К вопросу получения алюминиевых сплавов из вторичного металлизированного сырья

Цель – изучение особенностей получения высоколегированного сплава системы Al-Fe-Si-Mn из лома и металлизированных отходов и определение факторов для оптимального технологического режима плавки и повышения выхода годной продукции при комплексной обработке расплава. В работе использованы различные методы анализов: ренгенофлуоресцентный, спектральный, ренгеноструктурный, дифференциальный термический. Проведен хроматографический и масс-спектрометрический анализ газов, выделяющихся при переплаве алюминиевых отходов, для определения безвозвратных потерь. Данные анализа свидетельствуют о том, что летучие соединения составляют 13–15% от общей массы потерь алюминия во время нагрева и плавления шихты. В результате проведенных тестовых плавок, выполненных с различными алюминиевыми отходами, установлено, что полученные отливки соответствуют некоторым маркам высоколегированных алюминиевых сплавов (например, 3ххх и 8ххх) и в основном относятся к системе Al-Fe-Si-Mn. Определены потери металла во время загрузки шихты в расплав с различной высотой слоя в печи, установлено по наилучшим результатам его рациональное значение, которое составляет 30–40% от массы загружаемой шихты. При внедрении комплексной технологии рафинирования и поэтапной обработки расплава получены образцы с выходом годного от 86 до 88%. Показано, что, согласно проведенному анализу химического состава, отливки содержат минимальное количество неметаллических включений (SiO₂, CaO, Al₂O₃, TiO₂) при допустимом содержании водорода (0,08– 1,0 см³/100 г). Изучение структурных особенностей показало, что все образцы характеризуются сложной разветвленной структурой с наличием интерметаллических фаз типа AlFe(Si)Mn, которые имеют характерный вид, известный как «китайский шрифт», и достигают размеров от 70 до 120 мкм. Структура отливок в целом характеризуется однородностью и равномерным распределением агломератов из наноразмерных интерметаллидов в алюминиевой матрице, что дает возможность дальнейшего получения литых заготовок и прокатных изделий широкого спектра назначений.

1. Litvinenko V.S. Digital economy as a factor in the technological development of the mineral sector // Natural Resources Research. 2020. Vol. 29. № 3. P. 1521–1541. https://doi.org/10.1007/s11053-019-09568-4. EDN: WGABFS.

2. Гусева Е.Н. Использование вторичных минеральных ресурсов цветной металлургии – важный резерв ресурсосбережения // Записки Горного института. 2003. Т. 155. С. 194–197.

3. Ларичкин Ф.Д. Минерально-сырьевые ресурсы в экономике России // Записки Горного института. 2008. Т. 179. С. 9–13. EDN: LHPXML.

4. Горланов Е.С., Леонтьев Л.И. Направления технологического развития алюминиевых электролизеров // Записки Горного института. 2024. Т. 266. С. 246–259. EDN: PYSEVM.

5. Ünlü N., Drouet M.G. Comparison of salt-free aluminum dross treatment processes // Resources, Conservation and Recycling. 2002. Vol. 36. Iss. 1. P. 61–72. https://doi.org/10.1016/S0921-3449(02)00010-1.

6. Raabe D. The materials science behind sustainable metals and alloys // Chemical reviews. 2023. Vol. 123. Iss. 5. P. 2436–2608. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.2c00799.

7. Lavoie S., Dube G. A salt-free treatment of aluminium dross using plasma heating // JOM. 1991. P. 54–55. https://doi.org/10.1007/BF03220144.

8. Макаров Г.С. Мировые тенденции в области переработки и применения вторичного алюминия // Технология легких сплавов. 2004. № 1. С. 25–30.

9. Meshram A., Singh K.K. Recovery of valuable products from hazardous aluminum dross: а review // Resources, Conservation and Recycling. 2018. Vol. 130. P. 95–108. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2017.11.026.

10. Gaustad G., Olivetti E., Kirchain R. Improving aluminum recycling: а survey of sorting and impurity removal technologies // Resources, Conservation and Recycling. 2012. Vol. 58. P. 79–87. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2011.10.010.

11. Domagala J., Haag P., Niehoff T., Schmitz C. Handbook of aluminium recycling: mechanical preparation, metallurgical processing, heat treatment / eds. C. Schmitz. Essen: Vulkan-Verlag, 2014. 536 р.

12. Capuzzi S., Timelli G. Preparation and melting of scrap in aluminum recycling: а review // Metals. 2018. Vol. 8. Iss. 4. P. 249. https://doi.org/10.3390/met8040249.

