Способ получения алюминия и устройство для его осуществления

 

1. Способ получения , включающий термообработку окиси алюминия в присутствии углерода, взаимодейстАе полученного продукта, содержащего карбид и алюминийтрифторид, при нагревании с образованием алюминийсубфторида и разложение субфторида до алюминия и алюминийтрифторида, отличающийс я тем, что, с целью повышения эффективнос:ти процесса путем обеспечения его непрерывности, перед термообработкой осуществляют агломерацию исходного материала с покрытием агломерационных частиц углеродом, нагревание проводят резистивньм способом , а разложение осуществляют конденсацией с помощью слоя нийтрифторида при 1100°С. 2. Устройство для получения алюминия , выполненное в виде реактора шахтного типа, отличающеес я тем, что, с целью повышения эффективности процесса путем обеспечения его непрерьшности, реактор снабжен вертикальной ретортой, выполненной из графита со сквозными щелями, расположенными под углом к стенке шахты реактора, при этом расстояние между стенками шахты реактора и реторты составляет 20-25 см, а нижний конец реактора выполнен со средством для отвода металла. СО д 00 й| 00 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (50 4 С 22 В 2

ЖВ: 6@ Кg g

13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н AATEHTV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3513564/22-02 (62) 2979299/23-26 (22} 24. 11. 82 (23) 28. 08. 80 (31) P 294860. 6 (32) 04. 12.79 (33) DE (46) 23.08.86. Бюл. В 31 (71) Ферайнигте Алюминиум-Верке, АГ (DE) (72) Зигфрид Вилькенинг (DE) (53) 669.713.1.054(088.8) (56) Патент США ll 3832164, кл. С 22 В 21/02, опублик. 1974.

Патент Clllh. ll 3732164, . кл. С 22 В 21/02, опублик. 1974.. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕИИЯ АЛЮИИНИЯ И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ получения алюминия, включающий термообработку окиси алюминия в присутствии углерода, взаимодействие полученного продукта, содержащего карбид алюминия и алюминийтрифторид, при нагревании с образованием алюминийсубфторида и разло, SU„„1253433 A 5 жение субфторида до алюминия и алюминийтрифторида, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эффективности процесса путем обеспечения его непрерывности, перед термообработкой осуществляют агломерацию исходного материала с покрытием агломерационных частиц углеродом, нагревание проводят резистивнык способом, а разложение осуществляют конденсацией с помощью слоя алюминийтрифторида при 1100 С.

2. Устройство для получения алюминия, выполненное в виде реактора шахтного типа, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса путем обеспечения его непрерывности, реактор снабжен вертикальной ретортой, выполненной из графита со сквозными щелями, расположенными под углом к стенке шахты реактора, при этом расстояние между стенками шахты реактора н реторты составляет 20-25 см, а нижний конец реактора выполнен со средством для отвода металла.

33 2 зующего кокса, так как к углеродистой оболочке предъявляются требования высокой прочности. Углеродистая оболочка и дальше должна быть стойкой к давлению, удару и истиранию. Толщина ее стенки выбирается такой, чтобы оболочка смеси, находящейся в ядре окатыша, удовлетворяла механическим нагрузкам, которым подвергается ока-. тыш. Коксующаяся оболочка, кроме того,,должна проводить электрический ток, так как предусматривается электрический резистивный нагрев окатышей. В засыпке или упаковке иэ формованных окатышей ток, главным образом, течет от окатыша к окатышу по углеродным оболочкам. При восстановлении окиси алюминия с углеродом в карбид алюминия углеродная оболочка в изменяющихся условиях электрического сопротивления и подвода тепла остается стабильной при изменениях ядра во время восстановления. Редукционный газ оставляет ядро по порам, имеющимся в углеродной оболочке, Кроме того, углеродистая оболочка служит в качестве маленькой транспортной емкости для продукта реакции — карбида алюминия.

Прочность смеси ядра иэ окиси и кокса имеет подчиненное значение.

Коксовый остаток углеродистого связующего в смеси ядра должен служить в качестве восстанавливающего углерода для окиси алюминия и быть достаточным для восстановления до карбида алюминия. В откоксеванной смеси ядра, например, содержание кокса или восстанавливающего углерода должно составлять около 30-35Х.

Перед введением в электрические восстановительные печи сырые заготовки должны быть откоксованы или обожжены. Обжиг происходит либо отдельно от восстановительной печи в, шахтных, туннельных или вращающихся цилиндрических печах до температуры около 800-1000 С, либо окатыши могут обжигаться непосредственно на

50 предварительной ступени восстановительной печи. Так как формованные окатыши все равно должны быть нагре,ты до температуры восстановления, то при использовании комбинированной

Сырые заготовки сразу после изготовления коксуют. Прн этом пек в оболочке и углеродистое свяэукнцее, в ядре превращаются в твердый углерод или кокс. Коксуемый пек в оболочке должен выполнять задачу хорошего свяпечи для обжига и восстановления экономится энергия.

