RU2599475C1 - Method of producing aluminium-silicon alloy in electrolyzer for aluminium production - Google Patents
Method of producing aluminium-silicon alloy in electrolyzer for aluminium production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2599475C1 RU2599475C1 RU2015121257/02A RU2015121257A RU2599475C1 RU 2599475 C1 RU2599475 C1 RU 2599475C1 RU 2015121257/02 A RU2015121257/02 A RU 2015121257/02A RU 2015121257 A RU2015121257 A RU 2015121257A RU 2599475 C1 RU2599475 C1 RU 2599475C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- electrolyte
- alumina
- aluminium
- silica fume
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении алюминиево-кремниевых сплавов в электролизере для производства алюминия.The invention relates to non-ferrous metallurgy and can be used to obtain aluminum-silicon alloys in an electrolytic cell for aluminum production.
Получение алюминиево-кремниевых сплавов электролитическим восстановлением глинозема и кремнийсодержащего оксидного сырья позволяет снизить себестоимость сплавов за счет использования недорогих и не дефицитных оксидов кремния взамен технического кремния, получаемого электротермическим восстановлением в рудотермических печах.Obtaining aluminum-silicon alloys by electrolytic reduction of alumina and silicon-containing oxide raw materials can reduce the cost of alloys through the use of inexpensive and non-deficient silicon oxides instead of technical silicon obtained by electrothermal reduction in ore-thermal furnaces.
Известен способ получения алюминиево-кремниевых сплавов, включающий введение в криолитовый электролит в качестве оксидного сырья глинозема, полученного при переработке алюмосиликатов методом спекания и содержащего алюмосиликат натрия, и электролиз полученного расплава. Предлагаемый способ позволяет сократить расход электроэнергии на 10÷12%, упростить процесс за счет отказа от специальных дозаторов с непрерывным или периодическим поочередным вводом компонентов и сократить расход чистых кремнийсодержащих материалов (а.с. №1502663, С22С 21/02, 1989 г. [1]).A known method of producing aluminum-silicon alloys, comprising introducing into cryolite electrolyte as an oxide raw material of alumina obtained by processing aluminum silicates by sintering and containing sodium aluminum silicate, and electrolysis of the obtained melt. The proposed method allows to reduce energy consumption by 10 ÷ 12%, to simplify the process by abandoning special dispensers with continuous or periodic alternating input of components and to reduce the consumption of pure silicon-containing materials (AS No. 1502663, C22C 21/02, 1989 [ one]).
Основной недостаток известного решения связан с повышением криолитового отношения электролита (защелачиванием электролита) вследствие введения дополнительного количества натрия с алюмосиликатом натрия. Для корректировки криолитового отношения электролита потребуется дополнительный расход фтористого алюминия. В результате в электролизере будет нарабатываться избыточный электролит, который необходимо периодически сливать.The main disadvantage of the known solution is associated with an increase in the cryolite ratio of the electrolyte (alkalization of the electrolyte) due to the introduction of an additional amount of sodium with sodium aluminosilicate. To adjust the cryolite ratio of the electrolyte, an additional consumption of aluminum fluoride will be required. As a result, excess electrolyte will be generated in the electrolyzer, which must be periodically drained.
Известен способ получения алюминиево-кремниевых сплавов в серийных алюминиевых электролизерах (патент RU 2030487, С25С 3/36, 1995 г. [2]). Способ включает периодическую загрузку глинозема и кремнийсодержащего оксидного сырья на корку электролита, разрушение корки с последующим погружением сырья в криолитоксидный расплав, причем загрузку кремнийсодержащего оксидного сырья осуществляют в течение суток каждые 3÷6 ч, а масса загружаемой порции кремнийсодержащего оксидного сырья составляет 0,2÷0,4% (в расчете на SiO2) массы электролита.A known method of producing aluminum-silicon alloys in serial aluminum electrolysis cells (patent RU 2030487, C25C 3/36, 1995 [2]). The method includes periodic loading of alumina and silicon-containing oxide raw materials onto the electrolyte crust, crust breaking, followed by immersion of the raw materials in a cryolite oxide melt, and loading of silicon-containing oxide raw materials during the day every 3 ÷ 6 hours, and the mass of the loaded portion of silicon-containing oxide raw materials is 0.2 ÷ 0.4% (calculated on SiO 2 ) of the mass of the electrolyte.
Известное решение позволяет поддерживать в электролите оптимальную концентрацию кремния, которая не превышает максимально допустимую и предотвращает негативные явления, ведущие к росту температуры процесса и снижению выхода по току.The known solution allows you to maintain the optimum concentration of silicon in the electrolyte, which does not exceed the maximum allowable and prevents negative phenomena leading to an increase in process temperature and a decrease in current efficiency.
К недостаткам известного решения относится поточная обработка электролизера с загрузкой глинозема и кремнийсодержащего оксидного сырья на корку электролита с интервалом в 3÷6 ч, что приводит к определенным колебаниям концентрации глинозема и кремнезема в электролите. При этом не предусматривается корректировка режимных параметров технологии, которые остаются такими же, как у обычного электролизера по получению алюминия. Это снижает эффективность получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере.The disadvantages of the known solutions include in-line processing of the electrolyzer with the loading of alumina and silicon-containing oxide raw materials on the electrolyte crust with an interval of 3-6 hours, which leads to certain fluctuations in the concentration of alumina and silica in the electrolyte. It does not provide for the adjustment of the operational parameters of the technology, which remain the same as in a conventional electrolytic cell for producing aluminum. This reduces the efficiency of obtaining aluminum-silicon alloy in the cell.
