Способ получения алюминия

 

i.. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АШ)МИНИЯ, включающий взаимодействие глинозема с углеродом на первой стадии при температуре образования карбидно-глиноземного шлака и окиси углерода, взаимодействие карбидно-глиноземного шлака с глиноземом на второй стадии при температуре образования алюминия и окиси углерода, удаление образущейся окиси углерода из зоны реакции и введение углерода и глинозема, о тли чаю.щийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса первую и вторую стадию осуществляют в раздельных температурных зонах, карбидно-глиноземный шлак пропускают через высокотемпературную зону, отделяют образовавшийся алюминий, пос§ ле его шлак возвращают в низкотемпе (Л ратурную зону и вводят углерод. ел ел со 4

C0I03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) С 22 В 4/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К flATEHTV

2f0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2485301/22-02 (22) 27.05. 77 (31) 22474/76 (32) 28.05.76 (33) Великобритания (46) 15. 11. 83. Бюл. Н 42 (72) Эрнест Уильям Дьюинг (Великобритания), Жан-Поль Робер Хюни, Раман Радха Суд и Фредерик Уильям Саутам (Канада) (71) Алкан Рисерч энд Дивелопмент

Лимитед (Канада), (53) 669.71.094.22(088.8) (56) 1. Патент США И 2829961, кл. 25-68, опублик. 1968. (54) (57) 1..,,СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ, включающий взаимодействие глинозема с углеродом на первой стадии при тем" пературе образования карбидно-глиноземного шлака и окиси углерода, взаимодействие карбидно-глиноземного шла" ка с глиноземом на второй стадии при температуре образования алюминия и окиси углерода, удаление образующейся окиси углерода из зоны реакции и введение углерода и глинозема, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса первую и вторую стадию осуществляют . в раздельных температурных зонах, карбидно-глиноземный шлак пропускают через высокотемпературную зону, отделяют образовавшийся алюминий, пос° 8 ле его шлак возвращают в ниэкотемпературную зону и вводят углерод.

2. Способ по и, l, о т л и ч à ешийся тем, что окись углерода,,выводимую из зоны реакции пропускают через слой углерода, после чего углерод вводят в низкотемпературную зону.

3. Способ по п.2, о т л и ч а юшийся тем, что окись углерода после контактирования с углеродом про пускают через глинозем, вводимый в низкотемпературную зону.

4. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что карбидно-глиноземный шлак между низкотемпературной и высокотемпературной зонами подогревают пропусканием через него электрического тока.

5. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что карбидно-глиноземный шлак из низкотемпературной зоны в высокотемпературНую перемещают снизу вверх по ходу шлака с помощью окиси углерода, выделяющейся в ходе реакции

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению алюминия карботермическим восстановлением из глинозема.

Известен способ получения алюминия, включающий взаимодействие глинозема с углеродом на первой стадии при температуре образования карбидно-глиноземного шлака и окиси углерода, взаимодействие карбидно-глиноземного шлака 10 с глиноземом на второй стадии при тем пературе образования алюминия и окиси углерода, удаление образующейся окиси углерода из зоны реакции и введение углерода и глинозема )1$

Однако данный способ недостаточно эффективен из-за трудностей, связанных с введением в реакцию необходимого количества тепла и выделением большого количества газа, содержащего соеди" щ нения алюминия.

Цель изобретения — повышение эффек тивности процесса получения алюминия.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения алюми25 ния, включающему взаимодействие глинозема с углеродом на первой стадии при температуре образования карбидноглиноземного шлака и окиси углерода, взаимодействие карбидно-глиноземного шлака с глиноземом на второй стадии при температуре образования алюмИния и окиси углерода, удаление образующейс окиси углерода из зоны реакции и введение углерода и глинозема, первую 35 и вторую стадию осуществляют в раздельных температурных зонах, карбидноглиноэемный шлак пропускают через высокотемпературную зону, отделяют образовавшийся алюминий, после чего шлак возвращают в низкотемпературную зону и вводят углерод.

При этом окись углерода, выводимую из зоны реакции, дополнительно могут пропускать через слой углерода, после чего углерод вводят в низкотемпературную зону.

Кроме. того, окись углерода после контактирования с углеродом могут пропускать через глинозем, вводимый в ниэкотемпературную зону.

Карбидно-глиноземный шлак между низкотемпературной и высокотемпературной зонами подогревают пропусканием через него электрического тока.

При этом карбидно-глиноземный шлак из низкотемпературной зоны в высокотемпературную может перемещаться снизу вверх по ходу шлака с помощью окиси углерода, выделяющейся в ходе реакции.

Сущность способа заключается в том, что реакция восстановления алюминия из глинозема

AI 0y + ЗС 2AI + ЗСО протекает в две стадии

2А1 0э + 9С = A14C + 6CO (2)

А1цСЗ + А120 - 6 Al + 3CO (3)

Реакция (2) протекает при более низкой температуре, поэтому концентрация алюминия и его соединений в отходящих газах значительно ниже, чем для

50

3 реакции (3) ° кроме того, объем оки си у глерод а, образующей ся по реакции (3), в два раза меньше, чем по реакции (2) .

Изобретение заключается в организации циркулирующего потока расплавленного глиноземного шлака, содержащего углерод в форме карбида или оксикарбида алюминия. Расплав проходит через низкотемпературную зону, 10 где температура поддерживается равной или выше температуры поотекания реакции (2), но ниже температуры протекания реакции (3). Расплав пропускают далее через высокотемпературную зону, где температура поддерживается равной или выше температуры осуществления реакции (3). В высокотемпературной зоне собирают и выводят металлический алюминий, а расплавленный глинозем возвращают в ту же самую или последующую низкотемпературную зону, где в циркулирующий расплав вводят углерод. Введение глинозема в расплав может осуществляться в том же месте, где вводится углерод или в другом месте.

