СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЛЮСА ДЛЯ ПЛАВКИ И РАФИНИРОВАНИЯ МАГНИЯ ИЛИ ЕГО СПЛАВОВ

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к металлургии магния электролизом расплавленных солей, и может быть использовано в технологии плавки и рафинирования магния или его сплавов, в частности к способам получения флюсов, применяемых для плавки и рафинирования магния или его сплавов.

В настоящее время для плавки и рафинирования магния или его сплавов наиболее широко применяют стандартные флюсы из хлоридных солей, в основном, на базе безводного карналлита - двойная соль KCl×MgCl₂ с примесями хлорида натрия и хлорида кальция, которые позволяют очистить металлы от примесей и защитить поверхность расплавленных металлов от окисления кислородом воздуха.

Известен способ получения флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов (кн. Плавка и литье сплавов цветных металлов. - М.Б. Альтман, А.А. Лебедев, М.В. Чухров. - М.: Металлург-издат, 1963, с.195-196), в котором в качестве основы служит плавленый карналлит, размолотый на шаровой мельнице и пропущенный через сито. К размолотому карналлиту добавляют оксид магния и размолотый и просеянный через сито фторид кальция. Смесь дробят на шаровой мельнице или в смесителе.

Недостатком такого флюса является высокая стоимость приготовления флюса, так как для его приготовления предусмотрено использование дорогостоящих реагентов, в частности оксида магния и фторида кальция.

Известен способ получения флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов (кн. Производство безводного карналлита. - М.А. Эйдензон. - Свердловск.: Из-во по черной и цветной металлургии, 1962, с.71-73). Способ включает приготовление в миксере печи СКН так называемого бариевого флюса при последующей загрузке компонентов - на подину печи загружают твердый технический хлорид бария из расчета 100 кг на 1 тонну флюса, затем заливают расплавленный безводный карналлит. Миксер, заполненный расплавом, нагревают до 760°C, смесь перемешивают, выдерживают, загружают фторид кальция в виде флюоритового концентрата, содержащего не менее 95 мас.% CaF₂. Повышение температуры выше 760°C нежелательно, так как сильно перегретый флюс при заливке в барабаны дает усадку, вследствие чего они могут разорваться по шву.

Недостатком данного флюса является то, что температура плавления хлорида бария составляет 960°C, а процесс получения флюса проводят при температуре 760°C, поэтому хлорид бария в процессе получения флюса не плавиться и остается в твердом состоянии. Это не позволяет получить флюс однородного состава по содержанию хлорида бария даже при тщательном перемешивании, что негативно сказывается на дальнейшем процессе рафинирования магния. Нерастворимый в расплаве твердый хлорид бария осаждается в шлам при отстаивании флюса, что приводит к увеличению его количества и к повышению затрат на переработку и обезвреживание шлама, так как присутствие в шламе хлорида бария является экологически опасным для окружающей среды. Кроме того, во флюсе за счет осаждения твердого хлорида бария в шлам, снижается его концентрация, это приведет к снижению рафинирующей способности флюса. На существующих агрегатах для получения расплавленных бариевых флюсов обеспечить температуру расплава 960°C и выше очень затруднительно.

Известен способ получения флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов (патент РФ №2407813, опубл. 27.12.2010), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип. Способ включает загрузку твердой соли бромида натрия в обогреваемую емкость - тигель печи восстановления, заливку на поверхность твердой соли расплавленного безводного карналлита, перемешивание расплавленной смеси осушенным сжатым воздухом до полного растворения бромида натрия и нагрев полученной смеси, загрузку фторида кальция и извлечение полученного флюса из емкости. Способ позволяет получить флюс однородной структуры и с меньшей температурой плавления.

Недостатком данного способа является то, что для получения флюса используют безводный хлорид магния, для получения которого требуются значительные затраты на приобретение карналлитового сырья, на процесс обезвоживания и на перемешивание сжатым воздухом, что удорожает стоимость флюса. Кроме того, безводный хлорид магния очень гигроскопичен, и в технологическом процессе получения флюса происходит гидролиз безводного хлорида магния, в результате образуется дополнительная примесь гидрооксихлорида магния, которая разлагается до оксида магния, что приводит к загрязнению магния или его сплавов и увеличению количества шлама. Плотность флюса равна 2,1-2,3 г/м³.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет снизить стоимость флюса, повысить степень очистки магния или его сплавов от примесей за счет получения флюса с более высокой плотностью, равной 2,3-3,2 г/м³, что приведет к снижению содержания примесей в магнии или его сплавах, а за счет уменьшения гидролиза компонентов флюса снизить количество образования шлама в процессе получения флюса.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов, включающий загрузку твердого бромида натрия в обогреваемую емкость, заливку на поверхность расплавленной соли, перемешивание и нагрев полученной смеси и извлечение полученного флюса из емкости, в качестве расплавленной соли используют отход производства электролитического получения магния и хлора, расплавленную соль загружают на бромид натрия при массовом соотношении равном 1:(0,26-0,30), полученную расплавленную смесь перемешивают и выгружают из емкости в расплавленном состоянии.

