WO2018097744A1 - Способ получения алюминиевых сплавов - Google Patents
Способ получения алюминиевых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- WO2018097744A1 WO2018097744A1 PCT/RU2016/000816 RU2016000816W WO2018097744A1 WO 2018097744 A1 WO2018097744 A1 WO 2018097744A1 RU 2016000816 W RU2016000816 W RU 2016000816W WO 2018097744 A1 WO2018097744 A1 WO 2018097744A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- aluminum
- alloying elements
- alloys
- electrolyte
- aluminium
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
-
- 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
Definitions
- the invention relates to ferrous metallurgy, namely, to the production of alloys based on aluminum (aluminum alloys).
- a known method of producing aluminum alloys using carbon anodes with a high content of alloying components [Patent US 8992661, IPC S25SZ / 06, S25SZ / 26, published on 03/31/2015].
- the method consists in using carbon anodes with a high content of alloying elements for an aluminum alloy on a specific group of electrolyzers. This method allows for the production of aluminum to use low-quality anode raw materials with a high content of impurities and at the same time reduce the cost of aluminum alloy by reducing the consumption of ligatures in the subsequent process of preparation of aluminum alloy.
- alloying elements into the molten cathodic aluminum by dissolving them in a molten electrolyte of an aluminum electrolysis cell from a sparing anode and / or by adding oxides and / or fluorides and / or carbonates of alloying elements to the molten electrolyte of an aluminum electrolyte; - reducing alloying elements introduced into the melt an electrolyte of an aluminum electrolyzer on a molten cathode aluminum, with obtaining the basis for aluminum alloys,
- the stage of bringing the alloys to a given composition eliminates the need for tight control over the parameters of the electrolysis process, since in the event of a change in the composition of the base of the aluminum alloy due to possible technological deviations, the amount of alloying elements added to the base of the alloy will be adjusted accordingly when the alloy is brought to the specified composition. This simplifies the electrolysis process.
- the average consumption of AlFe80 ligature by the proposed method was 2.4 kg per ton of aluminum.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения сплавов на основе алюминия электролизом. Способ включает использование в качестве источника легирующих элементов малорасходуемого анода алюминиевого электролизера, введение в расплавленный катодный алюминий легирующих элементов путем их растворения в расплаве электролита алюминиевого электролизера из малорасходуемого анода и/или путем добавления в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов и/или фторидов, и/или карбонатов легирующих элементов; восстановления легирующих элементов, введенных в расплав электролита алюминиевого электролизера на расплавленном катодном алюминии, с получением основы для алюминиевых сплавов; определение соотношения элементов в основе для алюминиевых сплавов; и доведение сплавов до заданного состава посредством добавления к основе для алюминиевых сплавов легирующих элементов в необходимом количестве. Обеспечивается получение многокомпонентных сплавов алюминия заданного состава с введением легирующих примесей в процессе получения алюминия электролизом и с последующим доведением сплава до заданного состава, обеспечивая упрощение технологии и контроля, снижение расхода лигатуры, и как следствие снижение себестоимости получения алюминиевого сплава.
Description
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно, к получению сплавов на основе алюминия (алюминиевых сплавов).
Уровень техники
Для получения алюминиевых сплавов обычно используется алюминий, произведенный электролизом оксифторидных расплавов. В полученный алюминий добавляют алюминиевые лигатуры заданного состава и заданного количества, достигая тем самым необходимый химический состав сплава. Алюминиевые сплавы из электролитического алюминия производятся путем добавления в алюминиевый миксер лигатуры с концентрацией легирующих элементов XI , Х2, ХЗ .. . В качестве примера, алюминиевый сплав для производства фольги марки 801 1 получают добавлением в алюминий марки А5, А7 или А85 и Si-, Fe-, Τΐ-, В- содержащих лигатур. Для получения алюминиевых сплавов таким способом требуется алюминий с низким уровнем примесей. В свою очередь, для электролитического производства алюминия это требование накладывает ограничение по содержанию примесей в поступающем в электролизер сырье и в материале расходуемого угольного анода, т.е. для производства алюминия требуется высококачественное сырье. Также необходимо учесть, что высокая стоимость лигатур сказывается на себестоимости алюминиевого сплава.
Таким образом, существует потребность в снижении себестоимости алюминиевого сплава.
Одним из способов снижения себестоимости сплава является получение сплавов или алюминия с повышенным содержанием легирующих элементов непосредственно в алюминиевом электролизере.
Известен способ получения алюминиевых сплавов, используя угольные аноды с повышенным содержанием легирующих компонент [Патент US 8992661 , МПК С25СЗ/06, С25СЗ/26, опубликован 31.03.2015]. Способ заключается в использовании на определенной группе электролизеров угольных анодов с повышенным содержанием легирующих элементов для алюминиевого сплава. Этот способ позволяет для производства алюминия использовать низкокачественное анодное сырье с
повышенным содержанием примесей и одновременно снизить стоимость алюминиевого сплава за счет снижения расхода лигатуры в последующем процессе приготовления алюминиевого сплава. Недостатком этого способа является ограниченное содержание полезного легирующего элемента в электролитическом алюминии (для примера, достигаемая концентрация ванадия в алюминии составляет от 0,1 до 0,25%), а также негативное влияние низкокачественного сырья на такие характеристики угольных анодов, как электропроводность.
