RU2170278C2 - Способ получения первичного алюминия и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ получения первичного алюминия и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2170278C2 RU2170278C2 RU99103147A RU99103147A RU2170278C2 RU 2170278 C2 RU2170278 C2 RU 2170278C2 RU 99103147 A RU99103147 A RU 99103147A RU 99103147 A RU99103147 A RU 99103147A RU 2170278 C2 RU2170278 C2 RU 2170278C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- plasma
- carbon
- anode
- alumina
- Prior art date
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 abstract description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 abstract 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 abstract 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CAVCGVPGBKGDTG-UHFFFAOYSA-N alumanylidynemethyl(alumanylidynemethylalumanylidenemethylidene)alumane Chemical compound [Al]#C[Al]=C=[Al]C#[Al] CAVCGVPGBKGDTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001483078 Phyto Species 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение позволит улучшить экологию процесса получения алюминия за счет снижения вредных выбросов в атмосферу и повысить чистоту алюминия путем исключения загрязнения алюминия нежелательными примесями. Первичный алюминий получают реакцией термохимического восстановления глинозема углеродом и осаждения алюминия. Процесс осуществляется в плазменно-индукционной печи, где между тугоплавким катодом и анодом создают плазменную дугу и подают в нее механическую смесь глинозема и углерода. Управление плазмой осуществляется с помощью магнитных полей, создаваемых соленоидом, коаксиально расположенным вокруг анода. Под действием высокой температуры плазмы происходит суммарная реакция карботермического восстановления алюминия из углерода. Алюминий в виде расплава осаждается на дно плазменно-индукционной печи и по мере накопления удаляется через трубопровод. Индуктор, коаксиально расположенный вокруг графитовых блоков, находящихся в нижней части устройства, необходим для создания в графитовых блоках наведенных электрических токов для их омического нагрева и поддержания необходимой температуры блоков. Плазменно-индукционная печь снабжена трубопроводами для удаления шлаков и диоксида углерода, который идет на вторичное использование для поддержания плазмы. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к технологии получения первичного алюминия и используемым в этом процессе конструкциям.
Известен способ получения первичного алюминия с помощью электролиза, заключающийся в том, что в расплавленном криолите растворяют глинозем и производят реакцию химического восстановления глинозема углеродом, после чего алюминий осаждается на катоде /1/.
Недостатками данного способа являются выделение вредных для человека и окружающей среды газов в процессе электролиза: фтористого водорода, продуктов испарения электролита, оксида углерода, углекислого газа, серосодержащих газов, летучих составляющих коксования самообжигающихся анодов. Кроме того, выделяются пыль и тепло. Для создания необходимых условий труда в электролизном цехе необходимы системы газоочистки и вентиляции рабочего пространства.
Известен также способ получения алюминия, включающий термообработку окиси алюминия в присутствии углерода, причем смесь из окиси алюминия и углерода агломерируется, каждая частичка агломерата окружается углеродом и/или графитом, изготовленные таким образом частички (тела) коксуются в плотно упакованной засыпке и восстанавливаются, и алюминий извлекается алюмофторидом из полученного таким образом карбида алюминия /2/.
Устройство для получения алюминия описанным способом выполнено в виде реактора шахтного типа, снабженного вертикальной ретортой, выполненной из графита со сквозными щелями, расположенными под углом к стенке шахты реактора, при этом расстояние между стенками шахты реактора и реторты составляет 20-25 см, а нижний конец реторты выполнен со средством для отвода металла /2/.
Недостатками описанного способа и устройства для его осуществления являются наличие фтористых соединений в шихте, недостаточно высокая чистота получения алюминия, разрушение графитовых стенок в реакторе.
Известен способ получения алюминия и устройство для его осуществления (заявка Франции N 2330772, C 22 B 21/02), согласно которому смесь окиси алюминия и углерода или углеродсодержащего материала подвергают воздействию плазменной дуги. Полученный алюминий вытекает в направлении от дуги и содержит не более 5% вес. карбида алюминия. Устройство для получения алюминия содержит анод и катод, между которыми создают плазменную дугу, канал подачи глинозема и углерода и трубопровод для отвода газов, причем рабочее пространство устройства футеровано графитовым материалом.
