Способ электролитического получения алюминия

(23) Приоритет - (32) 25.02.75 (31) 7918/75 (33) Великобритания (43) Опубликовано 30,10.79. Бюллетень40 Государственный комитет по делам изобретений и открытий(45) Дата опубликования описания 24.12.79 яыаййаыв 9 ЬиЫФяВЙЙ(72) Автор изобретения Иностранец Калоо Радж Кумар Бхилотра,(Канада) Иностранная фирма Алкан Рисерч энд Дивелопмент Лимитед(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ 1 2Изобретение относится к области элек- . новления. Значительное количество очи-.ролитического получения алюмиййяиз " щенйых частиц выносится выходящим гаглинозема в расплаве криолита. зом из восстановительных камер, в связи сКак правило, алюминий получают в чем возникают дополнительные проблем. ванне, поверхность которого покрыта кор контроля за загрязнением атмосферы. Декой застывшего электролита. Новую пор- тальное изучение показывает, что до 1/ цию глинозема помещают на корку, кото- очищенных частиц потерянных на стадиях рую периодически пробивают. между заводом; где - происходит процессИзвестен способ получения алюминия, Байера, и конечным восстановлением алювключающий загрузку в криолитовый 10 миния, приходится на собранные очищен- расплав глинозема крупностью 44 - 150 мкм, ные частицы, которые добавляются к окпвлажностью 18 - 20% до содержания его в си алюминия из печи или возвращаются в расплаве, равного 4 - 5% 11. печь. Эти потери уменьшаются примерноЗагрузка более крупного глиноземапри- вдвое, когда собранные очищенныечастицы водит к излишнему образованию отходов 15 не добавляются к продукту-обжига, котона подине из-за отсутствия вбзможности рый сам содержит до 10% частиц размесвоевременного растворения круййых" ча- ром меньше 44 мкм (но в связи с более стиц глинозема в электролите. Поэтому долгим пребыванием в печи, они полностьюри получении глинозема, напрйЗер", метВ"" "кальцинированы). Эти потери, которые дом Байер - спекание частицы " мейее 20 состоят в основном из частиц размером 44 мкм отделяются от остальной массы . меньше 44 мкм, происходит с пылью, теглинозема, носольку присутствие их наряющейся или во время доставки, или во последующих стадиях полученияалюмйййявремя обработки в камерах электролитивызывает множество проблем, ческого восстановления. Таким образомИз-за наличия этих частиц при обра наличие мелких очищенных частицделает ботке окись алюминия становится очень продукт не только технически низким по .пыльной, что мешает и транспортировке с качеству (из-за проблем, связанных с по- завода, где происходит процесс Байера, к терей пыли при доставке и трудностями, электролитическим камерам - восстановте=" .: возникающими при работе в камерах восния, и выполнению самой операцви восста становления), но также ведет к значительЙ 7.б 95566 4ияли операцию сухой очистки для восстановления фтористого числа до того, какокись алюминия добавляется в камеру,Были проведены испытания с использо 5 ванием до 75% гранул, содержащих 11 -12 Ь воды, с соответствующим содержанием воды во всей загруженной окиси алюминия 9 - 10%. Электролитическое действиекамеры не было существенно нарушено,10 правда, приходилось собирать исходящиевспарения, чтобы условия работы не былинеприятными при разбивании корки.Прессование мелких частиц кальцинированной окиси алюминйя в гранулы нужно 15го размера легко производится промышлен-.но прглгодньгми прессами прокатного типа,образующими сравнительно большие цилиндрические брикеты или длинные листы, ко- торые затем стандартными грануляционны 20 ми механизмамй разделываются на гранулысоответствующего размера, Обычно присортировке прессованные гранулы проходятчерез сетку в 4 меш. (4760 лкм) и задерживаются на сетке в 100 меш. (150 мкм). Тем25 не менее, по другим классификационнымстандартам может быть принято за норму,когдагранулы проходят сетку в 8 меш.