Способ извлечения металлов из шлаков

 

Использование: создание способа извлечения металлов, в частности алюминия, из содержащих их шлаков. Сущность изобретения: обрабатываемые шлаки вводят во вращающуюся или в качающуюся печь. Шлаки подогреваются до температуры, превышающей температуру плавления алюминия, а печь при этом вращается или качается для облегчения отделения металла. Отделенный таким образом алюминий выводится из печи перед удалением оставшихся шлаков. Этот способ отличается тем, что в качестве печи используют печь с излучающей дугой, содержащей два разноименных электрода, выполненные, предпочтительно, из графита, между которыми образуется электрическая дуга и поддерживается для обеспечения нагрева. 7 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способу обработки при высокой температуре шлаков, содержащих металлы, для извлечения последних.

Изобретение относится к способу обработки шлаков металлов, в частности алюминия, во вращающейся или качающейся печи, для извлечения этих металлов.

В описании, которое приведено ниже, упоминается исключительно алюминий. Если извлечение этого очень специфичного металла из шлаков, производимых на поверхности ванн алюминия является одной из наиболее важных областей применения способа согласно изобретению следует отметить, что описанное и заявленное изобретение не должно рассматриваться как только изобретение, относящееся исключительно к этому металлу, в действительности этот способ относится к извлечению других металлов.

Производимый в результате электролитического восстановления глинозема алюминий подается в томильные печи, называемые печи "выдержки", где металл выдерживается в расплавленном состоянии перед его подачей к прокатным установкам или к другим установкам для обработки. Во время этой выдержки на поверхности металла образуется пена из алюминия или глинозема, которую называют здесь ниже "шлаки". Произведенные таким образом шлаки, количество которых может достигать 5% ванны расплавленного металла, содержат значительное количество алюминия, порядка 50% которое, конечно, было бы интересно извлечь по явным экономическим выгодам. Это извлечение может осуществляться посредством обработки шлаков в печи при высокой температуре. Для этой цели, было разработано большое число печей, которое широко использовались на алюминиевых заводах. Существующие печи подогреваются исключительно мазутными горелками, газовыми горелками или плазменными горелками.

Недостаток использования мазутных или газовых горелок для подогрева шлаков в печи в целях извлечения алюминия, содержащегося в шлаках, заключается в том, что необходимо добавлять флюсообразующие соли для увеличения извлекаемого количества алюминия.

Применение плазменной горелки, выполненной согласно конструкции, приведенной в канадском патенте N 1.255.914, выданном 20 апреля 1992 на имя общества Алкан Интернейшл Лт (Societe Alcan International Ltee) позволяет устранить вышеуказанный недостаток. Применение плазменной горелки позволяет достигнуть в печи высоких температур и устранить благодаря этому необходимость добавления флюсообразующих солей. Применение плазменных горелок имеет недостаток, возникающий из-за самой конструкции горелок, которые охлаждаются водой. Утечка воды может вызвать сильные взрывы, и привести к тяжелым авариям.

В канадском патенте N 1.255.914, в основном предлагается использовать плазменную дугу в виде обдуваемой дуги. На странице 6 описания указывается, что в некоторых случаях можно было бы использовать в случае необходимости горелку в режиме выносной дуги. Но этот патент не объясняет как можно осуществить такой перенос дуги на практике и не приводит достигаемых при этом преимуществ.

В обоих случаях используют любым способом и плазменную горелку с обязательным охлаждением водой для создания дуги со всеми вытекающими отсюда недостатками.

Цель изобретения создание нового способа для обработки шлаков металла, в частности алюминия, для извлечения содержащегося в них металла, который позволил бы устранить все вышеуказанные недостатки.

Цель изобретения создание способа обработки шлаков металла с помощью вращающейся или качающейся печи, который вызывал бы меньше загрязнений окружающей среды благодаря устранению необходимости применения флюсообразующих солей и был бы более экономически выгоден благодаря тому, что он не требует для своего осуществления большого количества дорогостоящего плазмообразующего газа, как это имело место в случае плазменной горелки.