Известен способ получения алюминиевых сплавов Al-Si в процессе электролиза [Патент US 3980537, МПК С25СЗ/36, С22С21/02, опубликован 14.09.1976]. Способ заключается в использовании смеси глинозема и оксида кремния при электролизе алюминия. Для недопущения образования нерастворимых осадков, состоящих из силикатов натрия и алюминия, по данному способу необходимо периодически вызывать так называемый «анодный эффект» путем прекращения отдачи сырья в электролизер. Этот прием является недостатком способа, так как анодный эффект сопровождается выбросами в атмосферу парниковых газов CF4 и C2F6 и увеличением напряжения на электролизере.
Известен способ получения алюминиевых сплавов Al-Ti в процессе электролиза [Патент US 3507643, МПК С22С21/00, С22ВЗ/12, С25СЗ/36 опубликован 21.04.1970]. Способ заключается в том, что в электролизер подается титансодержащее и алюминийсодержащее сырье (например, смесь титансодержащих бокситов или глин и глинозема) с получением алюминия, содержащего титан в диапазоне 0,3-2%. Затем полученный алюминий выдерживается при температуре 700-750 °С для получения интерметаллической фазы с концентрацией титана более 10% с последующим механическим разделением твердой и жидкой фаз. Недостатком этого способа является повышенное загрязнение алюминий-титанового сплава примесями (Fe и Si) из титансодержащих бокситов или глин и, в силу этого, ограниченная применимость Al- Ti сплава. Другим недостатком способа является накопление на дне электролизера твердого соединения титан-алюминий-кремний, которое извлекается только после остановки электролизера.
Известен способ получения боросодержащих алюминиевых сплавов в алюминиевых электролизерах путем добавления в анодную массу борсодержащих соединений [Авторское свидетельство СССР J 9707996, МПК С25В1 1/12, С25СЗ/36, опубликовано 05.01.1980]. Данный способ позволяет легировать алюминий бором путем анодного растворения бора в электролите с последующим восстановлением
ионов бора на жидком алюминиевом катоде, который в результате этого процесса превращается в А1-В сплав. Недостатком этого способа является увеличение электросопротивления анода, приводящее к повышенному расходу электроэнергии.
Краткое изложение сущности изобретения
Наиболее близким по технической сущности для предложенного изобретения является способ получения алюминиевых сплавов электрохимическим способом [Патент RU 2401327, МПК С25СЗ/36, опубликован 10.10.2010]. Способ включает введение в расплавленный катодный алюминий легирующих элементов из малорастворимого анода путем растворения его в калиевом/натриевом криолит- глиноземном расплаве и восстановления легирующих элементов в расплавленном катодном алюминии. В качестве малорастворимого анода используют металлический сплав или металлокерамику, или керамический материал с содержанием легирующих элементов 2-97 мас.%. В качестве легирующих элементов используют олово, никель, железо, медь, цинк, хром, кобальт. Недостатком известного способа является то, при реализации данного способа в промышленных условиях невозможно получать многие известные и востребованные сплавы, затруднительно выдержать концентрации всех легирующих элементов, поступающих из малорастворимого анода в алюминий, в заданном диапазоне для соответствующего сплава. Это видно из примеров, приведенных в прототипе. Например, нельзя получить сплавы, содержащие титан, кремний и магний, которые обычно не вводят в состав малорастворимых анодов, т.к. они имеют сильно отрицательный электрохимический потенциал и усиливают коррозию анодов. Это приводит к увеличению скорости растворения всех легирующих элементов из анода и, следовательно, к увеличению их концентрации в получаемом алюминиевом сплаве. Кроме того, невозможно обеспечить на протяжении длительного времени требуемую концентрацию всех легирующих элементов в многокомпонентных алюминиевых сплавах, содержащих более двух компонентов. Следует отметить, что практически все используемые алюминиевые сплавы являются многокомпонентными. Получению многокомпонентных сплавов стабильного состава по известному способу препятствуют следующие факторы.
Во-первых, в процессе эксплуатации малорастворимого анода легирующие элементы поступают в электролит по следующему механизму: 1) растворение элемента или его соединений в электролите -> 2) восстановление элемента из расплава на жидком катодном алюминии -> 3) растворение легирующего элемента в алюминии. Из этих трех процессов как минимум скорость процесса (1) отличается для разных
элементов и, кроме того, постоянно изменяется во времени. Это связано с тем, что скорость поступления каждого из легирующих элементов существенным образом зависит от электрохимического потенциала элемента, сродства элемента к кислороду, коэффициента диффузии элемента в аноде, растворимости легирующего элемента и его соединений в электролите, от температуры процесса, концентрации легирующего элемента в аноде и в электролите и ионного состава электролита. Эти параметры отличаются и по-разному влияют на окисление и вынос разных элементов из анода. Чем больше компонентов в алюминиевом сплаве, тем сложнее обеспечить переход элементов из анода в алюминий в требуемом соотношении.
Кроме того, по мере выноса легирующего элемента из объема к поверхности малорастворимого анода и затем в электролит возрастают диффузионные ограничения и скорость выноса элемента снижается, причем изменение скорости диффузии для разных элементов будет разным, т.к. постепенно начинает увеличиваться скорость диффузии из поверхностных слоев анода тех элементов, концентрация которых увеличилась после окисления в начальный момент времени элементов с наибольшим сродством к кислороду и наиболее отрицательным электрохимическим потенциалом. В результате такого нестационарного процесса изменяется концентрация легирующих элементов в катодном алюминии, что является препятствием для получения многокомпонентного алюминиевого сплава стабильного заданного состава.
