Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (Технический университет)
Приоритеты:
подача заявки: 1999-07-19
публикация патента: 20.01.2001
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности получению лигатур, использование которых значительно улучшает свойства легких сплавов. Сущность: получение скандийсодержащей лигатуры осуществляют металлотермическим восстановлением оксидов скандия в галогенидных расплавах, при этом восстановлению подвергают 30-75%-ный концентрат оксида скандия, а в качестве восстановителя используют сплав алюминия с магнием, содержащий 15-30% магния. Изобретение позволяет осуществить использование сплава алюминия с магнием в качестве восстановителя, что увеличивает извлечение скандия в лигатуру (до 85%), при этом применение концентрата с пониженным содержанием оксида скандия снижает стоимость получаемой лигатуры (на 30-50%). 1 табл.
Способ получения скандийсодержащей лигатуры, включающий металлотермическое восстановление оксидов скандия в галогенидных расплавах, отличающийся тем, что 30 - 75%-ный концентрат оксида скандия восстанавливают сплавом алюминия с магнием, содержащим 15 - 30% магния.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению лигатур, использование которых улучшает свойства легких сплавов. Легирование алюминиевых сплавов скандием резко повышает прочность, такие сплавы характеризуются повышенной пластичностью и обладают высокой коррозионной стойкостью. Однако успешное использование скандиевых лигатур сдерживается высокой стоимостью их. Известен способ получения лигатуры непосредственным сплавлением алюминия и скандия в атмосфере аргона (патент США N 3619181), недостаток этого метода - использование дорогостоящего металлического скандия и большие потери его. Известны способы получения алюминиевых лигатур непосредственно в электролизерах (А. С. СССР N 5144919 "О возможности получения алюминиево-скандиевой лигатуры в алюминиевом электролизере". Цветные металлы. 1998, N 7. С. 43-46). Недостаток этого способа заключается в относительно больших потерях легирующего элемента. В качестве прототипа предлагается метод алюмотермического восстановления оксида скандия из расплавов галогенидов алюминия, натрия и калия. В тигель помещают алюминий и после расплавления на его поверхность загружают смесь солей и оксида [Дегтярь В. В., Полях Е.Н. Росс. научно-техн. конференция "Новые материалы и технологии". М. 3-4 ноября 1994: Тез. докл. - М. 1994. - С. 108]. Недостаток этого способа заключается в том, что процесс восстановления протекает неполностью - в расплаве теряются недовосстановленные оксиды скандия, кроме того, в процессе применяется оксид скандия, стоимость которого очень высока. Задачей изобретения является увеличение степени восстановления оксида скандия и снижение стоимости получаемой лигатуры. Поставленная задача решается за счет того, что способ получения скандийсодержащей лигатуры включает в себя металлотермическое восстановление оксидов скандия в галогенидных расплавах и восстановление 30-75% концентрата оксида скандия алюминиевым сплавом, содержащим 15-30% магния. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. В большинстве алюминиевых сплавах магний является основным легирующим элементом. Поэтому для получения таких сплавов оптимальным представляется применение тройной лигатуры Al-Mg-Sc. При восстановлении оксида скандия из расплава галогенидов используется сплав алюминия с магнием. В данном методе роль активного восстановителя играет магний, алюминий - роль коллектора. В результате этого процесс магниетермического восстановления протекает более полно по сравнению с алюмотермическим, при этом образующийся металлический скандий, характеризущийся активной поверхностью, интенсивно растворяется в магнии (с образованием твердых растворов) и переходит в алюминий (в виде интерметаллидов). Использование магния как активного восстановителя позволяет применять в качестве исходного материала вместо чистого оксида скандия дешевый концентрат оксида с пониженным содержанием основного компонента (30-75% Sc2O3). Вследствие указанных обстоятельств степень извлечения скандия в лигатуру возрастает (за счет применения активного восстановителя - магния), а стоимость технологического передела резко снижается за счет использования дешевого концентрата и упрощения технологии подготовки его к процессу восстановления. Выбор параметров процесса обусловлен следующим. Осуществление процесса восстановления концентрата, содержащего менее 30% оксида, не позволяет достигнуть достаточно высокой степени извлечения скандия в лигатуру. Применение концентрата с содержанием оксида скандия более 75% приведет к резкому удорожанию конечной продукции, т.к. в этом случае значительно возрастают затраты на переделе обогащения концентрата. Пример. Лабораторная установка состоит из шахтной электропечи, герметичного реактора и стакана. В качестве восстановителя применяли сплав алюминия с 15-30% магния, исходная шихта состоит из галогенидов, натрия, калия, алюминия и концентрата скандия, содержащего его 30-75% оксида. Исходные компоненты загружали в реакционный стакан, нагревали в атмосфере аргона и после расплавления шихты перемешивали. Температура процесса 900-1000oC. По окончании процесса производили выдержку. Полученные продукты охлаждали, отделяли лигатуру от плава и анализировали. Результаты приведены в таблице. Полученные данные позволяют сделать заключение о техническом эффекте предлагаемого способа - восстановление оксида скандия сплавом алюминий-магний позволяет достигнуть высокой степени извлечения скандия в лигатуру (около 85%). Экономический эффект заключается в применении концентрата скандия с относительно низким содержанием оксида, что позволяет значительно снизить стоимость лигатуры (на 30-50%).
