Способ рафинирования алюминия

1. СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ, включающий обработку расплава фтористым солевым флюсом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности рафинирования и уменьшения потерь металла со шлаком, в качестве флюса используют плавленную смесь фтористого натрия и фтористого алюминия при массовом отношении NaF : AlF₃ = 0,30 - 0,83 в количестве 0,07 - 0,50 мас.% по отношению к металлу.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку ведут при температуре выше температуры плавления флюса на 10 - 300^oС.

Изобретение относится к цветной металлургии, а конкретнее к способам флюсового рафинирования алюминия.
Цель изобретения - повышение эффективности рафинирования и уменьшение потерь металла со шлаком. Флюс в виде плавленной смеси фтористого натрия и фтористого алюминия, взятых при массовом соотношении NaF:AlF = 0,30-0,83, вводят в емкость перед заливкой металла в количестве 0,07-0,50 (мас.%) по отношению к металлу, при этом температуру металла поддерживают выше температуры плавления флюса на 10-300^оС.
Как правило, при извлечении из электролизной ванны алюминия вакуум-ковшом вместе с жидким металлом попадает и часть электролита. При переливе расплава из вакуумного ковша в транспортный часть металла окисляется и, соединяясь с электролитом, образует шлак на поверхности металла с замещенным в него корольками алюминия. Этот шлак с поверхности металла снимается и далее в атмосфере кислорода металл, находящийся в нем, практически полностью окисляется и теряется. Количество окисленного алюминия составляет 3-5 кг на 1 т выпитого. Использование при переливе металла из вакуум-ковша в транспортный флюс предлагаемого состава позволяет получить солевую фазу более легкоплавкую, по сравнению с температурой кристаллизации электролита, вследствие того, что предложенный состав флюса и электролит хорошо растворяют друг в друге. За счет большой активности фтора, содержащегося во флюсе, и низкой, по сравнению с электролитом, температурой кристаллизации флюса, происходит глубокая проработка расплава фторгалогеном и его очистка от примесей. В результате того, что образованная жидкая солевая фаза легче алюминия, она всплывает на поверхность металла и играет роль покровного флюса, защищая металл от окисления. В результате этого металл не окисляется и шлак не образуется. Примеси накапливаются во флюсе, который впоследствии кристаллизуется на стенках ковша, и удаляются при очистке стенок ковша от солевой фазы. Отработанный флюс содержит фторсоединения тех солей, которые используются при электролитическом получении алюминия, поэтому их можно использовать при электролизе глинозема. При массовом отношении фтористого натрия к фтористому алюминию менее 0,3 (таблица, пример 2) повышается температура плавления флюса до 860^оС, в силу чего становится малоэффективным процесс рафинирования, снижаются технологические возможности флюса, резко возрастают газовыделе6ния фторсодержащих реагентов, ухудшаются условия труда. При массовом отношении фтористого натрия к фтористому алюминию более 0,83 (таблица, пример 12) температура плавления флюса повышается до 900^оС. Снижаются технологические возможности флюса (невозможно рафинирование металла с температурой ниже 910^оС без его разогрева, что требует дополнительных энергозатрат), резко возрастают газовыделения фторсодержащих реагентов, ухудшение труда, флюс расходуется непроизводительно. При разнице температуры рафинируемого металла и температуры плавления флюса менее 10^оС (таблица, примеры 3, 4) повышается вязкость флюса, снижается его рафинирующая способность, имеет место шлакообразование, возрастают потери металла со шлаком. При разнице температур жидкого металла и температуры плавления флюса более 300^оС (таблица, пример 13) увеличиваются потери фтористых солей в виде газовыделений, возрастает расход флюса.
Технология рафинирования металла по предлагаемому способу предполагает периодическую загрузку флюса в рафинировочную емкость перед заливкой в нее очередной порции металла. При загрузке флюса в количестве менее 0,07 (таблица, пример 6) степень извлечения металла из шлака и эффективность рафинирования низка. При загрузке флюса в количестве более 0,5% от массы металла увеличивается расход флюса без повышения рафинирующей способности, растут непроизводительные потери флюса и трудозатраты на очистку ковша от остатков флюса.
