Технология плавки алюминиевых сплавов

Posted by Менеджер in Плавка сплавов цветных металлов

Основные технологические приемы, используемые при плавке большинства алюминиевых сплавов, примерно одинаковы и не зависят от типа плавильного агрегата. Исключением являются сплавы, легированные большим количеством магния (5… 10 %), а также жаропрочные и коррозионно-стойкие сплавы.

Процесс приготовления жидкого металла можно разделить на несколько этапов: пуск печи, подготовка и загрузка шихты, расплавление и перегрев металла, рафинирование и в некоторых случаях модифицирование.

Пуск печи после капитального ремонта футеровки требует продолжительного и равномерного нагрева во избежание растрескивания футеровки. Эта операция во многом определяет длительность эксплуатации печи. Чем сложнее конструкция футеровки и больше ее габариты, тем продолжительнее должен быть период сушки и разогрева. Сушка футеровки индукционной тигельной печи продолжается обычно в течение нескольких суток. Газопламенные печи для плавки алюминия на ВАЗе сушат и разогревают около 30 сут, а продолжительность их бесперебойной работы после этого не менее семи лет.

Непросушенные футеровка и плавильный инструмент являются, кроме того, причиной газовой пористости в отливках.
Шихта для плавки алюминиевых сплавов не должна быть влажной и загрязненной маслом, эмульсией, землей. Все компоненты шихты, вводимые в жидкий металл, должны быть нагреты до 150…200°С во избежание выбросов металла. В состав шихты входят чушковый первичный алюминий и первичные литейные алюминиевые сплавы, возврат, лом и отходы. Тугоплавкие легирующие элементы, например никель, медь, марганец, титан, а также легкоокисляющиеся элементы вводят в виде лигатур с целью облегчения их растворения и уменьшения угара. В табл. 15.1 приведены составы и температуры плавления лигатур, а также температура расплава, при которой легирующий компонент вводится в расплав при выплавке лигатуры. Выплавку лигатур лучше всего проводить в индукционных тигельных печах.

Тугоплавкие лигатуры выплавляют в шамотно-графитовых тиглях. Плавку ведут под покровными флюсами. После расплавления и перегрева алюминия небольшими порциями вводят легирующую добавку. Расплав непрерывно перемешивают для более быстрого и равномерного расплавления добавки. В конце плавки проводят рафинирование.

Расчет шихты на ЭВМ при использовании однородной по физическому состоянию шихты ведут с учетом средней для всех компонентов шихты величины угара элементов (см. табл. 9.9). По результатам первых плавок принятые величины угаров корректируются.

Печи для плавки алюминия: классификация – aluminium-guide.com

Ниже представлена классификация печей для плавки алюминия с точки зрения их конструкции. На рисунке – обзор плавильных печей, которые применяют в алюминиевой промышленности.

Классификация плавильных печей для алюминия

Рисунок – Классификация плавильных печей для алюминия

• 1.00 – отражательная печь, стационарная
• 1.11 – печь с загрузкой шихты сверху
• 1.12 – круглая печь
• 1.13 – печь с загрузочным колодцем
• 1.14 – двухкамерная печь
• 1.15 – печь с сухим подом
• 1.16 – печь скоростного плавления
• 1.17 – шахтная печь
• 1.21 – отражательная печь, наклоняемая
• 1.22 – наклоняемая цилиндрическая печь
• 1.23 – наклоняемая овальная печь
• 2.00 – тигельная печь
• 2.11 – газовая тигельная печь
• 2.12 – электрическая тигельная печь сопротивления
• 2.21 – тигельная индукционная печь
• 2.22 – канальная индукционная печь
• 3.00 – роторная печь
• 3.10 – наклоняемая роторная печь

Три класса плавильных печей для алюминия

Чаще всего в производстве вторичного алюминия применяют так называемые отражательные (подовые) печи. Этот тип печей для плавки алюминия (1.00) имеет много модификаций. Все эти модификации, так или иначе, приспосабливают классическую отражательную печь под особые условия работы и специальную шихту.

Популярными являются тигельные печи (2.00), особенно, на малых производствах.

Производители вторичного алюминия широко применяют в качестве плавильных печей роторные печи (3.00), особенно для переработки лома с высокой удельной поверхностью, например, алюминиевую стружку, а также сильно загрязненный алюминиевый лом.

Семейное древо плавильных печей, которое показано на рисунке, относится именно к производству вторичного алюминия. Некоторые технологии плавления алюминия имеют очень ограниченное и специальное применение.

Кроме того, производители вторичного оборудования применяют различное оборудование в зависимости от назначения своей продукции и типа алюминиевого лома, который они применяют.

Печи для литейного вторичного алюминия

Производителей вторичного алюминия обычно подразделяют на две категории. К первой категории относят производства, которые выпускают в основном литейные сплавы для производителей алюминиевых отливок, а также алюминий для раскисления стали. Сырьем для этих производителей является «старый» лом и производственные отходы литейных производств. По-английски их называют «refiners». Эти производства кроме введения легирующих элементов для доводки заданного сплава применяют оборудование для очистки алюминиевого расплава и удаления нежелательных химических элементов и примесей.

Роторные плавильные печи применяют именно эти переработчики алюминиевого лома.

Литейные предприятия, которые изготавливают алюминиевые отливки из вторичного литейного алюминия, широко применяют тигельные печи – газовые и электрические, индукционные и сопротивления, как для плавки и выдержки алюминия, так и для разливки алюминиевого расплава в литейные формы.

Печи для деформируемого вторичного алюминия

Вторая категория производителей вторичного алюминия включает производства для получения деформируемых алюминиевых сплавов. Они применяют в качестве шихты чистый и отсортированный лом деформируемых алюминиевых сплавов. Продукция этих производителей вторичного алюминия – слябы и слитки для прокатки и экструзии (прессования). Их по-английски называют «remelters». К ним относятся и производства, которые являются подразделениями заводов по прокатке и прессованию алюминиевой продукции и которые перерабатывают в основном собственные технологические отходы.

Эти плавильщики-литейщики алюминиевого лома применяют в основном отражательные (подовые) печи – стационарные и наклоняемые. Различные конструкции этих печей отвечают требованиям конкретных производств: по энергетической эффективности, по чистоте металла, по производительности и т. д.

В таблице представлен обзор применения различных типов печей в алюминиевой промышленности. Индексы типов печей – по схеме классификации печей на рисунке.

Таблица – Применение печей (плавильных, для выдержки, раздаточных) в алюминиевой промышленности

 

Обозначения: 0 – не применяется, 1 – применяется в отдельных случаях, 2 – часто применяется, 3 – стандартная технология, 4 – ключевая технология

Источник: Ch. Schmitz, Handbook of Aluminium Recycling, Vulkan-Verlag GmbH, 2006.

Подпишитесь на новые публикации!

Развитие технологии плавки алюминиевого лома

ArticleName

Развитие технологии плавки алюминиевого лома

ArticleAuthorData

ООО «МеталлТехИнжиниринг», г. Великий Новгород В. И. Гель, директор, e-mail: [email protected]   ООО «МеталлИмпорт», г. Королев Д. Н. Рудаков, зам. ген. директора по производству

Abstract

Освещены вопросы развития технологии плавки алюминиевого лома и отходов на предприятиях вторичной металлургии Советского Союза и современной России. Приведены обзор применявшихся на этих предприятиях топливных плавильных печей и современные тенденции развития металлургии вторичного алюминия. Дан краткий обзор технологии плавки и рафинирования вторичных алюминиевых сплавов. Подробно описана технология плавки алюминиевого лома и отходов в роторной печи с наклоняемой осью UNIVERSAL-180. Приведены результаты плавки различных алюминийсодержащих отходов и даны сравнительные характеристики отечественных роторных печей с наклоняемой осью и их импортных аналогов. Описана работа печей с выносным металлоприемником и циркуляцией расплава с использованием механических перемешивающих устройств и устройств с магнитогидродинамическими насосами. Использование печей этого типа позволяет достигать высокого извлечения металла при плавке стружки и мелкого лома, однако требует его тщательной подготовки к плавке: дробления, обжига, сепарации. Наклонные роторные печи и роторные печи с наклоняемой осью лишены этих недостатков, они не требуют специальной подготовки лома и отходов к плавке. Плавка в них самых различных видов ломов, в том числе и низкокачественных, позволяет достичь высоких технологических показателей. Также приведены недостатки роторных печей: повышенный пылевынос, применение специальных горелок, высокая квалификация обслуживающего персонала.

keywords

Топливные печи, циркуляция расплава, качество сплавов, плавка, алюминиевый лом, подготовка лома, роторные печи, горелки, солевые шлаки, технологические показатели

References

1. Шкляр М. С. Печи вторичной цветной металлургии. — М. : Металлургия, 1987. 2. Фомин Б. А., Москвитин В. И., Махов С. В. Металлургия вторичного алюминия. — М. : Экомет, 2004. 3. Гель В. И. Внепечное рафинирование алюминиевых сплавов на предприятиях вторичной металлургии // Цветные металлы. 1990. № 4. С. 83–84. 4. Альтман М. Б., Глотов Е. Б., Рябинина Р. М., Смирнов Т. И. Рафинирование алюминиевых сплавов в вакууме. — М. : Металлургия, 1970. 5. Гель В. И. Исследование динамики принудительной циркуляции расплава в печах и устройствах с «выносным металлоприемником» // Труды Ин-та титана. — Запорожье, 1990. 6. Гель В. И. О повышении эффективности производства вторичных алюминиевых сплавов // Вторичные ресурсы. 2002. № 6. 7. Schmitz Сh., Domagala J., Haag P. Handbook aluminium recycling. — Essen : Vulkan-Verlag GmbН, 2006. 8. Гель В. И. Переработка отходов первого и второго классов опасности // Матер. конф. WASMA. — М., 2008. 9. Гель В. И. Переработка алюминиевых шлаков в роторной печи с наклоняемой осью // Матер. междунар. конф. «ALUSIL», Рециклинг алюминия. — СПб., 2008. 10. Гель В. И., Никитин П. Н. Плавка в роторных печах с наклоняемой осью // Матер. междунар. конф. «ALUSIL», Литье алюминия. — СПб., 2012.

Особенности плавки и литья алюминиевых сплавов

В зависимости от назначения сплавов, масштаба производства и условий литейных цехов плавку алюминиевых сплавов осуществляют в ванных электропечах сопротивления (вместимостью от 150 кг до 3 т), индукционных тигельных и канальных печах (от 180 кг до 6 т), а также в отражательных пламенных печах ванного типа (до 30 т), в тигельных (до 250 кг) электросопротивления и в печах, работающих на жидком и газообразном топливе (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Схемы печей для плавки алюминиевых сплавов:
а — отражательная пламенная печь ванного типа, 6 — ванная электропечь сопротивления, в — тигельная электропечь сопротивления, г — индукционная тигельная печь; 1 — ванна жидкого металла, 2 — летка для выпуска жидкого металла. 3 — загрузочные окна, 4 —  нагревательные элементы, 5 — свод печи, б — тигель, 7 — спираль, 8 — индуктор

В качестве исходных шихтовых материалов используют чушковый алюминий различных марок, отходы собственного производства, а также легирующие компоненты в виде чистых металлов или лигатур.