Цель изобретения также создание способа обработки шлаков металла, который был бы значительно более безопасным благодаря тому, что ни одна деталь не требовала бы охлаждения водой и не возникало бы никакой опасности взрыва в результате утечки.

Цель изобретения создание способа обработки шлаков металла, который был бы более эффективным, чем все известные в настоящий момент способы, включая также способ, использующий плазменную горелку и в котором, с одной стороны, нагрев осуществлялся бы, в основном, больше за счет излучения, чем за счет конвекции, а с другой стороны, были бы исключены тепловые потери при охлаждении водой или в результате выхода из печи большого количества горючего газа в случае использования горелок.

Способ согласно изобретению для обработки шлаков металла в целях извлечения этого металла, содержащегося в этих шлаках, является способом согласно которому: обрабатываемый шлак вводят во вращающуюся или в качающуюся печь; подогревают эти шлаки в печи до температуры, превышающей температуру плавления алюминия; приводят печь во вращательное или колебательное движение вокруг ее продольной оси, при этом шлаки подогреваются для облегчения отделения металла от шлаков; из печи удаляют отдельный от шлаков металл и затем удаляют из печи оставшийся шлак.

Согласно изобретению этот способ выгодно отличается тем, что в качестве печи используют печь с излучающей дугой, содержащей два разноименных электрода, между которыми образуется и поддерживается электрическая дуга для обеспечения нагрева.

Способ согласно изобретению отличается также тем, что печь с излучающей дугой имеет ось, располагаемую в продольном направлении при работе и вдоль которой расположены оба электрода. Вращение или колебательное движение печи, которое может составлять 1 20 об/мин (или колебаний) и предпочтительно равно 10 об/мин осуществляется вокруг этой оси.

Это вращение или колебание может быть непрерывным или прерывистым.

Способ согласно изобретению отличается, наконец, тем, что оба используемые электрода выполняются из графита и не охлаждаются водой. Предпочтительно эти два электрода устанавливаются на обоих концах продольной оси печи таким образом, чтобы можно было приблизить друг к другу по мере их износа в результате эрозии.

Это позволяет применить конструкцию печи, используемую согласно изобретению, очень похожую на печь с излучающей дугой типа печи Мазьера, которая известна металлургам.

В целях стабилизации дуги вдоль продольной оси печи по крайней мере один из двух электродов может быть снабжен небольшим осевым отверстием, в которое может вводиться плазмообразующий газ, который может состоять из аргона, азота, водорода, метана, одноокиси или двуокиси углерода, или еще воздух. Как можно отметить, способ согласно изобретению используется в печи с излучающей дугой, которая требует минимального и необязательного добавления плазмообразующего газа в противоположность печи, которая нагревается с помощью плазменной горелки, где расход плазмообразующего газа должен быть обязательно большим.

Благодаря тому, что в качестве печи используют печь с излучающей дугой, нагрев шлака обеспечивается непосредственно излучением в противоположность случаю печи с плазменной горелкой, где нагрев осуществляется конвекцией с подогревом плазмообразующим газом, выходящим из горелки.

Благодаря тому, что дуга создается между двумя твердыми электродами, такими как электроды из графита, то не требуется применять охлаждение водой. Это устраняет таким образом в самом начале любую возможность взрыва.

Другие цели и преимущества изобретения станут более понятны из более детального, но не ограничивающего нижеследующего описания варианта выполнения способа согласно изобретению. Так как это уже было отмечено, способ согласно изобретению выполняется с помощью печи с излучающей дугой типа вращающейся или качающейся печи. Эта печь с излучающей дугой выполнена в форме внутренней камеры обычно овальной формы, большая ось которой, называемая здесь продольной осью, расположена горизонтально.

Различные типа вращающихся печей с излучающей дугой были уже описаны и используются в настоящий момент в металлургии. В качестве примера таких печей можно привести, в частности, печь известную под именем ее изобретателя Мазьера. Эта печь содержит камеру, которая в этом частном случае цилиндрическая, а не овальная. На одном из ее двух концов дверца позволяет производить загрузку и выгрузку обрабатываемых веществ. Эта печь также снабжена средствами, которые позволяют ее наклонять для того, чтобы опустить один или другой из двух ее концов.

