безанодный способ получения алюминия

Формула изобретения

Способ получения алюминия, включающий восстановление глинозема углеродсодержащим материалом и последующее выделение алюминия на катоде, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала используют графит, перед восстановлением глинозем смешивают с графитом, восстановление осуществляют при нагреве посредством высокочастотных индукторов до спекания и расплавления смеси с использованием смеси в качестве анода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии алюминия, в частности к получению алюминия из глинозема и глиноземсодержащих материалов.

Известен способ получения алюминия, включающий термообработку окиси алюминия в присутствии углерода, взаимодействие полученного продукта, содержащего карбид алюминия и алюминийтрифторид, при нагревании с образованием алюминийсубфторида и разложение субфторида до алюминия и алюминийтрифторида, причем перед термообработкой осуществляют агломерацию исходного материала с покрытием агломерационных частиц углеродом, нагревание проводят резистивным способом, а разложение осуществляют конденсацией с помощью слоя алюминийтрифторида при 1100^oC (Патент СССР N 1253433, C 22 B 21/02).

Недостатками описанного способа являются наличие фтористых соединений в шихте, недостаточно высокая чистота получения алюминия.

Известен способ получения алюминия из глиноземсодержащих материалов, включающий восстановление твердым углеродсодержащим материалом (патент СССР N 313374, C 22 B 21/02, 1971), причем исходные материалы хлорируют хлористым марганцем в присутствии твердого углеродсодержащего материала при температуре 900-1400^oC, а полученный треххлористый алюминий, очищенный от окиси углерода, восстанавливают до металлического алюминия образующимся при хлорировании металлическим марганцем при температуре, выше температуры плавления хлористого марганца, и не менее чем полуторакратном избытке его против теоретически необходимого количества с получением хлористого марганца, который возвращают на хлорирование.

Недостатками являются сложность технологического процесса получения алюминия и наличие вредных примесей, загрязняющих атмосферу.

Известен способ получения алюминия (авт. св. СССР N 193720, C 25 C 3/06, C 22 B 21/02, 1969), принятый в качестве ближайшего аналога. Сущность способа заключается в том, что окись алюминия восстанавливают углеродом до образования в основном Al₂O, которая улавливается известным путем и направляется на электролиз.

Технический результат - улучшение экологии процесса получения алюминия.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения алюминия, включающем восстановление глинозема углеродсодержащим материалом и последующее выделение алюминия на катоде, в качестве углеродсодержащего материала используют графит, перед восстановлением глинозем смешивают с графитом, восстановление осуществляют при нагреве посредством высокочастотных индукторов до спекания и расплавления смеси с использованием смеси в качестве анода.

На чертеже представлено устройство, поясняющее сущность заявленного способа получения алюминия.

Устройство содержит вертикальную футерованную огнеупорным кирпичом печь 1, загрузочное устройство 2, транспортер 3 для подачи смеси глинозема и углеродсодержащего материала, например, графита, высоковольтные индукторы 4 и 5, находящиеся соответственно в верхней и нижней части печи 1, катод 6, выложенный из огнеупорного материала, устройство 7 слива готового алюминия, устройство 8 удаления шлака, устройство 9 удаления углекислого газа, токопроводящий угольный электрод 10, например, кольцевой формы, на который подается положительный потенциал.

Способ получения алюминия осуществляется следующим образом.

Глинозем и углеродсодержащий материал, например графит, предварительно измельченный и тщательно перемешанный с глиноземом, поступает по транспортеру 3 в загрузочное устройство 2 печи 1. Загрузочное устройство 2 периодически подает смесь и удаляет через устройство 9 углекислый газ из печи. Глиноземно-графитная смесь под действием гравитации постепенно перемещается вниз, где предварительно разогревается высокочастотными индукторами 4 до спекания глинозема с графитом при температуре 960^oC, а затем в зоне кольцевого электрода 10 расплавляется с помощью высокочастотных индукторов 5 в нижней части печи. Наряду с основной реакцией восстановления алюминия:

Al₂O₃ + 3C ---> 2Al + 3CO

идет реакция образования карбида 4Al + 3C ---> Al₄C₃, который разлагается при температуре 2040^oC в нижней части печи. Образующийся при восстановлении алюминия оксид углерода поднимается вверх и вступает в реакцию с кислородом с образованием диоксида углерода. Образующийся при распаде карбида углерод также вступает в реакцию с кислородом, образуя углекислый газ. На катоде 6 происходит окончательное восстановление алюминия и периодический слив его через устройство 7. Образовавшийся в процессе восстановления шлак удаляется через устройство 8.

Графит выполняет функцию восстановителя. Восстановитель является своего рода топливом, источником энергии, необходимой для протекания процесса восстановления. Процесс восстановления алюминия идет по электролизному типу, только анод представлен не в виде концентрированной массы, а в виде равномерно смешанного с глиноземом порошкообразного графита.

Предложенный способ лучше реализовать в местах дешевой электрической энергии.

По сравнению с ближайшим аналогом предлагаемый способ более прост в реализации технологического процесса получения алюминия, в нем отсутствуют вредные примеси, загрязняющие атмосферу, что улучшит экологию, отсутствие добавок в процессе восстановления повышает чистоту алюминия, кроме того, за счет непрерывности процесса производительность получения алюминия будет достаточно высокой.