Наиболее близким по технической сущности, наличию сходных признаков к заявляемому способу является «Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия» (патент РФ №2037569, С25С 3/36, 1995 г. [3]). Согласно известному способу в качестве кремнийсодержащего сырья используют аморфный кек кремнезема, полученный при обработке кремнефторсодержащих растворов гидроксидом алюминия. Крупность диоксида кремния в кеке кремнезема составляет 10÷40 мкм. Кек перед загрузкой в электролит нагревают до 400÷600°C, а при необходимости перед термообработкой кек смешивают с натрийсодержащим компонентом при массовом отношении натрия к алюминию, содержащемуся в кеке, равном (1,20÷2,20):1. Использование высокоактивного аморфного SiO2 обеспечивает высокие технико-экономические показатели процесса. Расширяется сырьевая база производства алюминиево-кремниевых сплавов, снижается себестоимость производства.The closest in technical essence, the presence of similar features to the claimed method is the "Method of producing aluminum-silicon alloy in an electrolyzer for aluminum production" (RF patent No. 2037569, C25C 3/36, 1995 [3]). According to the known method, amorphous silica cake obtained by treating silicon-fluorine-containing solutions with aluminum hydroxide is used as a silicon-containing raw material. The size of the silicon dioxide in the silica cake is 10 ÷ 40 microns. Before loading into the electrolyte, the cake is heated to 400 ÷ 600 ° C, and if necessary, before the heat treatment, the cake is mixed with a sodium-containing component with a mass ratio of sodium to aluminum contained in the cake equal to (1.20 ÷ 2.20): 1. The use of highly active amorphous SiO 2 provides high technical and economic performance of the process. The raw material base for the production of aluminum-silicon alloys is expanding, and the cost of production is decreasing.
Это решение выбрано в качестве ближайшего аналога.This solution is selected as the closest analogue.
К недостаткам способа можно отнести ограниченную сырьевую базу аморфного кека кремнезема, который может производиться только на заводах по выпуску криолита и суперфосфатных удобрений. Также недостатком является необходимость предварительной термической обработки кека кремнезема при 400÷600°C с целью удаления кристаллизационной влаги из тригидрата фторида алюминия.The disadvantages of the method include the limited raw material base of amorphous silica cake, which can be produced only in factories producing cryolite and superphosphate fertilizers. Another disadvantage is the need for preliminary heat treatment of silica cake at 400 ÷ 600 ° C in order to remove crystallization moisture from aluminum fluoride trihydrate.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение сырьевой базы аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья, повышение производительности и эффективности получения алюминиево-кремниевых сплавов в электролизерах для производства алюминия.The objective of the invention is the expansion of the raw material base of amorphous silicon-containing oxide raw materials, increasing the productivity and efficiency of obtaining aluminum-silicon alloys in electrolytic cells for aluminum production.
Технический результат при внедрении изобретения:The technical result when implementing the invention:
- увеличение производительности электролизера по алюминиево-кремниевому сплаву;- increase the productivity of the cell for aluminum-silicon alloy;
- повышение выхода по току;- increase in current efficiency;
- улучшение качества алюминиево-кремниевого сплава.- improving the quality of aluminum-silicon alloy.
Технический результат достигается тем, что в способе получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия, включающем периодическую загрузку в расплав электролита фтористых солей, глинозема, аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья и последующее восстановление оксидов алюминия и кремния, в качестве аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья используют микрокремнезем, получаемый в процессе очистки технологических газов при производстве кремния и кремнийсодержащих сплавов, который загружают в расплав электролита с использованием установок автоматического питания электролизера. При этом в электролизере поддерживают увеличенное на 5÷30 вес.% количество расплава электролита. Также в расплав электролита вместе с микрокремнеземом вводят измельченный кварцит в количестве до 40% от веса микрокремнезема. Дополнительно микрокремнезем предварительно смешивают с глиноземом или фтористыми солями и загружают в расплав электролита, причем смешивание микрокремнезема с глиноземом могут осуществлять их совместной подачей в сухую адсорбционную газоочистку корпуса электролиза алюминия, после чего полученную смесь загружают в расплав электролита в виде фторированного глинозема и фторированного микрокремнезема.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing an aluminum-silicon alloy in an electrolytic cell for aluminum production, comprising periodic loading of fluoride salts, alumina, amorphous silicon-containing oxide raw materials into the electrolyte melt and subsequent reduction of aluminum and silicon oxides, microsilica is used as an amorphous silicon-containing oxide raw material obtained in the process of purification of process gases in the production of silicon and silicon-containing alloys, which is loaded into electrolyte alloy using automatic electrolyzer power plants. At the same time, the amount of molten electrolyte increased by 5–30 wt.% Is supported in the electrolyzer. Also, crushed quartzite is introduced into the molten electrolyte together with silica fume in an amount of up to 40% by weight of silica fume. Additionally, silica fume is pre-mixed with alumina or fluoride salts and loaded into the molten electrolyte, moreover, silica fume can be mixed with alumina by their combined feeding into a dry adsorption gas purification of the aluminum electrolysis body, after which the resulting mixture is loaded into the molten electrolyte in the form of fluorinated alumina and fluorinated silica fume.