На каждом конце печи расположен электрод, ориентированный вдоль горизонтальной полосы. Концы этих электродов расположены внутри камеры напротив друг друга. Зазор между двумя электродами может регулироваться в случае необходимости с помощью средств для их перемещения, которые сами по себе известны, могут быть автоматизированы таким образом, чтобы регулировать длину дуги в зависимости от условий, выбранной операции.

Согласно изобретению применяемые электроды изготовлены предпочтительно из графита, хотя конечно можно было бы использовать и другие материалы в случае необходимости. Преимущество использования графита заключается в том, что этот материал очень прочный и обеспечит длительный срок службы, позволяющий сократить таким образом остановки печи для замены электродов.

Согласно одному исключительно выгодному варианту выполнения электроды могут быть снабжены осевым отверстием для ввода плазмообразующего газа в виде тонкой струйки, нагнетаемой соосно с продольной осью печи. Преимущество такой тонкой струи газа заключается в стабилизации дуги и в обеспечении проникновения последней в осевом направлении в центр печи. Эта струя газа может также служить для облегчения зажигания дуги от одного электрода к другому при запуске печи.

Используемый плазмообразующий газ может состоять из аргона, азота, водорода, метана, одноокиси или двуокиси углерода или даже воздуха, или смесей последних. Путем выбора особого газа можно также достигнуть выгоду, заключающуюся в том, что извлекаемый металл подвергается одновременно дополнительной обработке.

Способ обработки шлаков согласно изобретению начинается с вводом обрабатываемого шлака внутрь камеры печи. Затем приступают к нагреву последнего присоединяя электроды к источнику тока с помощью соединительных средств, которые сами по себе известны, затем устанавливают дугу между двух электродов с помощью этого источника тока. Так как было указано ранее, образование дуги может быть облегчено с помощью струйки газа, вводимой внутрь камеры через осевое отверстие, предусмотренное в одном или предпочтительно в двух электродах, эта струйка газа нагнетается под достаточным давлением для обеспечения удержания дуги на оси вращения печи.

После зажигания дуга вытягивается между концами двух электродов и нагревает излучением шлаки до температур равных приблизительно 1000^oC. Одновременно с нагревом начинают вращение или качание печи вокруг оси последней. Это вращение может производиться со скоростью 1 20 об/мин, выдерживается предпочтительно равным 10 об/мин после достижения заданной температуры. Само собой разумеется, что вместо вращения на полный оборот, можно приводить печь в простое покачивание вокруг ее оси.

Другие условия осуществления операции обработки внутри печи в частном случае способа согласно изобретению существенно идентичны тому, что описано в патенте Канады N 1.255.914.

Вращение, а также нагрев после выполнения полностью обработки останавливаются, дверца печи открывается, электрод расположенный со стороны этой дверцы отводится и печь наклоняется с той стороны, где расположено отверстия для выгрузки жидкого алюминия. Это извлечение осуществляется простой разливкой. После окончания извлечения алюминия можно извлекать шлаки соответствующим образом.

Формула изобретения

1. Способ извлечения металлов из шлаков, включающий введение шлаков во вращающуюся или качающуюся печь, продольная ось которой при работе расположена горизонтально, нагрев шлаков до температуры, превышающей температуру плавления извлекаемого металла, приведение печи во вращательное или колебательное движение относительно продольной оси печи для отделения металла от шлаков, удаление отделенного от шлаков металла и удаление оставшегося шлака, отличающийся тем, что нагрев осуществляют электрической дугой с помощью двух разноименных электродов, расположенных вдоль продольной оси печи, при этом используют неохлаждаемые водой электроды, выполненные из графита.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один из электродов выполнен с осевым отверстием для подачи плазмообразующего газа и стабилизации дуги вдоль продольной оси печи.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, то используют плазмообразующий газ из группы, содержащей аргон, водород, метан, монооксид углерода и их смеси.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вращение или колебание печи осуществляют периодически.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вращение или колебание печи осуществляют непрерывно.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве печи используют плазменно-дуговую печь типа Мазьера.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что используют печь с внутренней камерой овальной формы.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработке подвергают алюминиевые шлаки с извлечением из них алюминия.