DE3022264C2 - Verfahren zur Gewinnung von Aluminiummetall aus aluminiumoxidhaltigen Erzen - Google Patents

Verfahren zur Gewinnung von Aluminiummetall aus aluminiumoxidhaltigen Erzen

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Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hinreichend BaS in den reaktiven Materialien vorhanden ist, um eine geschmolzene Phase zu ergeben, die Aluminiumsulfid (37) bei einer Temperatur von 1300 bis 1500 K enthält
3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Zerlegung des Aluminiumsulfids erzeugte Schwefeldampf zur Reaktion mit dem aluminiumoxidhaltigen Erz rückgeführt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumsulfid getrennt vom geschmolzenen Aluminium rückgeführt und vor Erhitzung auf 1600 bis 1900 K mit dem geschmolzenen Aluminiumsulfid vereinigt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Schwefelkohlenstoffverbindung um Schwefelkohlenstoff CS2 handelt
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das aluminiumoxidhaltige Erz mit Koks vermischt und anschließend zu Pellets verpreßt wird, bevor die Reaktion mit dem Schwefeldampf oder mit Dämpfen von Schwefelkohlenstoifverbindungen erfolgt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das aluminiumoxidhaltige Erz Bauxit ist und vor der Mischung mit Kohlenstoff nach dem Bayer-Verfahren gereinigt wurde.
8. Verfahren zur Gewinnung von Aluminiummetall aus aluminiumoxidhaltigen Erzen, insbesondere Bauxit auch gereinigter Bauxit durch Umsetzen des Ausgangsmaterials mit Kohlenstoff und Schwefeldampf oder Dämpfen von Schwefelkohlenstoffverbindungen, dadurch gekennzeichnet daß man die Ausgangsmaterialien bei einer Temperatur von 1500 bis 1600 K unter Bildung von Aluminiummonosulfid AlS umsetzt, daraufhin das Aluminiummonosulfid unter Disproportionierung in Aluminiumsulfid AI2S3 und Aluminiummetall auf eine Temperatur von 1100 bis 1370 K abkühlt, das Aluminiummetall abtrennt und das Aluminiumsulfid elektrolytisch unter Bildung von weiterem Aluminiummetall zersetzt.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Aluminiummetall aus aluminiumoxidhaltigen Erzen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf nichtelektrolytische Verfahren zur Wiedergewinnung von Aluminium, wodurch die erforderlichen Energieverbrauchsniveaus abgesenkt werden.
Das Bayer-Hall-Verfahren wurde zur Wiedergewinnung von Aluminium aus Erz für mehr als ein halbes Jahrhundert angewandt. Es ist das derzeit einzige kommerziell angewandte Verfahren in den USA zur Herstellung von Aluminium aus Bauxit Im ersten Schritt des Bayer-Verfahrens wird feingemahlener Bauxit in einer Mischung aus Natriumaluminat (NaAlC>2) und freien kaustischen Alkalien bei erhöhter Temperatur und Druck aufgelöst. Die anderen im Bauxit vorhandenen Materialien, nämlich Hämatit (FejOs), Titandioxid (T1O2) und Siliciumdioxid (S1O2) sind nicht löslich. Diese Verunreinigungen werden aus der Alumininatflüssigkeit durch Eindicken und Filtration entfernt und sodann weggeworfen.
Die Aluminium enthaltende Flüssigkeit wird verdünnt und sodann abgekühlt, bevor sie zu großen Ausfällungstanks transportiert wird, wo Aluminiumoxid (als Trihydrat) aus der Lösung ausscheidet. Die Feststoffe werden gewaschen und sodann kalziniert, um die Aluminiumoxideinspeisung für den Aluminiumofen herzustellen. Die verbrauchte Flüssigkeit wird durch Verdampfung konzentriert und zur Bauxitauflösung rückgeführt.
