Preview

Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Получение силуминов с использованием отходов кремниевого производства

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-4-4-15

Полный текст:

Аннотация

Представлен обзор существующих способов производства силуминов. Показана возможность получения литейных сплавов с использованием аморфного микрокремнезема. Изучены и опробованы различные методы введения частиц диоксида кремния в алюминиевый расплав — в виде таблетированных лигатур «алюминиевый порошок— SiO2», путем замешивания частиц в расплав при температуре ликвидуса, а также введением SiO2 в расплав совместно с потоком аргона. Проведены расчеты энтальпии образования и изменения энергии Гиббса процесса восстановления алюминием кремния из его оксида, в ходе которых показана термодинамическая вероятность получения силуминов с использованием аморфного микрокремнезема. Определено влияние легирующих добавок и примесей на протекание процесса восстановления кремния. Выявлена возможность использования магния в качестве поверхностно-активной добавки, позволяющей удалить кислород с поверхности дисперсных частиц и восстановить кремний из его оксида. Определено, что способ получения литейных силуминов путем введения предварительно нагретого до 300 °С аморфного микрокремнезема в расплав алюминия (t = 900 °С) совместно с потоком аргона (с последующим интенсивным перемешиванием) обладает наибольшей эффективностью, поскольку позволяет получать алюмокремниевые сплавы с содержанием Si более 6 мас.% и микроструктурой, соответствующей доэвтектическим литейным силуминам. Промышленная реализации предложенного метода позволит повысить эффективность существующего технологического процесса получения силуминов за счет экономии ресурсов на приобретение товарного кристаллического кремния. Более того, внедрение этой технологии будет способствовать снижению экологической нагрузки на окружающую среду за счет сокращения объемов и последующей ликвидации шламовых полей, являющихся полигонами для хранения пыли систем газоочистки кремниевого производства, содержащей до 95 мас.% аморфного микрокремнезема.

Об авторах

М. П. Кузьмин
Иркутский национальный исследовательский технический университет
Россия

Кандидат технических наук, доцент кафедры металлургии цветных металлов, зам. зав. кафедрой металлургии легких металлов; научный сотрудник Инновационно-технологического центра (ИТЦ) ИРНИТУ.

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83



Л. М. Ларионов
Иркутский национальный исследовательский технический университет
Россия

Научный сотрудник ИТЦ ИРНИТУ

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83



В. В. Кондратьев
Иркутский национальный исследовательский технический университет
Россия

Кандидат технических наук, руководитель ИТЦ ИРНИТУ.

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83



М. Ю. Кузьмина
Иркутский национальный исследовательский технический университет
Россия

Кандидат химических наук, доцент кафедры металлургии цветных металлов ИРНИТУ.

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83



В. Г. Григорьев
Сибирский научно-исследовательский конструкторский и проектный институт алюминиевой и электродной промышленности
Россия

Кандидат технических наук, ген. директор АО «СибВАМИ».

664007, Иркутск, ул. Советская, 55



А. В. Книжник
Сибирский научно-исследовательский конструкторский и проектный институт алюминиевой и электродной промышленности
Россия

Кандидат технических наук, начальник технического отдела АО «СибВАМИ».

664007, Иркутск, ул. Советская, 55



А. С. Кузьмина
Иркутский национальный исследовательский технический университет
Россия

Кандидат физико-математических наук, научный сотрудник отдела синтеза наноструктур ИРНИТУ.

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83



Список литературы

1. Steent A.H., Hellawell A. Structure and properties of aluminium-silicon eutectic alloys. Acta Metall. 1972. Vol. 20. P. 363—370.

2. Pietrowski S. Characteristic features of silumin alloys crystallization. Mater. Design. 1997. Vol. 18 (4-6). P. 373— 383.

3. Bo Jiang, Zesheng Ji, Maoliang Hu, Hongyu Xu, Song Xu. A novel modifier on eutectic Si and mechanical properties of Al—Si alloy. Mater. Lett. 2019. Vol. 239. P. 13—16.

4. Zhikai Zheng, Yong-jian Ji, Wei-min Mao, Rui Yue, Zhi-yongLiu. Influence of rheo-diecasting processing parameters on microstructure and mechanical properties of hypereutectic Al—30 % Si alloy. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2017. Vol. 27. P. 1264—1272.

5. Белов Н.А. Фазовый состав алюминиевых сплавов. М.: Изд. дом МИСиС, 2009.

6. Беляев А.И., Бочвар О.С., Бунов Н.Н. Алюминиевые сплавы. Металловедение алюминия и его сплавов. М.: Металлургия, 1983.

7. Альтман М.Б., Лебедев А.А., Чухров М.В. Плавление и литье алюминиевых сплавов: Справ. изд. 2-е изд. М.: Металлургия, 1983.

8. Попов С.И. Металлургия кремния в трехфазных руднотермических печах. Иркутск: ЗАО «Кремний», 2004.

9. . Cao W, Chen S.-L, Zhang F, Wu K, Yang Y., Chang Y.A., Schmid-Fetzer R, Oates W.A. PANDAT software with PanEngine, PanOptimizer and PanPrecipitation for multi-component phase diagram calculation and materials property simulation. Caplhad. 2009. Vol. 33 (2). P. 323-342.

10. Bakker H. Enthalpies in alloys. Miedema’s semi-empirical model. Switzerland, Zurich: Trans Tech. Publ. Ltd., 1998.

11. Кузьмин М.П., Бегунов А.И. Приближенные расчеты термодинамических характеристик интерметаллических соединений на основе алюминия. Вестник ИРГТУ. 2013. No. 1 (72). С. 98-102.