Таким образом, чем больше легирующих элементов в получаемом алюминиевом сплаве, тем сложнее найти состав анода и условия электролиза, которые обеспечат получение алюминиевого сплава целевого состава. Следовательно, указанный способ имеет ограничение по получаемым сплавам и им можно получать только сплавы с небольшим количеством легирующих элементов с нестабильным составом.
Задачей предложенного изобретения является упрощение технологии и контроля, снижение расхода лигатуры, и как следствие снижение себестоимости получения алюминиевого сплава. Таким образом, речь идет о получении многокомпонентных сплавов алюминия заданного состава с введением легирующих примесей в процессе получения алюминия электролизом и с последующим доведением сплава до заданного состава. Преимуществом изобретения является получение сплавов алюминия с уменьшенным расходом лигатуры, содержащей легирующие элементы.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного результата предложен способ получения сплавов на основе алюминия электролизом, согласно
которому в качестве источника легирующих элементов используют малорасходуемый анод алюминиевого электролизера, при этом для снижения расхода лигатуры выбирают одно из следующего:
- растворение легирующих элементов из малорастворимых анодов,
- добавление в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов и/или фторидов, и/или карбонатов легирующих элементов,
- одновременное растворение легирующих элементов из малорастворимых анодов с добавлением в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов и/или фторидов, и/или карбонатов легирующих элементов,
Способ содержит стадии:
- введения в расплавленный катодный алюминий легирующих элементов путем их растворения в расплаве электролита алюминиевого электролизера из малорасходуемого анода и/или путем добавления в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов и/или фторидов, и/или карбонатов легирующих элементов, - восстановления легирующих элементов, введенных в расплав электролита алюминиевого электролизера на расплавленном катодном алюминии, с получением основы для алюминиевых сплавов,
- определения соотношения элементов в основе для алюминиевых сплавов, и
- доведения сплавов до заданного состава посредством добавления к основе для алюминиевых сплавов легирующих элементов в необходимом количестве.
Главной особенностью предложенного решения является введение в расплавленный катодный алюминий части легирующих элементов путем их растворения в расплаве электролита алюминиевого электролизера из малорастворимого анода и/или путем добавления в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов, и/или фторидов, и/или карбонатов легирующих элементов, что можно осуществлять одновременно, далее восстановление легирующих элементов, введенных в расплав электролита алюминиевого электролизера на расплавленном катодном алюминии с получением основы для алюминиевых сплавов, измерение концентрации элементов в электролите и алюминии, вылитом из электролизера, являющимся основой для алюминиевых сплавов, регулирование скорости подачи оксидов и/или фторидов, и/или карбонатов легирующих элементов, расчет необходимого количества элементов для получения алюминиевых сплавов заданного состава и доведение сплавов до заданного состава добавлением к основе рассчитанного необходимого количества легирующих элементов.
При этом в качестве электролита целесообразно использовать оксидно- фторидные расплавы; в качестве малорасходуемого анода можно использовать металлический сплав; определение соотношения элементов в основе для алюминиевых сплавов предпочтительно производить аналитическими методами.
Введение в расплав электролита оксидов и/или фторидов и/или карбонатов легирующих элементов производится периодически со скоростью, необходимой для обеспечения постоянной концентрации легирующих элементов в электролите и в алюминии. Скорость подачи регулируют по результатам анализа концентрации легирующих элементов в электролите и алюминии, при снижении концентрации скорость подачи увеличивают, а при увеличении концентрации скорость подачи соответственно уменьшают.
Обычно используются порошкообразные химические соединения легирующих элементов. Необходимость использования оксидов, фторидов и карбонатов объясняется тем, что при их введении в расплав электролита расплав электролита остается оксифторидным, т.е. основной компонентный состав остается постоянным. Следовательно, мало изменяются свойства электролита, что очень важно для ведения стабильной технологии получения алюминия электролизом. Для введения указанных порошкообразных химических соединений легирующих элементов в расплав электролита могут использоваться дозаторы, подающие в электролит порошок глинозема. Подача может осуществляться через отдельный дозатор или в виде шихты глинозема и оксидов и/или фторидов и/или карбонатов легирующих элементов. Скорость подачи регулируется по результатам анализа концентрации легирующих элементов в электролите и алюминии. При снижении концентрации скорость подачи увеличивают, а при увеличении концентрации скорость подачи соответственно снижают.
Восстановление легирующих элементов на алюминиевом катоде может происходить как в результате прямой электрохимической реакции восстановления растворенных в расплавленном электролите легирующих элементов, так и в результате их химического восстановления алюминием из расплава электролита.
Возможны альтернативные варианты реализации предложенного способа, в которых стадия введения легирующих примесей в расплав электролита заключается в следующем:
1. Растворение легирующих элементов из малорастворимых анодов.
2. Добавление в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов и/или фторидов, и/или карбонатов легирующих элементов.
3. Одновременное растворение легирующих элементов из малорастворимых анодов и добавление в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов и/или фторидов, и/или карбонатов легирующих элементов.
