способ извлечения магния из отходов литейного конвейера

Формула изобретения

Способ извлечения магния из отходов, образующихся при разливке магния на литейном конвейере, включающий тигельную плавку отходов в среде флюса, содержащего хлориды магния, натрия и калия, отстаивание, слив магния, обработку фторидом кальция, отличающийся тем, что в качестве флюса используют электролит электролизеров получения магния при карналлитовой схеме питания, являющегося тяжелее жидкого магния на 0,03-0,05 г/см³ и содержащего 5-15% MgCl ₂, 18-20% NaCl, 0,1-0,3% F^-, KCl - остальное, плавку ведут с соотношением электролит : отходы (0,7-1,5):1 и при температуре 700-730°C с ручным взмучиванием донных слоев, обработке фторидом кальция подвергают остаток расплава после слива магния и ведут ее с ручным перемешиванием, отстаиванием и сливом магния.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение относится к цветной металлургии, конкретно к производству магния.

При производстве товарного магния в чушках на различных процессах передела литья образуются отходы, причиной образования которых является, главным образом, склонность магния к окислению кислородом воздуха. Отходы образуются в составе тигельных остатков (при рафинировании магния в тиглях) и при разливке на литейном конвейере в виде так называемых сплесов. Сплесы - это снятая вручную рабочим верхняя пленка окисленного магния со слитка (чушки). Состав ее зависит от технологии защиты металла при литье (например, серой или газом) и квалификации рабочего.

Структура и состав образовавшихся при литейных процессах магнийсодержащих отходов (МСО) не постоянны, зависят от многих факторов: температуры процессов, способа защиты металла, наличия флюса и его состава, вида процесса, квалификации персонала. Способы доизвлечения магния из отходов отрабатываются для каждого вида отходов отдельно в соответствии с их составом и структурой.

Настоящим изобретением предлагается способ извлечения магния из отходов литейного конвейера - сплесов. Обычный состав сплесов: магний (50-98%); оксид магния (2-35%); флюс, используемый для предотвращения горения складируемых сплесов (1-10%). Структура собранных сплесов - закристаллизовавшийся бесформенный слиток весом 5-20 кг с развитой пористостью. Магний в сплесах находится в виде больших капель диаметром более 10 мм.

Известны способы переработки магнийсодержащих шламов центрифугированием (авт.св. СССР 1002384 и авт.св. 1396617), включающие центрифугирование шламосолевой смеси с последующим разделением твердых фаз металла, оксидов и соли. Способы предназначены для переработки расплавов, содержащих магний, в том числе в виде мелких капель диаметром менее 10 мм, достаточно сложны и трудоемки, требуют специального сложного оборудования и больших трудозатрат.

Известен способ переработки отходов легких металлов и сплавов (авт.св. 1287604), включающий переплавку металла в расплаве флюса, перемешивание и отстаивание с дополнительной обработкой рафинирующим агентом, содержащим фтористый кальций и/или расплавленный магний. Способ предназначен для использования при переработке ломов магния и магниевых сплавов в солевых печах объемом 12-15 м³ . Для турбулизации потоков применяют сжатый воздух. Такие печи эксплуатировались на Соликамском магниевом заводе до конца 20-го века, в настоящее время ликвидированы. Применить способ для тигельной плавки литейных сплесов другого состава и структуры, нежели лом, в заявленном виде невозможно и нецелесообразно. К тому же воздух дополнительно окисляет и дробит магний, увеличивая потери.

Наиболее близким по признакам и принятым в качестве прототипа является способ переработки металлургических магнийсодержащих отходов по авт.св. 1480360, включающий плавку отходов в среде флюса при 730-760°C с плотностью ниже плотности расплава отходов при расходе флюса 8-10 мас.% от массы отходов с последующей обработкой фторидом кальция при его расходе 1-2 мас.% от массы отходов. Способ используется для отходов с плотностью выше 1,75 г/см³ при плотности расплавленного флюса менее 1,7 г/см³. Плавку проводят в тигле печи СМТ-2. Отходы содержат 25-52 мас.% магния, 4-25% оксида магния. Извлечение металла достигает 74%.