При плавке в открытых печах алюминиевые сплавы легко окисляются с образованием на поверхности расплава прочной оксидной пленки Al₂O₃, защищающей его от дальнейшего окисления. Замешивание пленки в расплав в процессе плавки вызывает его загрязнение. Алюминиевые сплавы интенсивно растворяют газы, в основном водород, в результате чего в отливках образуется пористость.

Алюминиево-магниевые сплавы, отличающиеся очень высокой окисляемостью, плавят под слоем покровных защитных флюсов, в качестве которых используют хлористые и фтористые соли: карналлит (MgCl₂·KCl) и смеси карналлита с 40—50% ВаCl₂ и 10—15% CaF₂, вводимых в количестве 2% от массы шихты. Уменьшают склонность к окислению и вводимые в сплав добавки бериллия и титана (до 0,07%).

Процессы очистки расплавов от взвешенных неметаллических включений широко используют при плавке алюминиевых сплавов. С этой целью расплавы продувают инертными (аргон, азот) или активными (хлор) газами, обрабатывают хлористыми солями и рафинирующими флюсами, ультразвуком, вакуумируют, фильтруют.

Рис. 8.3. Методы рафинирования алюминиевых сплавов:
а — продувка газами, 6 — фильтрование через слой расплавленного флюса, в — вакуумирование с последующей продувкой газами: 1 — ковш. 2 — пористая пробка, 3 — тигель, 4 — диск, 5 — флюс. 6 — запорный стержень, 7 — раздаточный ковш, 8 — вакуумно-продувочная камера, 9 — трубка для продувки газами

При рафинировании продувкой газами всплывающие их пузырьки выносят на поверхность расплава частицы неметаллических включений, растворенные газы. Газ продувают либо через трубку сверху, либо через пористую пробку 2 в ковше 1 (рис. 8.3,а). Обработку проводят при температуре 710—730°С в течение 5—20 мин. Наиболее эффективна обработка хлором, однако ввиду его токсичности широко используют инертные газы азот и аргон.

Наиболее широко применяют обработку хлористыми солями — ZnCl₂, MnCl₂, AlCl₃,C₂Cl₆, рафинирующее действие которых основано на образовании газообразного хлористого алюминия по реакции МеCl₃+Al = AlCl₃+Ме.

Наиболее эффективна обработка гексахлорэтаном C₂Cl₆, при которой кроме АlCl₃ образуется газообразный тетрахлорэтилен C₂Cl₄. В отличие от других хлоридов гексахлорэтан негигроскопичен, более дешев, обладает высокой дегазирующей способностью.

АК5М2,АВ87,АК9М2,АК7,АК12,DIN226,ADC12-алюминиевые сплавы производство : ферросилиций 45,65 : чушка алюминиевая : кремний технический,металлический : ферросиликомарганец МнС17 : ферроникель : алюминий первичный А7,А7Е,А8

Особенности плавки алюминиевых сплавов При плавке свежих шихтовых- материалов сначала загружают и расплавляют алюминий, а затем вводят лигатуры. Добавки, склонные к угару, например цинк или магний, вводят в расплав в последнюю очередь, лучще под слой флюса. В условиях производства шихта часто состоит из свежих металлов (20— 50 %) и возврата (80—50 %). В этом случае сначала расплавляют алюминий, а затем вводят возврат, лигатуры и другие элементы шихты. При плавке вторичных сплавов в первую очередь расплавляют чушки вторичного сплава, а затем уже вводят необходимые элементы подшихтовки. Если шихта состоит из возврата и вторичных сплавов, то обычно сначала расплавляют наибольшую составную часть шихты. Вообще, если составные части шихты имеют близкие температуры плавления, то их можно загружать в печь одновременно. При плавке алюминия и сплавов на его основе важнейшими элементами технологии приготовления сплава является, во-первых, защита расплава от окисления и газопоглощения и, во-вторых, удаление из расплава оксидных плен и водорода, т. е. рафинирование сплавов. Рафинирование алюминиевых сплавов. Защита алюминиевых расплавов от окисления и поглощения водорода достигается плавкой под флюсами в слабоокислительной атмосфере. Большинстве алюминиевых сплавов, содержащих не более 2 % Mg, плавят под покровным-флюсом, представляющим собой смесь хлоридов натрия и калия (45 % NaCl и 55 % КСl) в количестве 1—2 % от массы шихты. Для этих целей находят применение и более сложные флюсы, содержащие обычно кроме хлоридов натрия и калия криолит (Na3AlF6). Для алю- миниево-магниевых сплавов в качестве покровного флюса применяют карналлит (MgCl2*КС1) или смеси карналлита с 40—50 % хлорида бария и 10—15 % фторида кальция. Покровные флюсы широко применяют при плавке в отражательных печах. Для предотвращения взаимодействия металла с влагой внимательно следят за тем, чтобы футеровка печи, желоба, ковша, флюсы были должным образом подготовлены к работе и не содержали следов влаги. Однако, несмотря на защитные мероприятия, при плавке алюминиевых сплавов они в различной степени окисляются и растворяют водород, что вызывает необходимость их рафинирования. Способы рафинирования алюминиевых сплавов от оксидов и водорода разнообразны. Широкое распространение получили способы рафинирования алюминиевых сплавов путем обработки их хлоридами, флюсами и продувкой расплавов инертными газами. Действие хлоридов основано на их способности реагировать с алюминием А1 + ЗМеС1 = А1С13 + ЗМе. Для этих целей применяют хлорид цинка ZnCl2 и хлорид марганцаMnCl2, гексахлорэтан С2С16 и др. При замешивании в расплав, например, хлорида цинка происходит, с одной стороны, его испарение, а с другой — образование газообразного хлорида алюминия. Пузырьки последнего рафинируют расплав, очищая его от оксидов и водорода. В последние годы для рафинирования алюминиевых сплавов используют гексахлорэтан, который вводят в расплавы в виде порошка или таблеток. Гексахлорэтан в отличие от других хлоридов не гигроскопичен, поэтому для его хранения не нужны специальные условия, дегазирующая способность высокая. Технология рафинирования хлоридами состоит во введении их в расплав с помощью колокольчика. При использовании универсальных флюсов операции рафинирования и модифицирования совмещаются. Предварительно подогретый до 250—300 °С флюс в количестве около 1 % от массы сплава засыпают на зеркало расплава в ковше. В этом случае сплав должен быть нагрет на 20—40 °С выше температуры разливки. Через 3—5 мин производят рубку флюса и замешивание, затем его удаляют и заливают в форму. Качество модифицирования определяют по излому пробы. Химический состав сплавов марок АЛ4 и АЛ9 отличается от сплава марки АЛ2 как содержанием основной легирующей добавки — кремния, так и содержанием марганца и магния в сплаве марки АЛ4 и содержанием магния в сплаве АЛ9. Для приготовления сплава марки АЛ4 расчет шихты ведут на следующее массовое содержание компонентов, %: 10 кремния, 0,4 марганца, 0,27 магния, остальное — алюминий. Марганец вводят в сплав в виде лигатуры алюминий — марганец. В очищенную и подогретую печь сначала загружают чушковые алюминий и силумин, а затем лигатуру алюминий — марганец и возврат собственного производства. После расплавления и необходимого перегрева сплава производят его рафинирование с последующим введением в сплав магния с помощью колокольчика. После растворения магния сплав модифицируют и разливают. Для сплава марки АЛ9 расчет шихты ведут на следующее массовое содержание компонентов, %: 7 кремния, 0,3 магния, остальное — алюминий. В остальном технология плавки сплава марки АЛ9 не отличается от плавки сплава марки АЛ4. Плавка других марок силуминов принципиально не отличается от рассмотренных. Плавка алюминиево-магниевых сплавов. Технология плавки алюминиево-магниевых сплавов определяется их основной особенностью — повышенной склонностью к окислению в жидком состоянии. Плавку рекомендуется проводить в электропечах с графитовым тиглем в связи с минимально допустимым содержанием вредных примесей железа. По той же причине плавильно-раздаточный инструмент должен быть изготовлен из графита или титана. Технология плавки двойного алюминиево-магниевого сплава марки АЛ8 заключается в следующем: в качестве шихтовых материалов применяют чушковый алюминий марки А8, магний и возврат, не превышающие 50 % от массы шихты. Для предохранения от окисления в качестве покровного флюса используют карналлит или смесй карналлита с 40—50 % хлорида бария или с 10—15 % фторида кальция. Если применение флюса невозможно, то защиту от окисления осуществляют введением бериллия (0,03—0,05 %) в виде лигатуры алюминий — бериллий. При плавке под флюсом в разогретую печь загружают чушки алюминия, возврат и флюс в количестве 2—3 % от массы шихты. После расплавления шихты при температуре 680— 700 °С под слой флюса отдельными порциями с помощью ко- локольчика вводят магний. После введения магния производят рафинирование расплава, замешивая флюс в течение 3—5 мин. Перед разливкой флюс не удаляют во избежание окисления еплава на воздухе, а лишь отводят от струи при заливке форм. При плавке с использованием бериллия лигатуру алюминий — бериллий загружают вместе с шихтой, после расплавления вводят магний, а затем производят рафинирование флюсом по приведенной схеме. Технология плавки других марок алюминиево-магниевых сплавов (АЛ 13, АЛ23, АЛ27, АЛ28) аналогична технологии приготовления сплава марки АЛ8 с применением защитно-ра- финирующего флюса. Для получения сплава марки АЛ22 рекомендуется приготовить предварительный сплав. Порядок ведения плавки сплавов повышенной чистоты (марок АЛ23-1 и АЛ27-1) практически не отличается от рассмотренного выше, однако шихтовые материалы должны содержать минимальную массу примесей. Порядок ведения плавки других сплавов на основе алюминия существенно не отличается от приведенных выше. Расчет шихты.Рассмотрим расчет шихты на примере сплава марки АЛ5 в тигельной печи. В соответствии с тре-бованиями ГОСТ 2685—75 выбираем средние значения массового содержания компонентов в сплаве, %: 5 кремния; 0,4 маг-ния; 1,25 меди; остальное — алюминий. Расчет ведем на 100 кг шихты. Угар элементов для условий плавки по данным производства принимаем: кремния, меди и алюминия—1 %, магния — 3%. В состав шихты входит первичный алюминий, чушковый силумин и лигатуры алюминий — магний и алюминий — медь. Для восполнения угара отдельных элементов масса шихтовых материалов должна быть увеличена: кремния на 5-1/100 = 0,05 кг; магния на 0,4.3/100 = 0,012 кг; меди на 1,25-1/100 = 0,012 кг; алюминия на 93,35-1/100 = 0,933 кг. После этого необходимый состав шихты можно представить следующим образом: На основе полученного расчета определим необходимую массу чушкового силумина и лигатур. Силумина следует ввести 5,05-100/13 = 38,85 кг; масса алюминия в силумине составляет 38,85 — 5,05 = 33,8 кг. Для введения в сплав требуемых масс магния и меди необходимо ввести в сплав лигатуры: алюминий—магний 0,412″-100/10 = 4,12 кг, при этом масса вне-сенного алюминия составит 4,12 — 0,412 = 3,708 кг, алюминий — медь 1,262 • 100/50 = 2,524 кг, которая содержит 1,262 кг алюминия. Следовательно, с учетом алюминия, вносимого лигатурами, в шихту необходимо добавить алюминия 94,283 — (33,8 + 3,708 + 1,262) = 56,513 кг. Таким образом, для плавки 100 кг сплава марки АЛ5 необходимо внести материалов, кг: При производстве отливок ответственного назначения проверяют массу вредных примесей, вносимых расчетной массой шихтовых материалов.