Die Reduktion von Aluminiumoxid zu Aluminium wird durch den Hall'schen elektrolytischen Prozeß erreicht. Aluminiumoxid wird kontinuierlich in einem geschmolzenen Kryolit (typischerweise einer Mischung aus Fluoriden des Natriums, Aluminiums und Kalziums) in einer elektrolytischen Zelle aufgelöst, wobei Aluminium an der Kathode und Sauerstoff enthaltende Gase an der Anode erzeugt werden. Das Aluminiumprodukt sammelt sich am Boden der Zellen an und wird periodisch entfernt und in Barren gegossen.
Das Bayer-Hall-Verfahren und verschiedene andere elektrolytische Verfahren machen relativ hohe Energiekosten notwendig. Derzeit verbraucht die Aluminiumindustrie ungefähr 4% der gesamten in den USA zur Verfügung stehenden Energie, so daß sich eine beträchtliche Anregung dahingehend ergibt, energieeffiziente Mittel bei der Herstellung von Aluminium vorzusehen.
Ein anderes von der Aiuminiumindustrie in Betracht gezogenes Verfahren sieht die Umwandlung von Aluminiumoxid in ein Material wie beispielsweise Aluminiumchlorid (AICI5) vor, gefolgt von der Elektrolyse. Dieser Chloridprozeß beginnt mit dem Aluminiumoxid aus dem Bayer-Prozeß. Das Aluminiumoxid wird zuerst in einem zweistufigen Fluidbett mit Kohlenstoff aus der Crackung von schwerem Heizöl imprägniert. Das mit Kohlenstoff imprägnierte Aluminiumoxid wird sodann chloriert, um flüchtiges Aluminiumchlorid in einem Strömungsmittelbettreaktor bei ungefähr 15O0C zu erzeugen. Die Fluid-Bett-Abgase werden zum Herauskondensieren der Verunreinigungen abgekühlt. Eine Endkondensation bei ungefähr 65°C entfernt das Aluminium-
Chlorid. Das Aluminiumchlorid wird sodann in elektrolytische Zellen eingegeben, die eine Mischung aus Chloriden des Aluminiums, Natriums und Lithiums enthalten und bei ungefähr 7000C arbeiten. Inerte Kohlenstoffanoden und Kathoden werden zur Erzeugung von Aluminium an der Kathode und Chlor an der Anode verwendet Das Chlor wird zum Chlorierschritt zurückgeführt. Das geschmolzene Aluminium wird aus den Zellen abgezogen und in Barren vergossen.
Obwohl die elektrolytische Zerlegung von Aluminiumchlorid etwas weniger Energieaufwand erforderlich macht, als die übliche Aluminiumoxiflelektrolyse, so wird diese Wirtschaftlichkeit doch durch die vorausgehende Verfahrensschritte der Reinigung und Chlorierung des Aluminiumoxids im großen Ausmaß ausgeglichen.
US-PS 34 21 852 beschreibt die Behandlung von aluminiumoxidhaltigem Erz mit Kohlenstoff in Anwesenheit von Schwefel bei erhöhten Temperaturen zur Erzeugung gereinigten Aluminiumoxids. Wie in Spalte 2, Zeilen , 17—27 angeführt, werden Kohlenstoff und Schwefel in solchen Mengen hinzugefügt, daß die Verunreinigungen
wie beispielsweise Eisen, Silicium, Titan in ihre entsprechenden Sulfide umgewandelt werden. Die Herstellung von geschmolzenem AluminiumsulFid wird nicht erwähnt
US-PS 28 43 475 beschreibt die Behandlung einer Aluminiumoxid-Aluminiumsulfidmischung mit Kohlenstoff bei erhöhten Temperaturen zur Erzeugung eines Reaktionsgases einschließlich Al2S. Das Al2S disproportioniert unter Bildung von geschmolzenem Aluminium und festem Al'jminiumsulfid. Dieses Dokument lehrt nicht die Reaktion von Aluminiumoxid mit Schwefelgas zur Erzeugung von A12S3, nicht die Zerlegung von AI2S3 bei erhöhten Temperaturen zur Bildung von AlS und auch nicht die Rückführung von Schwefelgas oder die direkte Dildung von AlS aus Aluminiumoxid. US-PS 18 16 842 beschreibt die Reaktion von Aluminiumoxid in Bauxit mit beispielsweise FeS und Kohlenstoff zur E» zeugung von A12S3- Das Verfahren richtet sich auf die Behandlung von Eisenoxidverunreinigungen durch Umwandlung in Sulfide des Eisens. Die Verarbeitung von Aluminiumsulfid zur Erzeugung von Aluminiummetall wird nicht erwähnt
In der GB-PS 5 01 233 ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 beschrieben. Das nachdem in dieser Druckschrift offenbarten Verfahren gebildete Aluminiumsulfid wird dann durch Erhitzen mit Eisen oder eisenhaltigen Legierungen oder Kupfer und in einer reduzierenden oder inerten Gasalmosphäre zu metallischem Aluminium reduziert
ί In der GB-PS 4 84 014 ist ein elektrolytisches Verfahren beschrieben, bei dem Aluminiumsulfid in der Schmelze unter einem reduzierenden oder inerten Gas zu Aluminiummetall reduziert wird.
