NO148061B - Fremgangsmaate for fremstilling av saltbelagte metallpartikler - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av saltbelagte metallpartikler av Mg eller Mg-legeringer med kontrollert form og størrelse på partiklene.

Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen fremstilling av runde granuler av Mg eller Mg-legeringer, senere generelt kalt magnesium eller bare metall, overtrukket med et tynt beskyttelses-belegg av salter og med kornstørrelse fra 0,1 til 3,0 mm.

Slike granuler er velegnet som avsvovlingsmiddel i ferroindustri, noduleringsmiddel for fremstilling av seigjern, innlegering av aluminium etc. Granulene tilføres det behandlede smeltede metall gjennom en lanse ved hjelp av en bæregass. For å sikre en pålitelig dosering og unngå blokkering av lansen, er det derfor nødvendig at de anvendte magnesiumpartiklene er mest mulig ensartet med hensyn til partikkelstørrelse og form (rundhet).

Magnesium er et lett oksyderbart metall, i en finfordelt form kan det være pyrofort og i kontakt med fuktighet utvikles det hydrogen. Alle disse egenskapene gjør at fremstilling, transport og håndtering av Mg-partiklene er forbundet med eksplosjons- og brannfare.

Det har derfor vært vanlig praksis at fremstilling av Mg-granuler, f.eks. ved sentrifugering av flytende metall ved hjelp av en roterende skive eller perforert kopp, foregår i en inert atmosfære. Ved siden av at metoden er kostbar på grunn av behovet for beskyttelsesgass og relativt komplisert apparatur, er metoden heller ikke helt fri for eksplosjonsrisiko. Videre har man en dårlig kontroll med kornstørrelsen på de fremstilte partiklene og andel av støvfraksjon er som regel høy.

US patent nr. 3.881.913 beskriver en ny metode for fremstilling av magnesiumholdig granulat ved å sentrifugere smeltet metall under samtidig tilsetning av saltblanding med lavere smeltepunkt enn smeltepunktet for magnesium.

Prosessen gjennomføres i luft og saltblandingen består av alkalimetallklorider og fluorider, magnesiumklorider og jord-alkalimetallklorider. Produktet er en blanding av saltgranuler og saltbelagte magnesiumgranuler med kule- og/eller elipseform. Ulempene ved metoden er dårlig kontroll med partiklenes form og størrelse, varierende tykkelse av saltbelegget på metallpartiklene og at faren for antenning av magnesium under sentrifugering ikke er eliminert.

US patent nr. 4.186.000 beskriver en annen metode for gjen-vinning av runde, saltbelagte Mg-partikler innesluttet i skjør grunnmasse av slam eller slaggmateriale fra Mg-elektrolyseceller og holdeovner. Metoden er basert på tilsetning av et borholdig dispergeringsmiddel til smeltet grunnmasse som består av en blanding av elektrolyttsalter, Mg-metall, MgO og andre forurens-ninger, omrøring av blandingen med etterfølgende avkjøling, knusing av den stivnede blandingen og frasikting av de saltbelagte Mg-partikler. Bor anvendes som et overflate-stabi1iserende stoff som forhindrer sammenflyting av de dispergerte Mg-partikler.

For å forbedre økonomien i prosessen tilsettes det ytterligere metall til saltblandingen siden den opprinnelige Mg-mengden i slamgrunnmassen vanligvis er mindre enn 15 vektprosent. Den maksimale Mg-mengden i blandingen er imidlertid ved de aktuelJe saltsammensetninger begrenset til maksimalt 42 vektprosent og fortrinnsvis mellom 38-40 vektprosent. Mg-innhold utover disse grenser fører til dannelse av spesifikasjonsavvikende metallpartikler, dvs. større Mg-kuler, knipper av Mg-perler etc.