Недостатками способа по прототипу применительно к переплавке сплесов литейного конвейера являются:

- недостаточное количество флюса в тигле, т.к. при этом погруженный в тигель «ком» сплесов не будет закрыт солью и будет интенсивно окисляться;

- завышенная температура плавки, также способствующая горению магния;

- необходимость специального состава флюса;

- недостаточное извлечение магния.

Целью предлагаемого технического решения является повышение извлечения магния из литейных сплесов при переплавке в тигле и упрощение солевой среды.

Технический результат достигается тем, что в качестве флюса используют электролит электролизеров получения магния с соотношением электролит: отходы (0,7-1,5):1, а плавку ведут при температуре 700-730°C с ручным взмучиванием донных слоев.

Электролит электролизеров всегда имеется на производстве магния электролизом, причем он на 0,03-0,05 г/см³ тяжелее жидкого магния, т.е. магний в нем плавает на поверхности. Соотношение в тигле электролит:сплесы (0,7-1,5):1 обеспечивает полное погружение твердых сплесов в солевой расплав, предотвращая окисление. Температура 700-730°С достаточна для стабильного процесса плавления содержащегося в сплесах магния, не доводя его до горения. Понижение температуры менее 700°С увеличивает время плавки. Ручное взмучивание донных слоев при плавке способствует всплытию капель магния, попавших при плавлении в донные слои, придавая каплям необходимое вертикальное ускорение.

Состав электролита электролизеров при карналлитовой схеме питания: 5-15% MgCl₂, 18-20% NaCl, 0.1-0.3% F^-, КСl - остальное.

Пример осуществления способа:

В тигель печи СМТ-2 залили 1 т электролита, привезенного в литейное отделение из отделения электролиза вакуум-ковшом, нагрели до 725°С, загрузили 700 кг предварительно прогретых на крышке печи сплесов литейного конвейера, в течение 2 часов расплавили сплесы, обработали донные слои ручной мешалкой, отстояли 20 мин под защитой покровного флюса (~10 кг), перелили в другой тигель для приготовления сплавов 620 кг магния, в оставшийся расплав добавили 10 кг СаF₂, перемешали ручной мешалкой, отстояли 10 минут, еще слили ~10 кг магния. Таким образом, из 700 кг сплесов извлекли ~ 630 кг магния. Проба донного тигельного шлама показала, что количество магния в нем составляет ~ 6 кг.

Принимаем, что у литейного конвейера в сплесы загрузили ~ 30 кг флюса для защиты магния от горения во время сбора сплесов, в 700 кг сплесов находились ~ 670 кг магния и окиси магния.

Извлечение магния составило 630/670=94%.

Литье производилось из крупнотоннажной печи электромагнитным насосом. При литье из тиглей окисление магния более значительное и опытные плавки показали, что извлечение магния составляет от 74 до 80%.

В таблице показаны результаты опытных плавок, обосновывающие приведенные в формуле изобретения величины.

Параметр	Количество соли, кг	Количество сплесов, кг	Получено магния, кг	Время плавки, час	Извлечение магния, %	Примечание
Температура	600°С	700	600	420	4,5	73,0	Длительное время.
						низкое извлечение
700°С	1000	800	616	3,5	80,0
715°С	1000	750	670	3,0	92,0
730°С	900	700	650	2,8	94,0
750°С	1000	800	570	2,5	75,0	Низкое извлечение
Соотношение соль:сплесы	0,5:1	500	1000	700	4,2	72,0	Длительное время, низкое извлечение
0,7:1	600	855	620	3,8	76,0
1,0:1	800	800	650	3,6	86,0
1,3:1	900	690	580	3,3	87,0
1,5:1	1000	667	580	3,0	90,0
1,7:1	1200	705	620	3,0	91,0	Уменьшается полезный объем тигля

При температуре ниже 700°С существенно увеличивается время плавки, а значит и расход электроэнергии, и пропорционально потери магния при горении. При температуре более 730°С возрастают потери магния при горении в тигле.

При соотношении соль:сплесы менее 0,7:1 возрастают потери магния при горении и возрастает время плавки, при соотношении больше 1,5:1 уменьшается производительность печи по магнию.

Необходимо отметить, что эффективность способа возрастает при автоматизированном контроле и управлении процессом, т.е. минимизации «человеческого фактора».

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает повышение извлечения магния до 76-94% при достаточно простой технологии и доступной соли.