Техническая сущность заявляемого технического решения заключается в следующем. В предлагаемом решении в качестве аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья используют микрокремнезем, образующийся в процессе очистки технологических газов при производстве кремния и кремнийсодержащих сплавов в рудотермических печах.The technical nature of the proposed technical solution is as follows. In the proposed solution, as an amorphous silicon-containing oxide raw material, silica fume is used, which is formed during the purification of process gases in the production of silicon and silicon-containing alloys in ore-thermal furnaces.
Микрокремнезем представляет собой ультрадисперсный материал, состоящий из частиц преимущественно сферической формы. Основным компонентом микрокремнезема является диоксид кремния аморфной модификации. В таблице 1 приведен примерный химический состав микрокремнезема.Silica fume is an ultrafine material consisting of particles of predominantly spherical shape. The main component of silica fume is silica of amorphous modification. Table 1 shows the approximate chemical composition of silica fume.
Средний размер частиц микрокремнезема составляет доли микрона, что предопределяет большую удельную поверхность частиц, которая равна в среднем ~20 м2/г. В таблице 2 дано процентное содержание частиц микрокремнезема различных фракций.The average particle size of silica fume is a fraction of a micron, which determines a large specific surface area of the particles, which is equal to an average of ~ 20 m 2 / g. Table 2 shows the percentage of silica fume particles of various fractions.
Истинная плотность микрокремнезема в естественном состоянии составляет 2,2 г/см3. Насыпной вес микрокремнезема зависит от степени его уплотнения и составляет:The true density of silica fume in its natural state is 2.2 g / cm 3 . The bulk weight of silica fume depends on the degree of compaction and is:
- в неуплотненном состоянии - 0,17÷0,20 т/м3;- in an uncompressed state - 0.17 ÷ 0.20 t / m 3 ;
- в уплотненном состоянии - 0,35÷0,65 т/м3.- in a compacted state - 0.35 ÷ 0.65 t / m 3 .
Угол естественного откоса микрокремнезема составляет:The angle of repose of silica fume is:
- в неуплотненном состоянии - 75÷80 град;- in a loose state - 75 ÷ 80 degrees;
- в уплотненном (пневматическим способом) состоянии - 25÷30 град.- in a sealed (pneumatic way) state - 25 ÷ 30 degrees.
Аморфная структура микрокремнезема и его мелкодисперсный состав способствуют ускоренному растворению диоксида кремния в расплаве электролита и более эффективному восстановлению до металла с последующим образованием алюминиево-кремниевого сплава. Загрузка микрокремнезема в расплав электролита с помощью установок автоматического питания обеспечит равномерную подачу сырья в электролизер небольшими порциями, минимизирует скачки концентраций глинозема и микрокремнезема в электролите. В частности, при ванно-сутках электролизера 1250 кг Al, суточный расход глинозема составит около 2410 кг. Для поддержания концентрации кремния в нарабатываемом металле на уровне 5%, суточная загрузка микрокремнезема в электролизер равна ~150 кг. При работе установок автоматического питания глиноземом его концентрация в электролите составляет 2,5÷3,0%. В этом случае среднее содержание SiO2 в электролите составит 0,15÷0,19%.The amorphous structure of silica fume and its finely divided composition contribute to the accelerated dissolution of silicon dioxide in the molten electrolyte and more efficient reduction to metal with the subsequent formation of an aluminum-silicon alloy. The loading of silica fume into the electrolyte melt with the help of automatic power units will ensure a uniform supply of raw materials into the electrolyzer in small portions, minimizing jumps in the concentrations of alumina and silica fume in the electrolyte. In particular, with bath days of the electrolyzer 1250 kg of Al, the daily consumption of alumina will be about 2410 kg. To maintain the silicon concentration in the produced metal at the level of 5%, the daily load of silica fume in the electrolyzer is ~ 150 kg. During the operation of automatic alumina feeding plants, its concentration in the electrolyte is 2.5–3.0%. In this case, the average SiO 2 content in the electrolyte will be 0.15 ÷ 0.19%.
Учитывая мелкодисперсный состав микрокремнезема, для уменьшения его пылевыноса в систему газоочистки корпуса электролиза алюминия, микрокремнезем предварительно смешивают с глиноземом или фтористыми солями. Также предварительное смешивание сырья исключит образование агломератов микрокремнезема в расплаве электролита, что ускорит растворение SiO2 и исключит образование осадка на подине электролизера. В качестве одного из вариантов смешивания глинозема и микрокремнезема предлагается их совместная подача в сухую адсорбционную газоочистку корпуса электролиза алюминия, после чего полученную смесь загружают в расплав электролита в виде фторированного глинозема и фторированного микрокремнезема. Большая удельная поверхность микрокремнезема обеспечит достаточную эффективность сухой газоочистки. Использование фторированного глинозема и фторированного микрокремнезема приведет к увеличению скорости их растворения в расплаве электролита.Given the finely divided composition of silica fume, in order to reduce its dust removal to the gas cleaning system of the aluminum electrolysis body, silica fume is pre-mixed with alumina or fluoride salts. Also, preliminary mixing of the raw materials will exclude the formation of microsilica agglomerates in the electrolyte melt, which will accelerate the dissolution of SiO 2 and exclude the formation of a precipitate on the bottom of the cell. As one of the options for mixing alumina and silica fume, it is proposed that they be fed together into a dry adsorption gas treatment of an aluminum electrolysis body, after which the resulting mixture is loaded into the electrolyte melt in the form of fluorinated alumina and fluorinated silica fume. The large specific surface of silica fume will provide sufficient dry gas cleaning efficiency. The use of fluorinated alumina and fluorinated silica fume will increase the rate of their dissolution in the molten electrolyte.