Кроме того, в качестве обогреваемой емкости используют миксер печи стационарной карналлитовой непрерывного действия (СКН), подину которого прогревают до температуры 300-370°C.

Кроме того, в качестве отхода производства электролитического получения магния и хлора используют отработанный электролит.

Кроме того, выгрузку из печи готового флюса производят при температуре 650-750°C.

Кроме того, расплавленную смесь перемешивают в течение 10-15 минут.

Кроме того, флюс содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: 9-20 NaBr, 4-9 MgCl₂, 60-70 KCl, 12-24 NaCl, 0,7-4,0, CaCl₂, Н₂О - не более 2.

Предложенная совокупность операций и последовательность этих операций в способе получения флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов позволяет получить флюс с более высокой плотностью. Это создает более высокий градиент между плотностями флюса и магния, что повышает степень очистки магния на 10-20%.

Применение для приготовления флюса отхода производства электролитического получения магния - отработанного электролита позволяет получить новый по количественному составу флюс для плавки и рафинирования магния или его сплавов, полученный флюс обладает более высокой плотностью. Это создает более высокий градиент между плотностями флюса и магния, что повышает степень очистки магния на 10-20%. Кроме того, использование отработанного электролита вместо безводного карналлита позволяет значительно снизить затраты на производство флюса.

Выбранное экспериментальным путем соотношение расплавленной соли отработанного электролита к бромиду натрия при массовом соотношении, равном 1:(0,26-0,30), позволяет получить флюс более плотным по составу. Это создает более высокий градиент между плотностями флюса и магния, что повышает степень очистки магния на 10-20%.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе получения флюса, изложенных в пунктах формулы изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Заявленные признаки являются новыми и не вытекают явным образом для специалиста, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа.

Производство флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов осуществляют в миксере печи СКН - производительностью 10,0 тонн. Перед загрузкой предварительно прогревают подину печи до температуры 350°C, затем на подину миксера печи загружают в количестве 2,0 тонны порционной по 300-350 кг твердый кристаллический бромид натрия (ТУ 24.1-05444552-043-2004) с содержанием воды до 25,9 мас.%. На поверхность твердой соли бромида натрия заливают 80,0 тонн расплавленной соли - отработанного электролита с содержанием мас.%: 4-9 MgCl₂, 68-70 KCl, 12-24 NaCl, 0,7-4,0 CaCl₂, не более 3% воды. Отработанный электролит получают как побочный продукт в процессе электролиза карналлитового сырья для получения металлического магния (ТУ 2180-472-05785388-2003). В процессе электролиза происходит накопление расплавленных солей, из-за периодической подгрузки сырья в расплав. Накопившуюся соль периодически в расплавленном состоянии удаляют из электролизера вакуум-ковшом при достижении содержания хлорида магния в нем менее 6%. Загрузку отработанного электролита в миксер печи СКН осуществляют при соотношении 1:0,26 к твердому бромиду натрия. Полученную смесь нагревают до температуры 850°C, что на 10°C превышает температуру плавления бромида натрия (температура плавления равна 750°C). Смесь постоянно перемешивают мешалкой в течение 15 минут до полного растворения бромида натрия. Флюс вакуум-ковшом при температуре 700°C выбирают из миксера печи СКН и направляют на процесс плавления и рафинирования магния или его сплавов. Получили расплавленный флюс следующего состава, мас.%: 9-20 NaBr, 4-9 MgCl₂, 65-70 KCl, 12-24 NaCl, 0,7-4,0 CaCl₂, H₂O - не более 2. Полученный флюс испытали на переделе рафинирования металлического магния, полученного в процессе электролиза хлормагниевых солей. Для этого магний-сырец загружают печь ПНР, нагревают до температуры 700-710°C. При перемешивании мешалкой в печь ПНР дополнительно загружают расплавленный флюс в количестве, равном 0,9 кг на 1 тонну магния-сырца. Смесь перемешивают в течение 15 минут, отстаивают 40 минут, выбирают расплавленный металлический магний и направляют на процесс литья. Полученный после рафинирования магний соответствует ГОСТ 804-93, сорта Mg90. После литья металлический магний, сорта Mq90 в изломах не содержит шлаковых включений. Расплавленный флюс можно также сливать в короба емкостью 1,5 м³ или в барабаны емкостью 0,05 м³ и отправлять потребителю.

Таким образом, предложенный способ получения флюса для плавки и рафинирования магния или его сплавов направлен на снижение затрат на получение флюса, получить флюс с более высокой плотностью - 2,3-3,2 г/м³ (по сравнению с прототипом плотность выше в 1,1-1,4 раза. Это создает более высокий градиент между плотностями флюса и магния, что повышает степень очистки магния на 10-20% и тем самым снижает содержание примесей в магнии или его сплавах.