Предлагаемый способ получении карбидов с помощью алюминия может

4 12534

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к технологии получения алюминия и используемым в этом процессе конструкциям.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса путем обеспечения его непрерывности.

Согласно предлагаемому способу смесь из окиси алюминия и углерода агломерируется, каждая частичка 10 агломерата окружается углеродом и/

/или графитом, изготовленные таким образом частички (тела) коксуются в плотно упакованной засыпке и восстанавливаются, и алюминий извлекается с 15 алюмофторидом из полученного таким образом карбида алюминия.

Согласно технологии загружают пригодный материал и проводят его предварительную обработку. Для, этого мел" ро ко измельченную окись алюминия смеши вают со способным связываться носителем углерода, например углеродными связующими, такими, как деготь, пек, смола или, в особенности, так назы- 25 ваемыми экстрактивными веществами, полученными из каменного угля с помощью растворителей или под давлением.

Свежая смесь иэ окиси алюминия и угле. родного связующего агломерируется в маленькие заготовки (окатыши).

Окатыши могут иметь форму изометрических цилиндров, шаров или брикетов в виде подушек и в большом числе отформовываться на кольцевых валках или настольных прессах. Уплотненная и отформованная смесь из окиси алюминия и углеродистого связующего затем охватывается оболочкой только из углерода. Для образования оболочек 4О служит пластически формуемая масса, которая готовится, например, из порошка нефтяного кокса и пека. Формо" ванная заготовка засыпаемого материала сравнима с орехом, причем в ка- 45 честве ядра применяется смесь из окиси алюминия и углеродистого связующего, а в качестве оболочки - малозольный порошок кокса и пека, Угле. родная оболочка может быть получена опрессовкой или накаткой, как при получении окатышей.

1253

3 быть также применен и для других образующих карбиды трудновосстанавливаемых металлов; таких как бор, кремний, титан, цирконий, титан, ниобий, молибден, вольфрам или уран, при восстановлении которых в дуговых печах возникают те же трудности, что и при электротермическом восстановлении Аl 0 . При этом карбиды названных металлов могут получаться >0 непрерывно, в то время как все известные способы получения карбидов этих металлов дискретные. Становится возможным непрерывно получать тугоипавкие бориды, например .бориды ти- !5 тана HJIH циркония, непосредственно иэ соответствующих окислов.

Карбид алюминия, содержащийся в капсуле из углерода и полученный в ходе карботермического восстановле- 20 ния из окиси алюминия, представляет собой промежуточный продукт, иэ которого может быть выделен алюминий.

Извлечение алюминия происходит с помощью газообразного фторида алюми- 25 ния AlF> при температуре выше 1100 С (A1F сублимируется при температуре около 1100 С). Известно, что фторид алюминия при высоких температурах реагирует с алюминием, образуя газо- Зо образный субфторид алюминия А1Г, который при понижении .температуры снова превращается путем реакции окисления-восстановления в алюминий и фторид алюминия. Транспортная реакция через субфторид алюминия может быть применена для выделения алюминия из

его карбида. Для превращения карбида алюминия с фторидом алюминия в субфторид алюминия необходима температура f500-1600 С.

В замкнутой реакционной камере при реакции окисления-восстановления (в алюминий и фторид алюминия) субфторида алюминия поддерживается разность температур, позволяющая обесточить автоматический круговой процесс извлечения алюминия.

На чертеже схематично представлен реактор для извлечения алюминия пред- о лагаемым способом.

Реактор состоит из центральной цилиндрической камеры 1 и кольцевой камеры 2. Центральная камера образуется толстостенной графитовой трубоИ5

3 с наклонными окнами 4. Графитовая труба иэ-за своих больших размеров собирается из отдельных, вставляемых

433 4 друг в друга колец. Сверху и снизу графитовая труба заканчивается присоединительными кольцами 5 из графи" та, в которые ввинчиваются токоподводящие болты 6. Контактный прижим между трубой иэ графита и присоединительными кольцами 5 обеспечивается пружиной 7 сжатия. Графитовая труба нагревается током резистивным способом. По внешнему периметру реактор окружен кирпичами 8 с высоким содержанием Аl 0

Материал, содержащий карбид алюминия,через запираемую зону 9 подогрева с входной температурой выше

1100 С подается в центральную камеру для реакций. Углеродный материал, оставшийся после извлечения алюминия, выпускается через охлаждаемую камеру и выводной диск 10 с заслонками 11.

При вводе в эксплуатацию центральная камера реактора заполняется наряду с материалом, содержащим карбид алюминия, также и фторидом алюминия. При имеющейся в камере реактора температуре 1500-1600"С фторид алюминия испаряется. Он конденсируется в слой

12 на стенке реактора. Слой фторида алюминия действует как дополнительная теплоизоляция, и его толщина растет при достаточном количестве A1F

3 до тех пор, пока температура на внутренней поверхности слоя 12 не подни- . мется выше 1100 С и A1F не сможет

5 больше конденсироваться. Тем самым внутри реактора создается атмосфера

AlF . В центрапьной камере 1 A1F, при f500-1600 С реагирует с карбидом алюминия с образованием A1F, который затем путем диффузии подводится к более холодной стенке реактора или к сконденсировавшемуся слою из AlF>, где он снова путем реакций окисления-восстановления превращается в алюминий в газообразный А1Г

Таким образом алюминий постоянно транспортируется иэ внутренней эоны графитовой трубы через окна и кольцевую камеру к окружающей стенке.