По сути предложен оптимальный способ получения алюминиевых сплавов на инертных анодах. Новизна способа заключается в том, что для получения алюминиевого сплава не только используются добавки в анод, как в прототипе, но и добавки в электролит. В электролит добавляют тот компонент сплава, который нельзя добавлять в инертный анод. Альтернативно, можно добавлять в электролит тот же элемент, который находится в аноде. Тем самым получают сплав и снижают расход анода.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 изображена схема наиболее известного и распространенного сейчас процесса получения алюминиевых сплавов из электролитического алюминия.
В электролизере с угольными анодами из глинозема получают алюминий марок А5, А7 или А85. Полученный алюминий откачивают из электролизера, переливают в миксер, в котором производят смешивание алюминия с лигатурами, в которых содержатся легирующие примеси с концентрациями XI , Х2, ХЗ ....Вид и количество лигатуры определяются в зависимости от целевого состава алюминиевого сплава.
На Фиг. 2 изображена схема первого варианта предложенного способа получения алюминиевых сплавов.
Речь идет о варианте введения в расплавленный катодный алюминий легирующих элементов путем их растворения в расплаве электролита алюминиевого электролизера из малорасходуемого анода. Схема отличается от схемы на Фиг. 1 тем, что при электролизе вместо углеродных анодов используются малорасходуемые аноды, из которых в ходе электролиза в алюминий поступают легирующие примеси, присутствующие в составе анода. Схема способа на Фиг.2 отличается от способа по прототипу наличием стадии измерения концентрации Yl, Y2, Y3,... легирующих примесей в полученном алюминии (основе для алюминиевых сплавов) и стадии доведения основы до заданного состава сплава. На последней стадии основу для алюминиевых сплавов переливают в миксер и затем производят смешивание с лигатурами, в которых содержатся легирующие примеси с концентрациями XI, Х2, ХЗ ... Вид и количество лигатуры определяются в зависимости от целевого состава
алюминиевого сплава с учетом разницы между целевой концентрацией каждого легирующего элемента в алюминиевом сплаве и его концентрацией в основе для алюминиевого сплава.
На Фиг. 3 изображена схема другого варианта предложенного способа получения алюминиевых сплавов.
Речь идет о варианте введения в расплавленный катодный алюминий легирующих элементов путем их растворения в расплаве электролита алюминиевого электролизера из малорасходуемого анода и путем добавления в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов и/или фторидов и/или карбонатов легирующих элементов. Схема отличается от схемы на Фиг. 2 тем, что при электролизе в электролит алюминиевого электролизера вводят оксиды/фториды или карбонаты легирующих элементов, которые затем переходят в основу для алюминиевых сплавов вместе с легирующими элементами из малорасходуемого анода. При этом дополнительными операциями являются измерение концентрации легирующих элементов в электролите и регулирование скорости подачи оксидов и/или фторидов, и/или карбонатов легирующих элементов для поддержания их стабильной концентрации в электролите и основе для алюминиевых сплавов. В остальном схема аналогична схеме на Фиг. 2.
Подробное изложение сущности изобретения
В отличие от известного способа получения сплавов, схема которого приведена на Фиг. 1 , предлагаемый способ предполагает получение сплавов в несколько стадий. Варианты реализации предлагаемого способа, изображенные на Фиг.2 и Фиг.З, позволяют получать требуемую концентрацию легирующих элементов следующим образом: на первом этапе в электролизере легирующие элементы переходят из малорастворимого анода в алюминиевый катод с концентрациями в алюминии Yl, Y2, Y3,... ; на втором этапе измеряют концентрации Yl, Y2, Y3,..., рассчитывают необходимые массы легирующих элементов для корректировки до целевой концентрации и в полученный алюминий в литейном миксере добавляют рассчитанные массы легирующих элементов, как введенных в алюминий при электролизе, так и других, необходимых для получения сплавов заданного состава.
По сравнению с существующим способом получения алюминиевых сплавов легированием первичного алюминия лигатурами предлагаемый способ позволяет уменьшить вовлечение лигатуры, содержащей легирующие элементы. Снижение расхода лигатуры для получения алюминиевого сплава за счет частичного легирования алюминия путем растворения материала анода и/или путем добавления соединений
легирующих элементов в алюминиевый электролизер, приведет к снижению себестоимости получения алюминиевого сплава, так как стоимость единицы массы легирующего элемента, входящего в состав анода или добавляемых соединений легирующих элементов, значительно ниже стоимости единицы массы легирующего элемента в лигатуре. Для примера, стоимость единицы массы кремния в кварцевом песке в 2.5-3 раза дешевле стоимости кремния в лигатуре AlSi50 (по состоянию на 2015 г.).
В отличие от аналогов и прототипа в любом из альтернативных вариантов предложенного способа получения алюминиевых сплавов предусмотрено определение соотношения элементов в основе для алюминиевых сплавов и последующее доведение сплавов до заданного состава добавлением к основе легирующих элементов. Это обеспечивает получение алюминиевых сплавов стабильного и заданного состава. Кроме того, упрощается выбор состава анодов, поскольку не нужно добиваться компромисса между скоростью износа анодов и необходимостью добавления в состав анодов тех легирующих элементов, которые увеличивают скорость коррозии анодов. Это позволяет использовать наиболее стойкие аноды и, следовательно, уменьшить их расход. Также благодаря включению в способ получения алюминиевых сплавов стадии доведения сплавов до заданного состава упраздняется необходимость жесткого контроля за параметрами процесса электролиза, т.к. в случае изменения состава основы алюминиевого сплава из-за возможных технологических отклонений, соответствующим образом будет скорректировано количество добавляемых к основе сплава легирующих элементов при доведении сплава до заданного состава. Это упрощает процесс электролиза.
