ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ Советский патент 1938 года по МПК C22B4/02 

Предлагаемое изобретение относится к электротермическим способам получения алюминия путем восстановления глинозема углем и имеет целью повысить выход металлического алюминия из плава.

Применяемый до настоящего времени в технике электролитический способ получения алюминия, при котором исходным материалом является обычно боксит, экономически нерационален, так как требует в 5-6 раз больше электрической энергии, чем это необходимо теоретически, и кроме того выполним лишь при применении особенно чистой окиси алюминия и фтористых солей, равно как больших количеств чистого анодного материала, что в общей сложности составляет значительную часть себестоимости готового алюминия и требует оборудования ряда заводов для подсобных производств. С другой стороны, при всех известных до сего времени попытках электротермического восстановления алюминия из его окиси, требовался на менее чистый глинозем, причем практически наиболее подходящим оказался глинозем, полученный из боксита через алюминат натрия (способ Байера и др.).

Наиболее показательными в отношении непосредственного восстановления алюминия из его окисла остаются до сих пор опыты, произведенные Аскенази и Лебедевым (Zeitschrift Elektrochemie 1910 г., стр. 559) доказавшие, что получение металлического алюминия восстановлением в электрической печи глинозема углем вполне осуществимо. Однако получающийся в результате такого восстановления продукт представляет собою настолько тесную смесь металлического алюминия с его карбидом и остатками непрореагировавших материалов, что при последующем нагревании до температуры, несколько превышающей точку плавления алюминия, значительная часть его остается неотделимой от остальной массы карбида и т.п.

Предлагаемый способ имеет целью использовать прием восстановления глинозема углем с достаточно хорошим выходом в электрических печах больших мощностей, работающих на переменном токе. При этом он допускает применение глинозема, получаемого в сплавленном виде путем частичного восстановления всех содержащихся в исходном материале (например, боксите) окислов кроме глинозема. Сущность этого способа заключается в следующем. При восстановлении глинозема углем в пламени вольтовой дуги электрической печи алюминий выделяется в газообразном виде и вступает с окисью углерода и углем в экзотермическую реакцию, давая карбид алюминия. Для того, чтобы при этих условиях алюминий мог остаться в металлическом виде, необходимо повысить в сфере реакции давление настолько, чтобы температура испарения алюминия сильно повысилась. Это может быть достигнуто автоматически тем, что выделяющемуся алюминию предоставляется возможность раствориться в более высококипящем металле или соединении.

Предлагаемый способ состоит в том, что к оставшемуся от выплавки алюминия карбиду, полученному от прежней плавки, добавляется такое количество окиси алюминия и угля, которое в состоянии при полном восстановлении дать количество алюминия, требующееся для получения прежней степени насыщения массы алюминия, т.е. до того содержания металла в массе, которое последняя имела до процесса выплавки. Благодаря этому, восстановлению подвергается каждый раз все введенное вновь количество глинозема, а остающаяся после выплавки масса ненасыщенного карбида снова возвращается в печь, так что процесс идет без отбросов производства.

В общем на получение алюминия затрачивается количество глинозема, угля и электрической энергии, которое соответствует процессу восстановления по формуле: Al₂O₃+3С=Al₂+3СО и кроме того, количество тепла, требующееся на выплавление металлического алюминия из смеси.

Предлагаемый способ позволяет производить восстановление алюминия непрерывным процессом, применяя лечи типа карбидных, в которых расход энергии превышает теоретический не более, чем в два раза, причем работа может вестись на переменном токе, как однофазном, так и двух- и трехфазном, в печах любой мощности. В случае применения печей закрытого типа возможна утилизация теплотворной способности окиси углерода для выплавления металлического алюминия из смеси его с карбидом.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет применять глинозем, полученный электротермическим путем в сплавленном виде, непригодный для электролиза вследствие его трудной растворимости в расплавленном криолите и вследствие содержащихся в кем небольших примесей железа и кремния. Такой глинозем может быть подвергнут специальной очистке посредством вторичной переплавки с соответствующими добавками или же может быть непосредственно применен для восстановления с добавкой некоторого количества фтористых и хлористых солей, дающих с кремнием и железом летучие соединения.

Электротермический способ получения алюминия путем восстановления глинозема углем в присутствии вводимого в печь вместе с глиноземом и углем карбида алюминия, отличающийся тем, что карбид алюминия вводят в таком количестве, в котором полностью может раствориться весь образующийся при восстановлении глинозема алюминий.