Календарь новостей «  Апрель 2021  » Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс       1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Текущие новости Поиск по сайту Loading Архив новостей Цены и котировки 26.04.2021 07:05

ПЛАВКА ТОНКОСТЕННОГО ЛОМА С ЛАКОКРАСОЧНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

Ибрагимов В.Э.¹, Гарсиа Л.М.², Бажин В.Ю.³

¹ Магистр кафедры металлургии, ² Аспирантка кафедры АТПП, ³ Заведующий Кафедрой АТПП, профессор, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург

ПЛАВКА ТОНКОСТЕННОГО ЛОМА С ЛАКОКРАСОЧНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА

Аннотация

В работе изучается проблема переработки загрязненных алюминиевых отходов доля которых  неуклонно увеличивается в производстве вторичных сплавов. В лабораторных условиях проведены плавки, при которых шихта была сформирована из алюминиевого лома в виде тонкоизмельченных банок. Полученные отливки были проанализированы химическими и металлографическими методами, и выявлены основные показатели, влияющие на выход годного продукта. Изучен состав  и  содержание веществ, выделяющихся газообразных продуктов в ходе процесса плавления для оценки их влияния на окружающую среду. Научно обосновано необходимость выбора плавильного оборудования для переплавки загрязненных тонкостенных алюминиевых отходов.

Ключевые слова: алюминиевый сплав, тара для напитков, лакокрасочные покрытия, рециклинг алюминия.

 

Ibragimov V.E.¹, Garcia M.L.², Bazhin V.Y.³

¹ Master of the Department of Metallurgy, ² Postgraduate student of the Department ATP, ³ Head of the Department ATPP, Professor, National Mineral Resources University (Mining University), Saint Petersburg

MELTING OF THIN WALLED PAINT SCRAP COATINGS FOR ALUMINUM ALLOY PRODUCTION

Abstract

In this paper the problem of contaminated aluminum waste recycling the percentage of which steadily increases in the production of secondary alloys are investigated. In laboratory furnaces had meltings in which the charge was fully formed from the aluminum scrap in the form of finely divided aluminum cans. The resulting casting of aluminum alloy were analyzed by chemical and metallographic methods and carried out additional experiments to identify the main factors influencing the yield of the product metal. The composition and content of substances, gaseous products evolved during the melting process to assess their negative impact on the environment. Scientifically substantiated need for the selection of equipment for melting contaminated aluminum scrap thin.

Keywords: aluminium alloy, containers for beverages, coatings, recycling aluminum.

Введение

В настоящее время во всех странах увеличивается доля производства вторичных алюминиевых сплавов, из-за роста оборота упаковочной тары и мелких металлических отходов. К такому типу алюминиевых отходов относят не только алюминиевые банки из-под напитков, но также металлическую посуду, оконные рамы, крашенные автодетали, которые используются для повторного производства (рециклинга) аналогичных изделий [1]. Значительная доля отходов приходится и на скрап, загрязненный красками, лаками и различными органическими покрытиями [2].

Часть предприятий, занимающихся рециклингом алюминия плавит алюминиевые банки, и другие виды ломов с лакокрасочными покрытиями в пламенных отражательных печах, не принимая во внимание специфику переплава данной шихты, которая должна быть основана на современных экономических и экологических особенностях производства [3].

Плавка в отражательных печах имеет ряд существенных недостатков, в которых, в отличие от роторных печей, невозможно автоматизировать процесс, и управлять атмосферой печи, что необходимо при переплаве ломов с лакокрасочными и другими органическими покрытиями.

Эффективность плавки в отражательных камерных печах достигается только загрузкой шихты в слой расплава – «болото» [3], что исключает возможность правильной подготовки шихтовых компонентов с лакокрасочными покрытиями, в первую очередь из-за необходимости  постоянного поддержания температуры в печи в интервале 700–800 ˚С. Применение такой технологии, даже при организации многоступенчатого рафинирования и дегазации расплава, неизбежно приводит к большому количеству неметаллических и оксидных включений  в отливках.

Если материал, загружаемый в печь, сильно загрязнен оксидами и органическими компонентами (красками и лаками), необходимо создать условия для удаления покрытия и предотвратить выгорание органических веществ вместе с алюминием (эффект угара) [4]. При этом топочная система печи должна обеспечивать достаточное количество избыточного воздуха для выгорания органических компонентов, которые воспламеняются при контакте с горячим пламенем горелки. Наиболее подходящим оборудованием для решения подобных задач являются роторные барабанные печи с возможностью регулирования атмосферы печи.

Целью работы являлось получение однородного материала из алюминиевого сплава заданного химического состава после вторичной переработки и плавки алюминиевой тары от напитков для дальнейшего производства алюминиевых полуфабрикатов.

Результаты экспериментов являются основанием для перевода переплавки вторичного сырья с лакокрасочными покрытиями с подовых отражательных печей на более технологичные плавильные мощности  ‒ барабанные роторные наклонные печи (РНП).

Хроматографический и масс-спектрометрический анализ газов, выделяющийся из алюминиевых емкостей для напитков

Для проведения анализа состава выделяющихся газов в виде химических соединений из загрязненного алюминиевого лома проводили выдержку порции 5 г при температуре 200^оС и 650^оС. Пробы измельченного и дробленного алюминиевого лома взвешивали и вставляли  в стеклянную капиллярную трубку, которую помещали в печь при заданной температуре.

Первый забор выделившихся компонентов проводили в течение 20 минут при закачке и вытяжке литра гелия через трубку. Выделившиеся вещества собирали в сорбционной трубке заполненной комбинированным угольным фильтром 300 из трех сорбентов, размещенных последовательно (угольный фильтр и сито SII). Полученные сорбционные трубки обрабатывали методом термической десорбции в агрегате Tekmar 6000. Определение фазового составов образцов на автоматизированном рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD-6000, с использованием поисковой системы рентгенофазовой идентификации материалов. Отходящие газы анализировали с помощью масс-спектрометра Pfieffer Vacuum Termostar GSD301T3 при интерпретации измеренных масс спектров (рис. 1).

        

Рис. 1. Масс-спектры выделившихся соединений при 300°C

Рис. 2. Данные термогравиметрического анализа

Тестирование плавления  и выход годного металла

В ходе экспериментов проведены три плавки из алюминиевого лома в виде тонко измельченных банок Полученные отливки из сплава были проанализированы химическими и металлографическими методами.

Первоначально взвешивали шихтовые материалы, содержащие 1,5 кг мелкоизмельченных отходов алюминиевой упаковки для напитков для каждой отливки (№1, 2 и 3). Для качественного определения количества измельченных банок использовали весы со шкалой от 5 г до 1000 г, и погрешностью в 0,1 г. Шихту загружали в графитовый тигель и помещали в камеру триплекс плавильного комплекса Горного Университета. Плавку проводили при температуре 780^оС и, после расплавления отходов добавляли флюс (20 г). Далее расплав перемешивали, чтобы взять пробу с поверхности металла. Сплав отливался в круглую форму, и после охлаждения взвешивался для расчета выхода годного металла по следующей формуле:

Выход годного металла после плавок изменялся от 75% до 83% (плавка №1 – 75,5%, плавка №2 – 79,2% и отливка №3 – 83,1%).

При переработке тары для напитков в промышленном масштабе с целью достижения более высокого уровня выхода годного металла, более подходящим способом подготовки загрузки является использование операции дробления банок, с последующим прессованием  лома в «брикеты» [6]. Наряду с прессованием, для повышения выхода годного используется способ загрузки лома в уже расплавленный металл – «болото» [7].

Исходя из вышесказанного, на аналогичном оборудовании были проведены дополнительные эксперименты по изучению влияния высоты слоя металла на выход годного (табл.1 и рис. 3). Образцы полученного алюминиевого сплава отбирали по 100 г в каждом опыте, и слой алюминия в тигле повышался с каждой плавкой и определяли выход годной продукции.

Таблица 1 – Показатели эксперимента по изучению влияния высоты слоя металла на выход годного

Из полученных результатов экспериментов можно сделать вывод, что с увеличением слоя металла на подине печи увеличивается выход годного, но при этом увеличивается количество шлака, что приводит к потере металла.

Рис. 3. Влияние слоя металла на выход годного

На практике, целесообразно плавить мелкие загрязненные лома, а также стружку в индукционных печах с заданным слоем металла. При заданном температурном режиме, именно в этих печах можно добиться более высокого выхода годного металла.

Спектрометрический анализ образцов после плавления

Для определения химического состава образцов №1, 2 и 3 после плавки и литья алюминия в формы, отбирались требуемые для спектрометрического анализа аншлифы. Определение элементного и фазового составов образцов расплава проводили на дифрактометре ДИФРЕЙ-402 (г. Санкт-Петербург).

В результате выявлено более 20 элементов. Результаты анализа отдельных образцов отливок №1, 2 и 3 представлены в следующих таблицах.

Все образцы близки по составу к сплаву системы Al-Fe-Mn (по американской классификации это сплавы EN AW 3103 или EN AW 3003) с содержанием  отдельных элементов Mn 0,9- 1,5% (таблица 2).

Таблица 2 – Процентное содержание элементов в отливках

Содержание основных примесей находится в пределах, масс. %: 0,34-0,90 по Fe, 0,32=0,34 по Si и 0,02-0,2 по Zn. Содержание Al изменяется в интервале 96-98%

 Металлографическое исследование образцов

Полученные алюминиевые отливки каждой отдельной партии, размещали в круглые формы, разрезали по оси в центральной части. Далее темплеты полировались с последующим травлением раствором 10% фосфорной кислоты в течение 5 мин. Структурное исследование осуществлялось методами растровой электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа на растровом электронном микроскопе JSM-6460 LV (JEOL, Япония) с аналитической приставкой INCA (Великобритания).

Рис. 4. Микроструктура: а – отливка №1, б – отливка № 2, в – отливка № 3

Видно, что микроструктура отливки №1 принципиально отличается от других двух отливок, т.к. содержит повышенное количество железа, которое проявляется при помощи металлографического анализа в наличии большого числа грубых игл интерметаллических фаз типа FeSiAl₅ с размером 30-70 мкм (рис. 4, а). Микроструктура отливки №2 (рис. 4, б), также как и отливки №3 (рис. 4, в), имеет разветвленные интерметаллические фазы типа AlFe(Si)Mn, которые называются обычно «китайский шрифт» размером 80-200 мкм. В отливке №3 проявляется дендридная структура более очевидно, это объясняется тем, что литье проводили в жидко-твердом состоянии

Микроструктура всех отливок имеет высокий уровень местной междендритной пористости  с оксидными пленами различных форм.

Заключение

При температурах от 200-350^оС, с поверхности алюминия  выделяется значительное количество опасных химических соединений. Термогравиметрические и масс результаты исследования указывают на то, что потери летучих соединений составляют 3-4% от потерь алюминия.

Все исследуемые отливки близки по составу к сплаву EN AW 3103 или EN AW 3003 с содержанием Mn 1,1-1,5% и Al 96,3-97,9%.

Полученные результаты плавки для отдельных отливок позволяют предположить, что выход годного металла изменяется в пределах 70-80%.

Весь объем полученных отливок является компактным и однородным, без усадки, пор и следов переплавки отходов. В микроструктуре всех образцов можно увидеть появление карбидов, из-за наличия пластиковых отходов и красителей, при их реакции с алюминием. С увеличением количества оксидных пленок увеличивается междендритная пористость.

