Спосіб очищення алюмінієвого сплаву

1. Спосіб очищення алюмінієвого сплаву, що містить шкідливі домішки, у якому алюмінієвий сплав піддають процесу фракціонованої кристалізації, який відрізняється тим, що вказаний алюмінієвий сплав розділяють на очищений розплав, кількість шкідливих домішок в якому менша, ніж у C2 2 75725 1 3 75725 4 кондиційному розплаві визначається евтектичним домішкові інтерметаліди, рециклований розплав є, складом. У випадку вхідного потоку алюмінію, зав основному, потоком рідкого алюмінію, що містить брудненого 0,5% Fe, та вмісту Fe у потоці продукту менше сплавного елементу, ніж некондиційний менш, ніж 0,1%, некондиційний розплав, що має компонент. В якості сплавного елемента часто підвищений вміст Fe, складає більш ніж 25% вхідзустрічається Fe. ного потоку. Принцип процесів розділення інтерметалідів є Як можна легко бачити на фазовій діаграмі Alвідомим у галузі металургії і включає такі процеси, Fe, чим чистішим роблять очищений розплав, тим як шарова кристалізація, фільтрування, магнітна менш забрудненим буде некондиційний розплав. сепарація, гідроциклонування та осадження у розУтім, для того щоб процес був економічним, бажаплавлених солях. ним є малий об'єм дуже забрудненого некондиційНекондиційний розплав процесу фракціонованого розплаву. ної кристалізації використовують як вхідний потік Експлуатаційні характеристики базового продля процесу розділення інтерметалідів. У цьому цесу фракціонованої кристалізації можна покрапроцесі розділення інтерметалідів додають домішщити через використання багатоступеневої криску. Домішку вибирають таким чином, щоб вона талізації або процесу фракціонованої кристалізації ефективно зменшувала евтектичний склад сплаву зворотному потоці, але границя для забруднення ного елементу та алюмінію, наприклад, евтектичнекондиційного розплаву сплавним елементом все ний склад Fe та алюмінію. одно визначається евтектичним складом. Некондиційний розплав процесу фракціоноваВзагалі, матеріал очищеного розплаву має ної кристалізації перетворюють на заевтектичну вищу економічну вартість, аніж матеріал початкосуміш шляхом додання до нього домішки. У прового алюмінієвого сплаву, а матеріал некондиційцесі розділення інтерметалідів цю суміш поділяного розплаву має нижчу економічну вартість. На ють на відходи з високим вмістом домішок та теперішньому ринку найпоширеніших алюмінієвих сплавного елементу, та рециклований розплав з сплавів втрата вартості більш забрудненого ненижчим вмістом сплавного елементу. Цей рециккондиційного розплаву у порівнянні з початковим лований розплав змішують з вхідним потоком алюмінієвим сплавом не компенсується підвищеналюмінієвого сплаву. ням економічної вартості очищеного розплаву. Спосіб за даним винаходом відкриває новий, Попит на ринку на матеріал некондиційного розпнабагато більш економічний шлях до очищення лаву, що виходить з процесу фракціонованої крисалюмінієвих сплавів, особливо придатний для талізації, вельми малий, і відтак, якщо він виробалюмінієвих сплавів зі складом, типовим у галузі лятиметься у великих кількостях, його економічна переробки брухту. вартість швидко впаде. Отже, процес фракціоноІншими перевагами цього способу є економія ваної кристалізації або, фактично, будь-який інший об'єму, синергічні переваги що досягаються шляпроцес розділення, у якому вхідний потік відходів хом об'єднання процесів, нижча чутливість до коподіляють на більш очищений та більш забруднеливань цін на алюміній та екологічність. Даний ний потоки евтектичного або майже евтектичного спосіб є економічно рентабельним, навіть при заскладу, є натепер невиправданим з економічної стосуванні у дуже широкому масштабі. точки зору. У способі за даним винаходом використовують Метою винаходу є створення способу очищенпроцес розділення інтерметалідів для очищення ня алюмінієвого сплаву, що є більш виправданим з некондиційного розплаву після процесу фракціоекономічної точки зору. Ця та інші цілі досягаються нованої кристалізації та процес фракціонованої завдяки способу очищення алюмінієвого сплаву, кристалізації для очищення принаймні частини що містить шкідливі домішки або забруднювач, у потоку продукту (рециклованого розплаву) після