Способ получения алюминия

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 11 С 22 ВМ ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ АТЕНТУ и,СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(72) Эрнест Уильям Дьюинг(Великобритания), Жан-Поль Робер ХюРаман Радха Суди Фредерик Уильям Саутам (Канада)(7) Алкан Рисерч энд ДивелопментЛимитед (Канада)(5")(57) 1., СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮИИвключающий взаимодействие глинозем с углеродом на первои стадии при тем"пературе образования карбидно-глиноземного шлака и окиси углерода, взаимодействие карбидно-глиноземного шла"ка с глиноземом на второй стадии притемпературе образования алюминия иокиси углерода, удаление образующейсяокиси углерода из зоны реакции ивведение углерода и глинозема, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эФФективности процессапервую и вторую стадию осуществляютв раздельных температурных зонах,карбидно-глиноземный шлак пропускаютчерез высокотемпературную зону, отделяют образовавшийся алюминий, после него шлак возвращают в ниэкотемпературную зону и вводят углерод.,выводимую из зоны реакциипропускаютчерез слой углерода, после чегоуглерод вводят в низкотемпературнуюзону. 3. Способ по п,2, о т л и ч а ю "щ и й с я тем, что окись углеродапосле контактирования с углеродом пропускают через глинозем, вводимый внизкотемпературную зону. 10553404, Способ по и. 1, о т л и ц а ющ и й с я тем, что карбидно-глиноземный шлак между низкотемпературной ивысокотемпературной зонами подогревают пропусканием через него электрического тока.5. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что карбидно-глиноземный шлак из низкотемпературной зоны ввысокотемпературНую перемещают снизувверх по ходу шлака с помощью окисиуглерода, выделяющейся в ходе реакцииИзобретение 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 10 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 111 15Однако данный способ недостаточно эффективен из-за трудностей, связанных с введением в реакцию необходимого количества тепла и выделением большого количества газа, содержащего соеди" 2 нения алюминия.Цель изобретения - повышение эффек тивности процесса получения алюминия,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения алюми 25 ния, 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 алюмйния и окиси углерода, удаление образующейс окиси углерода из зоны реакции и введение углерода и глинозема, первую 35 и вторую стадию осуществляют в раздельных температурных зонах, карбидноглиноэемный шлак пропускают черезвысокотемпературную зону, отделяютобразовавшийся алюминий, после чегошлак возвращают в низкотемпературнуюзону и вводят углерод.При этом окись углерода, выводимуюиз зоны реакции, дополнительно могутпропускать через слой углерода, послечего углерод вводят в низкотемпературную зону.Кроме. того, окись углерода послеконтактирования с углеродом могут пропускать через глинозем, вводимый вниэкотемпературную зону,Карбидно-глиноземный шлак междунизкотемпературной и высокотемпературной зонами подогревают пропусканиемчерез него электрического тока,. При этом карбидно-глиноземный шлакиз низкотемпературной зоны в высокотемпературную может перемещаться снизувверх по ходу шлака с помощью окисиуглерода, выделяющейся в ходе реакции,Сущность способа заключается в том,что реакция восстановления алюминияиз глиноземаА 12 ОЭ + 3 С = 2 А 1 + 3 СОпротекает в две стадии2 А 120 э + 9 С = А 1,1 С 5 + 6 СО (2)д 1 С+ А 12 О " 6 д 1 + ЗСО (3) Реакция (2) протекает при более низкой температуре, поэтому концентрация алюминия и его соединений в отходящих газах значительно ниже, чем для1055 50 3реакции (3). Кроме того, объемокиси .углерода, образующейся пореакции (3), в два раза меньше, чемпо реакции(2).Изобретение заключается в организации циркулирующего потока расплавленного глиноземного шлака, содержащего углерод в форме карбида илиоксикарбида алюминия. Расплав проходит через низкотемпературную зону, 1 Огде температура поддерживается равнойили выше температуры поотекания реакции (2), но ниже температуры протекания реакции (3). Расплав пропускают далее через высокотемпературнуюзону, где температура поддерживаетсяравной или выше температуры осуществления реакции (3). В высокотемпературной зоне собирают и выводят металлический алюминий, а расплавленныйглинозем возвращают в ту же самую илипоследующую низкотемпературную зону,где в циркулирующий расплав вводятуглерод, Введение глинозема в расплавможет осуществляться в том же месте,где вводится углерод или в другомместе.Предпочтительно размещать низкотемпературную и высокотемпературнуюзоны в различных реакторых, чтобы30осуществить раздельный вывод газовпо реакциям (2) и (3) и уменьшитьпотери алюминия.Тепловая энергия должна вводитьсяв систему для трех целей; поддержа-ние реакции (2); поддержание реакции (3); компенсация потерь тепла.В низкотемпературной зоне в местеввода углерода в расплав шлака имеетместо снижение температуры вследствие эндотермического характера реакции (2) . Энергия необходима для по=вышения температуры шлака при его перемещении в высокотемпературную зону,Большая часть или вся необходимаяэнергия передается шлаку во времяэтого пЕремещения, а также во времяпрохождения через высокотемпературнуюзону. Ввод энергии целесообразно осуществлять пропусканием через шлак.электрического тока,В предпочтительном варианте способа перемещение расплава между зонами осуществляется за счет подъемнойсилы пузырьков окиси углерода, образующейся в ходе реакций (2) и (3),55Зоны, в которых осуществляются реакции (2) и (3), предпочтительно разделены. Возможно также проведение 3 ч 0 4реакций 1(2) и (3) и в различных зонаходного и того же реактора, причемрасплавленный шлак циркулирует междуэтими зонами за счет газлифта иилитепловой конвекции.На фиг. 1 изображен оперативныйцикл осуществления предлагаемогоспособа; на фиг.2 - устройство дляосуществления предлагаемого способаФвид сверху; на Фиг.3 - то:",е, вид сбоку.Условия типичного цикла осуществления способа (фиг, 11 совмещены с фа.зовой диаграммой системы А 10-А 1 С,Линия АВСО обозначает границу твердой и жидкой фазы, Линия ЕГ обозначает условия (температуру и состав)осуществления реакции (2) при давлении 1 атм, а линия СН - соотвстственно условия осуществления реакции(3)После отделения продуктов реакции(алюминия и окиси углерода) в высокотемпературной зоне температураи состав расплавленного шлака примерносоответствует точке О, При введенииуглерода в низкотемпературной зонепроходит реакция (2), шлак обогащается карбидом алюминия и температура шлака понижается до точки Ч,Обогащенный карбидом шлак затем передается в высокотемпературную зону,где протекает реакция (3). Когда давление пара в результате реакции срав=няется в тоцке Х с внешним давлением,происходит выделение алюминия и окиси углерода. Дальнейший ввод теплаи/или уменьшение внешнего давления(при подъеме смеси жидкости с газом)приводит к продолжению реакции (3) суменьшением содержания в шлаке карбида алюминия, при этом система возвращается в состояние точки О,Представленный треугольником ОЧХцикл является идеальным, а показанные на Фиг.1 значения О и Ч отображают одну из возможных комбинаций этихвеличин,Процесс желательно вести. таким образом, цтобы точка О была как можноближе к точке Н с целью снижения тем"пературы образующегося газа и потерьалюминия.Глинозем можно загружать в низко- температурную зону совместно с углеродом, но это не обязательно. Глино" зем можно загружать и в других местах в расплав, содержащий алюминий, при" цем это может привести да е к некоторому уменьшению растворенного в ме талле карбида алюминия, 1 адение температуры шпака после загрузки глино" вема компенсируют генерированием тепла в шлаке при транспортировке его из высокотемпературной в низкотемпера- з турную зону.На фиг.2 и 3 схематически показана работа устройства для осуществления данного способа.0Выходящий из низкотемпературнои зоны 1 расплавленный шлак, температу ра которого составляет 1350-2050 С, обогащен карбидом алюминия. Елак поступает в канал 2 Ч-образной формы, 5 где нагревается с помощью электрического тока, протекающего между электродами 3, до температуоы осуществления 1 реакции 3, т.е. прик-.,рно до 2050- 2150 ОС. От этой точки шлак можно 2 О считать находящимся в высокотемпературной зоне и до поступления шлака в сборник 1 вводимая энергия расходуется на проведение реакции 3) с образованием пузырьков газообразной 25 окиси углерода и капелек металла. В этой зоне канал должен быть вертикаль ным или иметь уклон вверх в направ пении потока шлака, В коллекторе 1 окись углерода удаляется через газо- О ход 5, а расплавленный алюминий скапливается над расппавом шлака и может быть удален через сливной трубопроводь 6. Жидкий алюминий содержит зна" .цительное количество карбида алюминия, который может быть удален извест ными методами. Ялак, имеющий температуру точки 0 (фиг,1), возвращаетсяв низкотемпературную зону 1 по кана"пу 7, размеры которого выбираютсятаким образом, цтобы его электросопротивление было выше сопротивления канала 2, В низкотемпературнойзоне 1 производится загрузка углерода 8 и глинозема 9, Так как температура шлака выше равновесной, он вступает во взаимодействие с указаннымикомпонентами с образованием окисиуглерода, которая удаляется черезгазоход 10,Нагрев шлака пропусканием черезнего электрического тока имеет преиму-,щества по сравнению с известнымдуговым нагревом. Нагрев осуществляется при большем напряжении и меньшейсиле тока, исключается перегревреакционных зон, цто приводит куменьшению потерь за сцет испарений,Дополнительно для улавливания па-ров алюминия и соединений алюминияотходящий газ пропускают последовательно через слой углерода и глино"зема, после чего компоненты шихтызагружаются в соответствующие тоцкисистемы, как было описано.Низкотемпературная зона 1 можетбыть снабжена отстойником для сборакомпонентов с большим удельным ве"сом чем расплавленный шлак, Этодает возможность частично удалитьиз системы примеси, например железоили кремний,1055340 оставитель В,Бадехред Л.Микеш кии Корре Огар,Редактор М. Бандура аказ 9141/6 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,0 Тираж 627 ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ра Подписноеомитета СССРоткрытийская наб д, 4