13. Пат. № 2529348, Российская Федерация, C22B 7/00, F27B 3/00. Отражательная печь для переплава алюминиевого лома / В.А. Трусов; заявитель и патентообладатель В.А. Трусов. Заявл. 17.05.2013; опубл. 27.09.2014.

14. Rovin S.L., Kalinichenko A.S., Rovinc L.E. Recycling of dispersed metal wastes in rotary furnaces // Journal of Casting & Materials Engineering. 2019. Vol. 3. No. 2. Р. 43–49. http://doi.org/10.7494/jcme.2019.3.2.43.

15. Ровин С.Л. Перспективы применения ротационных печей. Рециклинг металлоотходов // Литейное производство и металлургия: сб. тр. XXV Междунар. науч.-техн. конф. (г. Минск, 18–19 октября 2017 г.). Минск: Белорусский национальный технический университет, 2017. P. 65–71.

16. Drouet M.G., Meunier J., Laflamme C.B., Handfield M.D., Biscaro A., Lemire C. A rotary arc furnace for aluminium dross processing // Third International Symposium on Recycling of Metals and Engineered Materials (Alabama, 12–15 November 1995). Alabama: The Mineral, Metals and Materials Society, 1995. P. 803–812.

17. Kos B. Direct dross treatment by centrifuging of hot dross // Aluminium. 2000. Vol. 76. P. 35–36.

18. Wibner S., Antrekowitsch H., Meisel T.C. Studies on the formation and processing of aluminium dross with particular focus on special metals // Metals. 2021. Vol. 11. Iss. 7. P. 1108. https://doi.org/10.3390/met11071108.

19. Wallace G. 4 - Production of secondary aluminium // Fundamentals of Aluminium Metallurgy. 2011. P. 70–82. https://doi.org/10.1533/9780857090256.1.70.

20. Raabe D., Ponge D., Uggowitzer P.J., Roscher M., Paolantonio M., Liu Chuanlai, et al. Making sustainable aluminum by recycling scrap: the science of “dirty” alloys // Progress in Materials Science. 2022. Vol. 128. P. 100947. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.100947.

21. Drouet M.G., Leroy R.L., Tsantrizos P.G. Drosrite salt-free processing of hot aluminium dross // TMS Fall Extraction and Process, Metallurgy Meeting (Pittsburgh, Pennsylvania, 22–25 October 2000). Pittsburgh, Pennsylvania: The Minerals, Metals and Materials Society, 2000. Р. 1135–1145.

22. Kolbeinsen L. The beginning and the end of the aluminium value chain // Matériaux & Techniques. 2020. Vol. 108. Iss. 5-6. P. 506. https://doi.org/10.1051/mattech/2021008.

23. Новичков С.Б. Закономерности плавки алюминиевого шлака в роторной наклонной печи // Цветные металлы. 2004. № 1. С. 67–70.

24. Ибрагимов В.Э., Гарсиа Л.М., Бажин В.Ю. Плавка тонкостенного лома с лакокрасочными покрытиями для получения алюминиевого сплава // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 2. С. 14–17. https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.44.068.

25. Shinzato M.C., Hypolito R. Solid waste from aluminum recycling process: characterization and reuse of its economically valuable constituents // Waste management. 2005. Vol. 25. Iss. 1. P. 37–46. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2004.08.005.

26. Wong David S., Lavoie P. Aluminum: recycling and environmental footprint // JOM. 2019. Vol. 71. № 9. P. 2926– 2927. https://doi.org/10.1007/s11837-019-03656-9.

27. Жолнин А.Г., Новичков С.Б. Механизм перехода алюминия из шлака в «болото» при плавке алюминиевых отходов в роторных печах // Цветная металлургия. 2003. № 1. С. 22–27.

28. Nemchinova N.V., Belskii S.S., Vlasov A.A. Studying aluminum alloy defects // Solid State Phenomena. 2021. Vol. 316. Р. 353–358. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.316.353.

29. Немчинова Н.В., Тютрин А.А. Металлографическое исследование образцов алюминиевых рондолей // Фундаментальные исследования. 2015. № 3. С. 124–128. EDN: TNIQRV.

30. Фомин Б.А., Москвитин В.И., Махов С.В. Металлургия вторичного алюминия: монография. М.: ЭКОМЕТ, 2004. 238 с. EDN: QMZMIB.