Способ электролитического получения алюминия

 

gpss<- W QAh д ГЩ .,» ..-, .СКМ ли и е. ()695566

Союз Сбеетских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту №вЂ” (51) М.Кл. С 25 С 3/06 (22) Заявлено 20.02.76 (21) 2328259/22-02 (23) Приоритет — (32) 25.02.75 (31) 7918/75 (33) Великобритания (43) Опубликовано 30.10.79. Бюллетень № 40

:Государственный комитет по делам изобретений и открытий (53) УДК 669.713. .723.4 (088.8) (45) Дата опубликования описания 24.12.79! мйаймамж4ыиЫ НВЙВЙ (72) Автор изобретен.ия

Иностранец

Калоо Радж Кумар Бхилотра, (Канада) Иностранная фирма

«Алкан Рисерч энд Дивелопмент Лимитед» (Канада) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО

ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ

1 2

Изобретение относится к области элек- новления. Значительное количество очи-тролитического получения алюминйя из щенных частиц выносится выходящим гаглинозема в расплаве криолита. зом из восстановительных камер, в связи с

Как правило, алюминий получают в чем возникают дополнительные проблем. ванне, поверхность которого покрыта кор- о контроля за загрязнением атмосферы. де-кой застывшего электролита. Новую пор- тальное изучение показывает, что до /е цию глинозема помещают на корку, кото- очищенных частиц потерянных на стадиях рую периодически пробивают. между заводом, где - происходит процесс

Известен способ получения алюминия, Байера, и конечным восстановлением алювключающий загрузку в криолитовый 1О миния, приходится на собранные очищенрасплав глинозема крупностью 44 — 150 мкм, ные частицы, которые добавляются к окпвлажностью 18 — 20% до содержания его в си алюминия из печи или возвращаются в расплаве, равного 4 — 5% (1). печь. Эти потери уменьшаются примерно

Загрузка более крупного глиноземапри- вдвое, когда собранные очищенные частицы водит к излишнему образованию отходов 15 не добавляются к продукту-обжига, котона подине из-за отсутствия вбзможности рый сам содержит до 10% частиц размесвоевременного растворения круттйых" ча- ром меньше 44 мкм (но в связи с более стиц глинозема в электролите. Поэтому долгим пребыванием в печи, они полностью ри получении глинозема, напрйМер", метВ" "кальцинированы). Эти потери, которые дом Байер — спекание частицы -" мейее 20 состоят в основном из частиц размером

44 мкм отделяются от остальной массы . меньше 44 мкм, происходит с пылью, теглинозема, поскольку присутствие их на ... ряющейся или во время доставки, или во последующих стадиях получения алй)мййия время обработки в камерах электролитивызывает множество проблем. ческого восстановления. Таким образом

И1 з-за наличия -этих частиц при обра- 25 наличие мелких очищенных частиц делает ботке окись алюминия становится очень продукт не только технически низким по

-пыльной, что мешает и транспортировке с качеству (из-за проблем, связанных с позавода, где происходит процесс Байера, к терей пыли при доставке и трудностями, электролитическим камерам — вос»станов3те= .: возникающими при работе в камерах восния, и выполнению самой операции восста- 3О становления), но также ведет к значитель- " -и.б95566

4 йяли операцию «сухой очистки» для восстановления фтористого числа до того, как окись алюминия добавляется в камеру.

Были проведены испытания с использованием до 75% гранул, содержащих 11—

12% воды, с соответствующим содержанием воды во всей загруженной окиси алюминия 9 — 10%. Электролитическое действие камеры не было существенно нарушено, правда, приходилось собирать исходящие испарения, чтобы условия работы не были неприятными при разбивании корки.