Таким образом, решается задача по снижению себестоимости получения алюминиевого сплава путем уменьшения расхода лигатуры, содержащей легирующие элементы и снижения себестоимости получения основы алюминиевого сплава.
Сравнение предлагаемого решения с ближайшим аналогом выявило следующие отличия.
В качестве источника легирующих элементов в одном из вариантов реализации предлагаемого способа дополнительно используется подача оксидов/фторидов/карбонатов легирующих элементов в алюминиевый электролизер. Алюминиевый сплав получают в несколько стадий:
- введения в расплавленный катодный алюминий легирующих элементов путем их растворения в расплаве электролита алюминиевого электролизера из
малорасходуемого анода и/или путем добавления в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов и/или фторидов, и/или карбонатов легирующих элементов,
- восстановления легирующих элементов, введенных в расплав электролита алюминиевого электролизера на расплавленном катодном алюминии, с получением основы для алюминиевых сплавов,
- определения соотношения элементов в основе для алюминиевых сплавов, и
- доведения сплавов до заданного состава посредством добавления к основе для алюминиевых сплавов легирующих элементов в необходимом количестве. В одном из вариантов способа получения алюминиевых сплавов, т.е. при добавлении в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов и/или фторидов и/или карбонатов легирующих элементов в расплав электролита добавляются химические соединения нескольких разных элементов, что обеспечивает получение многокомпонентных сплавов, в отличии от известных способов получения алюминиевых сплавов путем добавления оксидов только одного из легирующих элементов в расплав электролита. Кроме того, в отличие от аналогов и прототипа за счет контроля концентрации примесей в электролите и алюминии обеспечивается более стабильная концентрация добавляемых легирующих элементов в основе для алюминиевых сплавов в течении длительного времени.
В еще одном варианте способа получения алюминиевых сплавов, т.е. при одновременном добавлении в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов и/или фторидов и/или карбонатов легирующих элементов, по сравнению с прототипом снижается расход анода, т.к. уменьшается градиент концентрации элементов в объеме электролита и в прианодном слое электролита.
Совокупность признаков, характеризующих предлагаемый способ, позволяет получать многокомпонентные сплавы заданного и стабильного состава, уменьшить расход лигатуры, содержащей легирующие элементы, а также уменьшить расход малорастворимых анодов и упростить технологию электролиза и за счет этого, достигнутого вследствие заявленного способа, технического эффекта получать алюминиевые сплавы с более низкой себестоимостью, чем по известным технологиям.
Осуществление изобретения
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
Пример 1. Растворение легирующих элементов из малорастворимых анодов.
Для отработки предлагаемого способа получения алюминиевых сплавов на первой и второй стадии получали основу сплавов электролизом алюминия в электролизере на силу тока 3 кА. При этом использовался малорасходуемый анод следующего состава (масс %): Fe - 65, Си - 35, а используемый электролит был следующего состава (масс. %): NaF - 43, CaF2 - 5, А1203 - 5, A1F3 - 47. На следующей стадии пробы периодически извлекаемого катодного алюминия отправлялись на оптико-эмиссионный анализ, по результатам которого рассчитывалась масса лигатуры для доведения основы сплава до необходимого химического состава алюминиевого сплава 8011, содержащего следующие элементы (в мас.%):
· Кремний: 0,5-0,9
• Железо: 0,6-1,0
• Медь: до 0,1
• Марганец: < 0,2
• Магний: < 0,05
· Хром: < 0,05
• Цинк: < 0,1
• Титан: < 0,08
• Прочие примеси в сумме: < 0,15%
Расчет расхода лигатуры по предлагаемому способу получения алюминиевого сплава приведен в Таблице 1. Выливка производилась один раз в трое суток. После измерения концентрации железа и кремния в алюминии на оптико-эмиссионном спектрометре ARL производился расчет массы лигатуры AlFe80 и AlSi50 и доведение сплава до состава алюминиевого сплава 8011 добавлением к основе рассчитанного количества лигатур.
Таблица 1
Время после
для сплава 8011
начала
Отдача Отдача эксперимента, Масса
Fe, % Si, % лигатуры лигатуры сут. А1, кг
AlFe80, кг AlSi50, кг
59 69,5 0,682 0,05 0,112 0,908
62 65,4 0,638 0,05 0,142 0,855
65 69,2 0,61 1 0,05 0,173 0,904
68 67,3 0,601 0,05 0,177 0,879
71 66,8 0,598 0,05 0,178 0,873
74 68,7 0,596 0,05 0,185 0,898
Усредненный расход лигатуры AlFe80 по предлагаемому способу составил 2,4 кг на тонну алюминия.
При производстве сплава 8011 известным способом (легирование марочного алюминия в миксере) при использовании в качестве сырья алюминия марки А7 расход лигатуры AlFe80 составит 9,4 кг на тонну алюминия.
