Способ рафинирования алюминия от примеси щелочного металла

СОЮЗ СОВЕТС 91 ХСОИЦМапнва ВаРЕСПУБЛИК ОП НТУ 1974ИЯ ИПОМИТАЛЛА вуара введение алюмивия л 6 плав ГОСУДФРСТВЕККИЙ КОМИТЕТ СССР(72) Эндрю Геза Чекели (СУЙ71) юнион .карбид корпорейшн(4)(57) СПОСОБ РАФИНИРОВАЦИЯ ОТ. ПРИМЕСЙ ЩЕЛОЧНОГО МЕвключающий подготовку реве;для рафинирования алюминияв резервуар расплавленногоперед добавлением легирующнхпонентов, контактирование.,801022664 А алюминия с рафинирующим газом в виде .дискретных пузырьков, состоящимиз смеси 1-10 об. хлсра и газа,инертного по отношению к алюминию,в течение периода времени, достаточного для понижения концентрации нримеси щелочного металла в алюминии донеобходимого уровня, .и отвод продук-,тов реакции, от л и ч а ю щ и й с.ятем, что, с целью уменьшения расхода газа и снижения количества вредных выбросов в атмосферу, концентрацию хлора в газовой смеси уменьшаютпо мере снижения содержания примесищелочного металла в алюминии, приэтом отношение атомов щелочного метала на моль галогена в продуктах реакции поддерживают в пределах от 1,5до 2,0:Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в, частности к способам удаления примесей целочных металлов из расплавленного алюминия.Щелочные металлы и кальций являются большей частью вредными примесями в алюминиевых сплавах, имеющих промышленное применение. Натрий особенно вреден, если предварительно не был удален содержащийся в сплаве водород. Необходимо, чтобы содержание натрия в алюминиевом сплаве, включающем более чем 1 магния, поддерживалось ниже 0,0005. Присутствие лития в алюминии также нежелательно, поскольку он вызывает коррозию алюминиевой Фольги во влажном . воздухе.Щелочные металлы попадают в алю 10 15 миний в электролиэерах во время электролитического восстановления окисиалюминия в присутствии криолита.Известен способ рафинирования алюминия от примеси щелочного металла,включающий подготовку резервуара для рафинирования алюминия, введение в резервуар расплавленного алюминия перед добавлением легируюцих компонентов, контактирование расплава алюминия с раФииирующим газом в виде дискретных пузырьков, состоящим из смеси 1- 10 об,Ь хлора и газа, инертного по отношению к алюминию, в течение периода времени, достаточного для .понижения концентрации примеси ще-, лочного металла в алюминии до необходимого уровня, и отвод продуктов реакции, Содержание активного газа хлора) в смеси в процессе рафинирования поддерживается постоянным 1.1Недостаток известного способа заключается в эмиссии коррозионных и токсичных газов и испарений. Эти газы содержат в основном непрореагировавший хлор, хлористый алюминий, испарения соляной кислоты и испарения окиси алюминия последние два соединения образуютая при гидролизе газообразного хлОристого алюминия) . ЗО 35 40 В магнийсодержащих сплавах реакция хлора с магнием более предпочтительна по сравнению с реакцией с 50 натрием, особенно при низких концентметрического удаленйя натрия, такойизбыток хлора не только не нужен,но и прямо отвечает эа эмиссию загрязняющих веществ и за потерю магния из сплава. рациях натрия. Высокое сродство хлора к.магнию вызывает серьезные трудности при производстве металла высокой 1 чистоты,особенно. в высокамаг ниевых сплавах, Таким образом. большие количества хлора должны реагировать сэтими сплавами с большим избытком по сравнению с тем количеством, которое требуется для стехио Цель изобретения - уменьшение расхода газа и снижение количества вредных выбросов в атмосферу.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу рафинированияалюминия от примеси щелочного металла, включающему подготовку резервуара для рафинирования алюминия, введение в резервуар расплавленного алюминия перед добавлением легирующихкомпонентов. контактирование расплава алюминия с рафинирующим газомв виде дискретных пузырьков, состояцим из смеси 1-10 об.Ъ хлора игаза, инертного по отношению к алюминию, в течение периода времени, достаточного для понижения концентрации примеси щелочного металла в алюминии до необходимого уровня, и отвод продуктов реакции, концентрациюхлора в газовой смеси уменьшают помере снижения содержания примесищелочного металла в алюминии, при этомотношение атомов щелочного металлана моль галогена (хлора) в продуктах реакции поддерживают в пределахот 1,5 до 2,0,Способ удаления примесей целоч.