Способ получения алюминия и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУ БЛИН а 4 С ФФЬК 4 аюф ., КВ ОВЗюнн САНИЕ ИЗОБРЕТ Н ПАТЕНТУ Верк 74. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕИИЯ АЛЮИИНИЯ ИУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) 1. Способ получения алюминия,включающий термообработку окиси алюминия в присутствии углерода, взаимодействие полученного продукта, содержащего карбид алюминия и алюминийтрифторид, при. нагревании с образованием алюминийсубфторида и разлоа 125343 жение субфторида до алюминия и алюминийтрифторида, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияэффективности процесса путем обеспечения его непрерывности, перед термообработкой осуществляют агломерацию исходного материала с покрытиемагломерационных частиц углеродом,нагревание проводят резистивньвк способом, а разложение осуществляютконденсацией с помощью слоя алюминийтрифторида при 1100 С,2. Устройство для получения алюминия, выполненное в виде реакторашахтного типа, о т л и ч а ю щ е е -с я тем, что, с целью повышенияэффективности процесса путем обеспечения его непрерывности, реакторснабжен вертикальной ретортой, выполненной из графита со сквознымищелями, расположенными под углом кстенке шахты реактора, при этом расстояние между стенками шахты реактора н реторты составляет 20-25 см, анижний конец реактора выполнен сосредством для отвода металла.33 2зующего кокса, так как к углеродистой оболочке предъявляются требонания высокой прочности. Углеродистая оболочка и дальше должна быть стойкой к давлению, удару и истиранию, Толщина ее стенки выбирается такой, чтобы оболочка смеси, находящейся в ядре окатыша, удонлетворяла механическим нагрузкам, которым подвергается ока-. тьпп, Коксующаяся оболочка, кроме тогодолжна проводить электрический ток так как предусматривается электрический резистинный нагрев окатышей. В засыпке или упаковке иэ формованных окатышей ток, гланным образом, течет от окатыша к окатышу по углеродным оболочкам. При восстановлении окиси алюминия с углеродом в карбид алюминия углеродная оболочка в изменяющихся условиях электрического сопротивления и подвода тепла остается стабильной при изменениях ядра во время восстановления. Редукционный газ оставляет ядро по порам, имеющимся в углеродной оболочке, Кроме того, углеродистая оболочка служит в качестве маленькой транспортной емкости для продукта реакции - карбида алюминия.Прочность смеси ядра иэ окиси и кокса имеет подчиненное значение.Коксовый остаток углеродистого связующего в смеси ядра должен служить в качестве восстананливающего углерода для окиси алюминия и быть достаточным для восстановления до карбида алюминия. В откоксенанной смеси ядра, например, содержание кокса или восстанавливающего углерода должно составлять около 30-353. Перед ннедением в электрические восстановительные печи сырые заготовки должны быть откоксованы или обожжены. Обжиг происходит либо отдельно от восстановительной печи в, шахтных, туннельных или вращающихся цилиндрических печах до температуры около 800-1000 С, либо окатышимогут обжигаться непосредственно на 50 предварительной ступени носстанонительной печи. Так как формонанныеокатыши нсе равно должны быть нагре,ты до температуры восстановления,то при использовании комбинированной Сырые заготовки сразу после изго"товления коксуют. При этом пек воболочке и углеродистое свяэукнцее. вядре превращаются н твердый углеродили кокс, Коксуемый пек в оболочкедолжен выполнять задачу хорошего свяпечи для обжига и восстановления экономится энергия. Предлагаемый способ получении карбидов с помощью алюминия может12534Изобретение относится к цветнойметаллургии, а именно к технологииполучения алюминия и используемымв этом процессе конструкциям.Целью изобретения янляется повышение эффективности процесса путемобеспечения его непрерывности.Согласно предлагаемому способусмесь из окиси алюминия и углеродаагломерируется, каждая частичка 1 Оагломерата окружается углеродом и//или графитом, изготовленные таким1 обраэом частички (тела) коксуются вплотно упакованной засыпке и восстанавливаются, и алюминий извлекается с 15алюмофторидом из полученного такимобразом карбида алюминия.Согласно технологии загружают пригодный материал и проводят его предварительную обработку. Для, этого мел" роко измельченную окись алюминия смеши вают со способным связываться носителем углерода например углероднымисвязующими такими, как деготь, пек,смола или, в особенности, так называемыми экстрактивными веществами,полученными из каменного угля с помощью растворителей или под давлением.