Технический результат изобретения - повышение экологии процесса получения алюминия.
Технический результат достигается тем, что в способе получения первичного алюминия, состоящем в том, что смешивают глинозем и углерод с получением их механической смеси, восстанавливают смесь с использованием плазменной дуги и осаждают алюминий, причем смесь подают непосредственно в плазменную дугу, а температуру осажденного расплава алюминия поддерживают посредством индуктора.
Технический результат достигается также и тем, что устройство для получения первичного алюминия, содержащее реактор с графитовыми блоками, канал подачи смеси глинозема и углерода, катод и анод, расположенные в верхней его части, и трубопровод для отвода газов, снабжено соленоидом, индуктором и трубопроводами для отвода металла и удаления шлака, трубопровод для отвода газов размещен в средней части устройства, катод выполнен тугоплавким, канал подачи размещен между катодом и анодом, вокруг анода коаксиально размещен соленоид, а вокруг графитовых блоков, находящихся в нижней части устройства, коаксиально размещен индуктор.
На чертеже представлено устройство для осуществления предлагаемого способа получения первичного алюминия.
Устройство для получения алюминия по предложенному способу содержит кирпичную кладку 1, графитовые блоки 2, тугоплавкий катод 3, изготовленный с тангенциальной подачей газа, кончик 4 тугоплавкого катода 3, держатель 5 катода 3, анод 6, камеру 7 для охлаждающей жидкости, соленоид 8, канал 9 подачи глинозема и углерода, газоразрядную камеру 10, где создается плазменная дуга 11, индуктор 12, расплав алюминия 13, трубопровод 14 для выпуска алюминия, трубопровод 15 для удаления шлаков, трубопровод 16 для отвода газов.
Способ осуществляется следующим образом.
В плазменно-индукционной печи получают плазменную дугу, пропуская электрический заряд через газ, поступающий через катод 3 на кончик 4 катода 3. Благодаря тангенциальной подаче газа улучшается турбулентность и степень ионизации газа. Когда между кончиком 4 катода 3 и анодом 6 возникает дуга, газ ионизируется. Управление плазмой осуществляется с помощью магнитных полей, создаваемых соленоидом 8. Механическая смесь глинозема с углеродом по каналу 9 подается в плазменную дугу 11. Температура плазмы порядка 10-12 тысяч градусов. Электрическая дуга имеет форму конуса с вершиной на кончике катода 4. Далее под действием магнитных полей, создаваемых соленоидом 8, дуга сжимается и принимает вид перевернутого конуса. Такая форма дуги нужна для лучшей теплопередачи.
Под действием высокой температуры плазмы происходит суммарная реакция карботермического восстановления алюминия из глинозема:
Al2O3 + 3C = 2Al + 2CO
4Al + 3C = Al4C3
Al2O3 + 9C = Al4C3 + 6CO
После образования алюминия в зоне плазменной дуги при температуре 2050 градусов Цельсия производится закалка - резкое охлаждение за счет подачи инертного газа, для того чтобы не допустить обратную реакцию окисления.
Al2O3 + 3C = 2Al + 2CO
4Al + 3C = Al4C3
Al2O3 + 9C = Al4C3 + 6CO
После образования алюминия в зоне плазменной дуги при температуре 2050 градусов Цельсия производится закалка - резкое охлаждение за счет подачи инертного газа, для того чтобы не допустить обратную реакцию окисления.
Алюминий в виде расплава 13 осаждается на дно плазменно-индукционной печи и по мере накопления сливается через трубопровод 14 для выпуска алюминия. Диоксид углерода через трубопровод 16 для отвода газов улавливается и идет на вторичное использование для поддержания плазмы. Если необходимо, по известным технологиям можно разделять CO2 на отдельные составляющие в виде C и O2. Другие примеси удаляются через трубопровод 15 для отвода шлаков.
