способ получения свинцово-кальциевых сплавов

Формула изобретения

1. Способ получения свинцового сплава, содержащего кальций, алюминий, олово, включающий расплавление свинца и добавление лигатуры, отличающийся тем, что процесс получения сплава ведут в области температур 400-550°С, при этом в расплавленный свинец сначала вводят олово в заданном количестве и затем в качестве лигатуры загружают алюмокальциевую лигатуру.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация алюминия в алюмокальциевой лигатуре составляет 10-20 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению сплавов свинца, кальция, олова, алюминия, и может быть использовано в аккумуляторной, электрохимической и электротехнической промышленности.

Из анализа уровня техники известны способы, позволяющие получить свинцово-кальциевые сплавы, например:

1. Япон. Заявка №54-162619 «Способ электролитического получения сплава свинец-кальций», заявленная 14.06.78, №53-70733, опубликованная 24.12.79, кл 10 Р 4 (С25С 3/36).

2. Заявка 2764905, Франция, «Способ обработки расплавленного свинца кальцием и проволока на основе кальция для этой обработки», МПК⁶ С22В 13/06, заявл. 23.06.97, опубликованная 24.12.98.

3. Пат. 4439398, США, «Метод введения кальция и алюминия в свинец», заявленная 13.11.81, №321051, опубликованная 27.03.84, МКИ С22С 11/00, НКИ 420/564.

Общим недостатком этих аналогов является работа с агрессивными материалами и повышенный расход электроэнергии.

Наиболее близким заявляемому изобретению является способ получения свинцового сплава, содержащего кальций, алюминий, олово, раскрытый в: GB 2096639 А, С22С 11/00, 20.10.1982 «Automobile battery grid». Сущность прототипа, касающегося метода приготовления оловянно-кальциевого сплава, заключается в том, что в расплавленный свинец следует добавлять кальций в качестве кальциево-свинцовой лигатуры, например, содержащей около 1,5% кальция. После добавления кальция в расплав можно добавить олово. Олово может быть добавлено в виде оловянно-свинцовой лигатуры, т.е. с содержанием около 10% олова. Незначительное количество алюминия, например 0,010% или около 0,005%, можно добавить в расплав до добавления кальциевой лигатуры.

Недостатками способа являются:

- трудности, связанные с получением кальциево-свинцовой лигатуры, во-первых, кальций вводят в свинец в среде инертного газа или под слоем расплавленной соли, чтобы исключить окисление, во-вторых, для поддержания слоя соли в расплавленном состоянии или полного растворения соединений Pb₃Са в свинце требуются высокие температуры, в результате такой процедуры обычно получают лигатуру 1-2% кальция;

- восстановление кальция при производстве 1-2% лигатуры обычно менее 90% из-за окисления кальция во время сплавления и розлива, несмотря на среду инертного газа и слой соли;

- ввиду ограниченной растворимости алюминия в свинце невозможно ввести алюминий непосредственно в кальциево-свинцовую лигатуру;

- введение олова после приготовления свинцово-кальциевого сплава может привести к дополнительному окислению кальция и повышенному шлакообразованию.

Предлагаемым изобретением решается задача получения сплавов свинца, кальция, олова и алюминия с необходимым содержанием каждого компонента с одновременным уменьшением продолжительности процесса и без применения дорогостоящих реагентов и агрессивных сред.

Для достижения этого технического результата процесс проводят в области температур 400-550°С, причем вначале вводят в свинец олово в заданных количествах, а затем кальций в виде алюмокальциевой лигатуры. При этом концентрация алюминия в алюмокальциевой лигатуре составляет 10-20 мас.%.

Сущность способа заключается в следующем.

Свинец помещают в котел, который нагревают до заданной температуры и добавляют металлическое олово. Процесс введения кальция осуществляется в закрытом реакторе с мешалкой. Реактор состоит из металлической емкости с донным сливом, контейнера для алюмокальциевой лигатуры, крышки с отверстиями для мешалки и загрузки жидкого свинцово-оловянного сплава. Через загрузочное отверстие в реактор заливают из котла свинцово-оловянный сплав, а затем загружают необходимое количество алюмокальциевой лигатуры. Алюминий и свинец по диаграмме состояния [1] образуют две несмешивающиеся жидкости, поэтому вначале в свинец вводят олово. Содержание олова в сплавах на два порядка выше, чем алюминия, кроме того, алюминий вводят в виде алюмокальциевой лигатуры. За счет этого облегчается сплавообразование свинца, кальция, олова и алюминия. Интервал концентраций алюминия (10-20 мас.%) в алюмокальциевой лигатуре обусловлен требуемой концентрацией этих металлов в сплавах. Кроме того, если концентрация алюминия в лигатуре выше 20 мас.%, то этот материал становится взрывоопасным. При концентрации алюминия ниже 10 мас.% в алюмокальциевой лигатуре уменьшается процент полезного использования алюминия.

Процесс ведут при непрерывном перемешивании при температурах 400-550°С. Ниже 400°С получать сплавы практически невозможно, так как образуются тугоплавкие интерметаллиды типа Pb₃Са, которые не растворяются в свинце. Выше 550°С процесс вести сложно, потому что свинец при этих температурах имеет высокую упругость пара и сильно возгоняется. Это значительно усложняет технологическую цепочку и требует дополнительных фильтров. Кроме того, свинец при температурах выше 550°С реагирует практически со всеми металлами, образуя сплавы. Поэтому использовать металлические реакторы невозможно.

Способ опробован в опытно-промышленном масштабе на ОАО «Уралэлектромедь» и иллюстрируется примерами практического осуществления способа.

Свинцово-кальциевый сплав следующего состава, мас.%: 0,008-0,017 Al; 0,07-0,14 Са; 0,3-1,2 Sn получали, используя свинец марки С1 массой от 2,8 до 3,0 тонн, который помещали в реактор и нагревали до температуры 400°С. Затем к расплавленному свинцу добавляют расчетное количество свинцово-оловянного сплава. Наряду с этим проводят загрузку алюмокальциевой лигатуры требуемого соотношения. Реактор нагревают до температуры 400-550°С, включают мешалку и перемешивают расплав в течение часа.

По окончании опыта сплав выдерживают и разливают в изложницы через донный выпуск реактора. Содержание компонентов в сплавах на каждой стадии определяют методом атомно-адсорбционного анализа.

Результаты опытов по предлагаемому способу приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить свинцово-кальциевые сплавы с требуемым содержанием кальция, олова и алюминия.

Таблица
Компоненты сплава	Содержание металлов в сплаве №1		Содержание металлов в сплаве №2		Содержание металлов в сплаве №3
	Задаваемое	Обнаруженное	Задаваемое	Обнаруженное	Задаваемое	Обнаруженное
Са	0,140	0,139	0,070	0,07	0,080	0,079
Al	0,017	0,017	0,017	0,017	0,008	0,008
Sn	1,300	1,299	0,700	0,700	0,300	0,300

Сплавы с номерами 1, 2 и 3 отличаются температурой свинца в реакторе и составом алюмокальциевой лигатуры. Так, для сплава №1 - Т=400°С, 88Са - 12Al; для сплава №2 - Т=550°С, 80Са - 20Al; для сплава №3 - Т=480°С, 90Са - 10Al.