Там выцелившийся алюминий течет по стенке вниз, собирается на днище 13 кольцевой камеры и через выпускное отверстие !4 выпускается дискретно ипи через сифон (не показан) — непрерывно.

Температура предназначенного для извлечения алюминия засыпного материала в переходной зоне от зоны пред» 12534 варительного нагрева к центральной камере реактора должна быть выше, чем температура конденсации на наружных поверхностях слоя, чтобы на засыпном материале не осаждался алюми» ний. Подвод засыпного материала в реактор для извлечения алюминия происходит через загрузочное отверстие

15 и огнеупорную запирающую заслонку

)б, открываемую при заполнении.

Загрузочное устройство может также иметь и другую конструкцию, например, в виде конусного или клапанного затворов. Температура выгружаемого материала, остающегося после извлечения (алюминия) углеродного материала„ должна быть выше температуры наружных поверхностей слоя. В верхнем участке охлаждаемой зоны

17 остатки углерода создают теплоиэо- 20 ляцию снизу и тем самым препятствуют местному превращению А1Р в Аl и AlF в ходе реакций окисления-восстановления.

Реактор для извлечения алюминия 2» может иметь цилиндрическое или прямоугольное поперечное сечение. Он может состоять из нескольких реакторов, собранных в одну батарею.

Смесь из окиси алюминия и углерода окружается стабильной углеродной

Оболо 1КОЙ и Ядро из Al 03 С В восстановительной печи восстанавливается в карбид алюминия. Целесообразно, чтобы углеродная оболочка перед входом в реактор была разрушена или взорвана для обеспечения более легкого доступа к карбиду алюминия. Выходящий из реактора углеродный материал возвращается в техноло- 40 гический цикл, т.е. снова используется для подготовки смеси А1„0 -углерода или. для получения углеродной оболочки.

Согласно другому варианту можно 4» использовать-заранее изготовленную емкость из углерода или графита для приема смеси из окиси алюминия-углерода-связующего, Тогда нет необходимости в том чтобы углеродные оболоч ки со всех сторон закрывали смесь из

Al 0 -C. Предпочтительными являются формы сосудов, открытые с одной или двух сторон, такие как цилиндрические тигли или гильзы. Заранее изготовленные емкости иэ угля или графита ис33 6 пользуются несколько раэ в рабочем - цикле до их замены иэ-эа износа или разрушения.

При использовании заранее изготовленной емкости способ осуществляют следующим образом.

Из пригодной углеродной массы на пресс-экструдере прессуются трубы, обжигаемые в кольцевой печи для обжига. Угольные трубы делятся на одинаковые по величине отрезки, т.е. на гильзы или кольца. Заранее изготовленные угольные гильзы заполняются с помощью запрессовывания пластичной смесью иэ окиси алюминия, порошка нефтя-. ного кокса и связующего на базе смо-. лы. Чтобы лучше удержать смесь в уг- . леродных гильзах последние могут иметь направгенные внутрь и отформованные при экструдировании зубья.

Заполненные гильзы служат в качестве засыпного материала, как для восстановительной печи, так и для реактора при получении алюминия.

В шихте восстановительной печи коксуется масса из Аl О -С-связующего и B зоне восстановленйя восстанавливается до карбида алюминия. Углеродная гильза является опорным корпусом и элементом резистивного нагрева находящейся в ней массы из А120 -С.

В шахтной части масса из Аl 0 -С-свя2 зующего теряет 5-20% своего веса и прн этом усаживается. Коксуемая масса

А1 0>-С при восстановлении до карбида алюминия также теряет (до 55%) ae" са при небольшой усадке.

Карбид алюминия образует пористую рыхлую раэдавливаемую структуру. В реакторе для извлечения алюминия полые пространства между несущими гильзами из углерода способствуют хорошему диффузионному обмену, т.е. подводу газообразного A1F к карбиду

Э алюминия и отводу газообразного AiF.

В реактор желательна небольшая добавка фторида кальция и/или фторида магния к фториду алюминия (до

5 мас.X) для коагуляции выделенных капелек алюминия, Кроме того, в восстановительные печи к разгрузочным частям можно подводить водород или азот, чтобы с помощью водорода улуч" шить условия восстановления или, в случае применения азота, получить карбоннтриды.

1253433 . Составитель В.Черняков редактор Н.Егорова Техред В,Кадар,КорректоР С.Шекмар

Заказ 4634/60 Тирак 567 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам иэобретеннй и открытий

113035, Иосква, Ж"35, Раущская наб., д..4/5 М

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðàä, ул.Проектная, 4