Увеличенный на 5÷30 вес.% объем электролита в электролизере, при прочих равных условиях, повышает производительность электролизера за счет увеличенного количества растворенного кремнийсодержащего оксидного сырья, обеспечивает более стабильную работу электролизера. При увеличении объема электролита менее 5 вес.% эффект от повышения производительности электролизера минимален. При подъеме уровня электролита более чем на 30% от объема электролита на рядовом электролизере, возникают сложности с эксплуатацией электролизера в части удержания расплава электролита в шахте катода электролизера (работа электролизера на повышенном гарнисаже).The volume of electrolyte increased by 5–30 wt.% In the electrolytic cell, all other things being equal, increases the electrolytic cell productivity due to the increased amount of dissolved silicon-containing oxide raw materials, and ensures more stable operation of the electrolyzer. With an increase in electrolyte volume of less than 5 wt.%, The effect of increasing the productivity of the electrolyzer is minimal. When the electrolyte level rises by more than 30% of the electrolyte volume on an ordinary electrolyzer, difficulties arise with the operation of the electrolyzer in terms of retaining the electrolyte melt in the cell of the electrolysis cathode (operation of the electrolyzer with an increased skull).
Введение в расплав электролита вместе с микрокремнеземом измельченного кварцита целесообразно при необходимости получения алюминиево-кремниевых сплавов с низким содержанием примесей, в частности, примеси железа. Концентрация оксида железа в микрокремнеземе изменяется от 0,2 до 1,0 вес.% При восстановлении оксидов кремния и железа, на 1 кг восстановленного кремния увеличение содержания железа в сплаве составит от 0,0043 кг Fe до 0,0214 кг Fe. Например, при производстве в электролизере сплава с 7% кремния по предлагаемому решению, увеличение концентрации железа в металле может составить от 0,03% до 0,10%, что в ряде случаев неприемлемо. Поэтому предлагается добавлять к микрокремнезему чистый кварцит с минимальным содержанием оксида железа (0,01÷0,10% вес.) в количестве до 40% от веса микрокремнезема. Кварцит хуже растворяется в электролите, поэтому его добавка к микрокремнезему ограничена. При добавке кварцита более 40% от веса микрокремнезема заметно снижается производительность электролизера и выход по току.The introduction of crushed quartzite together with silica fume into the melt is advisable, if necessary, to obtain aluminum-silicon alloys with a low content of impurities, in particular, iron impurities. The concentration of iron oxide in silica fume varies from 0.2 to 1.0 wt.%. When reducing oxides of silicon and iron per 1 kg of reduced silicon, an increase in the iron content in the alloy will be from 0.0043 kg of Fe to 0.0214 kg of Fe. For example, in the production of an alloy with 7% silicon in the electrolyzer according to the proposed solution, an increase in the concentration of iron in the metal can be from 0.03% to 0.10%, which in some cases is unacceptable. Therefore, it is proposed to add pure quartzite to silica fume with a minimum content of iron oxide (0.01–0.10% wt.) In an amount of up to 40% by weight of silica fume. Quartzite is less soluble in electrolyte, so its addition to silica fume is limited. With the addition of quartzite more than 40% by weight of silica fume, the productivity of the cell and the current efficiency noticeably decrease.
Сравнение предлагаемого решения с ближайшим аналогом показывает следующее. Предлагаемое решение и ближайший аналог характеризуются сходными признаками:Comparison of the proposed solution with the closest analogue shows the following. The proposed solution and the closest analogue are characterized by similar features:
- оба решения направлены на получение алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия совместным восстановлением глинозема и кремнийсодержащего оксидного сырья;- both solutions are aimed at obtaining an aluminum-silicon alloy in an electrolytic cell for the production of aluminum by the joint reduction of alumina and silicon-containing oxide raw materials;
- для получения алюминиево-кремниевого сплава используют аморфное, мелкодисперсное, кремнийсодержащее оксидное сырье.- to obtain an aluminum-silicon alloy using amorphous, finely dispersed, silicon-containing oxide raw materials.
Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:The proposed solution differs from the closest analogue in the following features:
- в качестве аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья используют микрокремнезем, получаемый в процессе очистки технологических газов при производстве кремния и кремнийсодержащих сплавов;- as amorphous silicon-containing oxide raw materials use silica fume obtained in the process of purification of process gases in the production of silicon and silicon-containing alloys;
- аморфное кремнийсодержащее оксидное сырье загружают в расплав электролита с использованием установок автоматического питания электролизера;- amorphous silicon-containing oxide raw materials are loaded into the molten electrolyte using the automatic power supply of the electrolyzer;
- в электролизере поддерживают увеличенное на 5÷30 вес.% количество расплава электролита;- in the electrolyzer support the increased by 5 ÷ 30 wt.% the amount of molten electrolyte;
- микрокремнезем перед загрузкой в расплав электролита смешивают с глиноземом или фтористыми солями, в т.ч. совместной подачей глинозема и микрокремнезема в сухую адсорбционную газоочистку корпуса электролиза алюминия;- silica fume before loading into the melt of the electrolyte is mixed with alumina or fluoride salts, including the combined supply of alumina and silica fume to dry adsorption gas purification of the aluminum electrolysis body;
- в расплав электролита вместе с микрокремнеземом вводят измельченный кварцит в количестве до 40 вес.%.- crushed quartzite is introduced into the molten electrolyte together with silica fume in an amount of up to 40 wt.%.