Videre er den anvendte elektrolyttsaltblanding, som inneholder både alkalimetallhalogenider og jordalkalimetallhalogenider, hydroskopisk slik at luftfuktigheten under håndtering av granuler bør være på mindre enn 35%, fortrinnsvis mindre enn 20%. Anvendelse av borholdige stoffer for å sikre dannelse av partikler med kontrollert form og størrelse fordyrer også denne metoden. Høy viskositet på blandingene krever høye omrørings-hastigheter fra 450 til 1220 m/min. eller med andre ord relativt høyt energiforbruk for å oppnå dispergering av metallet.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse tas det sikte på å finne fram til en forbedret fremgangsmåte for fremstilling av saltbelagte magnesiumpartikler uten de ovenfor anførte ulemper eller begrensninger med hensyn til fremstilling, håndtering og anvendelse av partiklene.

Hovedformålet med oppfinnelsen er fremstilling av runde, saltbelagte Mg-partikler med kontrollert kornspektrum uten tilsetning av spesielle overflateaktive eller overflatestabiliserende stoffer med minimal andel av resirkulert saltblanding i frem-st ill ingsprosessen.

Et annet formål med oppfinnelsen er å minimalisere energi-forbruket ved fremstilling av partiklene.

Et videre formål med oppfinnelsen er å fremstille Mg-partiklene uten spesielle krav til sikkerhetstiltak eller fuktighet i atmosfæren under fremstilling, håndtering og anvendelse av partiklene.

Disse formålene oppnås ifølge oppfinnelsen slik det fremgår av fremgangsmåten ifølge patentkrav 1-6.

Under praktiske forsøk med forskjellige saltblandinger tilsatt smeltet Mg-metall, ble det nå overraskende funnet at ved en spesiell kombinasjon av prosessparametre for Mg-dispergering og sammensetning av saltblandingen var det mulig direkte å fremstille runde metallpartikler innenfor et definert kornspektrum, selv uten tilsetning av spesielle overflatestabiliserende stoffer.

Videre ble det vist at andelen av magnesium i blandingen kan økes helt opptil 60 vektprosent uten at det oppstår sammenflyting av de formede partiklene eller at dispergeringen oppheves.

Andre fordeler og spesielle trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse av fremgangsmåten og eksempler på de utførte forsøk.

Fremgangsmåten er basert på en mekanisk dispergering av smeltet magnesium i en spesiell saltsmelte, ved hjelp av egnede røre-verk, med etterfølgende avkjøling og knusing av den stivnede blanding og frasikting av Mg-partikler fra saltmassen. Følgende krav stilles til de anvendte saltblandinger:

a) Saltsmelten bør ha minimal hygroskopisitet

b) Blandingens spesifikke vekt bør ligge nærmest mulig spesifikk vekt for den smeltede Mg eller Mg-legering.

c) Lav viskositet

Disse krav oppfylles av saltblandinger med 40 - 45% NaCl,

55-60% KC1 og eventuelt små mengder av andre tilsetningsstoffer for justering av spesifikk vekt på blandingene. En annen vei å gå fram for å oppnå tilnærmet lik spesifikk vekt mellom salt-sme1te/metal1, er anvendelse av legeringer av magnesium med Al og/eller Zn.

Ved valg av en ekvimolarblanding av MaCl og KC1 ligger den spesifikke vekten for blandingen i det aktuelle temperaturområde fra 660-700°C og fra 1,61-1 ,575 g/cm"^ sammenlignet med 1,60-1,58 for rent magnesium. Dette betyr at de under dispergering av flytende metall dannede partikler befinner stg i en "kraftløs" tilstand i likevekt med den omgivende smeiten på-virket kun av hydrostatiske trykk.

Blandingene er lite hydroskopiske og begynner å oppta vann først ved relativt høye fuktigheter.

Den nødvendige energi til formasjon av små metallpartikler med større overflate tilføres fra røreverket. Det er flere typer av røreverk som kan anvendes til dette formål. Turbinrøreverk har vist seg å være særdeles godt egnet for dispergering. Ved å variere omdreiningstall og dispergeringstid kan man regulere kornspektrum på de formede partikler innen de ønskede områdene, fra 0,1 til 1,5 mm, for bruk i ferroindustri og f.eks. mellom 2 og 3 mm for innlegering av aluminium.

