SI9400232A - Process for the preparation of metal phase from disperse mixture comprising light metals and nonmetalic components - Google Patents

Description

Izum se nanaša na postopek za pridobivanje kovinske faze iz disperzne zmesi, ki sestoji iz vsaj ene lahke kovine, posebno aluminija, ali iz zlitine te lahke kovine (teh lahkih kovin) in iz vsaj ene nekovinske faze, sestavljene iz vsaj enega oksida ali ene oksidne spojine te kovine (teh kovin), v danem primeru iz ene ali veC nadaljnjih snovi, na primer soli ali zmesi soli in podobnih, pri povišanih temperaturah, posebno iz posnemkov, ki nastajajo pri postopkih za pridobivanje, predelavo kot tudi recikliranje aluminija in aluminijevih zlitin in v danem primeru za vsaj delno loCenje njihovih nekovinskih faz.

Lahke kovine kot aluminij, silicij, magnezij in podobne, kot tudi zlitine lahkih kovin, imajo zelo veliko afiniteto do kisika in dušika in reagirajo s tema, v bistvu atmosfero sestavljajočima plinoma, s tvorbo oksidov in nitridov.

Aluminijev oksid ima višjo specifično maso kot kovinski aluminij, katerega površinska napetost in napetost na faznih mejah kot tudi makrostruktura oksida povzročajo nošenje oksidnih sestavin na površini oziroma plavanje posnemkov na tali ni .

-2Pridobivanje lahkih kovin z metalurškim taljenjem, predelava, recikliranje in podobno, poteka večinoma na zraku, tako da se pri tem na površini talečih delov in/ali talilne kopeli tvorijo reakcijski produkti oziroma nekovinske faze, posebno oksidi in potem prekrijejo kovinsko kopel.

Pred izpustom oziroma vlivanjem tekoCe kovine je potrebno posnemek odstraniti in iznesti. Vendar vsebujejo posnemki v prostorih med oksidnimi kristali vedno kovino v obliki drobnih kapljic, Cesto celo v znatno količini, pri Čemer je lahko koncentracija kovine v tovrstni disperzni zmesi dostikrat do 80 %. Enostavno odstranjevanje kovin iz disperzne zmesi v skladu z nadrejenim pojmom patentnega zahtevka 1 je pri običajnih temperaturah nad tališčem kovine zaradi površinske napetosti in napetosti na faznih mejah in strukturnih lastnosti nekovinske faze težavno, s Čimer se zmanjša izkoristek talilnega procesa in ostanejo neizrabljene velike količine kovine. Do zdaj poznani postopki in naprave za odstranjevanje kovin iz posnemkov so dragi in/ali malo učinkoviti, ker ostanejo v preostankih še znatne količine kovine. Posnemki, ki vsebujejo kovine, oziroma visoke koncentracije kovin v preostalih snoveh pri sedaj industrijsko uporabljanih postopkih pridobivanja kovin iz posnemkov/žlinder pa so tudi nevarnost za okolje, tako da je varno deponiranje povezano z visokimi stroški.

Tu izum nudi pomoč in si zastavlja za cilj podati postopek, s katerim se lahko iz disperznih zmesi, kot so posnemki in žlindre, na enostaven naCin pridobi kovinsko fazo z visokim izkoristkom in v danem primeru vsaj deloma loCi nekovinske faze.

Ta cilj se doseže z v začetku navedenim postopkom s tem, da se disperzno zmes, ki je v danem primeru sestavljena iz veCih posameznih zmesi, dovede na temperaturo v območju nad

-3tališCem kovine ali zlitine in/ali se jo pri tej temperaturi drži in/ali pri le-tej izenačuje, nakar se zmes vnese v napravo s kontaktnimi površinami, ki se jim da prednostno krmiliti temperaturo, zlasti, ki se jih da hladiti, kot na primer površine v kokili, in podvrže pospešku v bistvu pravokotno na to površino ali pravokotno na najveCjo dimenzijo projekcije teh površin, da se dezintegrira in se kovinska faza zlita na kontaktni površini (kontaktnih površinah) oziroma v njihovem območju zbere in pod vplivom le-te (leteh) pusti strditi .