Предлагаемое техническое решение характеризуется признаками как сходными с признаками ближайшего аналога, так и отличительными признаками, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».The proposed technical solution is characterized by features similar to those of the closest analogue, and distinctive features, which allows us to conclude that it meets the patentability condition of "novelty."
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с известными решениями в данной области техники, проведенный по результатам поиска в патентной и научно-технической литературе, выявил следующее:A comparative analysis of the proposed technical solutions with known solutions in this technical field, carried out according to the search results in the patent and scientific literature, revealed the following:
В статье «Добавление огнеупорных материалов из отработанной футеровки в электролизеры для производства сплавов Al-Si» (авторы Бьорн Мокснес, Хавард Гиклинг, Хальвор Кванде, Сверре Рольсет и Кьетил Страумсхейм) изложены результаты положительных промышленных испытаний по получению алюминиево-кремниевого сплава в электролизере с самообжигающимся анодом на силу тока 115 кА с использованием огнеупорной алюмосиликатной футеровки из катодов отключенных электролизеров. Опытный электролизер эксплуатировался непрерывно в течение пяти месяцев с подачей в электролит смеси обычного глинозема и отработанной огнеупорной футеровки. Результаты эксплуатации были в целом положительными. Содержание кремния в глиноземе превышало 10 вес.% (Легкие металлы, 2003 г. Под ред. Пола Н. Крепо TMS (Общество по изучению минералов, металлов и материалов) [4]).The article “Adding refractory materials from spent lining to electrolysis cells for the production of Al-Si alloys” (authors Björn Moxnes, Havard Gikling, Halvor Quande, Sverre Rolset and Kietil Straumsheim) presents the results of positive industrial tests on the production of an aluminum-silicon alloy in a self-calcining electrolytic cell 115 kA anode using refractory aluminosilicate lining from cathodes of disconnected electrolyzers. The experimental cell was operated continuously for five months with a mixture of conventional alumina and spent refractory lining being fed into the electrolyte. Operational results were generally positive. The silicon content in alumina exceeded 10 wt.% (Light metals, 2003. Edited by Paul N. Crepe TMS (Society for the Study of Minerals, Metals and Materials) [4]).
В способе получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия в качестве кремнийсодержащего компонента используют кремнефтористый натрий, который предварительно спекают с глиноземом при 550÷650°C при массовом соотношении 1:(0,5÷1,5), а содержание кремния в сплаве поддерживают не более 9 мас.%. В результате спекания кремнефтористого натрия с глиноземом образуется аморфный, высокоактивный оксид кремния, который хорошо растворяется в электролите и восстанавливается до металла. Способ обеспечивает выход сплава по току 87÷88% и производительность электролизера по кремнию 74÷79 кг/сут (патент RU 1826998 С25С 3/36. Опубл. 1993 г. [5]).In the method for producing an aluminum-silicon alloy in an electrolyzer for aluminum production, sodium silicofluoride is used as a silicon-containing component, which is pre-sintered with alumina at 550 ÷ 650 ° C with a mass ratio of 1: (0.5 ÷ 1.5), and the silicon content in alloy support no more than 9 wt.%. Sintering of sodium silicofluoride with alumina results in the formation of amorphous, highly active silicon oxide, which dissolves well in the electrolyte and is reduced to metal. The method provides an alloy yield by current of 87 ÷ 88% and a silicon electrolyzer productivity of 74 ÷ 79 kg / day (patent RU 1826998 С25С 3/36. Publ. 1993 [5]).
Известен способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия, включающий подачу в электролит фтористых солей, кислородсодержащего соединения алюминия и кремнефтористого натрия, при этом в качестве кислородсодержащего соединения алюминия используют глинозем и/или гидроокись алюминия, в электролит подают смесь кремнефтористого натрия и кислородсодержащего соединения алюминия при весовом соотношении 1:(1,5÷5,0) в пересчете на глинозем, а для подачи материалов в электролит используют установку автоматического питания электролизера. Способ характеризуется высокими технико-экономическими показателями благодаря аморфной структуре оксида кремния, образующегося при спекании кремнефтористого натрия и кислородсодержащего соединения алюминия и использованию установки автоматического питания электролизера (патент RU 2383662 С25С 3/06, С25С 3/36, С25С 3/00. Опубл. 2010 г. [6]).A known method of producing an aluminum-silicon alloy in an electrolytic cell for aluminum production, comprising supplying fluoride salts, an oxygen-containing aluminum compound and sodium silicofluoride to the electrolyte, using alumina and / or aluminum hydroxide as an oxygen-containing aluminum compound, a mixture of sodium silicofluoride and oxygen-containing is used in the electrolyte aluminum compounds with a weight ratio of 1: (1.5 ÷ 5.0) in terms of alumina, and an automatic machine is used to supply materials to the electrolyte matic power cell. The method is characterized by high technical and economic performance due to the amorphous structure of silicon oxide formed during sintering of sodium silicofluoride and an oxygen-containing aluminum compound and the use of an automatic electrolysis unit (patent RU 2383662 C25C 3/06, C25C 3/36, C25C 3/00. Publ. 2010 g. [6]).