Графитовые блоки 2 нужны для поддержания температуры расплава алюминия. Индуктор 12 необходим для создания в блоках 2 наведенного электрического тока, чтобы они грелись, поддерживая необходимую температуру расплава алюминия.
Преимуществами способа получения первичного алюминия в плазменно-индукционной печи являются исключение загрязнения металла нежелательными примесями - углеродом из графитовых электродов, возможность поддерживать в печи окислительную, восстановительную или нейтральную атмосферу благодаря тому, что плазменная струя может состоять из любой необходимой смеси газов. При помощи плазменной дуги можно легко обеспечить необходимую температуру и стабильность процесса, возможность управления процессом. Высокая концентрация энергии в малом объеме приводит к высокой скорости плавления и высокой скорости протекания химических реакций. Преимуществом является и сравнительная простота плазменных печей по отношению к электролизерам /3/.
Кроме того, при описанном способе получения первичного алюминия значительно снижаются вредные выбросы в атмосферу из-за отсутствия фтора, оксида углерода и т. д., что приведет к улучшению экологической обстановки и уменьшению загрязнения окружающей среды.
Литература.
1. Форсблом Г. Ф. Электролиз алюминия. М., Металлургия, 1967 г., стр. 22-28.
2. Патент N 1253435, МКИ C 22 B 21/02.
3. Г.А. Фарнасов, А.Г. Фридман, В.Н. Каринский "Плазменная плавка", М., Металлургия, 1968 г.,стр. 140.
Claims (2)
1. Способ получения первичного алюминия, включающий смешение глинозема и углерода с получением их механической смеси, восстановление смеси с использованием плазменной дуги и осаждение алюминия, отличающийся тем, что смесь подают непосредственно в плазменную дугу, при этом температуру осажденного расплава алюминия поддерживают с помощью индуктора.
2. Устройство для получения первичного алюминия, содержащее реактор с графитовыми блоками, канал подачи смеси глинозема и углерода, катод и анод, расположенные в верхней его части, и трубопровод для отвода газов, отличающееся тем, что оно снабжено соленоидом, индуктором и трубопроводами для отвода металла и удаления шлака, трубопровод для отвода газов размещен в средней части устройства, катод выполнен тугоплавким, канал подачи размещен между катодом и анодом, вокруг анода коаксиально размещен соленоид, а вокруг графитовых блоков, находящихся в нижней части устройства, коаксиально размещен индуктор.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99103147A RU2170278C2 (ru) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | Способ получения первичного алюминия и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99103147A RU2170278C2 (ru) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | Способ получения первичного алюминия и устройство для его осуществления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99103147A RU99103147A (ru) | 2000-12-27 |
| RU2170278C2 true RU2170278C2 (ru) | 2001-07-10 |
Family
ID=20216041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99103147A RU2170278C2 (ru) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | Способ получения первичного алюминия и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2170278C2 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2476612C2 (ru) * | 2011-03-03 | 2013-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" | Способ получения металлического алюминия из воздушной взвеси глиняных частиц и устройство для его осуществления |
| RU2486268C2 (ru) * | 2007-12-04 | 2013-06-27 | Алкоа Инк. | Устройство и способ углетермического получения алюминия |
| RU2501870C2 (ru) * | 2012-03-11 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" | Способ получения металлического алюминия из водяной суспензии глиняных частиц и устройство для его осуществления |
| RU2529264C1 (ru) * | 2013-08-09 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Способ получения алюминия |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2737720B2 (de) * | 1976-08-23 | 1978-06-29 | Tetronics Research And Development Co. Ltd., Faringdon, Oxfordshire (Grossbritannien) | Verfahren zur carbothermischen Reduktion von Aluminiumoxid |
| GB1538231A (en) * | 1975-10-13 | 1979-01-17 | Reynolds Metals Co | Carbothermic production of aluminum |
| FR2330772B1 (ru) * | 1975-11-07 | 1980-08-14 | Reynolds Metals Co | |
| SU1253433A3 (ru) * | 1979-12-04 | 1986-08-23 | Ферайнигте Алюминиум-Верке,Аг (Фирма) | Способ получени алюмини и устройство дл его осуществлени |
-
1999
- 1999-02-16 RU RU99103147A patent/RU2170278C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1538231A (en) * | 1975-10-13 | 1979-01-17 | Reynolds Metals Co | Carbothermic production of aluminum |
| FR2330772B1 (ru) * | 1975-11-07 | 1980-08-14 | Reynolds Metals Co | |
| DE2737720B2 (de) * | 1976-08-23 | 1978-06-29 | Tetronics Research And Development Co. Ltd., Faringdon, Oxfordshire (Grossbritannien) | Verfahren zur carbothermischen Reduktion von Aluminiumoxid |
| SU1253433A3 (ru) * | 1979-12-04 | 1986-08-23 | Ферайнигте Алюминиум-Верке,Аг (Фирма) | Способ получени алюмини и устройство дл его осуществлени |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ДЕМБОВСКИЙ В. Плазменная металлургия. - М.: Металлургия, 1981, с. 219-220. ЦВЕТКОВ Ю.В. и др. Низкотемпературная плазма в процессах восстановления. - М.: Наука, 1980, с. 211-213. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2486268C2 (ru) * | 2007-12-04 | 2013-06-27 | Алкоа Инк. | Устройство и способ углетермического получения алюминия |
| RU2614223C2 (ru) * | 2007-12-04 | 2017-03-23 | Алкоа Инк. | Устройство и способ углетермического получения алюминия |
| RU2476612C2 (ru) * | 2011-03-03 | 2013-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" | Способ получения металлического алюминия из воздушной взвеси глиняных частиц и устройство для его осуществления |
| RU2501870C2 (ru) * | 2012-03-11 | 2013-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" | Способ получения металлического алюминия из водяной суспензии глиняных частиц и устройство для его осуществления |
| RU2529264C1 (ru) * | 2013-08-09 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Способ получения алюминия |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104105802B (zh) | 贱金属回收 | |
| KR20180090774A (ko) | 실리카로부터 고순도 실리콘을 제조하는 방법 | |
| EA004622B1 (ru) | Обогащение концентратов сульфидов металлов | |
| WO2007082030A2 (en) | Use of an induction furnace for the production of iron from ore | |
| KR970001425B1 (ko) | 미립 금속 산화물을 용해하기 위한 노 및 그 방법 | |
| RU2170278C2 (ru) | Способ получения первичного алюминия и устройство для его осуществления | |
| US4334917A (en) | Carbothermic reduction furnace | |
| US7776126B2 (en) | Processing parameters for operation of a channel induction furnace | |
| JP2009167469A (ja) | 含銅ドロスの処理方法 | |
| RU2296166C2 (ru) | Способ прямого восстановления металлов из дисперсного рудного сырья и устройство для его осуществления | |
| JPH101728A (ja) | 酸化錫の還元処理方法及び装置 | |
| CA2633210C (en) | Carbothermic processes | |
| RU2476599C2 (ru) | Способ электродугового жидкофазного углетермического восстановления железа из оксидного сырья и устройство для его осуществления | |
| RU60936U1 (ru) | Устройство для прямого восстановления металлов | |
| EP0216618A2 (en) | Recovery of volatile metal values from metallurgical slags | |
| RU1770420C (ru) | Способ очистки тугоплавких металлов и сплавов от примесей цветных металлов | |
| RU2318876C1 (ru) | Устройство для прямого восстановления металлов | |
| RU61283U1 (ru) | Плазменно-дуговая печь | |
| RU2410446C1 (ru) | Способ обработки минеральных руд | |
| RU2384625C1 (ru) | Способ плазменного восстановления железа из оксидного расплава и устройство для его осуществления | |
| RU2166555C1 (ru) | Способ переработки огарка обжига никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна | |
| RU2335549C2 (ru) | Способ ввода шихты в плазменно-дуговую электропечь и устройство для его осуществления | |
| RU2182184C1 (ru) | Способы переработки железосодержащих материалов | |
| RU2135614C1 (ru) | Способ переработки окисленного полиметаллического сырья | |
| AU2006274499B2 (en) | Carbothermic processes |