якому алюмінієвий сплав піддають процесу фракпроцесу розділення інтерметалідів. Принципову ціонованої кристалізації, який відрізняється принеможливість перейти евтектику у процесі фракцінаймні тим, що алюмінієвий сплав розділяють в онованої кристалізації та процесі розділення інтеочищений розплав, що має вміст сплавного елерметалідів окремо долають введенням у пропономенту менший, ніж вміст сплавного елементу в ваний процес рециклованого контуру. Після алюмінієвому сплаві та некондиційний розплав, процесу фракціонованої кристалізації некондиційщо має вміст сплавного елементу вищий, ніж вміст ний розплав роблять заевтектичним, шляхом досплавного елементу в алюмінієвому сплаві, та у давання домішки. Очищений розплав (рецикловаякому некондиційний розплав піддають процесу ний розплав) після процесу розділення розділення інтерметалідів, причому до некондиінтерметалідів, що за своїми властивостями ближційного потоку додають домішку, щоб утворити чий до евтектичного, роблять заевтектичним шлясуміш, що містить алюміній, шкідливі домішки та хом розбавлення домішки через додавання матедомішкові інтерметаліди, а з цієї суміші відділяють ріалу алюмінієвого сплаву, що очищають. відходи і рециклований розплав, причому відходи Результатом цього процесу є принаймні часткове містять вищий вміст сплавного елементу, аніж видалення сплавного елементу з алюмінієвого рециклований розплав, і рециклований розплав, сплаву з малим результуючим потоком відходів із принаймні частково, подають до процесу фракціовмістом сплавного елементу, вищим за евтектичнованої кристалізації. Спосіб за даним винаходом ний. Тому спосіб за даним винаходом називається поєднує доевтектичний процес, наприклад фрактакож крос-евтектичним очищенням або КЕО. ціоновану кристалізацію, з заевтектичним процеЗ економічних міркувань, менший, дуже засом, таким, як розділення інтерметалідів. Відходи бруднений потік відходів є кращим за більший та містять твердий алюміній, шкідливі домішки та менш забруднений потік відходів. Однак Al-Fe 5 75725 6 адитивні інтерметаліди містять велику кількість сіб, що відповідає критеріям новизни та наявності алюмінію. У звичайному, застосовуваному окремо, винахідницького рівня. процесі розділення інтерметалідів розділення твеПереважний варіант здійснення відрізняється рдої речовини та рідини спричиняло б навіть бітим, що домішка містить принаймні один елемент, льшу втратою алюмінію. Крім того, відходи не є вибраний з Si, Μn, Сu, Со та Ni. Ці елементи як особливо цінними. Вони містять вельми значну домішки, які додають або окремо, або у комбінації, кількість заліза, що обумовлює їхню застосовність легко утворюють інтерметаліди з багатьма сплавлише у випадках, коли якість не відіграє особливої ними елементами, що використовуються в алюміролі. Далі, очищений розплав (рециклований рознієвій промисловості, та забезпечують високу плав) після процесу розділення інтерметалідів, ефективність видалення. Це твердження, зокрема, який є очищеним потоком, є за складом близьким стосується, випадку, коли сплавним елементом, до евтектичного. Для алюмінієвого сплаву, що що видаляється, є Fe, але не обмежується цим містить близьку до евтектичної кількість сплавного випадком. елементу, наприклад, Fe в алюмінії, існує дуже Ще один варіант здійснення відрізняється тим, малий ринок збуту. Отже, нинішній ринок не в змощо домішка містить, в основному, Μn. У випадку, зі поглинути пропоновану кількість, що призводить коли в якості домішки, використовується в основдо низької ціни, а це в свою чергу робить цей проному, Μn можна досягти значного зменшення кільцес невиправданим для великомасштабного прокості потоку відходів, зокрема, у випадку, коли мислового застосування. З огляду на ці причини, сплавним елементом, що видаляється, є Fe, але так само і процес розділення інтерметалідів, якщо не обмежуючись цим варіантом. він застосовується окремо, не є економічно випраДаний винахід представляє особливий інтерес вданим. у випадку, якщо сплавним елементом є Fe. На відміну від цього, пропонований спосіб має Забруднення алюмінію залізом відбувається лише малу частку відходів. Через це, даний спосіб підчас використання або виготовлення