Примеры реализации способа.
П р и м е р 1. Вакуум-ковшом извлекают из электролизера алюминий марки А7 массой 2 т следующего химического состава, мас.%: Si 0,16, Fe 0,16, Na 0,004, Mg 0,005, Al₂O₃ 0,0005, H₂ 0,32 см³/100 г. При извлечении алюминия с металлом засасывается 3 кг электролита состава, массовое отношение = 1,35, глинозем мас. % и СаF₂ + +MgF₂ = 5-6 мас.%. В электролизный корпус подают пустой транспортный ковш, на дно которого засыпают 6 кг (0,3 мас.% от массы вылитого металла) плавленного флюса при массовом отношении NaF: AlF₃ = 0,3. Температура плавления указанного флюса 840^оС. Расплав из вакуум-ковша при 960^оС заливают в транспортный ковш. Так как плотность твердого плавленного флюса больше чем у расплавленного металла, он до момента расплавления находится на дне емкости. Далее по мере расплавления его плотность становится меньше, чем у жидкого алюминия, и он всплывает на поверхность, прорабатывая (рафинируя) металл по всей высоте слоя расплава. На поверхности металла флюс сплавляется с компонентами электролита алюминиевой ванны, хорошо смачивает частички образовавшегося на поверхности шпака, выплавляя из него металлическую фазу, которая сплавляется с основной массой металла и в конечном итоге флюс выкристаллизовывается на стенках ковша, как в наиболее холодной зоне, захватывая с собой примеси (Na, Mg, Al₂O₃, H₂). При избытке флюса он может играть роль покровного флюса, защищающего расплав от дальнейшего его окисления кислородом воздуха. В таблице (пример 3) приведены результаты рафинирования алюминия по описанной технологии.
Так, содержание примесей натрия, Al₂O₃, водород, магния снизилось по сравнению с исходным металлом соответственно на 84, 82,82, 84%, а извлечение металла из шлака составило 96%. Остаточный флюс после рафинирования, который можно переработать в электролизере, имеет состав: массовое отношение = 1,1, глинозем, натрий и магний до 1 мас.% Са следы.
П р и м е р 2. В пустой ковш засыпают 10 кг плавленного флюса (0,5 мас. % от металла), массовое отношение NaF:AlF₃ = 0,5 и заливают 2000 кг алюминия марки А7, содержащего, мас.%: Si 0,16; Fe 0,16; Na 0,004; Mg 0,0004; Al₂O₃ 0,008; H₂ 0,4 см³/100 г. Заливают металл, имеющий температуру 860^оС и не содержащий электролиза алюминиевых электролизных ванн. Температура плавления флюса 780^оС. Твердый флюс, имеющий плотность 2,7-2,8 г/см³, в момент заливки находится на дне ковша под слоем металла. По мере расплавления флюса он всплывает ( жидкого флюса = 1,6-1,8 г/см³), прорабатывая весь объем металла, и на поверхности взаимодействует со шлаком, затем кристаллизуется на стенках ковша. После флюсовой обработки содержание натрия в металле снижается на 82% , Al₂O₃ - на 84%, магния - на 83%, газосодержание - на 86%. Содержание алюминия в шлаке снижается на 92%. Отработанный флюс можно загружать в электролизер для производства алюминия.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам флюсового рафинирования алюминия. Цель изобретения - повышение эффективности рафинирования и уменьшение потерь металла со шлаком. Флюс в виде плавленной смеси фтористого натрия и фтористого алюминия при отношении NaF:ALF₃ = 0,30 - 0,83 (по массе) вводят в емкость перед заливкой металла в количестве 0,07 - 0,50 (мас.%) по отношению к металлу, при этом температуру металла поддерживают выше температуры плавления флюса на 10 - 300°С. За счет большой активности фтора, содержащегося во флюсе, происходит глубокая проработка расплава фторгалогеном и очистка его от примесей. Использование флюса указанного состава в плавленном виде позволяет существенно снизить потери фтора. Так как состав отработанного флюса содержит фторсоединения тех солей, которые используются при электролитическом получении алюминия, их можно использовать при электролизе глинозема. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.