Проведенный авторами анализ показал, что на момент подачи заявки на изобретение не выявлены технические решения, характеризующиеся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью известных и неизвестных признаков, что свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».The analysis carried out by the authors showed that at the time of filing the application for the invention, technical solutions were not identified that are characterized by a combination of known and unknown features similar to the proposed solution, which indicates the compliance of the proposed technical solution with the condition of patentability of the invention “inventive step”.
Соответствие условию патентоспособности «промышленная применимость» доказывается экспериментальными данными, полученными в ходе промышленных испытаний.Compliance with the patentability condition “industrial applicability” is proved by experimental data obtained during industrial tests.
Пример 1.Example 1
Промышленные испытания проводили на трех электролизерах С-8БМ с самообжигающимися анодами, которые на момент начала испытаний находились в одинаковом технологическом состоянии и имели близкий срок эксплуатации, равный ~30 мес. Сила тока на электролизерах поддерживалась на уровне 164 кА при среднем криолитовом отношении электролита 2,32.Industrial tests were carried out on three S-8BM electrolyzers with self-baking anodes, which at the time of the start of the tests were in the same technological state and had a close service life of ~ 30 months. The current strength at the electrolyzers was maintained at a level of 164 kA with an average cryolite ratio of electrolyte of 2.32.
В первые два электролизера загружали глинозем и кек кремнезема, в третий электролизер подавали глинозем и микрокремнезем. Кек кремнезема содержал 82 вес.% SiO2 и 18 вес.% AlF3·3H2O. Концентрация SiO2 в микрокремнеземе составляла 94,8 вес.%.Alumina and silica cake were charged into the first two electrolysers; alumina and silica fume were fed into the third electrolyzer. Silica cake contained 82 wt.% SiO 2 and 18 wt.% AlF 3 · 3H 2 O. The concentration of SiO 2 in silica fume was 94.8 wt.%.
Загрузку глинозема и кека кремнезема в расплав электролита на первом электролизере осуществляли в ходе поточной обработки 12 раз в сутки после предварительной термообработки кека кремнезема на криолит-глиноземной корке электролизера при 480÷520°C для удаления кристаллизационной влаги из AlF3·3H2O. На втором электролизере подачу глинозема и предварительно обезвоженного кека кремнезема в расплав электролита проводили с помощью четырех установок автоматического питания (АПГ) точечного типа. Загрузку глинозема и микрокремнезема в третий электролизер осуществляли с использованием четырех установок автоматического питания (АПГ) точечного типа.The loading of alumina and silica cake into the electrolyte melt in the first electrolysis cell was carried out during the in-line treatment 12 times a day after preliminary heat treatment of the silica cake on the cryolite-alumina crust of the electrolyzer at 480 ÷ 520 ° C to remove crystallization moisture from AlF 3 · 3H 2 O. On In the second electrolyzer, the supply of alumina and pre-dehydrated silica cake to the electrolyte melt was carried out using four point-type automatic power plants (APGs). The loading of alumina and silica fume into the third electrolyzer was carried out using four point-type automatic power plants (APGs).
В течение 36 суток электролизеры обрабатывали глиноземом и аморфным кремнийсодержащим оксидным сырьем с постепенным увеличением подачи кремнийсодержащего сырья в пересчете на SiO2 с 80 до 120 кг/сут до выхода на содержание Si в алюминиево-кремниевом сплаве 6,5±0,2%. За этот период прошла адаптация электролизеров к новому сырью, в частности насыщение настыли и гарнисажа электролизеров оксидом кремния. В течение всего периода испытаний расплав электролита корректировался добавками фторида алюминия и фторида кальция. Для поддержания стабильной концентрации кремния в сплаве на уровне 6,5±0,2%, загрузку кремнийсодержащего сырья в электролизер стабилизировали в пределах 170÷175 кг/сут в пересчете на SiO2.For 36 days, the electrolytic cells were treated with alumina and amorphous silicon-containing oxide raw materials with a gradual increase in the supply of silicon-containing raw materials in terms of SiO 2 from 80 to 120 kg / day until the Si content in the aluminum-silicon alloy reached 6.5 ± 0.2%. During this period, the electrolysis cells were adapted to new raw materials, in particular, saturation of the crust and skull of electrolysis cells with silicon oxide. Throughout the test period, the electrolyte melt was corrected by the addition of aluminum fluoride and calcium fluoride. To maintain a stable concentration of silicon in the alloy at the level of 6.5 ± 0.2%, the loading of silicon-containing raw materials into the electrolyzer was stabilized within 170–175 kg / day in terms of SiO 2 .
Выливку из электролизера нарабатываемого алюминиево-кремниевого сплава производили вакуум-ковшом один раз в сутки. По количеству загруженного аморфного кремнийсодержащего оксидного сырья, по весу вылитого сплава и содержанию в нем кремния рассчитали технико-экономические показатели работы электролизеров. Усредненные результаты месячной эксплуатации электролизеров приведены в таблице 3.Pouring from the electrolyzer of the accumulated aluminum-silicon alloy was carried out with a vacuum ladle once a day. The technical and economic indicators of the operation of electrolyzers were calculated by the number of loaded amorphous silicon-containing oxide raw materials, by the weight of the cast alloy and the silicon content in it. The averaged results of monthly operation of electrolyzers are given in table 3.