Таким образом, в результате применения предлагаемого способа был получен алюминиевый сплав с более низким расходом лигатуры AlFe80, чем по известному методу получения сплава путем добавления лигатуры в AlFe80 марочный электролитический алюминий, а именно, экономия лигатуры AlFe80 при получении алюминиевого сплава 8011 составила 7 кг/т. Расход лигатуры AlSi50 по предлагаемому и известному способам одинаков. Кроме того, видно, что невозможно получение сплава 8011 на первой и второй стадии, т.е. способ по прототипу не позволяет решить поставленную техническую задачу.
Пример 2. Одновременное растворение легирующих элементов из малорастворимых анодов и добавление в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов и/или фторидов и/или карбонатов легирующих элементов).
Для проверки предлагаемого способа получения алюминиевых сплавов на первой и второй стадии получали основу сплавов электролизом алюминия в электролизере на силу тока 3 кА. При этом использовался малорастворимый анод следующего состава (масс %): Fe - 65, Си - 35, а используемый электролит был
следующего состава (масс. %): NaF - 43, CaF2 - 5, А1203 - 5A1F3 - 47. В электролизер подавался оксид кремния с расходом 340 грамм в сутки.
Пробы электролита и алюминия ежедневно анализировали на содержание кремния на рентгено-флуоресцентном спектрометре PANalytical MagiX и на оптико- эмиссионном спектрометре типа ARL, которое сохранялось на уровне 800 ррт и 8000 ррт, соответственно. Поскольку эти величины были стабильными при электролизе, а концентрация кремния в основе для алюминиевого сплава и соответствовала его целевой концентрации в сплаве 8011, то расход оксида кремния в процессе электролиза не корректировали.
На следующей стадии пробы периодически извлекаемого катодного алюминия отправлялись на оптико-эмиссионный анализ. Выливка производилась один раз в трое суток. После измерения концентрации железа и кремния в алюминии производился расчет массы лигатуры AlFe80 и доведение сплава до состава алюминиевого сплава 801 1 добавлением к основе рассчитанного количества лигатуры. Расчет расхода лигатуры по данному варианту предлагаемого способа получения алюминиевого сплава приведен в Таблице 2.
Таблица 2
В результате применения предлагаемого способа был получен алюминиевый сплав с содержанием Fe в диапазоне 0,62-0,72% и Si в диапазоне 0,78-0,84%.
Усредненный расход лигатуры AlFe80 по предлагаемому способу составил 3 кг на тонну алюминия.
В результате применения предлагаемого способа был получен алюминиевый сплав с меньшим расходом лигатур, чем по известному методу получения сплава путем добавления лигатур в марочный электролитический алюминий, а именно, экономия лигатуры AlFe80 при получении алюминиевого сплава 801 1 составила 7,2 кг/т, а экономия лигатуры AlSi50 составила 13 кг/т. Кроме того, видно, что невозможно получение сплава 801 1 на первой и второй стадии, т.е. способ по прототипу не позволяет решить поставленную техническую задачу.
Пример 2 также может служить примером реализации второго варианта предложенного способа получения алюминиевых сплавов, т.к. при использовании углеродного анода вместо малорасходуемого анода в процессе электролиза (на первой и второй стадии способа) в основу для алюминиевого сплава будет поступать кремний из добавляемого в электролит оксида кремния, а концентрация железа в основе будет соответствовать марочному алюминию. Следовательно, в этом варианте предлагаемого способа получения сплава алюминиевого сплава 8011 будет достигнута экономия только лигатуры AlSi50 в количестве 13 кг/т. Для экономии лигатуры AlFe80 на стадии получения основы для алюминиевого сплава в электролит необходимо добавлять оксиды/фториды или карбонаты железа.
Приведенные выше варианты частного выполнения по изобретению не являются единственно возможными. Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области действия изобретения, определенной формулой изобретения.
Claims
1. Способ получения сплавов на основе алюминия электролизом, согласно которому в качестве источника легирующих элементов используют малорасходуемый анод алюминиевого электролизера, отличающийся тем, что для снижения расхода лигатуры выбирают одно из следующего:
- растворение легирующих элементов из малорастворимых анодов,
- добавление в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов и/или фторидов, и/или карбонатов легирующих элементов,
- одновременное растворение легирующих элементов из малорастворимых анодов с добавлением в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов и/или фторидов, и/или карбонатов легирующих элементов,
при этом способ содержит стадии:
- введения в расплавленный катодный алюминий легирующих элементов путем их растворения в расплаве электролита алюминиевого электролизера из малорасходуемого анода и/или путем добавления в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов и/или фторидов, и/или карбонатов легирующих элементов,
- восстановления легирующих элементов, введенных в расплав электролита алюминиевого электролизера на расплавленном катодном алюминии, с получением основы для алюминиевых сплавов,
- определения соотношения элементов в основе для алюминиевых сплавов, и
- доведения сплавов до заданного состава посредством добавления к основе для алюминиевых сплавов легирующих элементов в необходимом количестве.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве электролита используют оксидно-фторидные расплавы.
3. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что в качестве малорасходуемого анода используют металлический сплав.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение соотношения элементов в основе для алюминиевых сплавов проводят аналитическими методами.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что введение в расплав электролита оксидов и/или фторидов, и/или карбонатов легирующих элементов производят периодически со скоростью, обеспечивающей постоянную концентрацию легирующих элементов в электролите и в алюминии.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что скорость подачи регулируют по результатам анализа концентрации легирующих элементов в электролите и алюминии, при снижении концентрации скорость подачи увеличивают, а при увеличении концентрации скорость подачи соответственно уменьшают.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017132928A RU2673597C1 (ru) | 2016-11-24 | 2016-11-24 | Способ получения алюминиевых сплавов |
| CA3043850A CA3043850C (en) | 2016-11-24 | 2016-11-24 | Method of aluminium alloys production |
| PCT/RU2016/000816 WO2018097744A1 (ru) | 2016-11-24 | 2016-11-24 | Способ получения алюминиевых сплавов |
| CN201680091019.9A CN109996906A (zh) | 2016-11-24 | 2016-11-24 | 铝合金生产方法 |
| US16/478,469 US11634829B2 (en) | 2016-11-24 | 2016-11-24 | Method for producing aluminum alloys |
| NO20190665A NO20190665A1 (en) | 2016-11-24 | 2019-05-24 | Method for producing aluminium alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2016/000816 WO2018097744A1 (ru) | 2016-11-24 | 2016-11-24 | Способ получения алюминиевых сплавов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2018097744A1 true WO2018097744A1 (ru) | 2018-05-31 |
Family
ID=62196085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2016/000816 WO2018097744A1 (ru) | 2016-11-24 | 2016-11-24 | Способ получения алюминиевых сплавов |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11634829B2 (ru) |
| CN (1) | CN109996906A (ru) |
| CA (1) | CA3043850C (ru) |
| NO (1) | NO20190665A1 (ru) |
| RU (1) | RU2673597C1 (ru) |
| WO (1) | WO2018097744A1 (ru) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113136505B (zh) | 2021-03-15 | 2022-04-26 | 上海交通大学 | 一种高强韧耐热铝合金电枢材料及其制备方法 |
| CN115449658B (zh) * | 2022-08-16 | 2023-10-24 | 洛阳龙鼎铝业有限公司 | 一种8011l合金铸轧坯料无裂边生产工艺 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2401327C2 (ru) * | 2008-06-11 | 2010-10-10 | Учреждение Российской академии наук Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН | Способ получения алюминиевых сплавов электролизом |
| CN103361502A (zh) * | 2012-04-01 | 2013-10-23 | 包头铝业有限公司 | 一种用化学反应法制备铝硼中间合金方法 |
| RU2599475C1 (ru) * | 2015-06-03 | 2016-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Безотходные и малоотходные технологии" (ООО "БМТ") | Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1162153A (en) * | 1965-09-08 | 1969-08-20 | Conzinc Riotinto Ltd | Production of Aluminium and Aluminium Alloys |
| US3507643A (en) * | 1967-01-16 | 1970-04-21 | Reynolds Metals Co | Cell reduction of bauxite or clay |
| US3980537A (en) | 1975-10-03 | 1976-09-14 | Reynolds Metals Company | Production of aluminum-silicon alloys in an electrolytic cell |
| SU707996A1 (ru) | 1976-12-10 | 1980-01-05 | Институт электрохимии Уральского научного центра АН СССР | Электродна масса дл анодов |
| SU1068546A1 (ru) * | 1982-06-23 | 1984-01-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Алюминиевой,Магниевой И Электродной Промышленности | Способ получени лигатуры алюминий-кремний-марганец в алюминиевом электролизере |
| US4600481A (en) * | 1982-12-30 | 1986-07-15 | Eltech Systems Corporation | Aluminum production cell components |
| US4882017A (en) * | 1988-06-20 | 1989-11-21 | Aluminum Company Of America | Method and apparatus for making light metal-alkali metal master alloy using alkali metal-containing scrap |
| DE69904339T2 (de) * | 1998-07-30 | 2003-08-28 | Moltech Invent S.A., Luxemburg/Luxembourg | Langsam verzehrende, kohlenstofffreie anoden auf basis von metallen für aluminium-elektrogewinnungszellen |
| CN1081098C (zh) | 1998-11-20 | 2002-03-20 | 西北铝加工厂 | 电解铝液直接铸轧生产铝箔方法与技术 |
| CN100465350C (zh) * | 2005-06-24 | 2009-03-04 | 曹大力 | 以铁及其合金为阳极在电解槽中制备铝-铁基合金的方法 |
| CN1896332A (zh) * | 2006-06-09 | 2007-01-17 | 曹大力 | 制备铝－镍基合金的方法 |
| CN1896331A (zh) | 2006-06-09 | 2007-01-17 | 曹大力 | 制备铝－铜基合金的方法 |
| US20090028746A1 (en) | 2007-07-23 | 2009-01-29 | Gyan Jha | Production of specialty aluminum alloys using partition of feed impurities |
| CN101977674B (zh) * | 2008-03-19 | 2013-06-19 | 赛多利斯司特蒂姆生物工艺公司 | 一次性混合容器 |