In der Zeitschrift für anorganische Chemie, Bd. 261,1950, Seiten 248 bis 260, ist die Sulfidierung von Aluminium beschrieben. Dort ist auch gesagt, daß Aluminiumsulfid bei tieferen Temperaturen zu metallischem Aluminium und Aluminiumsulfid (AI2S3) disproportioniert
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zur Verfügung zu stellen, das besonders energiesparend ist Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der genannten Art gelöst, das die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 aufweist
, Die Merkmale der Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Eine alternative Lösung der gestellten Aufgabe wird mit der Lehre des Anspruchs 8 vorgeschlagen.
, Erfindungsgemäß wird somit das aluminiumoxidhaltige Erz mit Kohlenstoff und Schwefeldampf oder Dämpfen von Schwefelkohlenstoffverbindungen in Kontakt gebracht. Hierbei bildet sich geschmolzenes Aluminiumsulfid und Kohlenmonoxidgas. Das geschmolzene Aluminiumsulfid wird von den festen Verunreinigungen und den restlichen Reaktanzien abgetrennt, sodann auf eine Temperatur von 1600 bis 1900 K erhitzt, um die Zerlegung in flüssiges Aluminiummonosulfid (AlS) und Schwefeldampf zu bewirken. Das Aluminiummonosulfid wird dann auf 1100 bis 1370 K abgekühlt; hierbei disproportioniert es zu Aluminiumsulfid und geschmolzenem Aluminiummetall, wobei letzteres als das gewünschte Produkt abgetrennt wird. Das Aluminiumsulfid wird zum ' Hochtemperaturzerlegungsschritt rückgeführt.
In einem alternativen Verfahren wird Aiuminiumoxid mit Kohlenstoff Schwefeldampf oder Dämpfen von , Schwefelkohlenstoffverbindungen bei einer Temperatur von 1500 bis 1600 K zur Reaktion gebracht um direkt flüssiges Aluminiummonosulfid und Kohlenmonoxidgas zu bilden. Das Aluminiummonosulfid wird separiert und
=. auf eine Temperatur von 1100 bis 1370 K abgekühlt, bei der es in Aluminiumsulfid und geschmolzenes Alumini-
ϊ' ummetall disproportioniert. Das Aluminiumsulfid wird elektrolytisch zu Aluminiummetall und Schwefeldampf so ν zerlegt. Das in der Disproportionierung und den Elektrolyseschritten gebildete Aluminiummetall wird als Produkt gewonnen.
) Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie
, aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt
Il F i g. 1 ein Flußdiagramm eines Aluminiumgewinnungsverfahrens; F i g. 2 ein Flußdiagramm eines alternativen Verfahrens des Aluminiumgewinnungsverfahrens gemäß F i g. 1.
