Разработка технологии рафинирования алюминия от примесей щёлочных и щёлочноземельных металлов

• Автор: Пискарёв, Денис Валерьевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1.Рафинирование алюминиевых сплавов газами

1.2. Флюсовые композиции для рафинирования алюминия от примесй щелочных и щлочноземельных металлов

1.2.1. Флюсы на основе сульфатов.

1.2.2. Криолиты

1.2.3. Флюсы на основе хлорида марганца

1.2.4. Флюсы на основе гексахлорэтана

1.2.5. Флюсы на основе фторсиликатов

1.2.6. Флюсы на основе фтористого алюминия

1.3. Комбинированные способы рафинирования.
1.4. Фильтрация
1.5. Выводы по главе.
Глава 2. ТЕРМОДИНАМИКА ФЛЮСОВОГО РАФИНИРОВАНИЯ.
2.1. Стехиометрические расчты по уравнениям реакций
2.2. Расчет изменения функции Гиббса в химических реакциях.
2.3. Расчт констант равновесий реакций.
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Составы флюсов для исследований.
3.2. Температуры плавления экспериментальных флюсов
3.2.1. Методика измерений и оборудование
3.2.2. Проведение измерений.
3.2.3. Обработка результатов
3.2.4. Экспериментальные результаты.
3.3. Рафинирование алюминия от примесей ЩМ и ЩЗМ.
3.3.1. Схема эксперимента и методы анализа.
3.3.2. Влияние температуры на степень рафинирования.
3.3.3. Скорость вращения ротора.
3.3.4. Влияние расхода флюса на степень рафинирования.
3.3.5. Влияние конструкции ротора на степень рафинирования
3.3.6. Выводы по главе
Глава 4. ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ В ЗАВОДСКИХ УСЛОВИЯХ.
4.1. Разработка технологии грануляции смеси фтористых и хлористых
солей.
4.2. Методика измерения соотношения хлорида калия и фторалюмината
калия в гранулированном флюсе по плотности их водных растворов
4.3. Методика проведения эксперимента и оборудование
4.4. Рафинирование вторичных алюминиевых сплавов от магния
4.4.1. Плавки по серийной технологии
4.4.2. Плавки с использованием флюса Экораф 3.1.1
4.4.3. Выводы по экспериментальным данным рафинирования
вторичных алюминиевых сплавов
4.5. Рафинирование первичных алюминиевых сплавов
4.6. Выводы по экспериментальным данным рафинирования первичных алюминиевых сплавов.
4.7. Расчт экономической эффективности использования флюсового
препарата Экораф 3.1.1
4.7.1. Использование флюсового препарата Экораф 3.1.1
во вторичной металлургии алюминия для рафинирования от
магния
4.7.2. Использование флюсового препарата Экораф 3.1 .1 на алюминиевых заводах при производстве первичных алюминиевых сплавов
4.7.3. Экономическая эффективность флюсового препарата
Экораф3.1.1
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Использование газообразного хлора в литейных цехах становится все менее желательным по нескольким причинам. Во-первых, законы против его использования из соображений защиты окружающей среды; и во-вторых, газообразный хлор является опасным, что требует высоких затрат на обслуживание и эксплуатацию системы подачи газообразного хлора. Кроме того, газообразный хлор высоко агрессивен, в связи с чем косвенные затраты и эксплуатационные расходы могут быть непомерными. Существуют альтернативы использованию хлора, которые могут обеспечить решение проблемы удаления щелочных металлов без значительных дополнительных затрат [5]. На рынке имеются различные флюсы, экологически более благоприятные для замены хлорного флюсования. Успешные применения флюсов показали хорошие результаты на заводе переплава и на заводе первичного алюминия. Процесс рафинирования в установках ALUR (рис. Аг или его смеси с СЬ, создаваемых при вращении инжектора запатентованной формы, которые удаляют за счет диффузии растворенный в металле водород и за счет химической реакции примеси щелочных металлов, а также флотируют частицы твердых неметаллических включений [6]. С г. ALPUR при литье круглых и плоских слитков, проволоки и чушек для изготовления профилей, лент, банок для напитков, листов аэрокосмического назначения, фольги и кабельной продукции: 0 установок работают на заводах в Европе, — в Азии, — в Северной Америке, — в Южной Америке, — в Африке, — в Австралии, — в Китае. Являясь производителем алюминия, фирма «Пешине» постоянно занимается поиском путей улучшения качества и снижения себестоимости своей продукции, не упуская из поля зрения и безопасность работы операторов. Рис. Для уменьшения влияния влажности окружающей атмосферы и повышения эффективности дегазации были обеспечены полная герметизация дегазационной камеры установок ALPUR за счет применения надувных уплотнений между камерой и крышкой, уплотнительных соединений на крышке и изоляция жидкого металла от атмосферы на входе и выходе из камеры. Устройство SNIF (Spining Nozzle Inert Flotation), дословно - флотация инертным газом из вращающегося сопла, разработанная компанией Union Carbide Со, впервые внедрена в литейных цехах в г. Вращение продувочного узла и непрерывная подача аргона способствуют хорошему перемешиванию. Когда пузырьки газа всплывают, растворенный водород десорбируется в поднимающиеся пузырьки и удаляется из расплавленного алюминия. Головка системы SNIF инертна к подавлению вторичной абсорбции водорода и к окислению. Рис. М-. У У УУ? С ——Mda. Л 1 ! Л IУ. V . Рис. Когда хлор добавляется в технологический газ, несмачиваемые неметаллические включения отделяются от алюминия, прикрепляются к пузырькам и всплывают на поверхность. Хлор также будет реагировать с растворенными щелочными металлами (Na, Li, Са и К), образуя соли, которые всплывают и переходят в шлак. Неметаллические частицы и соли удаляются из системы SNIF путем снятия шлака с поверхности расплава алюминия. Уровни концентрации щелочных металлов после обработки ALPUR и SNIF снижаются приблизительно в 2 раза [7]. Сущность процесса флюсового рафинирования алЕОминиевых сплавов состоит в обработке расплава жидким хлоридным или хлоридно-фторидным флюсом. Совершенствование технологии флюсовой обработки алюминиевых сплавов идет не только в направлении улучшения физико-химических (главным образом, рафинирующих) свойств флюсов, но и путем интенсификации процессов с помощью различных приемов и устройств. Многообразие составов флюсов обусловлено их многоцелевым назначением и большим разнообразием составов алюминиевых сплавов. По значению различают флюсы покровные (для защиты сплава от окисления при плавке), флюсы для переработки скрапа и шлаков, рафинирующие, модифицирующие и флюсы специального назначения, например, для защиты футеровки от проникновения в нее алюминиевых сплавов, легирование сплавов и очистки их от вредных примесей. Несмотря на многообразие флюсов, в состав их вводят небольшой ряд галогенных соединений хлоридов и фторидов различных металлов.