(2362 икм) и задерживаются на сетке в65 меш. (220 мкм),30 Хотя прессование может проводиться цах окиси алюминия, бывают случаи, когда желательно смешивать эти частицы с некоторым количеством полностью кальциниро вайных частиц, взятых из продукта кальцинации. В свою очередь прессовочные механизмы могут быть применены ко всему полностью или большей части выходного продукта кальцинирования, когда тот со держит большую долю, порядка 30% илибольше, частиц размером менее 44 мкм, В этом случае частицы размером менее 44 мкм могут быть извлечены воздушной сепарацие 1 продукта кальцинирования.45 Выяснено, что гранулы, полностью со-стоящие из собранных кальцинированныхмелких частиц с содержанием воды до 25%, могут без осложнений добавляться в каме.ру в количестве, составляющем по меньшей мере 10% от общего количества окиси алюминия, загруженной в камеру электролитического восстановления, и даже более высокие пропорции, например 25%, а в некоторых случаях 50% и больше, не-вызыва ют излишних испарений при реакции водыс фтористым электролитом камеры. Вслед.ствие того, что общее количество собранных мелких частиц, которые- выделяются "во время кальцинации в роторной печи, 50 обычно составляет только 3 - 10% от вы."пуска ие 4 и, мелкие частицы, собранные изотходящего газа, могут быть использованыв качествегранул толЬко лишь для добав,;Гсйияв камеры, кбторые нормально обеспечиваются продуктом, из печи, остальные ной потере все более ценной окисй алюмйния,Основная масса потерь в виде пыли про- исходит на заводе электролитического восстановления. Подсчитано, что до 50% потерь, происходящих во время и после подачи кальцинированной ркиси алюминия избункера на корку электролита, включаяочень "значительное количество очйщенныхмелких частиц, связано с газом, выходящимиз электролизера, и задержкой продукта накорке электролита, Дополнительные боль"Шйе,потери пылй возникают при подачекальцинированной оииси алюминия с заводапо Кальцинации на завод электролитичес.кого восстановления. Там, гдезавод электролитического восстановления удален отзавода по производству окиси алюминия,значительное количество"пылитеряется найунктах погрузки и разгрузки окиси алю""Минйя:Согласно отличительным особеййостямйзобретения 2 - 50 вес. % всего-"загружаемого в электролизер глинозема подают ввиде гранул размером 150 - 5000 мкм из опрессованных частиц глййозема крупносТьюв основном менее 44 мкл; что обеспечиваегснижение потерь глиноземаи улучшениеусловий труда.Для этого очищенные мелкие частицы,которые по весу имеют большую"долючас.. тиц размером меньше 44 мкм, собираютсяиз входной газовой струи на стадии обжига и подвергаются прессованию, образуяпри этом отдельные грубые гранулы, Этимелкие очищенные частицы, как правило,не полностью кальцинированы (они толькочастично обезвожены) и обычно-"ивтеют содержание примешанной воды порядка 5 - - 20%, хотя в многоступенчатых системахсбора самые мелкие частицы, собранные вэлектростатическом осадителе, могут иметьсодержание воды до 25%. Выяснено, чтоэти грубые гранулы могут быть использова.ны в количестве, доходящем до 50% от общего содержания окиси алюминия в камеревосстановления; иэто не приводит к "каким" " либо особьгм трудностям вработе, Тем "неменее на поточной основе было бы предпочтительнее ограничить использование таких гранул до 10 - 25 О 4 от общей зарузкив камеру, Одной из особенностей настоящего изобретения является то, что грубыегранулы;размером примерно до 5000 мкм,содержащие до 25% примешанной воды,могут быть успешно добавлены в электролит восстановмтельной камеры, не вызывая."при"этом скопления на-дне"камеры йераст"воренйых осадков, т. е.значительно не превышая осадки которые при обычном ме-тоде=йспользованйя" окисй алюмйнггя" скапливаются, в таких камерах, Считается так- " "же"возможным вводить" транульг вструюТ"аза, вьгходятйбго "из йййе)5 а элекгрйтй ического восстановления, чтобы они выполтолько на кальцинированных мелких частиже камеры могут снабжаться окисью алюминия, в которую не были добавлены соб ранные мелкие частицы и которая "следовательно, имеет низкое содержание пыли,Тем не менее, в продукт, выпускаемыйпечью, гранулы в большинстве:случаев добавляются и составляют по меньшей мере2% от выпуска. Соответственно. продуктвыпуска печки обеднен мелкими частицамипо сравнению с продуктом, в который возвращаются назад все собранные мелкиечастицы.Хотя процесс Байера является очень эффективным процессом по выделению алюминия из алюминиевых руд и приводит иполучению достаточно чистой окиси адюминия, чтобы можно ее было прямо добавлять в камеру электролитического восста-новления, тем не менее, на стадии вываркии при осаждении щелочного раствора алюмината с тригидратом окиси .алюминия не-избежно в раствор вносятся некоторыепримеси.Было. обнаружено, что мелкие частицы.отобранные из отходящего газа из печи (роторной печи или флюидизированного каль- .цинатора неподвижйого типа), содержатзначительно больше примесей, таких какИа, Я, Ре, нежели они содержатся в грубом продукте выпуска роторных печей илидругих кальцинирующих печей. Таким образом, опрессовывая раздельные-мелкиечастицы и гранулы и держа гранулы отдельно от грубого продукта кальцинации,обеспечивается контроль над уровнем загрязненности окиси алюмйния, добавляемойв камеры,Это обеспечивается тем, что гранулы из. - - - ейрессованйых Юрких частиц снова смеши."ваются с грубым продуктом кальцинации вразличных пропорциях так, чтобы обеспечить сравнительно высокую чистоту и сравнительно нйзкую чистоту частиц окиси алюминия, Спреосованные из мелких частиц гранулы держатся отдельно и могут добавляться в качестве требующейся доли к той окиси алюминия, которая закладывается в текамеры, которые уже выпускают алюминийс относительно низкой чистотой по причинам, вполне понятным в технике.Для того чтобы сделать процессБайерапо осаждению более продуктивным, некоторые производителй окиси алюминия проводят этот процесс так, чтобы получитьтригидрат окиси алюминия с содержайиеммелких частиц тригидрата окиси алюминия(меньше 44 мкм), которые составляют 40%тригидрата, закладываемого в кальцинатор.Такие тригидраты приводят к образованиюочень большой доли частиц размером мень - . ше 44 мкм в частицах, возвращенных извыходных газов. В таких случаях техникапрессования в настоящемизобретении "име.ет особые преимущества, так как осайдение можно выполнять с высокой продуктив61постыл. без полного поднятия, которое.невыгодно для такого чрезвычайно пыльного продукта;Поэтому в некоторых случаях бывает удобно выполнять стадию осаждения таким образом, чтобы 10 вес. % или более осаживаемого продукта тригидрата окиси алюминия (после отделения части мелких частиц,предназначенных для затравливания) нахо,дилось в виде мелких частиц, т. е, частиц размером меньше 44.мкм, что ведет к увеличению числа частично обезвоженных мелких частнц, которые возвращены из: газа, выходящего из кальцинатора. Следует. за 10 метить, что ввиду разрушения частиц в 15 кальцинаторе, осаждаемый продукт.трипидрата, состоящий йз 6 вес. % частиц размером в 44 мкмкак правило,.будет, превращаться в продукт, содержащий.после кальцннации 10% или более частиц, размером- в 44.