алюмінієвої не потерпає від проблем, що описані вище, а сапродукції або накопичується в інших рециклових ме, від того, що відходи кожного з окремих процепроцесах. Залізо справляє несприятливий вплив сів - процесу фракціонованої кристалізації та прона здатність до формування та механіку руйнуцесу розділення інтерметалідів - є великим у вання продуктів з алюмінієвих сплавів, і, відтак, порівнянні з попитом ринку. Відтак, широкомасшйого присутність допускається лише у малих кільтабне застосування пропонованого процесу лише костях. у незначній мірі впливає на вартість потоку відхоКраще, коли шкідливі домішки, що треба видів та рентабельність усього процесу. далити, являють собою Fe, при чому вміст Fe в Масовий баланс процесу за даним винаходом алюмінієвому сплаві є меншим за 1,7% (за масою), може обмежувати частину потоку продукту після ще краще, коли він є меншим за 1,5% (за масою). процесу розділення інтерметалідів, яку можна поУ разі, якщо вміст Fe ще є близьким до евтектичвертати до процесу фракціонованої кристалізації ного, можливе збільшення вмісту Fe у некондиційяк рециклований продукт. Через це частина потоку ному потоці після процесу фракціонованої кристарідкого продукту залишається з утвореними інтерлізації є дуже малим у порівнянні до вмісту Fe у металідами. Краще, коли принаймні частину рідковхідному потоці, щоб зробити увесь процес еконого алюмінію відділяють від інтерметалідів у подамічно виправданим. льшому процесі розділення. Отже, краще, коли сплавним елементом, що Як зазначалося вище, натепер сам процес видаляється, є Fe, при чому вміст Fe в алюмінієфракціонованої кристалізації взятий окремо не є вому сплаві є більшим за 0,4% (за масою), ще економічним, особливо, для застосування в великраще, коли він є більшим за 0,5% Fe. кому обсязі. При меншому вмісті Fe у вхідному потоці алюОднак, якщо об'єднати ці два процеси відповімінієвого сплаву, що очищають, значного змендно до цього винаходу, можна одержати потік вишення кількості потоку відходів не досягають, оскісокоочищеного продукту та потік відходів, менший, льки рециклований розплав після процесу ніж в окремих процесах, що містить велику кільрозділення інтерметалідів містить залежно від кість сплавного елементу та домішки. Цей малий використовуваної домішки також приблизно 0,5% потік відходів можна використати, наприклад, як Fe. деокидизуючу або сплавну речовину у сталеливаВинахід далі ілюструватиметься шляхом порірній промисловості, або ж інтерметаліди можна вняння кількості та складу потоку відходів і потоку розкласти шляхом електролізу і відновити їх склапродукту для процесу фракціонованої кристалізадові частини. Очищений розплав є вихідним матеції та процесу за даним винаходом. ріалом високої вартості для високоякісних алюміУ таблиці 1 наведений склад алюмінієвого нієвих сплавів. Отже, поєднання цих двох, окремо сплаву. Маса приймається такою, що дорівнює економічно невиправданих процесів в один комбіодній одиниці, наприклад, 1000кг. нований процес дає економічно виправданий, споТаблиця 1 Склад алюмінієвого сплаву (брухту) Брухт Маса 1000 Al (% за масою) 99,50 Fe (% за масою) 0,50 Mn (% за масою) 0,00 7 75725 У випадку, коли брухт очищують з використанням процесу фракціонованої кристалізації, склади та маси отриманих у результаті потоку продукту та 8 потоку відходів наведені у таблиці 2. Як видно з цієї таблиці, маса відходів складає приблизно 25% від первинної маси брухту. Таблиця 2 Маса та склад продукту та відходів після фракціонованої кристалізації брухту за таблицею 1 Фракціонована кристалізація Продукт Відходи Маса 0,754 0,246 Аl (% за масою) 99,94 98,15 У таблиці 3 показаний результат, коли наш винахід застосовують до брухту через додання домішки, наприклад, марганцю, у некондиційний розплав після процесу фракціонованої кристалізації і повернення принаймні частини потоку продукту після процесу розділення інтерметалідів в якості рециклового продукту на вхід процесу фракціонованої кристалізації. Ця таблиця показує, що відходи зменшені до менш ніж 17% маси вхідного брухту. Вважається, що утворився принаймні інтерметалід Аl 6 [Fe, Μn]. Відходи, відповідно до таблиці 3, складають приблизно 17% вхідної