Свежая смесь иэ окиси алюминия и углеродного связующего агломерируется вмаленькие заготовки (окатыши),Окатьппи могут иметь форму изометрических цилиндров, шаров или брикетов в виде подушек и в большом числеотформовываться на кольцевых валкахили настольных прессах. Уплотненнаяи отформованная смесь из окиси алюминия и углеродистого связующего затем охватывается оболочкой толькоиз углерода, Для образования оболочек 4 Ослужит пластически формуемая масса,которая готовится, например, из по"рошка нефтяного кокса и пека. Формо"ванная заготовка засыпаемого материала сравнима с орехом, причем в качестве ядра применяется смесь изокиси алюминия и углеродистого связующего, а в качестве оболочки - малозольный порошок кокса и пека, Угле.родная оболочка может быть полученаопрессовкой или накаткой, как приполучении окатьппей.1253 3быть также применен и для другихобразующих карбиды трудновосстанавливаемых металлов; таких как бор,кремний, титан, цирконий, титан, ниобий, молибден, вольфрам или уран,при восстановлении которых в дуговыхпечах возникают те же трудности,что и при электротермическом восстановлении А 1 О, При этом карбидыназванных металлов могут получаться Онепрерывно, в то время как все известные способы получения карбидовэтих металлов дискретные. Становитсявозможным непрерывно получать тугоплавкие бориды, например бориды титана или циркония, непосредственноиэ соответствующих окислов.Карбид алюминия, содержащийся вкапсуле из углерода и полученный входе карботермического восстановления из окиси алюминия, представляетсобой промежуточный продукт, иэ которого может быть выделен алюминий.Извлечение алюминия происходит спомощью газообразного фторида алюминия А 1 Г при температуре выше 1100 С(А 1 Р сублимируется при температуреоколо 1100 С). Известно, что Фторидалюминия при высоких температурахреагирует с алюминием, образуя газо- ЗОобразный субфторид алюминия А 1 Г, который при понижении температуры снова превращается путем реакции окисления-восстановления в алюминий ифторид алюминия. Транспортная реакциячерез субфторид алюминия может бытьприменена для выделения алюминия изего карбида. Для превращения карбидаалюминия с Фторидом алюминия в субФторид алюминия необходима температура 1500-1600 С,В замкнутой реакционной камере приреакции окисления-восстановления(в алюминий и Фторид алюминия) субфторида алюминия поддерживается разность температур, позволяющая обесточить автоматический круговой процесс извлечения алюминия.На чертеже схематично представленреактор для извлечения алюминия пред лагаемым способом,Реактор состоит из центральной цилиндрической камеры 1 и кольцевой камеры 2, Центральная камера образуется толстостенной графитовой трубоИ 5 3 с наклонными окнами 4. Графитовая труба иэ-за своих больших размеров собирается из отдельных, вставляемых 433 4друг в друга колец. Сверху и снизуграфитовая труба заканчивается присоединительными кольцами 5 из графи"та, в которые ввинчиваются токоподводящие болты 6. Контактный прижим между трубой иэ графита и присоединительными кольцами 5 обеспечивается пружиной 1 сжатия, Графитовая труба нагревается током резистивным способом. По внешнему периметру реактор окружен кирпичами 8 с высоким содержанием А 1 гОзМатериал, содержащий карбид алюминия,через запираемую зону 9 подогрева с входной температурой выше1100 С подается в центральную камеру для реакций. Углеродный материал, оставшийся после извлечения алюминия, выпускается через охлаждаемую камеру и выводной диск 10 с заслонками 11. При вводе в эксплуатацию центральная камера реактора заполняется наряду с материалом, содержащим карбид алюминия, также и фторидом алюминия. При имеющейся в камере реактора темпера" туре 1500-1600"С Фторид алюминия испаряется. Он конденсируется в слой 12 на стенке реактора. Слой Фторида алюминия действует как дополнительная теплоизоляция, и его толщина растет при достаточном количестве А 1 Г3 до тех пор, пока температура на внутренней поверхности слоя 12 не поднимется выше 1100 С и А 1 Г не сможетзбольше конденсвроваться. Тем самым внутри реактора создается атмосфера А 1 Г . В центрапьной камере 1 А 1 Г, при 1500-1600 С реагирует с карбидом алюминия с образованием А 1 Р, который затем путем диффузии подводится к более