Пример 2.Example 2
Промышленные испытания проводили в четырех электролизерах С-8БМ с самообжигающимися анодами, имеющих близкие эксплуатационные показатели. Условия проведения испытаний, параметры электролиза и постепенный перевод электролизеров на питание кремнийсодержащим сырьем выдерживали, в основном, аналогично примеру 1. Во всех электролизерах для получения алюминиево-кремниевого сплава использовали глинозем и микрокремнезем, которые загружали в расплав электролита с использованием установок автоматического питания (АПГ) точечного типа, по четыре на каждом электролизере.Industrial tests were carried out in four S-8BM electrolyzers with self-baking anodes, which have similar operational characteristics. The test conditions, the electrolysis parameters and the gradual conversion of the electrolytic cells to a silicon-containing feed were maintained, basically, similarly to example 1. In all electrolytic cells, alumina and silica fume were used to produce an aluminum-silicon alloy, which were loaded into the electrolyte melt using automatic power plants (APG) point type, four on each cell.
На электролизерах №1 и №2 три установки АПГ загружали в расплав электролита глинозем, а одна - микрокремнезем. На электролизере №2 поддерживали увеличенное на ~20% количество электролита. Вес дополнительного электролита составил ~1050 кг. На электролизере №3 через две установки АПГ загружали глинозем, а через третью - механическую смесь глинозема и микрокремнезема, через четвертую - механическую смесь микрокремнезема с фторидом алюминия. В электролизер №4 загружали глинозем и смесь микрокремнезема с тонкомолотым кварцитом. Добавка кварцита в пересчете на SiO2 составляла 30% от веса микрокремнезема.At electrolyzers No. 1 and No. 2, three APG units were loaded with alumina into the electrolyte melt, and one silica fume. At electrolysis cell No. 2, an increase of ~ 20% in the amount of electrolyte was maintained. The weight of the additional electrolyte was ~ 1050 kg. Alumina was charged through electrolyzer No. 3 through two APG plants, and through a third, a mechanical mixture of alumina and silica fume, and through a fourth, a mechanical mixture of silica fume and aluminum fluoride. Alumina and a mixture of silica fume with finely ground quartzite were loaded into electrolyzer No. 4. The addition of quartzite in terms of SiO 2 amounted to 30% by weight of silica fume.
По результатам месячной эксплуатации определены технико-экономические показатели работы электролизеров. Усредненные результаты испытаний приведены в таблице 4.Based on the results of a monthly operation, technical and economic indicators of the operation of electrolyzers are determined. The average test results are shown in table 4.
Промышленное применение предлагаемого технического решения по получению алюминиево-кремниевых сплавов восстановлением микрокремнезема в электролизерах, оборудованных установками АПГ, обеспечивает увеличение производительности электролизеров по алюминиево-кремниевому сплаву, повышение выхода по току, улучшение качества алюминиево-кремниевых сплавов.The industrial application of the proposed technical solution for the production of aluminum-silicon alloys by reduction of silica fume in electrolyzers equipped with APG plants provides an increase in the productivity of electrolyzers for aluminum-silicon alloy, an increase in current efficiency, and an improvement in the quality of aluminum-silicon alloys.
ИнформацияInformation
1. Авт. св. №1502663, С22С 21/02, 1989 г. [1].1. Auth. St. No. 1502663, C22C 21/02, 1989 [1].
2. Патент RU 2030487, С25С 3/36, 1995 г. [2].2. Patent RU 2030487, C25C 3/36, 1995 [2].
3. Патент РФ №2037569, С25С 3/36, 1995 г. [3].3. RF patent No. 2037569, C25C 3/36, 1995 [3].
4. Light Metals 2003. Bjørn Moxnes, Håvard Gikling, Halvor Kvande, Sverre Rolseth and Kjetil Straumsheim. ADDITION OF REFRACTORIES FROM SPENT POTLINING TO ALUMINA REDUCTION CELLS TO PRODUCE Al-Si ALLOYS [4].4. Light Metals 2003. Bjørn Moxnes, Håvard Gikling, Halvor Kvande, Sverre Rolseth and Kjetil Straumsheim. ADDITION OF REFRACTORIES FROM SPENT POTLINING TO ALUMINA REDUCTION CELLS TO PRODUCE Al-Si ALLOYS [4].
5. Патент RU 1826998 C25C 3/36, 1993 г. [5].5. Patent RU 1826998 C25C 3/36, 1993 [5].
6. Патент RU 2383662 C25C 3/06, C25C 3/36, C25C 3/00, 2010 г. [6].6. Patent RU 2383662 C25C 3/06, C25C 3/36, C25C 3/00, 2010 [6].