ных металлов иэ алюминия, при котором в основном, предотврацается выделение вредных газов ииспарений вокружающую среду, включает следующиестадии: подготовка резервуара дляобработки расплавленного алюминия,снабженного устройствами .для введения газа в расплавленный алюминий иустройствами для вывода продуктовреакции, введение расплавленного алюминия в резервуар перед добавлениемлюбых легирующих компонентов; введение рафинирующего газа, содержащего смесь газа, выбранного иэ груп-.пы, включающей хлор, фтор, галогенсодержащие соединения и их смеси,и газа, инертного относительно алюминия, в ванну расплава в форме дискретных хорошо распределенных газовыхпузырьков так, что указанные пузырьки газа входят в плотный контакт восновном со всей массой расплавленного алюминия поддержание концентрации галогена в укаэанном рафинирующем газе на таком значении, чтопо мере уменьшения концентрации примесей щелочных металлов в расплавебудет обеспечиваться достаточно вы- еаокаяселективная галогенизация укаэанйых примесей относительно алюминия при любом уровне примесей щелоч.ных металлов; поддержание потока указанного рафинирующего газа в расплавленном алюминии в течение периодавремени, достаточного для понижения:концентрации примесей щелочных металлов в алюминии до необходимогоуровня.Таким образом, сущность изобретения заключается в том, что концентрация хлора в смеси инертногогаза непрерывно уменьшается в ответна уменьшение содержания натрия врасплаве так, что при любом заданномуровне примесей газовая смесь имеетоптимальную концентрацию для селективного хлорирования натрия относительно алюминия с одновременным уменьшением количества инертного газа.Рафинкрующий газ, диспергированный внутри расплава, содержит смесь 10инертного газа и галогена и/или галогенсодержащего соединения, котороеможет химически. реагировать со щелочными металлами при температурерасплавленного алюминия. Азот и:ар.гон являются преимущественными инертньачи газами, а хлор .и фтор - преимущественными галогенами Термин гало- .генсодержащее соединение относитсяк тем .галогенным соединениям, которые могут либо непосредственно реаги.ровать ео щелочными металлами, либосоздавать газообразный гапоген вовремя разложения при температурерасплавленного алюминия, например,СС, СНС 1. С 1 С 1 Р 4 и СС 1 Гд,а фиг.1 представлен график зави"симости селективности хлорированиянатрия в расилаве алюминия от концентрации натрия (С,) в расплаве для,различных концеитрацйй хлорав рафи- ЗОнирующем газе по оси.ординат отложены значениц мольных отношений хлоридов натрия и алюминия в продуктахреакции, образующихсяпри взаимодействии хлора с натрием и алквщнием 35в расплаве при .1000 С) на фиг.2.-шестиступенчатое программированноеуменьшение концентрации хлора в газе с иелью уменьшения:атомной концентрации натрия в.алюминии от 40 10,цдо 110при этом концентрация хлорида алюмийия в выходящем газе поддерживается виже заданного уровня.Кривые изображенные,на Фиг.1, представляют газовые смеси, используемые 45для рафинирования расплава, имеющиеконцентрации хлора от 10 об. и ме.нееКак видно из графика. хлор реагирует преимущественно с натрием привысоких концентрациях натрия. нотакая преимущественность быстро уменьшается при .низких концентрациях.Сущность изобретения основанаиа том факте, что. уменьшениев селентивиости хлорирования натрияможет быть эффективно возмещено путем 55.уменьшения концентрации хлора в газовой смеси. Так, уменьшение концентрации хлора от 10 до 1 об. увеличивает селективность.хлорированиянатрия примерно в три раза. Такое 60улучшение селективности особенно важно при низких концентрациях натрия.Например, при Сц = 516 из расплаваудаляются примерно 4 атома натрияна 1 атом алюминия, когда рафинирова ние осуществляется смесью. содержащей 10 хлора фиг.1), т,е. отношение МаС 1/А 1 С 1 в продуктах реакции составляет 4, а отношение атомов натрия на моль хлора равно примерно 1.11. При рафинировании смесью, содержащей 1 хлора, отношение ФаС 1/А 1 СЗЗ увеличивается до 11, а .отношение Иа/С 1 у в продуктах реакции составляет 1,ЫТаким образом, удаление иатрия из расплава идет быстрее. чем алюминия, при использовании низких концентраций хлора в рафинирующем газе. в результате чего достигается эффективное использование хлора с одновременным подавлением образования газообразного хлористого алюмкния. Кроме того. уменьшение концентрации хлористого алюминия в выходящем газе с уменьшением концентрации хлора в рафинирую-. щем представляет собой не просто разбавление, а связано с тем. что при низких концентрациях хлор преимущественно реагирует с натрием и вследствие этого уменьшается образование хлористого алюминия.