С по схеме (3-5) с образованием на одной из стадий газообразного четырехфтористого кремния:
В прототипе образование газообразного четырехфтористого кремния приводит к потерям фтора в газовую фазу и соответственно к увеличению удельного расхода флюса, а также к нарушению экологической обстановки на рабочих местах. В предлагаемом изобретении появляющийся в процессе рафинирования газообразный SiF4 улавливается Реагенты, полученные в результате вышеперечисленных реакций, могут быть использованы для рафинирования алюминиевых сплавов от магния. Магний при этом будет переходить в шлак по следующим реакциям:
Таким образом, в предлагаемом изобретении газообразный SiF4 не улетает из зоны реакции, а образует по реакции (2) активный рафинирующий реагент AlF3, который по реакции (7) рафинирует алюминиевый сплав от магния и тем самым уменьшает удельный расход флюса и соответственно увеличивает его эффективность. Кроме того, экологическая обстановка на рабочих местах значительно улучшается. В качестве хлоридной составляющей возможно использовать отработанный электролит магниевого производства (“хлор-калий” электролит), что удешевляет процесс рафинирования, не снижая его эффективности. Соотношение компонентов в данном рафинировочном флюсе объясняется следующим: кремнефтористый натрий является основным поставщиком рафинирующих реагентов и при его содержании менее 35% эффективность флюса будет ниже, чем в прототипе. Увеличение Na2SiF6 более 60% не дает адекватного увеличения эффективности флюса, т.к. флюс становится вязким и за счет снижения его поверхностной активности эффективность всего флюса снижается. Оксид алюминия добавляется для улавливания выделяющегося газообразного SiF4. При содержании Al2О3 менее 3% возможно неполное улавливание выделяющегося газа и соответственно будут увеличены потери рафинирующего реагента. Повышение концентрации Al2О3 более 15% не увеличивает эффективность работы флюса, т.к. его количество будет превышать необходимое для нейтрализации газа SiF4 и не будет участвовать в реакции. Al2О3 будет только увеличивать вязкость флюса, а следовательно, и снижать его эффективность. Хлориды добавляются для увеличения поверхностно-активных свойств флюса. При содержании хлорида калия менее 12% поверхностные свойства рафинирующего флюса ухудшаются. Содержание хлорида калия более 30% не дает существенного улучшения поверхностно-активных свойств рафинирующего флюса. Содержание хлорида натрия менее 10% не дает заметного снижения поверхностного натяжения на границе металл-оксид, содержание же в соленой смеси хлорида натрия более 15% несущественно улучшает поверхностно-активные свойства рафинирующего флюса. В пределах указанных концентраций хлоридов образуется легкоплавкая эвтектика соленого расплава, которая и обеспечивает необходимые поверхностно-активные свойства рафинирующего флюса. Криолит (Na3AlF6) добавляется для снижения температуры плавления хлоридной составляющей и соответственно для увеличения поверхностно-активных свойств полученной хлоридно-фторидной системы. Содержание криолита менее 5% не дает существенного снижения температуры плавления хлоридно-фторидной системы, содержание же криолита более 15%, наоборот, сильно увеличивает температуру плавления хлоридно-фторидной системы. В пределах указанных концентраций криолита образуется легкоплавкая эвтектика хлоридно-фторидных расплавов, которая и обеспечивает необходимые поверхностно-активные свойства рафинирующего флюса. Кроме того, криолит является еще и рафинирующим реагентом и способствует удалению магния из алюминиевого сплава. Что касается Таким образом, рафинирующий флюс для удаления магния из алюминиевого сплава при соотношении компонентов (вес.%):
обладает минимальным удельным расходом и соответственно высокоэффективен. Пример 1 Взяли навеску рафинирующего флюса в количестве 50 кг при следующем соотношении компонентов (вес.%):
Расплавили алюминиевый сплав с содержанием магния 1,0% в количестве 1 т. Таким образом, в данном количестве алюминиевого сплава содержится 10 кг магния. На поверхность расплавленного металла добавили флюс. Рафинирование вели в течение 20 минут при перемешивании расплава. Через 20 минут взяли пробу металла и проанализировали ее спектральным методом на содержании магния. Количество магния в алюминиевом сплаве уменьшилось до 0,45%. Таким образом, из 1 т расплавленного алюминиевого сплава было извлечено 5,5 кг магния. Удельный расход флюса на 1 кг магния составил: 50 кг (флюс):5,5 кг (Mg)=9,1 кг флюса/1 кг Mg. Пример 2 Граничные значения Взяли навеску рафинирующего флюса в количестве 50 кг при следующем соотношении компонентов (вес.%):