маси. Кількість рециклового продукту, що можна повернути до процесу фракціонованої кристалізації, визначається масовим Fe (% за масою) 0,06 1,85 Μn (% за масою) 0,00 0,00 балансом і у багатьох випадках не охоплює всю кількість продукту після процесу розділення інтерметалідів. Кількість відходів можна додатково зменшити шляхом подальшого відділенням алюмінію в окремому процесі, переважно у рідкій формі, від інтерметалідів. Додання додаткового процесу має ще й перевагу більшої гнучкості у виборі процесу розділення інтерметалідів, що буде застосовуватися. Так, можна застосувати менш ефективний процес розділення інтерметалідів, що має нижчу роздільну здатність, але дешевший. Потім можна здійснити подальше розділення у додатковому процесі сепарації. Таблиця 3 Маса продукту, відходів і домішки після застосування процесу за даним винаходом відносно брухту за таблицею 1 КЕО Продукт Відходи Домішка Маса 0,839 0,167 0,006 Аl (% за масою) 99,91 93,70 0,00 Далі винахід ілюструватиметься з посиланнями на креслення, на яких Фіг.1 показує принцип винаходу, а на Фіг.2 схематично представлений варіант здійснення винаходу. На Фіг.2 основні процеси за винаходом обведені квадратом 20. Ці процеси включають процес фракціонованої кристалізації, позначений 21 і процес розділення інтерметалідів, позначений 22. Брухт, що має очищуватися (позначений цифрою 23), подають через лінію 24 до процесу фракціонованої кристалізації 21. Одержаний очищений продукт (позначений цифрою 25) видаляють з процесу фракціонованої кристалізації через лінію 26. Некондиційний продукт 27 видаляють з процесу фракціонованої кристалізації через лінію 28 і подають до процесу розділення інтерметалідів 22 через лінію 29. Складову відходів 30 з процесу розділення інтерметалідів вибирають через лінію 31. Домішку 32 подають до процесу розділення інтерметалідів через лінію 33. Рециклову складову 34 вибирають з процесу розділення інтерметалідів 22 через лінію 35 і подають до процесу фракціонованої кристалізації через лінію 36. На Фіг.1 номером 11 позначена лінія подачі, через яку потік алюмінієвого сплаву у вигляді брухту, переважно у розплавленому стані, що містить Fe (% за масою) 0,06 2,70 0,00 Μn (% за масою) 0,03 3,60 100,00 шкідливі домішки, подають до першої технологічної посудини 12, у якій відбувається процес фракціонованої кристалізації. В якості процесу фракціонованої кристалізації може бути вибраний один з відомих варіантів фракціонованої кристалізації. До лінії подачі 11 підключена зворотна лінія 13, функція якої описуватиметься нижче. Лінія подачі 11 і зворотна лінія 13 сходяться у вхідну лінію 19, яка з'єднана з технологічною посудиною 12. У процесі фракціонованої кристалізації суміш потоку алюмінієвого сплаву та некондиційного потоку розділяють на складову продукту, яку видаляють через лінію продукту 14, і залишкову складову, яку вибирають з технологічної посудини 12 через лінію відходів 15. Лінія відходів 15 з'єднана з другою технологічною посудиною 17, з якою також з'єднана живильна лінія 16. Через живильну лінію 16 до другої технологічної посудини 17 подають домішку, наприклад, Μn. У другій технологічній посудині 17 здійснюють процес розділення інтерметалідів. Потік відходів, що містить велику кількість сплавного елементу, наприклад, Fe, a також містить Μn, видаляють через лінію відходів 18. До другої технологічної посудини 17 також приєднана зворотна лінія 13, через яку очищений вихідний потік після 9 75725 10 другого процесу повертають як рецикловий прочерез лінію 9, можна ще більше зменшити, і, віддукт до технологічної посудини 12. так, можна одержати більшу кількість очищеного Альтернативно, потік відходів подають через алюмінію, що вибирають через лінію 8. лінію 18 до подальшого процесу сепарації 10, у Увесь комбінований процес в якості вхідних якому алюміній у рідкій або твердій формі відділяпотоків має потік алюмінієвого сплаву, що має ють від інтерметалідів. Завдяки цьому додатковоочищуватися, та потік домішки, та в якості вихідному процесу сепарації кількість відходів, видалених го потоку - потік відходів і складову продукту. Комп’ютерна верстка О. Присяжнюк Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601