Снижение расхода газа может быть достигнуто (фиг.2) путем обработки металла рафинирующим газом переменного состава так что концентрация хлора в газе поддерживается при наивысшем возможном уровне, благодаря че-, му увеличивается селективное хлори рование натрия. Одновременно поддерживаются условия, чтобы концентрация хлористого алюминия в продуктахреакции не превъиаала заданного уровня.На фиг.2 представлены кривые, показывающие потребность в рафинирующем газе для уменьшения концентрации натрия в алюминиевом расплаве от 40 106 до необходимых значений при Фиксированных значениях С в газе. Семейство кривых, расположенных на2 правой стороне диаграммы, представляет собой корреляцию между избытком хлора в газовой смеси. который не реагирует с натрием во время рафинирования, и концентрацией натрия в расплаве. Йепрореагировавший с натрием хлор выражен в виде мольной доли Л 1 С 1 в выходящем газе (горизонтальная шкала сверху фиг,2), Как видно, из этих кривых. чем больше концентрация хлора в смеси, тем больше мольная доля А 1 с 1 з в продуктах реакциипри любом онределеннном содержаниинатрияв расплаве. или по мере уменьшения содержания натрия в расплавепри обработке расплава газом с фиксированной концентрацией хлора кон"центрация хлористого алюминия в про- ,дуктах реакции увеличивается.Преимущество изобретения заключается в оптимальном процессе рафини"рования путем изменения концентрации хлора в газовой смеси, 1022664 бП р и м е р. Содержание натрия валюминиевом рсплаве уменьшается от40166 до 1 1 б ат. при. ступенчатомуменьшении концентрации хлсра в рафиннруюцем газе, в котором инертнымносителем является аргон. Заданныйпредел эмиссии хлористого алюминияиз ванны составляет 0.043 об. ввыходящем газе. На фиг.2 заданныйуровень эмиссии представлен вертикальной линией, проходяшей поперек семейства кривых.с правой стороны диаграммы при Ь Ис-7 , 7.5 соответствует мольной доле хлористогоалюминия 0.00043)Рафинируюший газвводится в ванну расплавленного ме-.талла в форме хорошо распределен"ных газовых пузырьков. Как указаногоризонтальными стрелками на фиг.2рафинирование ванны алюминия осушествляется газовой смесью, содержащей 8 хлора. и продолжается до:техпор, пока не будет достигнут заданный предел содержания хлористого алю.миния в выходяшем газе. В этой точкеконцентрация натрйя в металле составляет 16,6 10 ат, а отношение,йа/С 1-6 25в продуктах реакции 1,95. Иэ кривых,расположенных на левой стороне,фиг.2 видно, что расход смеси, содержащей 8 газообразного хлора, понижающей уровень натрия от 40 10 6 ЗОдо 16,6 106 составляет 0,13 м/талюминия, Затем прекрашается подачагазовой смеси, содержашей 8 хлора,и в расплав вводится смесьсодержащая 6 хлора до тех пор. пока опять35не будет достигнут предел концентрации А 1 С 1 в выходящем газе. соответс.гвующий С = 1410 ф в расплаве.Отношение,йа/С 1 в продуктах реакции составляет при этом 1,92. Концентрация хлора в смеси затем уменьшается до 4 и процесс опять повторяется путем непрерывного замещения газовой смеси, содержащей последовательно уменьшаюшееся содержание хлора т.е.3, 26 и 1 хлора при С,1= 10 7,6 и.4,6 10 соответственно) до тех пор пока не будет достигнута окончательная концентрация натрия, меньшая чем 1 10 6. Отношение Ма/С 14 в продуктах реакции для этих точек составляет соответственно 1,86 1.75 и 1.46, Общий расход газа в течение всего процесса рафинирования указан на нижней шкале абсциссы. В общем требуется около 0,65 м газа на тонну металла для уменьшения концентрации натрия в металле от 4010 6 до 1 10 при обработке расплава алюминия по предлагаемому способу.Схема программированного рафинирования ие обязательно должна проводиться с конечным числом ступеней или стадий. Содержание хлора в смеси может быть уменьшено- непрерывным способом, Например, концентрация хлора в газе может уменьшаться автоматически в ответ на показания чувствительного устройства, которое измеряет концентрацию загрязняющих веществ в выходящем газе и непрерывно поддерживает состав рафинирукщего газа на оптимальном уровне.Составитель В.Бадоэскийжнина Техред И,Каштура Корректор Г,Огар дакто илиал ППП Патент". г. Ужгород, ул. Проектная, 4 раж 627осударствеи изобретениМосква, Жакай 4085/51 ТиВНИИПИ Гпо делам113035. Пбдписиоего комитета СССРи открытийРаушская наб., д. 4/5