мкм (включая собранные и возвращенные в продукт мелкие частицы). Примене. ние тех условнй осаждения, которые приводят к образованию большего числа мелких частиц. после кальцинации, бывает более действенным, когда эти. мелкие частицы (или, большая их часть) собираются и прессованием превращаются в гранулы, На чертеже показано устройство,. реа-.лизующее предлагаемый способ При обычном процессе Байера на заводе окиси алюминия сырой тригидрат окиси алюминия после стадии осаждения 1, закладывается в верхнюю часть наклонной роторной печи 2 и кальцинированная окись алюминия 3 выгружается. Топливо и воздух 4 вводятся в нижнюю часть печи 2 и,35 как следствие, через верхнюю часть печи выходит очень большое количество газа. Этот отходящий газ попадает на первую стадию б системы по сбору пыли, которая отделяет примерно 95% мелких частиц,. по. 40- павших в отходящий газ, Эти частицы снова загружаются в загрузочную часть каль цинатора./,Выходные газы после первой стадии э.системы сбора .нопадают на вторую. стадию б системы сбора, .состоящую из многоциклонных сепараторов, где . частично обезво женные мелкие частицы, в основном размером меньше 44 мкм, собираются при .более сильных гравитационных условиях, чем на первой стадии. Отходящие газы перед, вы.- бросом в атмосферу через выводную трубу 55 7 могут после второй стадии б быть поданыв электростатический осадитель .8. Электростатический . осадитель собирает частицы размером значительно, меньше 33 мкм.,Эти частицы обычно имеют содержание воды 5 О 17 - 22%, так как они находились более Короткое воемя в кальцинаторе, В иных случаях бывает удобно совмещать вторую стадию отделения и электростатический осади- тель в одной стадии элЕктростатического осаждения.695566 7ЬЭта система, кйкона описана,.являетсяобьййой. В обычной практике частичнообезвоженные частицы, собранные на вто, рой стадии и составляющие 3 - 5% Ьтокисиалюминия, загруженной в роторную печь 2,соМйняйФся с кальцинированной окйсьоалюмйния, которая выгружается из ййжней1 асти печи. Наиболее мелкие частицы, которые собраны в электротатическом Ьсадителе 8,-как правило, в одних случаях смешиваются с продуктом, а в других"вдзврайаютея в процесс Байера,Тем не менее в соответствии с настоящим изобретениеМ чаИично обезвоженныечастицы окиси алюминия после второй ста.Мйи б и электростатическойсепарации пд.даются в загрузочный бункер 9, где проис.хдднт первйчная деаэрация, Важной особенностью 1 нзобретеййя является то, что собрайййе мелкйе частицы подвергаются взагрузочногм бункере 9 полной деаэрации и,не йодвергаМсь рЕаэрацИй, подайтся в питающую ЙЬронку 10, где деаэрация завершается с помощью конического ходовоготийта 11, йеред тем как частицы попадутв стайдартный пресс 12 прокатйдго типа,. котор) 1 йпрй усЛдвйях, уйИаййЧьХ=вЪШе,преврап 1 ает их в твердые юмки, Хотя воз.Можны другие мефдды деаэраЦий, выяснилось, что держание частиц в течейне примерно 30 мин слоем глубиной 60 - 120 сладекватно деаэрации в йепрерывном процессе, 1 три котором частицы, отЯелеййые навторОй стадйи, пбступают сйлоШнЬ 1 Й" потоком в бункер.Из пресса 12 комки попадают во врап 1 а 1 ощуюся обойму гранулятора И, где ониразрезаются вращающимся в обратйуй стОрону ножом. Материал, образовавшийся израздеЛеййых комьев в гранулы, ковшовымэлеватором И йодается на серию сеток 1 б,кдтюрьге отделяют слишком крупйые частицы- и возвращают их через транспортер1 б й грануЛятор 13 и которые отделяютслишком мелкие частицы и возвращают ихчерез тракт 17 в пресе 12.Гранулах размером 2362 в 2 мкм (или1 ффгие отобрайййе"Частиць 1- Факб 1 о"размера) передаются в бункер 18 дляхранения,бгкуда трайспортероМ 19 ойи помещаютсяйа Любой трййспорт 20 для йоставкй йа ко. нечный завод электролйтического"восстай овлеййя.