Z izumom dosežene prednosti je treba videti zlasti v tem, da se iz disperzne zmesi odstrani kovine z visokim izkoristkom, to pomeni z majhno porabo energije in visokim izplenom. Pri uporabi postopka v smislu izuma se iz posnemkov lahko zlito strdi preko 90 % fino dispergirane kovine in s tem pridobi v ustrezno cisti obliki za nadaljno uporabo. Pri tem je pomembno, da se pri vnašanju v napravo, nahajajo v bistvu vsa volumska področja disperzne zmesi ria temperaturi, ki je nad tališCem kovine, ki jo je treba pridobiti. Da se pri tem zbira v primerjavi z oksidom laZja kovinska faza v smeri sile pospeška pod oksidom, torej, da tako rekoC težje telo plava na lažjem, je bilo za strokovnjaka presenetljivo in se da razložiti samo s souCinkovanjem napetosti mejnih površin, kakor tudi površinske napetosti in strukturnih lastnosti nekovinske faze. Pri postopnem strjevanju kovine ne poteka vključevanje oksidnih kristalov, kot bi pričakovali ampak tvorba geometrijske mejne površine faz.

Posebno ugodno za visoko CistoCo kovine je, Ce se pusti zlivajočo se kovinsko fazo strditi s tem, da ima od kontaktne površine (kontaktnih površin) stran obrnjeno tekočinsko območje strjujoče se kovine, v bistvu brez kristalitov in izločkov, tako debelino oziroma globino, ki se jo s posebno krmiljenim tokom toplote proti kontaktni površini vzdržuje enako ali večjo, kot ustreza najveCjemu premeru delčkov trdne

-4faze (trdnih faz), posebno faze (faz), ki v bistvu sestojijo iz oksidov. Istočasno se z odgovarjajočim krmiljenjem toplote doseže zmanjšanje trajanja šarž oziroma trajanja postopka na eno polnitev naprave na minimum.

Tako za hitro, kot tudi za čimbolj popolno pridobivanje oziroma ločevanje kovinske faze je ugodno, če se v napravo za zlitje tekoče kovine vnaša disperzno zmes s temperaturo v območju od 2 do 400 °C, zlasti približno 250 ^eC nad tališčem kovine oziroma območja taljenja zlitine.

če se disperzno zmes podvrže v bistvu tangencialnemu in radialnemu pospešku, zlasti s spreminjajočo se intenziteto, kot je predvideno v skladu z eno varianto, poteka tako hitra dezintegracija in strditev posebno Ciste kovine, zlasti, Ce imajo posnemki višje temperature. Posebno z ozirom na enostavno napravo za dezintegracijo je prednostno, Ce je disperzna zmes podvržena v bistvu radialnemu pospešku.

Tako za hitro zlitje kovine kot tudi za dosego visoke stopnje odstranjevanja kovin, se je pokazalo kot posebno koristno, Ce je bila disperzna zmes podvržena vsaj začasno pospešku, sestavljenemu iz tangencialnega in radialnega pospeška in/ali tangencialnega in radialnega pospeška z dodatnim pravokotnim pospeškom in/ali tangencialnega in radialnega pospeška s pospeškom v smeri osi vrtenja, pri Čemer ima po potrebi eden ali veC pospeškov spreminjajočo se intenziteto. S pri tem dosegljivim st resa!nim efektom se makroskopska struktura nekovinske komponente (nekovinskih komponent) disperzne zmesi faz spremeni in rezultat je boljše odstranjevanje kovin kot tudi v danem primeru delna ločitev nekovinskih faz.

V smislu skrajšanja postopka se je pokazalo kot ugodno, Ce se disperzno zmes vsaj za kratek Cas podvrže pospešku z vsaj enkratnikom, prednostno večjim od trikratnika, vendar največ dvestoosemdesetkratniku, prednostno največ dvajsetkratniku in posebno največ desetkratniku zemeljskega pospeška. Pri pridobivanju aluminija in aluminijevih zlitin iz disperznih zmesi, oziroma posnemkov, so posebno koristne na primer vrednosti pospeškov, ki so od 3 do 7 krat večje od zemeljskega pospeška.

če je v skladu s prednostno obliko podvržena disperzna zmes pospešku do odstranjenja kovin, ki je vsaj 80 %, prednostno vsaj 95 je postopek zaradi zelo dobrega recikliranja kovine, ki se jo da spet uporabiti, zelo ekonomičen.

Pri recikliranju kovine iz odpadnih kovin, na primer iz aluminijevih odpadkov, kot doz in podobnega, lahko adhezivni kisik, oziroma s seboj prineseni kisik, reagira s kovino, tvori okside in učinkuje tako, da nastajajo preostanki oziroma posnemki. Pri nekaterih metalurških procesih se dodaja nizko taleCo zmes soli, na primer NaCl in KC1 v razmerju približno 1:1, v kateri se vnešeni in tvorjeni oksidni delci raztopijo. Z dodatkom soli lahko ugodno vplivamo na potek postopka in izplen kovine, vendar nastane dodatna nekovinska faza. Da bi stroške za okolju primerno deponiranje zadrževali Cim nižje in da bi bila zlasti količina novega vložka soli majhna, je lahko ugodno, Ce se pri ali po zlitju kovinske faze iz nekovinske zmesne faze, vsaj deloma 1oCi vsaj ena v bistvu oksidna komponenta in ena solna komponenta in se v danem primeru vsaj eno od teh komponent v loCeni obliki iznese iz naprave za dezintegracijo in vodi na predelavo ali v ponovno uporabo v metalurškem procesu.

V naslednjem izum pobliže pojasnjujemo na osnovi primerov:

Primer 1:

kg aluminijevega posnemka s koncentracijo kovinskega aluminija 75 % (masni delež) je bilo iznesenih iz talilnega lonca in pri temperaturi približno 840 ^eC polnjenih v napravo za dezintegracijo, izoblikovano kot centrifugalni boben navpične konstrukcije iz jekla, z notranjim premerom 400 mm in notranjo višino 250 mm. Po zagonu, ki je trajal 1,5 min, smo vzdrževali tolikšno število obratov, da je bil v najbolj notranji plasti radialni pospeSek 4,5 g. Centrifugiranje je pri 800 do 660 °C trajalo 3 min. Ohlajevanje je potekalo s pršenjem vode proti bobnu z zunanje strani. Dobili smo sklenjen obroC kovinskega aluminija z maso 15,2 kg. Preostalo je 4,8 kg AljO^, ki se ga da brez problemov odstraniti kot odpadek, s peskasto konsistenco, s preostalo koncentracijo kovinskega aluminija približno 7 % (masni delež).

Pr i me r 2:

Postopali smo, kot je opisano v Primeru 1. Uporabil smo vertikalno nameščeno centrifugo, vendar z dodatnim oscilirajočim gibanjem v smeri rotacijske osi, katere notranji prostor ob 450 mm notranjega premera je imel spodnji del s stopenjsko manjšim notranjim premerom 350 mm in z notranjo višino 200 mm ob skupni notranji višini 500 mm in je učinkoval kot predkomora. Po strditvi smo dobili sklenjen obroC kovinskega aluminija z maso 15,7 kg, ki je bil praktično brez oksidnih vključkov. V 4,3 kg peskastega aluminijevega oksida je bila koncentracija preostalega aluminija približno 5 % (masni delež) .

Primer 3:

Postopali smo, kot je opisano v Primeru 1, vendar smo posnemku dodali 100 g NaCl:KCl-zmesi 1:1 (w/w). Rezultat je bil

-7obroC 12 aluminija 2 maso 15,5 kg in preostali aluminijev oksid (4,4 kg) je vseboval približno 6 % kovinskega aluminija.