| CN100586640C (zh) * | 2008-07-11 | 2010-02-03 | 登电集团铝加工有限公司 | 一种由电解铝液直接铸轧生产ps版用铝板基的方法 |
| US8826450B2 (en) * | 2008-09-19 | 2014-09-02 | Yahoo! Inc. | Detecting bulk fraudulent registration of email accounts |
| CN102605203B (zh) * | 2012-03-29 | 2015-07-22 | 山东兖矿轻合金有限公司 | 一种6系铝合金的制备方法 |
| SI24969A (sl) * | 2015-04-03 | 2016-10-28 | TALUM d.d. KidriÄŤevo | Aluminijeva zlitina za izdelavo aluminijevih aerosol doz s protismernim izstiskovanjem in postopek za njeno izdelavo |
| CN105648246A (zh) * | 2015-09-07 | 2016-06-08 | 张英娜 | 一种6系铝合金功能性高效复合母合金及其制备和使用方法 |
| CN105543528A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-05-04 | 云南云铝润鑫铝业有限公司 | 利用高硅电解铝液直接生产6系铝合金的方法 |
-
2016
- 2016-11-24 US US16/478,469 patent/US11634829B2/en active Active
- 2016-11-24 CN CN201680091019.9A patent/CN109996906A/zh active Pending
- 2016-11-24 WO PCT/RU2016/000816 patent/WO2018097744A1/ru active Application Filing
- 2016-11-24 RU RU2017132928A patent/RU2673597C1/ru active
- 2016-11-24 CA CA3043850A patent/CA3043850C/en active Active
-
2019
- 2019-05-24 NO NO20190665A patent/NO20190665A1/en unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2401327C2 (ru) * | 2008-06-11 | 2010-10-10 | Учреждение Российской академии наук Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН | Способ получения алюминиевых сплавов электролизом |
| CN103361502A (zh) * | 2012-04-01 | 2013-10-23 | 包头铝业有限公司 | 一种用化学反应法制备铝硼中间合金方法 |
| RU2599475C1 (ru) * | 2015-06-03 | 2016-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Безотходные и малоотходные технологии" (ООО "БМТ") | Способ получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NO20190665A1 (en) | 2019-05-24 |
| CA3043850A1 (en) | 2018-05-31 |
| CA3043850C (en) | 2021-03-30 |
| CN109996906A (zh) | 2019-07-09 |
| US20200024760A1 (en) | 2020-01-23 |
| RU2673597C1 (ru) | 2018-11-28 |
| US11634829B2 (en) | 2023-04-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| De Yan et al. | Extraction of europium and electrodeposition of Al–Li–Eu alloy from Eu2O3 assisted by AlCl3 in LiCl–KCl melt | |
| EP2860290A1 (en) | Electrolysis tank used for aluminum electrolysis and electrolysis process using the electrolyzer | |
| EP3287548B1 (en) | Method for producing aluminium-scandium alloy | |
| Suzdaltsev et al. | Extraction of scandium and zirconium from their oxides during the electrolysis of oxide–fluoride melts | |
| US20200407863A1 (en) | Method of aluminum-scandium alloy production | |
| RU2673597C1 (ru) | Способ получения алюминиевых сплавов | |
| ZHANG et al. | Preparation of Mg–Li—La alloys by electrolysis in molten salt | |
| CN102644094B (zh) | 一种熔盐电解制备Al-Mg-Tb三元合金的方法 | |
| WO2022092231A1 (ja) | 再生アルミニウムの製造方法、製造装置、製造システム、再生アルミニウム、及び、アルミニウム加工物 | |
| Yasinskiy et al. | Electrochemical characterization of the liquid aluminium bipolar electrode for extraction of noble metals from spent catalysts | |
| CN101298684A (zh) | 一步电解法生产铝-Me中间合金的方法 | |
| Ueda et al. | Recovery of aluminum from oxide particles in aluminum dross using AlF 3–NaF–BaCl 2 molten salt | |
| EP1995353A1 (en) | METHOD OF REMOVING/CONCENTRATING METAL-FOG-FORMING METAL PRESENT IN MOLTEN SALT, APPARATUS THEREFOR, AND PROCESS AND APPARATUS FOR PRODUCING Ti OR Ti ALLOY BY USE OF THEM | |
| RU2415973C2 (ru) | Способ получения алюминия электролизом расплава | |
| RU2716727C1 (ru) | Электролитический способ получения лигатур алюминия из оксидного сырья | |
| RU2621207C1 (ru) | Способ получения сплава на основе алюминия и устройство для осуществления способа | |
| CN112921361B (zh) | 一种钇铝中间合金及其制备方法 | |
| CN102912382B (zh) | 一种在氟氯化物熔盐体系中电解制备铝-镁合金的方法 | |
| Chernyshova et al. | Variants of electrochemical processing of rhenium-containing high-temperature alloy | |
| RU2819113C1 (ru) | Способ электролитического получения сплавов алюминия со скандием | |
| Haarberg | Effects of electrolyte impurities on the current efficiency during aluminium electrolysis | |
| WO2023210748A1 (ja) | 高純度アルミニウムの製造方法、製造装置、製造システム、及び、高純度アルミニウム | |
| Oishi et al. | Selective Permeation of Neodymium Through an Alloy Diaphragm in Molten Chloride Systems | |
| JP3085728B2 (ja) | 溶融塩電解精製法 | |
| Haarberg | The current efficiency for aluminium deposition from molten fluoride electrolytes with dissolved alumina |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2017132928 Country of ref document: RU Kind code of ref document: A |
|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 16922376 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 3043850 Country of ref document: CA |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 16922376 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |