СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2003 года по МПК C25C1/02 

Изобретение относится к области химии и металлургии, к средствам электролитического способа получения легких металлов.

Известен способ получения алюминия посредством электролиза водного раствора солей алюминия (RU 2032772, С 25 С 1/02, 1995 г.). Недостатком известного способа является необходимость применения в качестве исходного продукта сравнительно дорогостоящего раствора алюмината натрия или хлористого алюминия и выделение газообразного водорода в качестве побочного продукта, требующего применения обеспечивающего безопасность специального оборудования.

Наиболее близким аналогом заявляемому способу и экономически более выгодным является способ получения алюминия посредством электролиза водного раствора сульфата алюминия (RU 38327, С 25 С 1/02, 1934 г.). Однако указанный способ технологически осложнен наличием на катоде диафрагмирующей жидкости, препятствующей повышению производительности процесса за счет интенсивной циркуляции электролита.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание экономически выгодного производства алюминия посредством утилизации алюмосодержащих отходов.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в снижении себестоимости и повышении технологичности способа получения алюминия.

Указанный технический результат достигается способом получения алюминия электролизом водного раствора сульфата алюминия за счет того, что в качестве анода используют нерастворимые оксинорутениевые электроды, а в качестве катода - электроды из волокнистого углеграфитового материала, при этом водный раствор сульфата алюминия дополняют растворимыми депассивирующими добавками, а также за счет того, что в качестве депассивирующих добавок используют хлориды натрия и калия, а также за счет того, что водный раствор сульфата алюминия с депассивирующими добавками получают посредством обработки серной кислотой алюмосодержащего шлака алюминиевого производства. Реализация заявляемого изобретения поясняется на примере работы химико-технологической установки, структурная схема которой изображена на чертеже.

Для получения сульфата алюминия в реактор 1 через дозатор 2 из питателя 3 загружают алюмосодержащий шлак (например, в количестве 2,2 м³/ч), через дозатор 4 подают воду (например, в количестве 3,4 м³/ч), а из емкости 5 насосом 6 - 85-90%-ную серную кислоту (например, в количестве 0,5 м³/ч). В целях гашения избытка температуры экзотермической реакции до величины 18-30^oС "рубашку" (не показана) реактора охлаждают циркуляцией воды по линиям 7 и 8.

При взаимодействии кислоты с алюмосоединениями в шлаковой пульпе происходит реакция с получением сульфата алюминия
Аl₂O₃+3H₂SO₄=Al₂(SO₄)₃+3Н₂О.

Процесс в реакторе 1 проводим до достижения показателя рН 3,5-5, что соответствует завершению взаимодействия кислоты с алюмосоединениями и образованию раствора сульфата алюминия с концентрацией 25-30%. В силу наличия в исходном сырье - шлаке - буферных веществ природного происхождения или в результате дополнительного введения водный раствор сульфата алюминия будет дополнен депассивирующими добавками, в частности хлоридами натрия и калия.

Из реактора 1 по линии с насосом 9 водный раствор сульфата алюминия уже как электролит с заданными свойствами поступает в электролизер 10. Для обеспечения стабильной работы установки по данному способу электролит должен иметь содержание сульфата алюминия 200-300 г/л, содержание хлоридов натрия и калия 0,5-5,0 г/л, рН 3,5-5,0 и температуру 18-30^oС. Данный электролит обладает надлежащей рассеивающей и кроющей способностью для осаждения на катоде слоя металлического алюминия толщиной до 600-1000 мкм.

Электрохимическая среда электролизера 10 образована источником электрического тока 11, проводниками первого рода - электродами 12 и проводником второго рода - электролитом в виде водного раствора сульфата алюминия с депассивирующими добавками - хлоридами натрия и калия. При этом в качестве анода(ов) применены нерастворимые оксинорутениевые электроды, а в качестве катода(ов) применены электроды из волокнистого углеграфитового материала.

В результате электролиза водного раствора сульфата алюминия на катоде из волокнистого углеграфитового материала осаждается металлический алюминий. Для поддержания эффективности процесса, предотвращения обеднения электролита и уменьшения плотности тока подачу раствора сульфата алюминия насосом 9 осуществляют со скоростью потока в электролизере 2-3 м/с. Присутствие в растворе хлоридов калия и натрия способствует поддержанию постоянной концентрации водородных ионов, стабилизирует плотность катодного и анодного токов, увеличивает электропроводность электролита и предотвращает образование карбида алюминия на катоде из волокнистого углеграфитового материала. В этих условиях сочетание высокопрочного и кислотостойкого оксинорутениевого анода и волокнистого углеграфитового материала с высокоразвитой поверхностью на катоде обеспечивает выделение из исходного раствора до 99% металлического алюминия.

По достижении на катоде толщины слоя алюминия величиной 600-1000 мкм плотность катодного тока падает, процесс электролиза останавливают, с катода снимают алюминиевую фольгу и складывают в контейнер 13.

В процессе электролиза помимо основных кислотно-восстановительных реакций могут иметь место и побочные реакции, обусловленные присутствием в небольших количествах других металлов и примесей. Образующиеся вследствие этого газообразные и иные соединения удаляют соответственно через отсос 14 и через отстойники 15 и 16. Сопутствующая этому процессу вода очищается осаждением примесей в отстойнике 15 коагуляцией под воздействием небольшого остаточного количества сульфата алюминия и затем из емкости 17 насосом 18 направляется на повторное использование в реактор 1.

Изобретение относится к металлургии и химии и может быть использовано при электролитическом восстановлении алюминия из водных растворов. Технический результат заключается в снижении себестоимости и повышении технологичности способа. Алюминий получают электролизом водного раствора сульфата алюминия, в качестве анода используют нерастворимые оксидно-рутениевые электроды, а в качестве катода - электроды из волокнистого углеграфитового материала, при этом водный раствор сульфата алюминия дополняют растворимыми депассивирующими добавками, в частности хлоридами натрия и калия. Водный раствор сульфата алюминия с растворимыми депассивирующими добавками получают посредством обработки серной кислотой алюминийсодержащего шлака алюминиевого производства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения алюминия электролизом водного раствора сульфата алюминия, отличающийся тем, что в качестве анода используют нерастворимые оксидно-рутениевые электроды, а в качестве катода - электроды из волокнистого углеграфитового материала, при этом водный раствор сульфата алюминия дополняют растворимыми депассивирующими добавками. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве депассивирующих добавок используют хлориды натрия и калия. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что водный раствор сульфата алюминия с растворимыми депассивирующими добавками получают посредством обработки серной кислотой алюмосодержащего шлака алюминиевого производства.