Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения покровно-рафинирующих флюсов, применяемых в литейном производстве алюминиевой промышленности для рафинирования алюминия- сырца.
Известен способ получения флюса с использованием отходов шламовых полей ОАО «Таджикхимпром», которые после термообработки и измельчения шихтуют смесью фторсолей [1]. Полученный таким способом флюс «НИИМ» обладает хорошими покровно-рафинирующими свойствами, экономичен, и в настоящее время успешно используется в литейном производстве ГУП «ТАлКо» взамен ранее применявшегося импортного флюса ФПР-23 (Российская Федерация).
К недостаткам флюса «НИИМ» можно отнести относительно высокую себестоимость, обусловленную зависимостью от импорта фторсолей.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу является способ получения флюса с использованием отходов шламовых полей, которые после термообработки и измельчения шихтуют с товарным фторидом натрия [2]. В указанном способе отходы шламовых полей в виде смеси хлоридов натрия и кальция с целью обезвоживания подвергают термообработке при 250-300°С. Высушенную до влажности 0,5-1,0 мас.% смесь солей измельчают до фракции не более 3-5 мм, затем шихтуют с товарными фторсолями и флюоритовым концентратом при соотношении: обезвоженные отходы – 60-70 мас.%, фторсоли – 15-20 мас.%, флюоритовый концентрат – 15-20 мас.%. Готовый продукт, с учетом его гигроскопичности, упаковывают во влагонепроницаемую тару.
Полученный таким способом флюс обладает хорошими покровно-рафинирующими свойствами, но существуют и некоторые недостатки в применении компонентов, это относительно высокая себестоимость привозного товарного фторида натрия применяемого в составе флюса.
Целью изобретения является разработка экономически эффективной технологии производства покровно-рафинирующего флюса с использованием местного минерального сырья, а также отходов и побочных продуктов промышленности, что снижает экологическую нагрузку на окружающую среду.
Поставленная цель достигается за счёт использования смеси кремнефторида натрия (КФН) и фторида натрия, полученного из побочного продукта - смеси кремнефтористоводородной (КФВК) и плавиковой кислот, с добавлением отходов шламовых полей или местного хлорида натрия, а также флюоритового концентрата или электролитной пены.
Принципиальная технологическая схема получения флюса представлена на чертеже (фиг.).
Способ осуществляют следующим образом:
Отходы шламовых полей в виде хлорида натрия, содержащего небольшое количество хлорида кальция, либо местного хлорид натрия подвергают термообработке при 200-300 °C для обезвоживания. Высушенную до влажности 0,5-1,0 масс. % смесь солей измельчают до фракции не более 3 мм. Полученный материал шихтуют с высушенной до постоянной массы смесью КФН и фторида натрия, а также флюоритовым концентратом или электролитной пены в следующем соотношении, масс. в %:
обезвоженные отходы или хлорид натрия - 55-65
смесь КФН и фторида натрия - 20-30
флюоритовый концентрат или электролитной пены - 10-20
Готовый продукт, с учётом его гигроскопичности, упаковывают во влагонепроницаемую тару или мешки.
Флюсу присвоено наименование «ПРФ-23» - по аббревиатуре «покровно-рафинирующий флюс», разработанной в 2023 году.
Пример. В период с 08.07.2024 по 15.07.2024 в промышленных условиях цеха газоочистки и опытно-электролизного цеха ОАО «ТАЛКО» было произведено 2100 кг покровно-рафинирующего флюса марки «ПРФ-23». Для его получения использовали: 1260 кг высушенных (при температуре 200-300 °C) и измельчённых (до размера частиц менее 3 мм) хлорсодержащих отходов ОАО «Таджикхимпром»; 525 кг смеси кремнефторида натрия (КФН) и фторида натрия ООО «ТАЛКО Кемикал»; 315 кг флюоритового концентрата ОАО «Обогатительный комбинат Такоб».
В период с 05.08.2024 по 05.09.2024 на всех миксерах литейного отделения ЛО-2 успешно проведены опытно-промышленные испытания флюса «ПРФ-23».
В таблице 1 приведены сравнительные физико-химические и экологические показатели экспериментального флюса по сравнению с ранее разработанными флюсами ГУ «Научно-исследовательский институт металлургии» и флюсом, используемым в литейном производстве ОАО «ТАЛКО», а также привозным ФПР-23.
Как показано в таблице 1, флюс «ПРФ-23» по всем физико-химическим и экологическим параметрам соответствует нормативным требованиям.
После отделения металла из шлака кек можно перерабатывать водой для удаления растворимых солей (в основном хлорида и фторида натрия) и повторно использовать в производстве флюса. Твёрдую часть после обработки можно применять в качестве затравки в электролизёрах.
Поскольку в составе испытуемого флюса присутствует КФН, особое внимание уделили контролю изменения состава металла до и после его применения, чтобы предотвратить восстановление кремния (реакция 1).
Как видно из таблицы 2, после применения флюса «ПРФ-23» содержание кремния и железа в металле колеблется незначительно, оставаясь на том же уровне, что и до испытаний, и не зависит от используемого флюса.
Следует отметить, что смесь КФН и фторида натрия используется в соотношении 60/40%. Это означает, что в составе 2100 кг флюса доля КФН составляет 15%, а содержание кремния - 2,23%.
Расчёты показали, что, если бы происходило восстановление кремния (реакция 1), его содержание в 1 т металла достигало бы примерно 0,002%. Однако перед этим КФН разлагается при температуре 500-600 °C, образуя фторид натрия и газообразный фторсилан (SiF4) согласно реакции 2.
Таким образом, с использованием произведённого флюса было обработано более 2 тыс. т первичного алюминия.
Сравнительный анализ показал, что основные физико-химические характеристики и экологические показатели флюса «ПРФ-23» - температура плавления, удельный расход, содержание металла в шлаке и уровень вредных веществ в рабочей зоне - не имеют значительных отличий от аналогичных показателей традиционно применяемых флюсов и соответствуют нормативным требованиям.
Себестоимость полученного флюса существенно ниже по сравнению с ранее используемыми флюсами благодаря отказу от дорогостоящих фтористых солей в новой предложенной в рецептуре, где флюс производится исключительно из местного минерального сырья, побочных продуктов и отходов производства.
Таким образом, полученные результаты опытно-промышленных испытаний подтвердили, что экспериментальный флюс «ПРФ-23» можно рекомендовать для промышленного производства и использования в литейном производстве алюминиевой промышленности. По результатам опытно-промышленных исследований был составлен соответствующий акт от 11.11.2024.