Для повышения качества отливок необходимо проводить рафинирование и дегазацию, также добавить операцию фильтрации через керамический фильтр, а так же важно технологически правильно обжигать шихту перед плавлением, что не возможно в отражательных подовых, но осуществимо в роторных печах с регулированием атмосферы печи.

Литература

1. Ch. Schmitz, Handbook of Aluminium Recycling, Vulkan-Verlag, Essen, Germany (2006) p.176-179.
2. M. E. Schlesinger, Aluminum Recycling, CRC Press, Broken Sound Parkway, NW (2007) p. 158 – 181.
3. Мировые тенденции в области переработки и применения вторичного алюминия / Макаров Г.С. // Технология легких сплавов. – 2004. № 1. с.25-30.
4. Металлургия вторичного алюминия / Г.В. Галевский, Н.М. Кулагин, М.Я. Минцис // Наука, –1998г., – с. 112.
5. Фомин Б.А. Металлургия вторичного алюминия: Учебное пособие для вузов/ Б.А. Фомин, В.И. Москвитин, С.В. Махов. – М. // «Экономет», –2004. –с. 239-240.
6. Meyer, H.J. Use of regentrative heating technologies at aluminium meltingand aluminium recycling furnaces, Heat Processing, Essen, 2012, p.78
7. Biedenkopf, P. Advanced tool for flexible and economical melting in the non ferrous industry, Aluminium International Today, Redbill, 2004, p.109.

References

1. Ch. Schmitz, Handbook of Aluminium Recycling, Vulkan-Verlag, Essen, Germany (2006) p.176-179.
2. M. E. Schlesinger, Aluminum Recycling, CRC Press, Broken Sound Parkway, NW (2007) p. 158 – 181.
3. Mirovie tendencii v oblasti pererabotki i primeneniya vtorichnogo alyuminiya/ Makarov G.S. // Tehnologiya legkih splavov. – 2004. № 1. s.25-30.
4. Metallurgiya vtorichnogo alyuminiya / G.V. Galevskii, N.M. Kulagin, M.Y. Mincis // Nauka, 1998 g. s. 112.
5. Fomin B.A. Metallurgiya vtorichnogo alyuminiya_ Uchebnoe posobie dlya vuzov/ B.A. Fomin, V.I. Moskvitin, S.V. Mahov. M. // «Ekonomet», 2004. s. 239-240.
6. Meyer, H. J. Use of regentrative heating technologies at aluminium meltingand aluminium recycling furnaces, Heat Processing, Essen,2012, p.78
7. Biedenkopf, P. Advanced tool for flexible and economical melting in the non ferrous industry, Aluminium International Today, Redbill, 2004, p.109.

Организационные и технологические особенности производства алюминиевых сплавов

В.А. Попов, Н.А. Маняк, В.Н. Бредихин
УДК 669.711

Введение

Алюминий и его сплавы находят широкое применение в быту и в промышленности, поэтому их производство постоянно растет. В зависимости от назначения и химического состава алюминиевые сплавы подразделяют на литейные, деформируемые и антифрикционные, а по видам и качеству материалов шихты и ассортименту готовой продукции сплавы подразделяют для производства литья, для проката и вторичные алюминиевые сплавы.

Технология приготовления сплавов и применяемые плавильные агрегаты для каждого из этих видов производства имеет специфические особенности. Наибольшее влияние на выбор плавильных агрегатов для отдельных предприятий оказывают следующие факторы: состав шихтовых материалов, объемы производства и номенклатура выпускаемых сплавов, технологические ограничения по использованию отходов собственного производства, а также необходимость обеспечения технологических требований по качеству выпускаемых полуфабрикатов и рентабельности их производства, наличие энергетических источников.

Основная часть

Рассмотрим особенности приготовления алюминиевых сплавов.

1. Производство литья

Мировое производство отливок из алюминиевых сплавов достигло более 16,0 млн. т/год, в том числе из вторичных сплавов около 12,0 млн. тонн. В Украине насчитывается более 180 цехов, участков для производства отливок из алюминиевых сплавов общей мощностью около 100,0 тыс. т/год. Из этого количества только восемь цехов имеют мощность до 15 тыс. т/год. Понятие алюминиевые сплавы из первичных металлов и вторичные алюминиевые сплавы условно, если они по физическим, механическим и эксплуатационным свойствам отвечают требованиям машиностроителей.

Трудно утверждать, что литейные сплавы, полученные из первичных металлов, одинаковые по химическому составу с аналогичными сплавами из вторичного сырья и обладают одинаковыми механическими свойствами. Скорее всего, отливки из сплавов первичных металлов будут иметь более высокие показатели относительного удлинения (примерно в 2,5 раза) чем из вторичных сплавов, так как в последних присутствует большое количество микропримесей металлов. Однако, для многих отливок из алюминиевых сплавов, получаемых на машинах литья под давлением вполне достаточно иметь относительное удлинение (%) 1%, а не 2,5%, как при использовании первичных алюминиевых сплавов.

При производстве литья широкое применение нашли индукционные тигельные печи вместимостью от нескольких килограмм до нескольких десятков тонн. Индукционные тигельные печи имеют высокий КПД, в них отсутствуют потери металла с отходящими газами и перегрев футеровки печи выше температуры расплава. Обеспечение равномерного перемешивания металла и незначительные потери металла из-за угара (0,6-1,0%) делают эти печи более предпочтительными при производстве литья из чистых шихтовых материалов.

В последнее время все более широкое применение при производстве алюминиевого литья находят средне- и высокочастотные индукционные тигельные печи, снабженные современными преобразователями частоты (теристорные, транзисторные), автоматической системой регулирования режимов плавки, выдержки. Система «JOKS» представляет процессор, который обеспечивает автоматическое управление плавкой по заранее заданной программе [1].

Канальные индукционные печи широко используют для плавки и в качестве миксеров. Эти печи работают в непрерывном режиме с «болотом». КПД канальных печей выше, чем тигельных. Электрические канальные печи вместимостью 16 т имеют следующие показатели:

• удельный расход электроэнергии – 350 кВт*час/т;
• безвозвратные потери (угар) – 0,5-0,8%.

В производстве фасонного литья появились новые разработки. Например, комплекс установок горизонтального непрерывного литья (УГНЛ) для отливки тавровых заготовок (876×20мм) из алюминиевых литейных сплавов с содержанием кремния 7-11% [2]. На фирме «VAW Aluminium AG Innwerk» эксплуатируется две печи-миксера вместимостью 38 тонн, две вакуумные раздаточные печи по 16 тонн, одна УГНЛ с двумя кристаллизаторами. Одновременно разливается 20 заготовок сечением 75×54мм при средней производительности 6 т/час [1].

На рис. 1 представлена схема оборота металла при производстве отливок. Чистые «оборотные отходы», используют повторно. Структура оборотных отходов практически идентична и включает элементы литниковой системы. Производственный брак составляет значительную долю оборотных отходов (до 10%). Все загрязненные отходы: стружка, съемы, сплески, облой и др. в целях снижения брака нецелесообразно повторно использовать в производстве отливок и их реализуют на сторону. Таким образом, для получения одной тонны готовых отливок необходимо расплавлять более двух тонн шихтовых материалов.

2. Рафинирование алюминиевых сплавов

При расплавлении шихтовых материалов происходит взаимодействие жидкого металла с атмосферой печи, влагой и оксидами, вносимыми с шихтой, с футеровкой печи и материалом тигля.

Рисунок 1 – Схема оборота металла при производстве отливок из алюминиевых сплавов.

Все это приводит к загрязнению сплавов твердыми неметаллическими и газовыми включениями, очистка от которых является одной из важнейших операций технологического процесса производства отливок. Указанные загрязнения оказывают отрицательное влияние на свойства и качество отливок из алюминиевых сплавов, такие как: однородность и точность состава, пористость, прочность, склонность к образованию трещин, структура отливок и др.

Литейщики уделяют постоянное внимание мероприятиям по рафинированию расплавов. Наиболее эффективным способом очистки расплавов оказались комбинированные методы рафинирования, включающие продувку инертными газами и фильтрация их через пористые керамические фильтры.

В сочетании с системой управления качеством продукции, особенно применение модифицирования, использование современных методов анализа плотности отливок позволяют обнаружить мельчайшие дефекты, что гарантирует эксплуатационные характеристики отливаемых полуфабрикатов.

3. Производство полуфабрикатов из деформируемых алюминиевых сплавов

В практике производства полуфабрикатов из деформируемых алюминиевых сплавов применяют терминологию «Заводы алюминиевого проката» или «Производство проката». При этом подразумевается производство заготовок методом деформации: прокаткой, прессованием, волочением, ковкой и штамповкой. Основные формы полуфабрикатов: листы, ленты, трубы, прутки, проволока, прессованные профили. В 2007 году мировое производство проката составило более 25,0 млн. тонн. В Украине отсутствует выпуск плоского проката. Общая мощность заводов по выпуску экструзионных полуфабрикатов оценивается примерно в 25,0 тыс.т/год и осуществляется на шести предприятиях. Наиболее крупным предприятием является Донецкий завод алюминиевых профилей (12,0 тыс. т/год).

На раннем этапе развития производства проката из алюминиевых сплавов (сороковые и пятидесятые годы ХХ столетия) основными плавильными агрегатами были электрические печи сопротивления САН-7 и САН-9 вместимостью 7-10 т и мазутные отражательные печи вместимостью 10-15 т.

Но уже в первой половине шестидесятых годов ХХ ст. появляются отражательные газовые или мазутные печи вместимостью 20-40 т и электрические индукционные канальные печи вместимостью 12-16 т.

Для определения наиболее эффективного плавления и литья учитываются два основных фактора: качество полуфабрикатов и себестоимость тонны литья. Однако на качество полуфабрикатов ответственного назначения оказывает влияние не только тип плавильного агрегата, но и конструкция миксера, способы рафинирования расплава и устройство передачи его из миксера в литейный агрегат. Газовые плавильные отражательные печи имеют такие показатели: удельный расход газа 130 нм³/т, безвозвратные потери (угар) – 0,8-1,3% в зависимости от качества шихтовых материалов (возвратных отходов без стружки, шлака и мелких отходов).

Совершенствование конструкции отражательных пламенных печей продолжается. Так, фирмой «Пешинэ» (Франция) был пущен в эксплуатацию плавильно-литейный агрегат производительностью 180 т/сутки, который включал в себя стационарную отражательную печь вместимостью 60 т. Загрузка шихты производится из контейнеров объемом 3 м³ через два боковых окна шириной 2,5 м. Продукты сгорания с температурой 1150-1200°С поступают в радиационный металлический рекуператор, который подогревает воздух для горелок до 600-650°С, тем самым экономится до 15% топлива [2].

Фирма «Hertly metallurqie» разработала плавильно-литейный агрегат производительностью 80 т/сутки, состоящий из печи со съемным сводом вместимостью 32 т. Печь загружается тремя кюбелями вместимостью 10 т. Печь снабжена рекуператором, обеспечивающим подогрев подаваемого в горелки воздуха до 450°С [2].

Несмотря на применение рекуператоров для подогрева воздуха, КПД этих печей едва достигало 30-35%. Поэтому продолжаются поиски более эффективных конструкций печей и топливно-сжигающих устройств – горелок. Одним из таких направлений во многих странах стали разработки шахтных и шахтно-ванных печей.