холодной стенке реактора или к сконденсировавшемуся слою из А 1 Рэ, где он снова путем реакций окисления"восстановления превращается в алюминий в газообразный А 1 Г Таким образом алюминий постоянно транспортируется иэ внутренней эоны графитовой трубы через окна и кольцевую камеру к окружающей стенке. Там выцелившийся алюминий течет по стенке вниз, собирается на днище 13 кольцевой камеры и через выпускное отверстие 4 выпускается дискретно ипи через сифон (не показан) - непрерывно. Температура предназначенного для извлечения алюминия засыпного материала в переходной зоне от зоны пред12534варительного нагрева к центральнойкамере реактора должна быть выше,чем температура конденсации на наружных поверхностях слоя, чтобы на засыпном материале не осаждался алюминий. Подвод засыпного материала вреактор для извлечения алюминия происходит через загрузочное отверстие15 и огнеупорную запирающую заслонку3 б, открываемую при заполнении,30Загрузочное устройство может также иметь и другую конструкцию, например, в виде конусного или клапанного затворов. Температура выгружаемого материала, остающегося послеизвлечения (алюминия) углеродногоматериала должна быть выше температуры наружных поверхностей слоя, Вверхнем участке охлаждаемой зоны17 остатки углерода создают теплоиэоляцию снизу и тем самым препятствуютместному превращению А 1 Р в А 1 и А 1 Рв ходе реакций окисления-восстановления.Реактор для извлечения алюминия 2может иметь цилиндрическое или прямоугольное поперечное сечение. Онможет состоять из нескольких реакторов, собранных в одну батарею.Смесь из окиси алюминия и углерода окружается стабильной углероднойоболочкойр и ядро из А 1 03 С Ввосстановительной печи восстанавливается в карбид алюминия, Целесообразно, чтобы углеродная оболочкаперед входом в реактор была разрушена или взорвана для обеспечения более легкого доступа к карбиду алюминия, Выходящий из реактора углеродный материал возвращается в техноло" 40гический цикл, т.е. снова используется для подготовки смеси А 1 03-углерода или. для получения углероднойободочки,Согласно другому варианту можноиспользовать.заранее изготовленнуюемкость из углерода или граФита дляприема смеси из окиси алюминия-углерода-связующего, Тогда нет необходимости в том, чтобы углеродные оболочки со всех сторон закрывали смесь изА 1 0 -С. Предпочтительными являютсяФормы сосудов, открытые с одной илидвух сторон, такие как цилиндрическиетигли или гильзы. Заранее изготовленные емкости иэ угля или граФита ис 33 6пользуются несколько раэ в рабочем - цикле до их замены иэ-эа износа или разрушения.При использовании заранее иэготов" ленной емкости способ осуществляют следующим образом.Из пригодной углеродной массы на пресс-экструдере прессуются трубы, обжигаемые в кольцевой печи для обжига, Угольные трубы делятся на одинаковые по величине отрезки, т.е, на гильзы или кольца. Заранее изготовленные угольные гильзы заполняются с помощью запрессовывания пластичной смесью из окиси алюминия, порошка нефтяного кокса и связующего на базе смо-. лы, Чтобы лучше удержать смесь в углеродных гильзах последние могут иметь направгенные внутрь и отформованные при экструдировании зубья. Заполненные гильзы служат в качестве засыпного материала, как для восстановительной печи, так и для реактора при получении алюминия.В шихте восстановительной печи коксуется масса из А 1 О -С-связующего и в зоне восстановленйя восстанавливается до карбида алюминия. Углеродная гильза является опорным корпусом и элементом резистивного нагрева находящейся в ней массы из А 1 О -С. В шахтной части масса из А 1 0 -С-свя 2 зующего теряет 5-20% своего веса и прн этом усаживается. Коксуемая масса А 10-С при восстановлении до карбида алюминия также теряет (до 55%) ве" са при небольшой усадке.Карбид алюминия образует пористую рыхлую раэдавливаемую структуру. В реакторе для извлечения алюминия полые пространства между несущими гильзами из углерода способствуют хорошему диФФузионному обмену, т,е. подводу газообразного А 1 Р к карбидуЭ алюминия и отводу газообразного А 1 Г.В реактор желательна небольшая .добавка Фторида кальция иили Фторида магния к Фториду алюминия (до 5 мас.%) для коагуляции выделенных капелек алюминия, Кроме того, в восстановительные печи к разгрузочным частям можно подводить водород или азот, чтобы с помощью водорода улуч" шить условия восстановления или, в случае применения азота, получить карбоннтриды.