Прессование мелких частиц кальцинированнбй окиси алюминйя в гранулы нужно15

rd размера легко производится пр омышлен-. но пр игодньгми прессами прокатного типа, образующими cpBBHHTGJIbH0 большие цилиндрические брикеты или длинные листы, ко- торые затем стандартными грануляционны20 ми механизмамй разделываются на грану лы соответствующего размера. Обычно при сортировке прессованные гранулы проходят через сетку в 4 меш. (4760 лжм) и задерживаются на сетке в 100 меш. (150 мкм). Тем

25 не менее, по другим классификационным стандартам может быть принято за норму, когда гранулы проходят сетку в 8 меш. (2362 икм) и задерживаются на сетке в

65 меш. (220 мкм).

30 Хотя прессование может проводиться цах окиси алюминия, бывают случаи, когда желательно смешивать эти частицы с некоторым количеством полностью кальциниро55 вайных частиц, взятых из продукта кальцинации. В свою очередь прессовочные механизмы могут быть применены ко всему полностью или большей части выходного продукта кальцинирования, когда тот со4о держит большую долю, порядка 30% или больше, частиц размером менее 44 мкм.

В этом случае частицы размером менее

44 мкм могут быть извлечены воздушной сепарацие 1 продукта кальцинирования.

45 Выяснено, что гранулы, полностью со- стоящие из собранных кальцинированных мелких частиц с содержанием воды до 25%, могут без осложнений добавляться в камеру в количестве, составляющем по меньшей мере 10% от общего количества окиси алюминия, загруженной в камеру электролити ческого восстановления, и даже более высокие пропорции, например 25%, а в некоторых случаях 50% и больше, не-вызыва55 ют излишних испарений при реакции воды фтористым электролитом камеры. Вследствие того, что общее количество собранных мелких частиц, которые выделяются во время кальцинации в роторной печи, обычно составляет только 3 — 10% от вы " пуска IIe

Основная масса потерь в виде пыл и про†исход на заводе электролитического вос становления. Подсчитано, что до 50% потерь, происходящих во время и после подачи:кальцинированной ркиси алюминия избункера на корку электролита, включая очень значительное количество очйщенных мелких частиц, связано с газом, выходящим из электролизера, и задержкой продукта на корке электролита. Дополнительные боль

Шйе, потери пылй возникают при подаче кальцинированной оииси алюминия с завода по Кальцинации на завод электролитического восстановления. Там, где завод электролитического восстановления удален от завода по производству окиси алюминия, значительное количество "пыли теряется" на йунктах погрузки и разгрузки окиси алю "Минйя.

«Согласно отличительным особеййостям йзобретения 2 — 50 вес. % всего загружаемого в электролизер глинозема подают в виде гранул размером 150 — 5000 мкм из опрессованных частиц глййозема крупносТью в ocHQBHQM менее 44 мкл; что обеспечиваег снижение потерь глинозема и улучшение условий труда.

Для этого очищенные мелкие частицы, которые по весу имеют большую"долю час, тиц размером меньше 44 мкм, собираются из входной газовой струи на стадии «обжига и подвергаются прессованию, образуя при этом отдельные грубые гранулы. Эти мелкие очищенные частицы, как правило, не полностью кальцинированы (они только частично обезвожены) и обычно- ив еют содержан ие примешанной воды порядка 5 — 20%, хотя в многоступенчатых системах сбора самые мелкие частицы, собранные в электростатическом осадителе, могут иметь содержание воды до 25%. Выяснено, что эти грубые гранулы могут быть использованы в количестве, доходящем до 50% от общего содержания окиси алюминия в камере восстановления; и это не TIpHBop!HT к "каким " " либо oco6bIM трудностям в работе. Тем гй менее на поточной основе было бы предпочтительнее ограничить использование таких гранул до 10 — 25% от общей загрузки в камеру. Одной из особенностей настоящего изобретения является то, что грубые гра нулы;размером примерно до 5000 мкм, содержащие до 25% примешанной воды, могут быть успешно добавлены в электролит в осстановмтельной камеры, не вызывая " "при"этом скопления на-дне камеры Hepаст- воренйых осадков, т. е. значительно не iipeвышая осадки которые при о(ычном ме-- ""тоде =йспользованйя" окисй алюмйнггя" скапливаются. в таких камерах. Считается также "возмоЖным вводить транульг в струю таза, вьгходятт бго "йзкййе) М элекгржтй ического восстановления, чтобы они выполтолько на кальцинированных мелких части695566

5 же камеры могут снабжаться окисью алюминня, в которую не были добавлены соб ранные мелкие частицы и которая; следовательно, имеет низкое содержание пыли.

Тем не менее, в продукт, выпускаемый печью, гранулы в большинстве:случаев добавляются и составляют по меньшей мере

2% от выпуска. Соответственно. продукт выпуска печи обеднен мелкими частицами по сравнению с продуктом, в который возвращаются назад все собранные мелкие ч астицы.

Хотя процесс Байера является очень эффективным процессом по выделению алюминия из алюминиевых руд и приводит и получению достаточно чистбй окиси адюмиHING, чтобы можно ее былб прямо добавлять в камеру электролитического восстановления, тем не менее, на стадии выварки и при осаждении щелочного раствора алюмината с тригидратом окиси алюминия не- избежно в раствор вносятся некоторые примеси.

Было. обнаружено, что мелкие частицы. отобранные из отходящего газа из печи (роторной печи или флюидизйрованного каль- . цинатора неподвижйого типа), содержат значительно больше примесей, таких как

Na, Si, Fe, нежели они содержатся в грубом продукте выпуска роторных печей или других кальцинирующих печей. Таким образом, опрессовывая раздельные- мелкие частицы и гранулы и держа гранулы отдельно от грубого продукта кальцинации, обеспечивается контроль над уровнем загрязненности окиси алюмйния, добавляемой в камеры.

Это обеспечивается тем, что гранулы из

-.— -= - eIrpeceoBaIIkIx Млких частиц снова -смеши ." ваются с* грубым продуктом кальцинации в различных пропорциях так, чтобы обеспечить сравнительно высокую чистоту и сравнительно нйзкую чистоту частиц окиси алюминия. Спреосованные из мелких частиц гранулы держатся отдельно и могут добавляться в качестве требующейся доли к той окиси алюминия, которая закладывается в те камеры, которые уже выпускают алюминий с относительно низкой чистотой по причинам, вполне понятным в технике.

Для того чтобы сделать процесс Байера по осаждению более продуктивным, некоторые производителй окиси алюминия проводят этот процесс так, чтобы получить тригидрат окиси алюминия с содержайием мелких частиц тригидрата окиси алюминия (меньше 44 мкм), которые составляют 40% тригидрата, закладываемого в кальцинатор.

Такие тригидраты пр иводят к образованию очень большой доли частиц размером мень..— ше 44 мкм в частицах, возвращенных из выходных газов. В таких случаях техника прессования в настоящем изобретении "имеет особые преимущества, так как осайдение можно выполнять с высокой продуктив

6 !

1 постыл. без полного поднятия, которое невыгодно для такого черезвычайно пыльного продукта;

Поэтому в некоторых случаях бывает удобно выполнять стадию осаждения таким образом, чтобы 10 вес. % или более осаживаемого продукта тригидрата окиси алюминия (после отделения части мелких частиц, предназначенных для затравливания) нахо дилось в виде мелких частиц, т. е, частиц размером меньше 44 мкм, что ведет к увеличению числа частично обезвоженных мелких частнц, которые возвращены из: газа, выходящего из кальцинатора. Следует за10 метить, что ввиду разрушения частиц в

15 кальцинаторе, осаждаемый продукт .трипидрата, состоящий йз 6 вес. % частиц размером в 44 мкм,,как правило,.будет, превращаться в продукт, содержащий после кальцннации 10% или более частиц, размером

-- в 44.мкл (включая собранные.и возвращенные в продукт мелкие частицы). Применение тех условий осаждения, которые приводят к образованию большего числа мелких частиц. после кальцинации, бывает более действенным, когда эти . мелкие частицы (или, большая их часть) собираются и прессованием превращаются в гранулы, На чертеже показано устройство, . реа-. лизующее предлагаемый способ.