Фирмой «IST Industriefen+stranggieb–Technik GmBH» разработана плавильно-раздаточная печь производительностью 22 т/час с площадью пода 64 м² и водоохлаждаемой дверью размером 9,2×1,95 м [2]. К особенностям агрегата относятся:

• регулирование давления внутри печи;
• герметизация и уплотнение двери;
• оптимизация горелок с регулированием направления факела и системы теплопереноса;
• обеспечение контроля температуры во всем рабочем пространстве печи.

Печь с выносным карманом получила довольно широкое распространение для переплавки мелкой, не сильно окисленной шихты. Преимущества таких печей состоит в том, что плавка производится в жидкой ванне без присутствия агрессивных газов, что уменьшает потери металла от окисления. Вместимость таких печей достигает 40 т. Однако, в последние годы наиболее широкое применение находят поворотные подовые печи вместимостью до 100 т, которые одновременно служат для корректировки химического состава сплава, т.е. выполняют функции миксера.

При производстве алюминиевого проката в качестве шихтовых материалов используют первичные металлы и чистые собственные оборотные отходы. Из оборотных отходов исключаются: стружка, сильно окисленные, промасленные пресс остатки от производства труб и профилей, съемы, сплески. Эти, так называемые деклассированные отходы после предварительного переплава используют для производства полуфабрикатов не ответственного назначения. На рис. 2 представлена схема оборота металла при производстве проката из алюминиевых сплавов.

4. Производство алюминиевых сплавов из лома и отходов

Производство алюминиевых сплавов из лома и отходов на плавильных заводах отличается от их производства с использованием первичного алюминия и оборотных отходов на машиностроительных предприятиях.

Рисунок 2 – Схема оборота металла при производстве проката из алюминиевых сплавов.

Это обусловлено широким диапазоном составляющих алюминиевого сырья, как по химическому составу, так и по физическому состоянию лома и отходов, наличию железных приделок и/или других цветных металлов.

Таким образом, количество неметаллических включений, которые вносятся вместе с шихтой в печь, оказывает решающее влияние на объемы образования шлаков или съемов (безфлюсовая плавка), повышают затраты на строительство мощных газоочистных сооружений, увеличивает расход топливно-энергетических ресурсов, снижает эффективность переработки, резко уменьшает производительность печных агрегатов.

Многообразие видов перерабатываемых лома и отходов алюминиевых сплавов предопределяет для их переработки большой набор плавильных агрегатов: пламенные отражательные, шахтные печи, индукционные канальные и тигельные печи, а также отражательные электропечи сопротивления, ограниченное применение имеют солевые печи сопротивления.

Основным типом плавильного агрегата в СНГ являлась пламенная отражательная печь, имеющая несколько разновидностей.

В Украине для плавки лома и отходов широкое применение получили двухкамерные пламенные подовые печи, удачно сочетающие в себе функции плавильного агрегата и миксера для доведения до определенной марки и хранение в процессе разливки в готовую продукцию. Двухкамерная печь позволяет наиболее рационально компоновать в одном агрегате плавильную камеру и миксер, а также дает возможность переплавлять сырье с железными приделками, которые после слива металла выгребаются с пода печи.

Мобильность двухкамерной печи при переплавке сложного не подготовленного к плавке лома, в том числе и негабаритного, простота в обслуживании, возможность механизации операций загрузки, перемешивания, скачивания шлака и чистки печи от настылей, небольшие затраты на ремонт и определили их широкое распространение на заводах вторцветмета.

Однако пламенные двухкамерные печи имеют существенные недостатки, которые сдерживают создание нормальных санитарно-гигиенических условий труда обслуживающего персонала и тормозят дальнейшее увеличение производительности труда.

Основные недостатки этих печей:

• низкий термический КПД (20-30%), обусловленный недостаточным использованием тепла отходящих газов;
• высокие безвозвратные потери, достигающие 3-6% от загрузки металла.

В мировой практике в последние десятилетия используются преимущественно роторные барабанные печи, отапливаемые природным газом или дизельным топливом [3]. В роторной барабанной печи можно перерабатывать практически все виды лома и отходов, в том числе и такие как съемы с содержанием металла менее 20%, сильно окисленные отходы от дробления и пакетирования пищевых банок, фольгу, мелкую стружку, которые в иных типах печей плавить неэффективно.

В роторной барабанной печи осуществляется:

• очищение расплава от газовых и неметаллических включений в результате непрерывного перемешивания расплава, жидким флюсом и обмывание расплавом загруженной шихты;
• обеспечение удаления магния из расплава за счет реакции с составляющими флюса;
• снижение потерь металла в печи за счет интенсивного обмывания шихтовых материалов солевым раствором, что способствует удалению оксидных включений из расплава;
• интенсификация тепло- и массообмена между факелом и жидкой ванной вследствие увеличения контактирующей поверхности, что увеличивает КПД печи как теплотехнического агрегата;
• полная механизация операций загрузки шихтовых материалов, контроль температурного режима плавки, выдачи расплавленного металла и удаления из печи шлака;
• полное исключение настылеобразования на футеровке печи, так как она непрерывно очищается расплавленным металлом и флюсом;
• герметичность рабочего пространства печи, исключение выбивания газов в помещение цеха.

Балансовые плавки по определению потерь металлов при плавке различных отходов производства проката и литья представлены в табл. 1.

Таблица 1 – Потери металлов при производстве проката, литья, чушек и слитков вторичного алюминия в чушках (% от металлозавалки)

Прим.:*) шихтовые материалы: чушки, компактные оборотные отходы; **) шихтовые материалы: смешанный лом и отходы, в т.ч. стружка, шлаки; ***) шихтовые материалы: подготовленный лом и отходы, кроме шлака.

Рисунок 3 – Схема оборота металла при производстве вторичного алюминия

Амортизационный лом и отходы подвергают первичной переработке, которая предусматривает следующие операции: сортировку, разделку, пакетирование (брикетирование), дробление, сушку, магнитную сепарацию и другие виды обработки.

Общая засоренность алюминиевого лома неметаллическими включениями до 6 % от общей их массы, что приводит к повышению потерь металла. В последние годы при производстве вторичных алюминиевых сплавов широкое применение находят наклоняющиеся роторные вращающиеся печи. В результате повышения глубины ванны и уменьшения поверхности соприкосновения шихты и соли с продуктами сгорания расход солей в таких печах сокращается на 20-30%, а коэффициент соли составляет 0,3-1,0 ед. Такой процесс получил название «малосолевая плавка». В наклоняемой роторной печи продукты сгорания совершают петлеобразное движение, что улучшает теплообмен и повышает КПД печи.

Выводы

1. Выполнен анализ оборота металла при производстве алюминиевых литейных, деформируемых и сплавов из вторичного сырья.
2. Представлены рациональные схемы набора шихтовых материалов при различных производствах алюминиевых сплавов.
3. Проанализированы печные агрегаты, используемые в настоящее время и перспективные виды оборудования, показаны их достоинства и недостатки при производстве различных алюминиевых сплавов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Виноградов О.Н. Производители литья в 2005 г. / О.Н. Виноградов, В.М. Езжев – К.: Союзлитье, 2005. – 688с.
2. Гогин В.Б. Развитие технологии и оборудования литейного производства алюминия / В.Б. Гогин, Д.А. Шадаев // Технология легких сплавов. ВИЛС. – 2007, № 4. – С.83-85.
3. Бредихин В.Н. Современные печные агрегаты по переработке лома и отходов цветных металлов / В.Н. Бредихин, Б.И. Демедюк // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2002, № 4. – С.34–39.

Надійшла до редакції 06.06.2011

Рецензент к.т.н., доц. Є.В. Штепан

© В.А. Попов, Н.А. Маняк, В.Н. Бредихин

обработка алюминия | История, горное дело, переработка и факты

Обработка алюминия , подготовка руды для использования в различных продуктах.

Алюминий, или алюминий (Al), представляет собой серебристо-белый металл с температурой плавления 660 ° C (1220 ° F) и плотностью 2,7 грамма на кубический см. Самый распространенный металлический элемент, он составляет 8,1% земной коры. В природе он химически соединен с кислородом и другими элементами. В чистом виде он мягкий и пластичный, но может быть легирован многими другими элементами для повышения прочности и обеспечения ряда полезных свойств.Сплавы алюминия легкие, прочные и поддаются формовке практически всеми известными процессами обработки металлов. Их можно отливать, соединять разными способами и легко обрабатывать, и они допускают широкий спектр отделок.

Помимо низкой плотности, многие области применения алюминия и его сплавов основаны на его высокой электрической и теплопроводности, высокой отражательной способности и устойчивости к коррозии. Своей коррозионной стойкостью он обязан сплошной пленке оксида алюминия, которая быстро растет на возникающей поверхности алюминия, подверженной воздействию воздуха.

История

Раннее использование и извлечение

До 5000 г. до н. Э. Люди в Месопотамии изготавливали прекрасную керамику из глины, которая в основном состояла из соединения алюминия, а почти 4000 лет назад египтяне и вавилоняне использовали соединения алюминия в различных химических веществах и лекарствах. Плиний ссылается на alumen , известное сейчас как квасцы, соединение алюминия, широко используемое в древнем и средневековом мире для фиксации красителей в текстильных изделиях. К 18 веку глинозем на основе земли был признан потенциальным источником металла.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Английский химик Хамфри Дэви в 1807 году попытался извлечь металл. Хотя и безуспешно, он убедился, что оксид алюминия имеет металлическую основу, которую он назвал алюминий , а позже заменил на алюминий . Название было сохранено в Соединенных Штатах, но изменено на алюминий во многих других странах.

Датский физик и химик Ганс Кристиан Эрстед в 1825 году наконец произвел алюминий.«Он образует, — сообщил Эрстед, — кусок металла, который по цвету и блеску несколько напоминает олово».

Несколько лет спустя Фридрих Велер, немецкий химик из Геттингенского университета, создал металлический алюминий в виде частиц размером с булавочную головку и впервые определил следующие свойства алюминия: удельный вес, пластичность, цвет и стабильность на воздухе.

Алюминий оставался лабораторной диковинкой до тех пор, пока французский ученый Анри Сент-Клер Девиль не объявил о серьезном усовершенствовании метода Веллера, которое позволило «булавочным головкам» Велера объединяться в комки размером с мрамор.Процесс Девиля стал основой алюминиевой промышленности. Алюминиевые бруски, изготовленные на Javel Chemical Works и выставленные в 1855 году на Парижской выставке Universelle, представили публике новый металл.

Хотя тогда о свойствах алюминия было известно достаточно, чтобы указать на многообещающее будущее, стоимость химического процесса производства металла была слишком высока, чтобы обеспечить широкое использование. Но важные улучшения в настоящее время привели к прорывам на двух фронтах: во-первых, был улучшен процесс Девиля; и, во-вторых, разработка динамо-машины сделала доступным большой источник энергии для электролиза, который оказался весьма успешным в отделении металла от его соединений.

Работа Холла и Эру

Современный электролитический метод производства алюминия был открыт почти одновременно и совершенно независимо Чарльзом Мартином Холлом из США и Полем-Луи-Туссеном Эру из Франции в 1886 году. (По странному совпадению, оба они родились в 1863 году и оба умерли в 1914 году.) Основы процессов Холла-Эру были идентичны и остаются основой сегодняшней алюминиевой промышленности. Очищенный оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите и подвергают электролизу постоянным током.Под действием тока кислород оксида алюминия откладывается на угольном аноде и выделяется в виде диоксида углерода, в то время как свободный расплавленный алюминий, который тяжелее электролита, откладывается на углеродной футеровке на дне электролизера.