Za
Dr.	Kos Bernd
i n
Dr.	Marhold Harald
A -	8700 Leoben

Avstrija ί

Claims (9)

1. Postopek za pridobivanje kovinske faze iz disperzne zmesi, sestoječe iz vsaj ene lahke kovine, zlasti aluminija, ali iz zlitine te lahke kovine (teh lahkih kovin) in iz vsaj ene nekovinske faze, sestavljene iz vsaj enega oksida ali ene oksidne spojine ali drugih nekovinskih spojin te kovine (teh kovin), v danem primeru iz ene, ali vecih nadaljnjih snovi, na primer soli ali zmesi soli in podobnih, pri povišanih temperaturah, zlasti iz posnemkov, nastalih pri postopku za pridobivanje, predelavo kot tudi za recikliranje aluminija in aluminijevih zlitin in v danem primeru, vsaj delno ločenje nekovinskih faz iz posnemkov, označen s tem, da se disperzne zmesi, v danem primeru sestavljene iz veCih posameznih zmesi, dovede na temperaturo, ki je v območju nad tališčem (tališči), oziroma območjem taljenja kovine ali zlitine in/ali drži na tej temperaturi in/ali se pri le-tej izenačuje, nakar se zmes vnese v napravo, ki ima vsaj eno kontaktno površino, ki se ji prednostno da krmiliti temperaturo, posebno tako, da se jo da hladiti, kot na primer površino kokile (površine kokil) in zmes podvrže pospešku v bistvu pravokotno na to površino ali pravokotno na najveCjo dimenzijo projekcije teh površin, da se dezintegrira in se kovinska faza zlita na kontaktni površini (kontaktnih površinah) oziroma v njihovem območju zbere in pod vplivom le-te (le-teh) pusti strditi.

2. Postopek po zahtevku 1, oznaCen s tem, da se zlivajočo maso pusti strditi tako, da ima tekočinsko območje strjujoče se kovine, obrnjeno stran od kontaktne površine (kontaktnih površin), v bistvu brez kristalitov in izločkov, tako debelino oziroma globino, ki se jo s posebej krmiljenim toplotnim tokom h kontaktni površini vzdržuje enako ali večjo, kot ustreza najvecjemu premeru delčkov trdne faze (trdnih faz),

-9zlasti faze, ki v bistvu sestoji iz oksidov.

3. Postopek po zahtevku 1 ali 2, oznaCen s ten, da se disperzno zmes s temperaturo v območju 2 do 400 °C, prednostno do 250 °C nad tališčem kovine oziroma nad območjem taljenja zlitine vnese v napravo, da bi se tekoči kovinski delci zlili skupaj.

4..- Postopek po enem od zahtevkov 1 do 3, označen s tem, da se podvrže disperzno zmes v bistvu radialnemu pospešku.

5. Postopek po enem od zahtevkov 1 do 3, oznaCen s tem, da se podvrže disperzno zmes radialnemu pospešku, posebno s spreminjajočo se intenziteto.

6. Postopek po enem od zahtevkov 1 do 5, oznaCen s tem, da se disperzno zmes podvrže pospešku, sestavljenem iz tangencialnega in radialnega pospeška in/ali tangencialnega in radialnega pospeška, z dodatnim normalnim pospeškom in/ali iz radialnega in tangencialnega pospeška s pospeškom, delujočim v smeri osi vrtenja, pri Čemer ima v danem primeru eden od pospeškov menjajočo se intenziteto.

7. Postopek po enem od zahtevkov 1 do 6, označen s tem, da se podvrže disperzno zmes vsaj za kratek Cas pospešku najmanj enkratniku, prednostno pa večjemu od trikratnika, vendar največ dvestoosemdesetkratniku, prednostno najveC dvajsetkratniku in zlasti največ desetkratniku zemeljskega pospeška.

8. Postopek po enem od zahtevkov 1 do 7, oznaCen s tem, da se disperzno zmes podvrže pospešku tako, da se loCi vsaj 80 %, prednostno vsaj 95 % kovine.

9. Postopek po enem od zahtevkov 1 do 8, označen s tem, da se pri ali po zlitju kovinske faze, iznese ločeno nekovinsko fazo posebej iz naprave za dezintegracijo.

-1010. Postopek po enem od zahtevkov 1 do 9, označen s tem, da se pri ali po zlitju kovinske faze vsaj deloma loCi vsaj ena, v bistvu oksidna komponenta ali solna komponenta, te komponente se v ločeni obliki iznese iz naprave za dezintegracijo in po potrebi vodi na predelavo oziroma v ponovno uporabo v metalurškem procesu.