При обычном процессе Байера на заводе окиси алюминия сырой тр игидрат окиси алюминия после стадии осаждения 1, закладывается в верхнюю часть наклонной роторной печи 2 и кальцинированная окись алюминия 8 выгружается. Топливо и воздух 4 вводятся в нижнюю часть печи 2 и, 35 как следствие, через верхнюю часть печи выходит очень большое количество газа.

Этот отходящий газ попадает на первую стадию б системы по сбору пыли, которая

40 и отделяет примерно 95% мелких частиц,. по.

-- павших в отходящий газ. Эти частицы снова загружаются в загрузочную часть каль45 цинатора.

/, Выходные газы после первой стадии -5 .системы сбора попадают на вторую. стадию б системы сбора, состоящую из.многоциклонных сепараторов, где . частично обезво50 женные мелкие частицы, в основном размером меньше 44 мкм, собираются при .более сильных гравитационных условиях, чем на первой стадии. Отходящие газы перед, выбросом в атмосферу через выводную трубу

7 могут после второй стадии б быть поданы в электростатический осадитель .8. Электростатический . осадитель собирает частицы размером значительно, меньше 33 л км.,Эти частицы обычно имеют содержание воды

5О 17 — 22%, так как они находились более Короткое воемя в кальцинаторе, В иных случаях .бывает удобно совмещать вторую стадию отделения и электростатический осадитель в одной стадии элЕктростатического осаждения.

695566

Ь

Эта система, кйк oíà описана,.является обьййой. В обычной практике частично обезвоженные частицы, собранные на вто, рой стадии и составляющие 3 — 5% Ьт окиси аЛюминня, загруженной в роторную печь 2, со 11йняйФся с кальцинированной окйсь|о алюМйния, которая выгружается из ййжней

1асти печи. Наиболее мелкие частицы, которые собраны в эЛектро татическбм Ьсадителе 8,- как правило, в одних случаях смешиваются с продуктом, а в ppyf_#_t "вдзйра1цаются в процесс Байера.

Тем не менее в соответствии с настоя111им изобретениеМ чаИичн о обезвоженйые частицы окиси алюмийия после второй стаМйи б и электростатической сепарации подаются в загрузочный бункер 9, гдЕ происхддйт первйчная деаэрация. Важной особенностью 1нзобретеййя является то, что собрайййе мелкйе частицы подвергаются в загрузочйогм бункере 9 полной деаэрации и, не йодвергайсь рЕаэраций, подаЫтся в пытающую вдронку 10, где деаэрация завершается с помощью конического ходового

Ъййта 11, Йеред тем как частицы попадут в стайдартный пресс 12 прокатйдго типа, мотор Ь|й прй усЛдвйях, уйИаййЧьХ=вЯШе, преврап1ает йх в твердые юмки. Хотя возможны другие меФЬды деаэра4ий, выяснилось, что держание частиц в течение примерно 30 мин слоем глубиной 60 — 120 сл адекватно деаэрации в йепрерывном процессе, 1три котором частицы, отЯелейййе на вторОй стадйи, пбступают сйлоШнЬ1Й" потоком в бункер.

Из пресса 12 комки попадают во врап1а1ощуюся обойму гранулятора И, где они разрезаются вращающимся в обратйфй стброну ножом. Материал, образовавшийся из разделейных комьев в гранулы, кбвшовым элеватором 14 йодается на серию сеток 1б, Кбтоpi;re отдекяют слишком крупйые частицы- и возвращают их через транспортер

1б в грануЛятор 18 и которые отделяют слишком мелкие частицы и возвращают их через тракт 17 в пресе 12.

Гранулах размером 2362 †2 мам (или тугие отобрайййе Частиць1- Факто " размера) передаются в бункер 18 для хранения, бткуда транспбртероМ 19 ойи пОМещаются на ЛМбой трайспорт 20 для 1оставкй йа ко. нечный завод электролйтического" восста нбвлеййя... 1 рануЫ не?Йсре) стЬенно могут быть снова:перемешанй с продуктом, пОЛучейный из роторйой печи 2, или могут держаться отдельно. Следует прйзнать, что содержанйе частично обезвоженной пь!ли трйгйдрата окиси алюминия в продукте кальцинированйой отлей алюминия су@ественно, уменьшается по cpавйению с продуктом стайдартной систеаы кальцйнации окиси алюмийия., которая обрабатывает такой "же трйгидрат оки си алюминия.