Холл сразу осознал ценность своего открытия. 9 июля 1886 года он подал заявку на патент США и энергично работал над разработкой этого процесса. С другой стороны, Эру, хотя он подал заявку на патенты несколькими месяцами ранее, по-видимому, не осознавал значение этого процесса.Он продолжил работу над вторым успешным процессом, позволившим получить сплав алюминия и меди. К счастью, в 1888 году австрийский химик Карл Йозеф Байер открыл улучшенный метод получения чистого глинозема из бокситовых руд с низким содержанием кремния.

Холл и группа бизнесменов основали Pittsburgh Reduction Company в 1888 году в Питтсбурге. Первый слиток был разлит в ноябре того же года. Спрос на алюминий вырос, и к 1894 году в Нью-Кенсингтоне, штат Пенсильвания, был построен более крупный завод по переработке алюминия, который использовал паровую электроэнергию для производства одной тонны алюминия в день.Потребность в дешевой гидроэлектроэнергии в изобилии привела молодую компанию к Ниагарскому водопаду, где в 1895 году она стала первым заказчиком строительства нового Ниагарского водопада.

За короткое время спрос на алюминий превзошел самые оптимистичные ожидания Холла. В 1907 году компания сменила название на Aluminium Company of America (Alcoa). До Второй мировой войны он оставался единственным производителем первичного алюминия в США, но в течение полувека в Соединенных Штатах было 15 первичных производителей.

Европейская промышленность

Нойхаузен, Швейцария, является «рассадником» европейской алюминиевой промышленности. Там, чтобы воспользоваться гидроэнергией, получаемой от водопадов Рейна, Эру построил свой первый завод по производству алюминия и бронзы, который позже стал алюминиевым промышленным предприятием Актиен-Гезельшафт. British Aluminium Company Limited, организованная в 1894 году, вскоре осознала богатство дешевой электроэнергии, доступной в Норвегии, и сыграла важную роль в строительстве алюминиевого завода в Стонг-фьорде в 1907 году, а затем и в Вигеланде.Во Франции Société Électrométallurgique Française, также основанное на патенте Эру, было основано около Гренобля около 1888 года. В 1899 году в Ленде, Австрия, был запущен алюминиевый завод. спрос, и несколько плавильных заводов начали производство с использованием электроэнергии, произведенной с помощью пара. Позже СССР начал производить значительное количество алюминия на уральском промышленном комплексе, и к 1990 году первичный металл производился в 41 стране мира.Крупнейший в мире алюминиевый завод (мощность один миллион тонн в год) расположен в сибирском городе Братск.

(PDF) Процесс плавки алюминия

ПРИЛОЖЕНИЕ

Процесс плавки алюминия

Халвор Кванде, доктор философии, магистр наук

Это введение в промышленный процесс производства первичного алюминия

представляет краткое описание технологии электролитического восстановления, История алюминия и важность этого металла и процесса его производства

для современного общества.Особые качества алюминия позволили усовершенствовать технологии

в сочетании с экономией энергии и затрат. Возможности самолетов

были значительно расширены, а увеличение размеров и грузоподъемности стало возможным

благодаря достижениям в алюминиевых технологиях. Гибкость металла для формовки и экструзии

привела к архитектурным достижениям в области энергосберегающего строительства зданий. Высокое соотношение прочности и веса на

привело к значительному снижению энергопотребления грузовых автомобилей и других транспортных средств.Таким образом, алюминиевая промышленность

играет ключевую роль в обеспечении экологической устойчивости и является стратегической для технологического развития

.

Алюминий (Al) — это сырье, обеспечивающее устойчивость окружающей среды, технологий и современной экономики. Легкость

, с которой алюминий может быть переплавлен без потери прочности или

, изменяющего его первоначальные свойства, позволила ему стать ценным вторичным товаром

, служащим краеугольным камнем для переработки в пыли.Это свойство, а также его легкий вес и, в частности, его структурная прочность

, придают алюминию уникальную роль в строительстве структур

и инфраструктуры устойчивых сообществ. Свойства металла

позволяют оказывать экологически эффективные услуги: перевозить

человек дальше и быстрее с меньшими энергозатратами; обеспечение энергоснабжения

новым, растущим, продуктивным сообществам с меньшими потерями энергии;

и строительство зеленых городов.Его преимущества в отношении устойчивости и низкие эксплуатационные расходы привели к увеличению использования

в современном строительстве, особенно в странах с быстрорастущей экономикой.

Производство и использование металлического алюминия — это современный номенклатурный

. Золото и свинец выплавляли более 8000 лет назад, а бронзовый век

–

меди, олова и цинка начался более 6000 лет назад. Серебро

было отделено поздно, более 4000 лет назад. Железо, для которого требуются более высокие температуры

, стало доступно только около 3000 лет

назад.Алюминий рафинировали всего около 200 лет. До

, примерно в 1850 году, он был более ценным, чем золото, потому что его было очень трудно очистить.

Несмотря на это, сегодня производится больше алюминия, чем всех остальных

цветных металлов вместе взятых. Общее годовое мировое производство первичного алюминия

составило около 50 миллионов метрических тонн в 2013 году, а

, кроме того, было переработано около 20 миллионов тонн. Один миллиард тонн

алюминия был произведен за всю историю, а 800000 тонн — с

1980 года.Около 75% всего когда-либо произведенного алюминия по-прежнему используется в производственных целях

, что отражает не только возможность вторичной переработки металла, его долгий срок службы и долговечность

, но и значительный рост спроса в последние годы

.

Производство первичного алюминия включает два независимых

энергоемких процесса преобразования руды, которая представляет собой боксит,

, в металл путем электролитического восстановления. Это процесс Байера,

, который производит глинозем из бокситов с использованием термохимического разложения,

от Норвежского университета науки и технологий, Тронхейм, Норвегия.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons

Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0, где разрешено

загрузить и поделиться работой при условии, что она правильно процитирована. Работа

не может быть изменена или использована в коммерческих целях.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Адрес для корреспонденции: Halvor Kvande, PhD, MSc, Bestumaasen 4, NO-0281

Oslo, Norway.

Copyright C2014 Американского колледжа труда и окружающей среды

Медицина

DOI: 10.1097 / JOM.0000000000000154

и процесс Hall-H´

eroult, который производит расплавленный алюминий путем электролитического восстановления

растворенного глинозема. в расплавленном фторид-электролите, состоящем в основном из криолита. Криолит — это минерал, состоящий из

фторида, натрия и алюминия Na3AlF6, который является растворителем

глинозема в процессе плавки.(Криолит также существует в естественной форме

как редкий минерал, почти исключительно в Гренландии, но шахты

были исчерпаны несколько десятилетий назад.) до

, и этот этап включает углерод и углеродсодержащие соединения —

фунтов, которые вносят большую часть исторических выбросов парниковых газов —

и профессионального риска рака, связанного в прошлом с

Hall-H´

eroult процесс.В прошлом загрязнение фторидом, вызванное образованием фторида водорода и испарением из электролита, было

очень серьезной проблемой для алюминиевых заводов. Тем не менее, все производители алюминия

теперь имеют высокоэффективное оборудование для сухой очистки глинозема —

, которое удаляет до 99% всех выбросов фторида

из электролизеров. Это одна из историй успеха современного производства алюминия

.

В 1856 году французскому химику Анри Этьену Сент-Клер Дев-

ille (1818–1881) удалось получить алюминий электролизом

расплавленного тетрахлорида натрия и алюминия NaAlCl4.В период с

по 1890 год около 200 метрических тонн алюминия было произведено по методу Девиля

.

Тем не менее, в этот период был изобретен другой, гораздо более эффективный процесс. В 1886 году Чарльз Мартин Холл из

США обнаружил, что оксид алюминия (оксид алюминия, Al2O3) плавится при температуре намного ниже 2050 ° C, если его сначала смешать с

этим редким минералом, известным как криолит. Он предположил, что если он

пропустит электрический ток через эту расплавленную смесь оксида алюминия и криолита

, он сможет произвести металлический алюминий, и 23 февраля

1886 года алюминий будет электролизен из оксида алюминия в первый раз.

По совпадению, Поль Луи Туссен H´

eroult во Франции

также произвел чистый алюминий с Al2O3 вместе с криолитом,

, и 23 апреля 1886 года он получил французский патент на этот процесс.

Эти двое работали полностью независимо друг от друга, но

их патенты были очень похожи. Единственная разница, очень незначительная,

, заключалась в том, что угольные аноды в процессе H´

eroult были больше и

меньше, чем в методе Холла.

Эти двое, Холл и H´

eroult, оба родились в 1863 году,

и независимо изобрели процесс производства алюминия в

том же 1886 году в возрасте 23 лет. Завершая примечательные

совпадений, оба умерли в 1914 году в возрасте 51 года. Они встретились

друг с другом только однажды, в 1911 году.

Время прорыва, однако, было совсем не случайным или случайным. К концу 1880-х годов были разработаны большие динамо-машины

, а технология

совершенствовалась более десяти лет до такой степени, что теперь они были способны обеспечивать высокие электрические токи

, необходимые для электролитического процесса.Годом позже

австрийский химик Карл Йозеф Байер (1847–1904) изобрел усовершенствованный метод

для получения глинозема из бокситов более эффективно в больших масштабах, на который он получил патент в 1887 году.

Так называемый процесс Байера значительно повысил производительность и практичность

метода Холла и H´

eroult.

С 1886 года промышленное производство алюминия

перешло от искусства к науке. Постоянно растущее понимание процесса

было достигнуто благодаря обширным исследованиям и разработкам, особенно во второй половине двадцатого века,

как на алюминиевых заводах, так и в нескольких университетах и ​​академических

учреждениях.

Авторские права © 2014 Lippincott Williams & Wilkins. Несанкционированное копирование этой статьи запрещено.

S2 JOEM rVolume 56, Number 5S, May 2014

Производители алюминия обещают более чистый плавильный котел

Новая технология может сократить выбросы углерода при выплавке алюминия Фото: Нозим Каландаров / Reuters

В прошлом году в мире было произведено более 63 миллионов тонн алюминия, который пошел на все, от кухонной пленки и банок до самолетов.Металл легкий, полностью перерабатываемый и удивительно прочный. И теперь две ведущие алюминиевые компании заявляют, что скоро он станет чистым и экологически чистым. Но, как и в случае с электромобилями, производство алюминия может быть настолько чистым, насколько чистым является его источник энергии.

10 мая американский производитель Alcoa объединился с британо-австралийской фирмой Rio Tinto, чтобы объявить о создании нового совместного предприятия Elysis. Базируясь в Монреале, Канада, она планирует к 2024 году внедрить низкоуглеродистую технологию выплавки алюминия. Alcoa и Rio Tinto в совокупности инвестируют 55 миллионов канадских долларов (43 миллиона долларов США).Elysis также привлекла в общей сложности 120 миллионов канадских долларов от правительств Канады и Квебека и 13 миллионов канадских долларов от компьютерной фирмы Apple, которая ищет алюминий с низким уровнем выбросов для своих устройств. Премьер-министр Канады Джастин Трюдо назвал это событие «поистине историческим днем ​​для алюминиевой промышленности».