Oppfinnelsen blir nå nærmere illustrert ved hjelp av de utførte praktiske forsøk.

Forsøksbetingelser;

En smeltedigel med kapasitet på 20 kg ble anvendt til salt-smelting og dispergering av det smeltede metallet.

Følgende parametre ble variert under forsøkene:

a) Forhold metall/saltsmelte

b) Temperatur under dispergering

c) Røreverkstype

d) Dispergeringstid og hastighet på røreverket

Rent magnesium og Mg-legering AZ31 (3% Al og 1% Zn, resten

hovedsakelig Mg) ble brukt som dispergeringsmetall.

Forsøk ble utført med saltsmelte bestående av 50 molprosent KC1 og 50 molprosent NaCl, eller m.a.o. med en ekvimolekulærblanding av disse saltene. Separat smeltet metall ble tilført saltsmelten i digelen og etter omrøring ved en gitt temperatur og hastighet på røreverket, ble blandingen av de dispergerte metallpartikler og salt bråavkjølt ved å støpe blandingen i flate former. Representative prøver av den størknede blandingen ble tatt for visuell bedømmelse av dispergeringen og form på partiklene. Prøvene ble så malt i prallmølle, salt og Mg-partikler skilt fra hverandre og det ble foretatt sikteanalyse. Saltbelegget på Mg-partiklene utgjør fra 10 til 15 vektprosent.

Forsøksresultater er satt opp i Tabell 1 og 2.

Som det fremgår av resultater styres kornstørrelse på partiklene ved hjelp av dispergeringstiden og rørehastigheten (Forsøk 1-3). Dispergeringstiden foregår uten vanskeligheter helt opptil 60 vektprosent av metallet i blandingen; ved høyere andel av metallet (Forsøk 4 med 66% metall) skjer det ingen dispergering uansett høy rørehastihget og relativ lang røretid. Likeledes inntrer ingen dispergering ved anvendelse av propellrøreverk (Forsøk 10 og 11), se Tabell 1.

Ved høyere temperaturer over 730°C, er det tendens til metalloksydasjon på overflaten under utstøping av blandingen.

Under Forsøk nr. 15 ble det også undersøkt stabiliteten av den dispergerte blandingen. Blandingen ble etter metalldispergering holdt ved 700°C over en periode på 20 timer. I alt ble det tatt 8 prøver i dette tidsrommet, avkjølt, malt i prallmølle og sikteanalysert. Selv etter holdetid på 20 timer var det ingen tendens til sammenflyting av de dispergerte Mg-partiklene, se Tabell 3.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av runde, saltbelagte metallpartikler av Mg eller Mg-legeringer omfattende dispergering av smeltet metall i en saltsmelte ved omrøring, avkjøling av blandingen av metall og salt og etterfølgende knusing av den størknede blandingen, karakterisert ved at dispergeringen av metallet foregår uten tilsetning av spesielle overflateaktive eller overflatestabiliserende stoffer i en saltsmelte som har en spesifikk vekt innen temperaturområdet 660-710°C tilnærmet lik spesifikk vekt på metallet og hvor smeiten omfatter hovedsakelig alkalimetallklorider uten krystallvann og hvor andelen av metallet i blandingen utgjør opptil 60 vektprosent.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som alkalimetallklorider anvendes NaCl og KC1, fortrinnsvis en eutektisk blanding av disse kloridene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2, karakterisert ved at det anvendes metallmengde som utgjør fra 45-55 vektprosent av blandingen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2 eller 3, karakterisert ved at det anvendes temperatur på den smeltede blanding som ligger i området fra 660-730°C.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at temperaturen ligger i området fra 690-710°C.

6. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av de forannevnte krav karakterisert ved at omrøring av blandingen utføres ved hjelp av turbin røreverk over et tidsintervall fra 1-15 minutter med periferihastighet fra 100-400 m/min.