12. Кондратьев В.В., Карлина А.И., Немаров А.А., Иванов Н.Н. Результаты теоретических и практических исследований флотации наноразмерных кремнийсодержащих структур. Журн. СФУ Сер. Техника и технологии. 2016. Т. 9. No. 5. С. 657-670.

13. Рафальский И.В. Получение литейных композиционных материалов из алюминиевых сплавов в гетерофазном состоянии с дисперсными наполнителями. Литье и металлургия. 2011. No. 3. С. 26-31.

14. Арабей А.В., Рафальский И.В., Немененок Б.М. Синтез сплавов системы Al-Si из алюмоматричных композиций, полученных с использованием отходов алюминия и кварцевого песка. Металл и литье Украины. 2013. No. 4 (239). С. 3-7.

15. Гаврилин И.В., Кечин В.А., Колтышев В.И. Получение литейных силуминов с использованием пылевидного кремния и металлоотходов. Владимир: Вла-дим. гос. ун-т, 2003.

16. Гаврилин И.В., Кечин В.А., Колтышев В.И. Применение кремнийсодержащих материалов для получения сплавов алюминий-кремний. Теория и технология литейных сплавов. 1999. No. 1. С. 10-12.

17. Kuz’min M.P., Kondrat’ev V.V., Larionov L.M., Kuz’mina M.Y., Ivanchik N.N. Possibility of preparing alloys of the Al-Si system using amorphous microsilica. Metallurgist. 2017. Vol. 61. P. 86-91.

18. Sree Manu K.M., Sreeraj K, Rajan T.P.D., Shereema R.M., Pai B.C., Arun B. Structure and properties of modified compocast microsilica reinforced aluminum matrix composite. Mater. Design. 2015. Vol. 88. P. 294-301.

19. Pai B.C., Geetha Ramani, Pillai R.M., Satyanarayana K.G. Role of magnesium in cast aluminium alloy matrix composites. J. Mater. Sci. 1995. Vol. 30. P. 1903-1911.

20. Gowri Shankar, Jayashree M.C., Kini P.K., Achutha U, Sharma S.S. Effect of silicon oxide (SiO2) reinforced particles on ageing behavior of Al-2024 alloy. Int. J. Mech. Eng. Technol. 2014. Vol. 5 (9). P. 15-21

21. Robie A.R., Hemingway B.S. Thermodynamic properties of minerals and related substances at 298,15 K and 1 bar (105 pascals) pressure and at higher temperatures Washington: US Government Printing Office, 1995.

22. Айлер Р. Химия кремнезема. М.: Мир, 1982.

23. Рябин В.А. Термодинамические свойства веществ: Справочник. Л.: Химия, 1977.

24. Рафальский И.В., Арабей А.В. Термодинамический анализ реакций взаимодействия фаз компонентов литейных сплавов, полученных из алюмоматричных композиций на основе системы Al-SiO2. Фундаментальные проблемы современного материалловеде-ния. 2012. Т. 9. No. 3. С. 375-378.

25. Бобкова Н.М. Физическая химия тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. Минск: Высш. шк., 2007.

26. Kondratiev V.V., GovorkovA.S., KolosovA.D., Gorovoy V.O., Karlina A.I. The development of a test stand for developing technological operation flotation and separation of MD2. The deposition of nanostructures MD1 produce nanostructures with desired properties. Int. J. Appl. Eng. Res. 2017. Vol. 12. No. 22. P. 12373-12377.

27. Zenkov E.V, Tsvik L.B. Increasing the reliability the combined criteria of the static strength of a material of complexly loaded deformable structures. Mater. Phys. Mech. 2018. No. 40. P. 124-132.

28. Kondratiev V.V., Nebogin S.A., Gorovoy VO, Sysoev I.A., Karlina A.I. Description of the test stand for developing of technological operation of nano-dispersed dust preliminary coagulation. Int. J. Appl. Eng. Res. 2017. Vol. 12. No. 22. P. 12809-12813.

29. Zenkov E.V., Tsvik L.B. Stress-strain state of prismatic samples with hollow chamfers. Russ. Eng. Res. 2013. Vol. 33. No. 10. P. 562-565.

30. Kondrat’ev V.V., Ershov V.A., Shakhrai S.G., Ivanov N.A., Karlina A.I. Formation and utilization of nanostructures based on carbon during primary aluminum production. Metallurgist. 2016. Vol. 60. No. 7-8. P. 877-882.

31. Рафальский И.В., Немененок Б.М. Физико-химическое взаимодействие компонентов системы Al/SiO2 в металлургических процессах синтеза литейных дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов. Литье и металлургия. 2017. No. 2 (87). С. 31-39.


Для цитирования:


Кузьмин М.П., Ларионов Л.М., Кондратьев В.В., Кузьмина М.Ю., Григорьев В.Г., Книжник А.В., Кузьмина А.С. Получение силуминов с использованием отходов кремниевого производства. Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya. 2019;(4):4-15. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-4-4-15

For citation:


Kuz’min M.P., Larionov L.M., Kondratiev V.V., Kuz’mina M.Y., Grigoriev V.G., Knizhnik А.V., Kuz’mina A.S. Production of silumins using silicon production waste. Izvestiya Vuzov Tsvetnaya Metallurgiya (Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy. 2019;(4):4-15. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-4-4-15

Просмотров: 15


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)