Мир несомненно выиграет, если Elysis оправдает свои обещания. На производство алюминия ежегодно приходится 1% мировых выбросов парниковых газов, что примерно эквивалентно выбросам во Франции в 2016 году.Это двухэтапный процесс: очистка порошка оксида алюминия от бокситовой руды и его превращение в алюминий на плавильных печах. Основное влияние отрасли на климат оказывает процесс плавки, который требует огромного количества электроэнергии. Более половины его общих выбросов косвенно связано с производством электроэнергии.

Вот возможность: почти 20% выбросов связаны с производством и деградацией углеродных анодов, используемых для проведения электричества во время плавки.И на этом фокусируется новый процесс.

Детали скудны, но наблюдатели в алюминиевой промышленности не удивятся, узнав, что технология Elysis фокусируется на давней проблеме и включает запатентованный инертный анод — вероятно, керамический композит. Вместо выделения CO ₂ и перфторуглеродов он выделяет кислород. Это полностью исключит прямые выбросы углерода, но потребует больше электроэнергии. Однако в сочетании с альтернативными катодами и новыми конструкциями электролитической ячейки можно было бы снизить потребление электроэнергии.

Alcoa утверждает, что эта технология снизит эксплуатационные расходы на 15% и увеличит выпуск алюминия на ту же величину. По данным компании, если его полностью внедрить на всех металлургических заводах Канады, это сократит выбросы примерно на 6,5 млн тонн в год. Эксперты предупреждают, что простая модернизация существующих плавильных печей может оказаться сложной задачей, поскольку на эффективность процесса влияют не только аноды и катоды, но и конструкция электролитической ячейки. Но хорошая новость заключается в том, что компании заменяют эти элементы каждые 6–8 лет, поэтому у Elysis, безусловно, есть рынок сбыта для своей продукции.

Звучит хорошо. Но это не первый случай, когда крупный производитель алюминия говорит о революционной технологии плавки. Например, российская компания UC Rusal, похоже, вот уже несколько лет находится на пороге разработки инертных анодов. Работа Alcoa насчитывает несколько десятилетий, и в 2000 году был сделан большой рывок вперед. Эта проблема долгое время ставила в тупик ученых и государственных исследователей.

Промышленность заслуживает похвалы за то, что она продолжает инвестировать в долгосрочные исследования и разработки и не отказывается от решения сложной проблемы.Но даже если Elysis добьется успеха, производство алюминия по-прежнему будет приводить к выбросам в результате добычи, обработки оксида алюминия и транспорта. Одна отрасль может сделать так, чтобы компании и потребители перерабатывали как можно больше алюминия, потому что его не нужно переплавлять. Но самый большой вопрос — где производители берут электроэнергию.

Компании уже начали размещать алюминиевые заводы рядом с гидроэлектростанциями, которые обеспечивают относительно дешевую и надежную электроэнергию. Alcoa даже перенесла некоторые свои плавильные операции из Соединенных Штатов в Исландию, которая обеспечивает дешевую геотермальную электроэнергию.В конце концов, Alcoa и Rio Tinto такие же, как все. Им нужен надежный источник низкоуглеродной энергии, чтобы уменьшить воздействие на климат — и чем дешевле, тем лучше.

Rio Tinto и Alcoa объявляют о первом в мире безуглеродном процессе выплавки алюминия; Помощь Apple; СП Elysis будет коммерциализировать

Rio Tinto и Alcoa Corporation объявили о революционном процессе производства алюминия, при котором в качестве побочного продукта образуется только кислород, что исключает прямые выбросы парниковых газов при традиционном процессе плавки.Только в Канаде использование этой технологии могло бы устранить выбросы парниковых газов, эквивалентные 6,5 миллионам метрических тонн, если бы она была полностью внедрена на существующих алюминиевых заводах в стране. Это примерно эквивалентно выводу из эксплуатации 1,8 миллиона легковых автомобилей.

Обычный процесс Холла-Эру (изобретенный в 1886 году) для плавки алюминия включает растворение глинозема (Al ₂ O ₃ ) в расплавленном криолите и электролиз ванны расплавленной соли, как правило, в специальной ячейке с угольными электродами.Смесь подвергается электролизу путем пропускания через нее постоянного тока низкого напряжения 100–300 кА, в результате чего на катоде осаждается жидкий металлический алюминий. Кислород глинозема соединяется с углеродом анода с образованием в основном диоксида углерода.

Ячейки работают круглосуточно; температура в ячейках поддерживается за счет электрического сопротивления. Окисление угольного анода увеличивает электрический КПД за счет расхода угольных электродов и образования диоксида углерода.

Новый процесс Rio Tinto / Alcoa устраняет углерод, вместо этого используются патентованные материалы; единственный побочный продукт — кислород.

В Квебеке работают восемь плавильных заводов с общей производственной мощностью 2,9 миллиона метрических тонн первичного алюминия. Это составляет 90% производства Канады, которая занимает четвертое место в мире после Китая, России и Ближнего Востока.

Apple помогла наладить сотрудничество между Alcoa и Rio Tinto в области безуглеродной плавки и согласилась предоставить техническую поддержку партнерам по СП.

Чтобы продвинуть более масштабную разработку и коммерциализацию нового процесса, Alcoa и Rio Tinto создают Elysis, совместное предприятие для дальнейшего развития нового процесса с технологическим пакетом, который планируется продать в начале 2024 года. Название относится к процессу, находящемуся в центре. выплавки алюминия, электролиза глинозема; новую технологию также называют процессом Elysis.

Elysis со штаб-квартирой в Монреале и исследовательским центром в регионе Сагеней-Лак-Сен-Жан в Квебеке будет разрабатывать и лицензировать технологию, чтобы ее можно было использовать для модернизации существующих плавильных заводов или строительства новых предприятий.Alcoa, Rio Tinto, правительство Канады, правительство Квебека и Apple соглашаются предоставить совокупные инвестиции в размере 188 миллионов долларов (CAD).

• Канада и Квебек инвестируют в Elysis по 60 миллионов канадских долларов. Правительству провинции Квебек будет принадлежать 3,5% акций совместного предприятия, а оставшаяся часть будет разделена поровну между Alcoa и Rio Tinto.

• Apple предоставляет инвестиции в размере 13 миллионов долларов (CAD). Компания помогла наладить сотрудничество между Alcoa и Rio Tinto в области безуглеродной плавки, и Apple согласилась предоставить техническую поддержку партнерам по СП.

• Rio Tinto и Alcoa инвестируют 55 миллионов канадских долларов (CAD) в течение следующих трех лет и внесут свой вклад в интеллектуальную собственность и патенты.

После полной разработки и внедрения новый процесс устранит прямые выбросы парниковых газов в процессе плавки и укрепит тесно интегрированную алюминиевую и обрабатывающую промышленность Канады и США. По словам партнеров, новое совместное предприятие также будет продавать запатентованные анодные и катодные материалы, которые прослужат более чем в 30 раз дольше, чем традиционные компоненты.

Эта технология представляет собой результат десятилетних исследований и разработок. Elysis будет иметь доступ к множеству патентов и интеллектуальной собственности. Защищенная патентом технология, разработанная Alcoa, в настоящее время используется для производства металла в Техническом центре Alcoa, недалеко от Питтсбурга в США, где этот процесс работает в различных масштабах с 2009 года.

Совместное предприятие намерено инвестировать в США до 40 миллионов долларов, включая финансирование для поддержки цепочки поставок патентованных анодных и катодных материалов.

Винсент Христос с более чем 30-летним опытом работы в Rio Tinto Aluminium был назначен главным исполнительным директором Elysis. Совсем недавно он занимал должность руководителя отдела технологий, исследований и разработок, а также программ автоматизации. Он имеет степень инженера в области электроники и промышленных информационных технологий.

Алюминий для будущих поколений — Производство анодов

По мере этого они потребляются из расчета около 450 кг на тонну произведенного алюминия.Две группы технологий плавки, которые используются сегодня — Søderberg и prebake — характеризуются типами используемых анодов.

Плавильные печи

Søderberg используют непрерывно создаваемый анод, сделанный путем добавления пека в верхнюю часть электролитической ячейки или «котелка». Тепло, выделяемое в процессе восстановления, используется для превращения смолы в углеродную форму, необходимую для реакции с оксидом алюминия, таким образом рециркулируя отходы энергии в котле.

В технологии предварительного обжига

используются аноды, которые запекаются в очень больших газовых печах при высокой температуре перед тем, как опустить в котел.Затем они заменяются после употребления. Эффективность этой технологии по сравнению с Søderberg в сочетании с ее меньшим воздействием на окружающую среду означает, что преобладают плавильные печи предварительного обжига (на которые приходится более 90% мирового производства алюминия), и все новые предприятия, построенные сегодня, используют эту технологию.

Производство предварительно обожженных анодов

Предварительно обожженные аноды производятся в зоне плавильного завода, называемой «сырой мельницей», и изготавливаются из нефтяного кокса, пека и переработанных анодных стыков (концы израсходованных анодов, оставшихся в конце срока их службы), возвращаемых из процесса плавки.Эти материалы смешиваются в подогреваемых емкостях и разливаются в формы. После формирования аноды переносятся в «пекарню».

Здесь аноды помещаются в печь при температуре 1120 ° C на срок до двух недель. При этом пек запекается в смеси, образуя твердый блок углерода, способный выдерживать экстремальные условия внутри плавильных ванн, но имеющий однородную консистенцию, которая обеспечивает эффективную проводимость тока и равномерное потребление анода.

Последний этап процесса производства анодов проходит в «палаточном цехе». Здесь углеродные блоки сплавлены со стальным стержнем (средством, с помощью которого они будут опускаться в горшок и через который проходит электрический ток) с расплавленным чугуном. Затем стержневые аноды транспортируются в электролизный цех плавильного завода для размещения в восстановительных ячейках.

Выплавка и рафинация алюминия

Алюминий в основном используется для производства поршней, двигателей и деталей кузова для автомобилей, напитков. банки, двери, сайдинг и алюминиевая фольга.Может также использоваться как листовой металл, алюминиевая пластина. фольга, стержни, прутки и проволока, детали самолетов, окна и дверные рамы. Ведущий пользователи алюминия включают тарную и упаковочную промышленность, транспортировку промышленность, строительство и строительство.

Алюминий может производиться либо из бокситовой руды, либо из алюминиевого лома. Уточнение Алюминиевая руда достаточно дорога, чтобы промышленность вторичного производства большая часть рынка.Около 40% алюминия в США восстанавливается для вторичного рафинирования. (USEPA, 1995).

Из-за высоких потребностей в энергии основные производители первичного алюминия, как правило, располагаются в районы с низкими энергозатратами, включая северо-запад и долину реки Огайо. Вторичный производители, как правило, располагаются рядом с промышленными центрами, включая южную Калифорнию и Великие озера.

Производители первичного и вторичного алюминия очищают, плавят алюминий и разливают его в прутки, называемые слитками.Слитки отправляются на заводы по литью или формованию. установки для формовки или прокатки.

Производство алюминия из бокситовой руды представляет собой трехэтапный процесс. Сначала глинозем извлекается из бокситовой руды, как правило, с использованием процесса Байера. В процессе Байера тонко измельченный боксит смешивают с гидроксидом натрия и помещают в «варочный котел». Высокая температура и давление в варочном котле вызывают реакции в руде / гидроксиде натрия смесь.В результате растворяется оксид алюминия и остатки руды. Остатки, которые включают оксиды кремния, свинца, титана и кальция, образуют осадок на дне варочный котел. Оксид алюминия испаряется и конденсируется. Крахмалы и прочее ингредиенты добавляются для удаления любых оставшихся примесей из оксида.