Расплавили алюминиевый сплав с содержанием магния 1,0% в количестве 1 т. Таким образом, в данном количестве алюминиевого сплава содержится 10 кг магния. На поверхность расплавленного металла добавили флюс. Рафинирование вели в течение 20 минут при перемешивании расплава. Через 20 минут взяли пробу металла и проанализировали ее спектральным методом на содержании магния. Количество магния в алюминиевом сплаве уменьшилось до 0,51%. Таким образом, из 1 т расплавленного алюминиевого сплава было извлечено 4,9 кг магния. Удельный расход флюса на 1 кг магния составил: 50 кг (флюс):4,9 кг (Mg)=10,2 кг флюса/1 кг Mg. Пример 3 Граничные значения Взяли навеску рафинирующего флюса в количестве 50 кг при следующем соотношении компонентов (вес.%):
Расплавили алюминиевый сплав с содержанием магния 1,0% в количестве 1 т. Таким образом, в данном количестве алюминиевого сплава содержится 10 кг магния. На поверхность расплавленного металла добавили флюс. Рафинирование вели в течение 20 минут при перемешивании расплава. Через 20 минут взяли пробу металла и проанализировали ее спектральным методом на содержании магния. Количество магния в алюминиевом сплаве уменьшилось до 0,56%. Таким образом, из 1 т расплавленного алюминиевого сплава было извлечено 4,4 кг магния. Удельный расход флюса на 1 кг магния составил: 50 кг (флюс):4,4 кг (Mg)=11,3 кг флюса/1 кг Mg. Пример 4 За граничные значения Взяли навеску рафинирующего флюса в количестве 50 кг при следующем соотношении компонентов (вес.%):
Расплавили алюминиевый сплав с содержанием магния 1,0% в количестве 1 т. Таким образом, в данном количестве алюминиевого сплава содержится 10 кг магния. На поверхность расплавленного металла добавили флюс. Рафинирование вели в течение 20 минут при перемешивании расплава. Через 20 минут взяли пробу металла и проанализировали ее спектральным методом на содержании магния. Количество магния в алюминиевом сплаве уменьшилось до 0,69%. Таким образом, из 1 т расплавленного алюминиевого сплава было извлечено 3,1 кг магния. Удельный расход флюса на 1 кг магния составил: 50 кг (флюс):3,1 кг (Mg)=16,1 кг флюса/1 кг Mg. Пример 5 За граничные значения Взяли навеску рафинирующего флюса в количестве 50 кг при следующем соотношении компонентов (вес.%):
Расплавили алюминиевый сплав с содержанием магния 1,0% в количестве 1 т. Таким образом, в данном количестве алюминиевого сплава содержится 10 кг магния. На поверхность расплавленного металла добавили флюс. Рафинирование вели в течение 20 минут при перемешивании расплава. Через 20 минут взяли пробу металла и проанализировали ее спектральным методом на содержании магния. Количество магния в алюминиевом сплаве уменьшилось до 0,68%. Таким образом, из 1 т расплавленного алюминиевого сплава было извлечено 3,2 кг магния. Удельный расход флюса на 1 кг магния составил: 50 кг (флюс):3,2 кг (Mg)=15,6 кг флюса/1 кг Mg. Результаты примеров приведены в таблице.
Из таблицы видно, что в случае применения предлагаемого состава флюса (см. примеры 1, 2, 3) удельный расход рафинирующего флюса на 1 кг магния меньше по сравнению с известным в среднем на 4,3 кг. Что касается за граничных значений концентраций компонентов, то их применение нецелесообразно, т.к. удельный расход рафинирующего флюса на 1 кг магния в этих случаях (см. примеры 4, 5) увеличивается и превышает известный, описанный в прототипе. Источники информации 1. Металлургия вторичного алюминия, Б.А.Фомин, В.И.Москвитин, С.В.Махов. – М.: Экомет, 2004, 238 с. (стр.162). 2. «Флюсовая обработка и фильтрование алюминиевых расплавов», А.В.Курдюмов, С.В.Инкин, B.C.Чулков, Н.Н.Графас. – М.: Металлургия, 1980, 196 с. (стр.131).
Формула изобретения
1. Состав флюса для рафинирования алюминиевого сплава от магния, включающий хлориды щелочных металлов, криолит и кремнефтористый натрий, отличающийся тем, что он дополнительно включает порошкообразный активированный оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, вес.%:
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что содержание
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
-Al2О3+
-Al2О3 15-3; Na3AlF6 5-15; KCl 30-12; NaCl 15-10. Содержание 
