Способ получения алюминия Советский патент 1983 года по МПК C22B4/02 

2,Способ по п.1,отличаю щ и и с я тем, что окись углерода, .выводимую из зоны реакции - пропускают

через слой углерода, после чего углерод вводят в низкотемпературную зону.

3.Способ по п.2, отличающий с я тем, что окись углерода после контактирования с углеродом про пускают через глинозем, вводимый в низкотемпературную зону.

. Способ по п. 1, отличающий с я тем, что карбидно-глиноземный шлак между низкотемпературной и высокотемпературной зонами подогревают пропусканием через него электрического тока.

5. Способ поп.1,отличающ и и с я тем, что карбидно-глиноземный шлак из низкотемпературной зоны в высокотемпературную перемещают снизу вверх по ходу шлака с помощью окиси углерода, выделяющейся в ходе реакции

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

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 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 ij . Однако данный способ недостаточно эффективен из-за трудностей, связанны с введением в реакцию необходимого количества тепла и выделением большог количества газа, содержащего соединения алюминия. Цель изобретения - повышение эффек тивности процесса получения алюминия. Поставленная цель достигается тем. что согласно способу получения алюминия, 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 алюмрГния и окиси углерода,удаление образующейся- окиси углерода из зоны реакций и введение углерода и глинозема, первую и вторую стадию осуществляют в раздельных температурных зонах, карбидноглиноземный 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 низкотемпературную 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 AljOj + 30 2А1 + ЗСО (1) , протекает в две стадии 2А120з + 9С А14Сз + бСО (2) и АГдС + А120з 6 А1 + ЗСО (3) Рейкция (2) протекает при более низкой температуре, поэтому концентрация алюминия и его соединений в отходящих газсх значительно ниже, чем для реакции (З). Кроме того, объем окиси .углерода, образукхцейся по реакции (З), 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 где температура поддерживается равно или выше температуры протекания реакции (2), но ниже температуры протекания реакции (3). Расплав пропускают далее через высокотемпературную зону, где температура поддерживается равной или выше температуры осуществ ления реакции (З). В высокотемпературной зоне собирают и выводят метал лический алюминий, а расплавленный глинозем возвращают в ту же самую ил последующую низкотемпературную зону где в .циркулирующий расплав вводят углерод. Введение глинозема в распла может осуществляться в том же месте где вводится углерод или в другом месте. Предпочтительно ра змещать низкотемпературную и высокотемпературную зоны в различных реакторых, чтобы осуществить раздельный выоод газов по реакциям (2) и (З) и уменьшить потери алюминия. Тепловая энергия должна вводиться в систему для трех целей: поддержание реакции (2); поддержание реакции (З); 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 пе ремещении в высокотемпературную зону Большая часть или вся необходимая энергия передается шлаку во время этого перемещения, а также во время прохождения через высокотемпературну зону. Ввод энергии целесообразно осу ществлять пропусканием через шлак электрического тока. В предпочтительном варианте способа перемещение расплава между зонами осуществляется за счет подъемно силы пузырьков окиси углерода, образующейся в ходе реакций (2) и (З) . Зоны, в которых осуществляются реакции (2) и (З), предпочтительно разделены. Возможно также проведение реакц й|(2) и (З) и в различных зонах одного и того же оеактора, 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, вид сверху; на фиг.З - то ;-;е, вид с боку. Условия типичного цикла осуществления способа (фиг.1) совмещены с фа- зовой диаграммой системы . Линия ABCD обозначает границу твердой и жидкой фазы. Линия EF обозначает условия (температуру и состав) осуществления реакции (2) при давлении 1 атм, а линия GH - соотвстственно условия осуществления реакции(З) После отделения продуктов реакции (алюминия и окиси углерода) в высокотемпературной зоне температураи 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 сравняется в точке X с внешним давлением, происходит выделение алюминия и окиси углерода. Дальнейший ввод теп.па и/или уменьшение внешнего давления (при подъеме смеси жидкости с газом) приводит к продолжению реакции (З) 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.1 знамения U и V отображают одну из возможных комбинаций этих величин. Процесс желательно вести, таким образом, чтобы точка и была как можно ближе к точке Н с целью снижения т;емпературы образующегося газа и потерь алюминия. Глинозем можно загружать в низкотемпературную зону совместно с углеродом, но это не обязательно. Глинозем можно загружать и в других местах в расплав, содержащий алюминий, причем это может привести да-с к некоторому уменьшению растворенного в металле карбида алюминия. Падение температуры шпака после загрузки глинозема кэмпенсиругот генерированием тепла в шлаке при транспортировке его из высокотемпературной в низкотемпературную зону. На фиг,2 и 3 схематически показана работа устройства /у1я осуществления данного способа. Выходящий из низкотемпературной зоны 1 расплавленный шлак, температу ра которого составляет 1950-2050 С, обо. карбидом алюминия. Илак поступает в канал . V-образиой форны, где нагревается с помощью электрического тока, протекающего мехаду элект родами 3, до температуры осуществлемия реакций (3), т.е. примерно до 20502150°С. От этой точки шлак можно считать находящимся в высокотемпературной зоне и до поступления шлака в сборник вводимая энергия расходуется .на проведение реакции (з) с образованием пузырьков газообразной окиси углерода и капелек металла. В этой зоне канал должен быть вертикал ным или иметь уклон вверх в направлении потока шлака. В коллекторе окись углерода удаляется через газоход 5 а расплавленный алюминий скапливается над расплавом шлака и Гюжет быть удален через сливной трубопровод i 6. Жидкий алюминий срдержит зна .чительное количество карбида алюминия, который может быть удален извест ными методами. Шлак, имеющий температуру точки и (фиг.1), возвращается в низкотемпературную зону 1 по каналу 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 вз:аимодействие с указанными компонентами с образованием окиси углерода, которая удаляется через газоход 10., Нагрев шлака пропусканием через него электрического тока имеет преимущества 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 глинозема,, после чего компоненты шихты загружаются в соответствующие точки системы, как было описано. Низкотемпературная зона 1 может быть снабжена отстойником для сбора компонентов с большим удельным весом, чем расплавленный шлак. Это дает ВОЗМОЖНОСТЬ частично удалить из системы примеси, например железо или кремний.

г,г .1|Г-1Ли..1.й «йДТ

% ;.:/

Ы2

Ю

8 3

SE

/ /////////7V7 В

Г