Предпочтительно размещать низкотемпературную и высокотемпературную зоны в различных реакторых, чтобы

30 осуществить раздельный вывод газов по реакциям (2) и (3) и уменьшить потери алюминия.

Тепловая энергия должна вводиться в систему для трех целей: поддержа- ние реакции (2); поддержание реакции (3); компенсация потерь тепла.

В низкотемпературной зоне в месте ввода углерода в расплав шлака имеет место снижение температуры вследствие эндотермического характера реакции (2) . Энергия необходима для по= вышения температуры шлака при его ne ремещении в высокотемпературную зону, Большая часть иги вся необходимая энергия передается шлаку во время этого пЕремещения, а также во время прохождения через высокотемпературную зону. Ввод энергии целесообразно осуществлять пропусканием через шлак. электрического тока, В предпочтительном варианте способа перемещение расплава между зонами осуществляется за счет подъемной силы пузырьков окиси углерода, образующейся в ходе реакций (2) и (3), Зоны, в которых осуществляются реак ции (2) и (3), предпочтительно разделены. Возможно также проведение

340 4 реакций1 2) и (3) и е различных зонах одного и того же реактора, причем расплавленный шлак циркулирует между этими зонами за счет газлифта и(или тепловой конвекции.

На фиг. 1 изображен оперативный цикл осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 — устройство для осуществления предлагаемого способа

t вид сверху; на фиг.3 - то:".е, вид с боку.

Условия типичного цикла осуществления способа (фиг, 11 совмещены с фа зовой диаграммой системы Al o -Al С .

Линия АВСО обозначает границу твердой и жидкой фазы, Линия EF обозначает условия (температуру и состав) осуществления реакции (2) при давлении 1 атм, а линия GM - соотвстственно условия осуществления реакции(3)

После отделения продуктов реакции (алюминия и окиси углерода) в высокотемпературной зоне температура и состав расплавленного шлака примерно соответствует точке U, При введении углерода в низкотемпературной зоне проходит реакция (2). шлак обогащается карбидом алюминия и температура шлака понижается до точки V, Обогащенный карбидом шлак затем передается в высокотемпературную зону, где протекает реакция (3). Когда давление пара в результате реакции срав=. няется в точке X с внешним давлением, происходит выделение алюминия и окиси углерода. Дальнейший ввод тепла и/или уменьшение внешнего давления (при подъеме смеси жидкости с газом) приводит к продолжению реакции (3) с уменьшением содержания в шлаке карбида алюминия, при этом система возвращается в состояние точки U.

Представленный треугольником UVX цикл является идеальным, а показанные на Фиг.l значения U u V отображают одну из возможных комбинаций этих величин.

Процесс желательно вести. таким образом, чтобы точка U была как можно ближе к точке Н с целью снижения тем" пературы образующегося газа и потерь алюминия.

Ггинозем можно загружать в низкотемпературную зону совместно с углеродом, но это не обязательно. Глино" зем можно загружать и в других местах в расплав, содержащий алюминий, при" чем это может привести да. е к некоторо, у уменьшению растворенного s металле карбида алюминия, 11адение температуры шпака после загрузки глинозема компенсируют генерированием тепла в шлаке при транспортировке его из высокотемпературной в низкотемпературную зону.

На фиг.2 и 3 схематически показана работа устройства для осуществления данного способа.

10 ч

Выходящий из низкотемпературнои зоны 1 расплавленный шлак, температу ра которого составляет 1950-20 0 0, обогащен карбидом алюминия. Елак поступает в канал 2 Ч-образной формы, !5 где нагревается с помощью электрического тока, протекающего между электродами 3, до температуры осуществления реакции (3), т.е. прик;-..рно до 205021)0ÎÑ, От этой точки шлак можно 2О считать находящимся в высокотемпературной зоне и до поступления шлака в сборник ч вводимая энергия расходуется на проведение реакции (3) с образованием пузырьков газообразной 25 окиси углерода и капелек металла. В этой зоне канал должен быть вертикаль ным или иметь уклон вверх в направлении потока шлака. R коллекторе 4 окись углерода удаляется через газо- д ход 5, а расплавленный алюминий скапливается над расплавом шлака и может быть удален через сливной трубопроводь 6. Жидкий алюминий содержит зна" .чительное количество карбида алюминия, который может быть удален извест ными методами. Нлак, имеющий температуру точки 0 (фиг, 1), возвращается в низкотемпературную зону 1 по кана" лу 7, размеры которого выбираются таким образом, чтобы его электросопротивление было выше сопротивления канала 2, В низкотемпературной зоне 1 производится загрузка углерода 8 и глинозема 9. Так как температура шлака выше равновесной, он вступает Во взаимодействие с указанными компонентами с образованием окиси углерода, которая удаляется через газоход 10., Нагрев шлака пропусканием через него электрического тока имеет преиму: щества по сравнению с известным дуговым нагревом. Нагрев осуществляется при большем напряжении и меньшей силе тока, исключается перегрев реакционных зон, что приводит к уменьшению потерь за счет испарений.

Дополнительно для улавливания па-: ров алюминия и соединений алюминия отходящий газ пропускают последовательно через слой углерода и глино" зема, после чего компоненты шихты загружаются - соответствующие точки системы, как было описано.

Низкотемпературная зона 1 может быть снабжена отстойником для сбора компонентов с большим удельным ве" сом„ чем расплавленный шлак. Это дает возможность частично удалить из системы примеси, например железо или кремний, 1055340

Составитель В,Бадовскии °

Редактор M. Бандура Техред Л.Микеш Корректор Г.Orap, Заказ 9141/60 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4