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015121257/02A RU2599475C1 (en) | 2015-06-03 | 2015-06-03 | Method of producing aluminium-silicon alloy in electrolyzer for aluminium production |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015121257/02A RU2599475C1 (en) | 2015-06-03 | 2015-06-03 | Method of producing aluminium-silicon alloy in electrolyzer for aluminium production |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2599475C1 true RU2599475C1 (en) | 2016-10-10 |
Family
ID=57127585
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015121257/02A RU2599475C1 (en) | 2015-06-03 | 2015-06-03 | Method of producing aluminium-silicon alloy in electrolyzer for aluminium production |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2599475C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018097744A1 (en) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method for producing aluminium alloys |
RU2736996C1 (en) * | 2020-03-26 | 2020-11-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Method of producing silumins in electrolysis cell for producing aluminium |
RU2754862C1 (en) * | 2020-10-20 | 2021-09-08 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Method for producing silumins using amorphous microsilica |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2030487C1 (en) * | 1992-01-22 | 1995-03-10 | Запорожский производственный алюминиевый комбинат | Method for producing aluminium-silicon alloys |
CN1273285A (en) * | 1999-05-07 | 2000-11-15 | 湖北华盛铝电有限责任公司铝厂 | Process for preparing aluminium alloy |
CN1367274A (en) * | 2001-12-29 | 2002-09-04 | 星野滋郎 | Method for preparing Al-Si alloy by AD-aluminite powder agent electrolytic process |
AU2002236369B2 (en) * | 2001-02-26 | 2006-08-10 | Norwegian Silicon Refinery As | Process for preparing silicon carbide and optionally aluminum and silumin (aluminum-silicon alloy) |
RU2383662C2 (en) * | 2008-05-12 | 2010-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "Байкальский алюминий") | Method of production of aluminium-silicon alloy in electrolytic cell for production of aluminium |
RU2418084C2 (en) * | 2007-10-24 | 2011-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В.Плеханова" (технический университет) | Procedure for production of aluminium alloys for foil rolling |
-
2015
- 2015-06-03 RU RU2015121257/02A patent/RU2599475C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2030487C1 (en) * | 1992-01-22 | 1995-03-10 | Запорожский производственный алюминиевый комбинат | Method for producing aluminium-silicon alloys |
CN1273285A (en) * | 1999-05-07 | 2000-11-15 | 湖北华盛铝电有限责任公司铝厂 | Process for preparing aluminium alloy |
AU2002236369B2 (en) * | 2001-02-26 | 2006-08-10 | Norwegian Silicon Refinery As | Process for preparing silicon carbide and optionally aluminum and silumin (aluminum-silicon alloy) |
CN1367274A (en) * | 2001-12-29 | 2002-09-04 | 星野滋郎 | Method for preparing Al-Si alloy by AD-aluminite powder agent electrolytic process |
RU2418084C2 (en) * | 2007-10-24 | 2011-05-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В.Плеханова" (технический университет) | Procedure for production of aluminium alloys for foil rolling |
RU2383662C2 (en) * | 2008-05-12 | 2010-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "Байкальский алюминий") | Method of production of aluminium-silicon alloy in electrolytic cell for production of aluminium |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
BJORN MOXNESL et al. Addition of refractories from spent potlining to alumina reduction cellsto produce Al-Si- alloys. Light Metals, 2003 (The minerals, metals &materials Society), 2003. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018097744A1 (en) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method for producing aluminium alloys |
CN109996906A (en) * | 2016-11-24 | 2019-07-09 | 俄铝工程技术中心有限责任公司 | Aluminum alloy production method |
US11634829B2 (en) | 2016-11-24 | 2023-04-25 | Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennost'Yu “Obedinennaya Kompaniya Rusal Inzhenerno-Tekhnologicheskiy Tsentr” | Method for producing aluminum alloys |
RU2736996C1 (en) * | 2020-03-26 | 2020-11-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Method of producing silumins in electrolysis cell for producing aluminium |
RU2754862C1 (en) * | 2020-10-20 | 2021-09-08 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Method for producing silumins using amorphous microsilica |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tabereaux et al. | Aluminum production | |
US5024737A (en) | Process for producing a reactive metal-magnesium alloy | |
EP1445350B1 (en) | Method and apparatus for smelting titanium metal | |
US5089094A (en) | Process for the electrolytic production of magnesium | |
CN100577885C (en) | Method for reclaiming electrolyte in carbon dross of aluminium electrolysis | |
JP4160400B2 (en) | Method for preparing silicon and optionally aluminum and silmine (aluminum silicon alloy) | |
RU2599475C1 (en) | Method of producing aluminium-silicon alloy in electrolyzer for aluminium production | |
JP2007016293A (en) | Method for producing metal by suspension electrolysis | |
JPS5893883A (en) | Refining method for aluminum | |
CN109797318B (en) | Preparation of Al3Method for Ti reinforcing aluminum-based material | |
CN101298684A (en) | Method for producing aluminum-Me intermediate alloy by one-step electrolysis method | |
US3775271A (en) | Electrolytic preparation of titanium and zirconium diborides using a molten, sodium salt electrolyte | |
CN109721090A (en) | A method of reducing ice crystal molecular proportion | |
RU2621207C1 (en) | Method for producing aluminium-based alloy and device for its implementation | |
EP1370714A1 (en) | Process for preparing silicon by electrolysis and crystallization, and preparing low-alloyed and high-alloyed aluminum silicon alloys | |
US5720868A (en) | Method for producing electrolytic-pot-cell grade alumina from aluminum sulphate | |
RU2415973C2 (en) | Procedure for production of aluminium by electrolysis of melt | |
RU2620844C1 (en) | Aluminium production sludge disposal method | |
RU2383662C2 (en) | Method of production of aluminium-silicon alloy in electrolytic cell for production of aluminium | |
RU2498880C1 (en) | Method of producing titanium boride powder for aluminium electrolytic cell wetted cathode material | |
JP2004143557A (en) | Consumable carbon anode for metal titanium smelting | |
RU2736996C1 (en) | Method of producing silumins in electrolysis cell for producing aluminium | |
AU2002236369B2 (en) | Process for preparing silicon carbide and optionally aluminum and silumin (aluminum-silicon alloy) | |
RU2652905C1 (en) | Method of obtaining aluminium-silicon alloys | |
RU2339710C2 (en) | Method for metal or silicon receiving |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20181102 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200604 |