Затем раствор перемещают в отстойник, где оксид алюминия кристаллизовался. Гидроксид алюминия и гидризид натрия являются продуктами кристаллизация.Кристаллы промываются, обезвоживаются в вакууме и отправляются в кальцинатор для дальнейшее обезвоживание.

Оксид алюминия из процесса Байера затем восстанавливается до металлического алюминия, обычно с использованием процесс Холла-Эру. В этом процессе оксид алюминия помещается в электролитический ячейка с расплавленным криолитом. Углеродный стержень в ячейке заряжен, и в результате реакции окись углерода, двуокись углерода и алюминий. Алюминий опускается на дно, где находится извлекается из резервуара и отправляется в плавильную или раздаточную печь.

Затем расплавленный алюминий смешивают с желаемыми сплавами для получения характеристики и отлиты в слитки для транспортировки в производственные цеха. в в производственных цехах расплавленный алюминий или алюминиевые сплавы переплавляют и разливают в отливки и охлажденные. Расплавленный алюминий можно дополнительно нагреть для удаления оксидов, примесей и другие активные металлы, такие как натрий и магний, перед литьем. Хлор также может быть пузырился через расплавленный алюминий для дальнейшего удаления примесей.

Отходы Источники и возможности предотвращения загрязнения

Выбросы в атмосферу происходят из нескольких источников. Измельчение боксита, прокаливание оксид алюминия и транспортировочные материалы производят твердые частицы. Оборудование для выбросов в атмосферу широко используется для улавливания этих частиц.

Твердые частицы могут содержать большое количество металлов. Если металлического содержания достаточно, Пыль от контроля выбросов может быть переплавлена ​​для улавливания любых оставшихся металлов или иным образом повторно используется или продается из-за его металлического содержания.Если пыли недостаточно металла богатый, его обычно вывозят на свалку.

Другой источник выбросов в атмосферу от процессов производства первичного алюминия при восстановлении оксида алюминия до металлического алюминия. Газы фтористый водород и твердые частицы, фториды, оксид алюминия, оксид углерода, диоксид серы и летучие органические вещества производятся. В электролитических ваннах часто используются анодные пасты. Паста должна быть непрерывно подается в ячейку через стальной лист с отверстием.Эта постоянная подача позволяет газу уйти.

Одним из методов снижения выбросов газов является использование предварительно обожженных анодов. Предварительно обожженные аноды должны производиться на заводе. Предварительно обожженные аноды позволяют электролитической ванне быть герметичным, что позволяет улавливать газ. Затем аноды заменяют каждые 14-20 дней, содержащие газы для сбора. В печах для обжига анодов образуются фториды, испаряющиеся выбросы органических веществ и диоксида серы.Выбросы часто контролируются влажным скрубберы.

Жидкие отходы не вызывают большого беспокойства при переработке алюминия. Сточные воды производятся при осветлении и выпадении осадков; однако большая часть воды используется повторно.

Твердофазные отходы включают отходы рафинирования бокситов, называемые красным шламом, и отходы восстановления. от использованных гильз для кастрюль. Красный шлам содержит железо, алюминий, кремнезем, кальций и натрий, в зависимости от используемой руды.Обычно красный шлам обрабатывается на месте и не представляет опасности.

Огнеупорная футеровка горшков, используемых для очистки алюминия, является другой твердой озабоченность отходами. Огнеупор разрушается при непрерывном использовании, образуя RCRA K088. опасные отходы.

В промышленности по производству вторичного алюминия алюминиевый лом выплавляют в газовой или отражательные или подовые печи на жидком топливе. Примеси удаляются с помощью хлора или другого флюсы до тех пор, пока алюминий не достигнет желаемой чистоты.

Другие заводы по производству алюминия помимо лома используют окалину. Окалина — это побочный продукт плавки первичного алюминия. Этот процесс дополнительно снижает загрязнение в результате производство первичного алюминия. Он содержит флюсы и алюминий различной концентрации. «Обезжиренный», «богатый» или «белый шлак» относятся к алюминиевому шлаку. с высоким содержанием алюминия. «Черный шлак» или «соленые лепешки» относятся к алюминиевый шлак от практик, использующих солевые флюсы.

Окалина измельчается, просеивается и плавится во вращающейся печи, где расплавленный алюминий собирается внизу. Образующийся солевой шлак является отходом производства. Чтобы уменьшить это отходы, большее количество оставшихся металлических элементов может быть выщелочено в воду и собрано.

Чтобы исключить необходимость в солевых флюсах, был разработан новый плазмотрон. для нагрева вращающейся печи. Благодаря этому извлекаются высокие концентрации алюминия. процедура.

Предотвращение загрязнения при вторичной переработке алюминия

Выбросы в атмосферу и твердофазные отходы являются основной проблемой при производстве алюминия. перерабатывающая промышленность. Выбросы в атмосферу во многом зависят от качества используемого лома. Выбросы могут поступать от плавильных, рафинировочных и отходящих газов из печи. Газы могут включать продукты сгорания, хлористый водород и хлориды металлов, металлы оксида алюминия и соединения металлов.Для снижения выбросов независимо от типа используемого лома алюминий фторид может быть заменен на хлор для удаления примесей из расплавленного металла. Все системы обычно подключаются к оборудованию для контроля выбросов, как правило, к рукавному фильтру для сбор фтора и других газов.

Твердофазные отходы производства вторичного алюминия — это шлак, образующийся при плавке. Шлак содержит хлориды, флюсы и магний. Металлы можно разделить и повторно использованный или проданный.

Жидкие отходы включают воду, которая добавляется в шлак, чтобы помочь отделить различные металлы. Сточные воды могут быть загрязнены солью и флюсами, но часто могут быть загрязнены. восстановлены и использованы повторно.

USEPA, Профиль отрасли цветных металлов . EPA 310-R-95-010. Этот в документе обсуждаются способы использования, процессы и возможности предотвращения загрязнения, связанные с производство алюминия.

Замена органических растворителей покрытиями на водной основе для песчаных кернов

Программа технической помощи Миннесоты, 1994, 6 / 94-93

The Progress Casting Group, Inc., Плимут, Миннесота, — это алюминиевый литейный завод. Компания Progress Casting использовала 1,1,1-трихлорэтан (TCA) для покрытия песчаных стержней для использования в деталях. литье. TCA предотвратил проникновение расплавленного металла в сердечники и оставил гладкую закончить готовую металлическую деталь.

Замена TCA на альтернативное покрытие было продиктовано экологическими обязательствами, экономика соблюдения требований и требований клиентов. Альтернативы были оценены для их способность выдерживать давление и температуру расплавленного алюминия.Альтернатива покрытие также создавало проблемы, связанные с стабильной твердой суспензией, даже при нанесении покрытия, а также методы быстрого высыхания.

В качестве альтернативы было выбрано покрытие на основе воды и изопропилового спирта (IPA). К наносить покрытие быстро и равномерно, Progress Casting работала с поставщиками, чтобы разработать автоматизированную систему окунания и сушки. Покрытие IPA требует многократного погружения, в отличие от одного приложения, необходимого для TCA.Приложение включает в себя погружной бак содержащий раствор IPA, две инфракрасные печи и четыре вращающиеся решетки для удержания и опускания ядра через систему. Для сушки покрытия были выбраны инфракрасные печи. при условии адекватных требований по времени и толщине покрытия. Одна проблема с IPA — это пожарная опасность, связанная с воспламеняемостью IPA.

Переход с TCA на покрытия на основе IPA привел к экономии 59 000 долларов США на TCA. затраты на покупку.Эти затраты были заменены 35 000 фунтов покрытия IPA на год по ориентировочной стоимости в 14 500 долларов. Progress Casting также удовлетворил запросы клиентов. сократить TCA и выполнил программы CAAA.

Применения теплопередачи

«Истории успеха предотвращения загрязнения», WMRC, 1994

Chicago Whitemetal Casting, Чикаго, Иллинойс, отливка алюминия, магния и цинка. с использованием слепков.Чтобы снизить затраты, в процессе литья оценивалась возможная энергия. методы редукции. Они установили головную когенерационную систему для рекуперации тепла из печь для плавки алюминия. После рекуперации тепло используется при производстве цинка и алюминия. Первоначальная система стоила 70 000 долларов, но, по оценкам, сэкономила компании 20% природный газ, который он использовал бы, и 180 000 долларов в счетах за электроэнергию в течение десятилетнего периода.

Сокращение сточных вод также было оценено на заводе.Вода для гашения изначально была вывозили еженедельно по цене 62 000 долларов в год. Установлена ​​система фильтрации воды. на заводе. Система удаляет загрязнения и возвращает воду для повторного использования. В Система фильтрации, по оценкам, сэкономила предприятию 744 000 долларов за 12 лет эксплуатации в затраты на утилизацию. Кроме того, по оценкам, экономия воды составит 72 000 долларов.

Apple покупает первый в мире безуглеродный алюминий у предприятия Alcoa-Rio Tinto

(Рейтер) — Apple Inc. в четверг сообщила, что купила первую в истории коммерческую партию безуглеродного алюминия у совместного предприятия двух компаний. крупнейшие мировые поставщики алюминия.

ФОТО ФАЙЛА: логотип Apple Inc. висит у входа в магазин Apple на 5-й авеню в Манхэттене, Нью-Йорк, США, 16 октября 2019 г. REUTERS / Mike Segar / File Photo

Металл изготавливается by Elysis, совместное предприятие Alcoa Corp и Rio Tinto, базирующееся в Монреале, объявило в прошлом году о выделении 144 млн долларов от двух компаний, Apple и правительств Канады и Квебека.

Алюминий будет отправлен в этом месяце из исследовательского центра Alcoa в Питтсбурге и будет использоваться в продуктах Apple, хотя технологическая компания не сообщила, какие именно.

Производство алюминия требует больших затрат углерода. Процесс плавки включает пропускание электрического тока через большой блок углерода, называемый анодом, который сгорает во время процесса и выделяет углекислый газ в атмосферу.

Безуглеродный газ — это ответ на спрос потребителей, активистов и инвесторов, который горняки и производители демонстрируют, чтобы уменьшить свое влияние на изменение климата.

«На протяжении более 130 лет алюминий — материал, который обычно используется для многих продуктов, которые потребители используют ежедневно, — производился одним и тем же способом.Это скоро изменится, — заявила Лиза Джексон, вице-президент Apple по окружающей среде, политике и социальным инициативам.

Apple использует алюминиевые корпуса для многих своих электронных устройств, включая iPhone, часы Apple Watch и компьютеры Mac. В прошлом году Apple представила модели Mac, в которых используется переработанный алюминий.

Совместное предприятие Alcoa-Rio хочет к 2024 году коммерциализировать технологию, которая использует керамический анод для производства алюминия и выделяет только кислород, устраняя прямые выбросы парниковых газов в процессе плавки.

Alcoa уже произвела испытательный металл с помощью этого процесса и объединилась с Rio Tinto, чтобы довести его до промышленных масштабов. Elysis планирует лицензировать технологию и заявляет, что существующие плавильные предприятия могут быть модернизированы для ее использования.