ГрйнуЫ нейсре)стйенно могут быть. снова перемешайы с продуктом, получейныйиз роторйой печи 2, или могут держатьсяотдельно, Следует прйзнать, что содерйанйечастично обезвоженной пьлитригйдратаокисиалюминия в продукте кальцинированйой оКисЪ" алюминия "суйественно, уменьшается по сравнению с продуктом стайдартной сйсте 1 мы кальцййации окиси алюмийия,которая обрабатывает такой "же трйг 1 йд рат окиси а,люминия. 8Были проведены обширные исследования по установлению пригодности прессованных гранул частично обсзвоженной окисй"алюминия для помещения в камеры5электролитического восстановления в качестве частичного заменителя обыкновеннойк 3 йцйниройаЬной Окиси алюминия,П р и м е р 1, Загрузка обыкновеннойкальцинированной оюиси алюминия с содержанием воды 1 - 2% в две камеры электролитическогдвосстановления составляет2000 фунтов в день. В одной серии испытанийчасть окиси алюминия, загружаемой водну камеру, "заменена в день 200 фунтамигранул, прессбванных из пыли, что составляет 10% от всей"загрузки в эту камеру, а вдругую ка:меру загружается в день 1000фунтов нормальной окиси алюминия и 1000фунтов гранул, Обе камеры нопмально работают в течение ЗЗ дней. Пропорция прессованных Ыз пыли гранул, загружаемых вовторую камеру, затем увеличена до 1500фунтов в день (75% от всей загрузки в камеру). Камера продолжает работать удовлетворительнд, не считая того, чтд во времяразбивания корки увеличиваются испарения, что не наблюдается при нормальнойработе (работе с нормальной кальцинированной ЬКйсьЬалюминия), Поэтому сделано заключенйе, Что гранулы, спрессованныеЙзчастично обезноженных мелких частиц ." окйси алюмййия, не должны составлять более 50% от основной окиси алюминия в камере, Хотя случайные превышения не вызыЗ 5 вают сбоя в работе камеры,В обоих камерах расход АР, не выходит за рамки расхода при нормальной работе камеры. Чистьта выпускаемого металла, вклйчая железистый и кремнистый40 уровни, также нормальная. Были некоторыепоказателй на то, что использование гранулувеличивает срок службы футеровки камеры,П р и м е р 2, В дальнейших 1 сериях ис 45 пыФаний используйся две идентичных лиййй камер восстановления. В камеры линииА загружается в день прймерно 2000 фунтЬМ йбрмаЛЬной Кальцинированной окисиалюминйя(йклйЪая приблизительно 5%частично обезвоженной возвращенной пыли). В камеры линии Б загружается в деньприблизительно 1900 фуйтов кальциниро.ванной окйсй алюминий (свободныч от собранной пыли) и 100 фунтов собранной на55 второй ста 1 гии й с 11 рессованйой в гранулыйЬглй размером от 8 до 65 меш. (2362 -220 мкм). Спрессованная в гранулы пыль,таким образом; добавлена в количестве, собтветствующем колйчеству возвращенной6 О пай в"нОрмальной каЛьцйнированной окиси алюминия, выпущенной из роторнойпе Фи;В йрддолйеннь 1 х сериях испытаний выясниЛось, что нет статически важной раз 65 йМцыв йотой НР в линии А и линии Б,, . 695566 10 Составитель Г. Титоваеааккор 3. Конакова Техреа А. Камвнвннкова Корреюегор С. Фаре Заказ 1208/1526 Изд.656 Тираж 727НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобр113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное ний и открытийТип, Харй фил, пред. Патент 9Изобретение позволяет утилизировать пыль, снизив потери глинозема, и улучшить условия труда.Формула изобретенияСпособ электролитического . получения алюминия, включающий загрузку глиноземного сырья, о тл и ч а ю щи й с я тем, что, с целью снижения потерь глинозема" и улучшенияусловий труда, 2 - 50 вес, % всего загружаемогогкЛййоземна" подают в видегранулразмером 150 - 5000 мкм из спрессованных частиц глинозема крупностью в 5 основном менее 44 мкм. Источник информации, принятый вовнимание при экспертизе:1. Патент США3852173, кл. 204-67, 10 1974,