1

Были проведены обширные исследования по установлению пригодности прессованных гранул частично обсзвоженной окиси "алюминия для помещения в камеры

5 электролитического восстановления в качестве частичного заменителя обыкновенной кйЛЬциниройанной окиси алюминия.

П р и м е p 1. Загрузка обыкновенной кальцинированной осси алюминия с содержанием воды 1 — 2% в две камеры электролитического восстановления составляет

2000 фунтов в день. В одной серии испытаний часть окиси алюминия, загружаемой в одну камеру, "заменена в день 200 фунтами гранул, прессбванных из пыли, что составляет 10% от всей загрузки в эту камеру, а в другую ка .меру загружается в день 1000 фунтов нормальной окиси алюминия и 1000 фунтов гранул. Обе камеры нормально работают в теченйе ЗЗ дней. Пропорция прессованных ыз пыли гранул, загружаемых во вторую камеру, затем увеличена до 1500 фунтов в день (75% от всей загрузки в камеру). Камера прод|олжает работать удовлетворительнд, не считая того, чтд во время разбивания корки увеличиваются испарения, что не наблюдается при нормальной работе (работе с нормальной кальцинированной ьКйсьЬ алюминия). Поэтому сделано заключенп1е, Что гранулах, спрессованные . Йз частично обезвоженных мелких частиц . окйси алюмййия, не должны составлять более 50% от основной окиси алюминия в камере, Хотя случайные превышения не вызыЗ5 вают сбоя в работе камеры.

В обоих камерах расход A1F3 не выходит за рамки расхода при нормальнбй работе камеры. Чистьта выпускаемого металла, вклйчая железистый и кремнистый

4о уровни, также нормальная. Были некоторые показателй на то, что использование гранул уве 1йчивает срок службы футеровки камеры.

Пример 2. В дальнейших сериях ис45 пытаний используйся две идентичных ли" Ййй камер восстановления. В камеры линии

Л загружаешься в день прйМерно 2000 фунтой йбрйаЛЬнбй Каль@инированной окиси алюминйя (йклй%ая приблизительно 5% частично обезвоженной вбзвращенной пыли). В камеры линии Б загружается в день приблизительно 1900 фунтов кальцинированной окйсй алюмийий (свободныч от собранной пыли) и 100 фунтов собранной на второй ста1гии и спрессованйбй в гранулы г14глй размером от 8 до 65 меш. (2362—

220 мкм). Спрессованная в гранулы пыль, таким образом, добавлена в количестве, собтветствующем количеству возвращенной

6О пьяни в"нОрФальной каЛьцйнированной окиси алюминия, выпущенной из роторной пе Фи;

В йрддолйеннь1х сериях испытаний выяснилось, что нет статически важной раз65 йицы в"потей HF в линии А и линии Б,, . 695566

Составитель Г. Титова

Редак ор 3. Ходжа а

Техред А. Камышникова

Корректор С. Файн

Заказ 1208/1526 Изд. № 656 Тираж 727 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5 Тип. XapiA<. фил. пред. «Патент»

Изобретение позволяет утилизировать пыль, снизив потери глинозема, и улучшить условия труда.

Формула ызобретения Способ электролитического полученич алюминия, включающий загрузку глиноземного сырья, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения потерь глинозема" и улучшения условий труда, 2 — 50 вес. % всего загружаемого" гк.1йЪбзема" подают в виде гранул размером 150 — 5000 мкм из спрессованных частиц глинозема крупностью в

5 основном менее 44 мкм.

Источник информации, принятый во внимание при экспертизе:

1. Патент США № 3852173, кл. 204-67, 10 1974.