Bei einer Art der Gewinnung von Aluminiummetall aus aluminiumhaltigem Erz wird das Erz nach einer ' vorhergehenden Verarbeitung in zweckmäßiger Form, beispielsweise in Pelletform, mit Koks oder anderem geeigneten teilchenförmigen Kohlenstoff gemischt. Dieses Speisematerial wird mit Schwefeldampf oder Dampf von Schwefelkohlenstoffverbindungen zur Reaktion gebracht und zwar entsprechend der folgenden Reaktion bei einer Temperatur von ungefähr 1300— 1500 K.
AI2O3 + 3 C + 3S — Al2S3 + 3 CO.
Andere Mineralien wie beispielsweise Hämatit und Titandioxid werden ebenfalls mit Schwefel zur Bildung fester Sulfide zur Reaktion gebracht. Siliciumdioxid verbleibt ohne zur Reaktion gebracht zu sein als ein festes Oxidmaterial. Diese Verunreinigungen können in einer darauffolgenden Phasentrennung entfernt werden.
Beim Schwefeldampf bzw. Dampf von Schwefelkohlenstoffverbindungen kann es sich um Schwefel in einer oder mehreren verschiedenen Formen einschließlich S2, S6 oder CS handeln. Aus Gründen der Einfachheit wird nachstehend nur noch der Begriff »Schwefeldampf« verwendet, der auch Dampf von Schwefelkohlenstoffver- ,
bindungen bezeichnen soll. Wenn der Schwefeldampf Kohlenstoff enthält, wie in Schwefelkohlenstoff, so kann er anstelle von mindestens einem Teil des andernfalls als Koks oder in der Form anderer Feststoffe eingeführten Kohlenstoffs dienen. Die Gasphase der obigen Sulfidierungsreaktion kann einige dieser Schwefeldämpfe im Überschuß enthalten. Beiprodukte wie beispielsweise COS können in den Reaktorgasen auftreten und können ;
vom Kohlenmonoxid zusammen mit den anderen Dämpfen getrennt werden, und zwar durch Kondensation ' ·
oder Diproportionierung im Falle von COS. pi
to Das sich ergebende geschmolzene Aluminiumsulfid (Al2S3) wird auf eine erhöhte Temperatur von ungefähr |!
1600 K—1900 K erhitzt und auf dieser Temperatur für eine hinreichende Zeitdauer von beispielsweise 15—60 |]
Minuten gehalten, um dessen Zerlegung zu geschmolzenen AlS und Schwefeldampf entsprechend der folgenden :';
Reaktionsgleichung zu bewirken: '
Al2S3- 2AlS + S. {.■
■all1.
Da Aluminiumsulfid bei einer Temperatur oberhalb dieses Bereichs nicht existert, kann im wesentlichen eine ^
100%ige Umwandlung erwartet werden. %
Das geschmolzene Aluminiummonosulfid wird sodann auf eine Temperatur von 1100 bis 1370 K abgekühlt; '■■■:
diese reicht aus, um eine Disproportionierung zu Aluminiumsulfid und geschmolzenem Aluminiummetall zu bewirken. Die Disproportionierung geschieht wie folgt:
3 AiS — Al2S3 + Al.
Die Disproportionierung wird im Temperaturbereich von z. B. 1200° K — 1370° K ausgeführt. Die obere Grenze dieses Bereichs ist bestimmt durch das Gleichgewicht der Reaktion, wobei im allgemeinen AlS bei ungefähr 1370° K stabil und Al2S3 stabil unterhalb 1370° K ist. Das geschmolzene Aluminiummetall wird in einer Flüssigkeit-Feststoff- oder einer Flüssigkeits-Flüssigkeits-Separation wiedergewonnen, und zwar abhängig von der Temperatur und dem Schmelzpunkt der aluminiumsulfidreichen Phase. Das Aluminiumsulfid wird zur Zerlegungsreaktion rückgeführt, um eine vollständigere Aluminiumwiedergewinnung zu erreichen.
In F i g. 1 ist ein spezielles Aluminiumgewinnungsverfahren im einzelnen dargestellt. Aluminiumhaltiges Erz f
11, welches Aluminiumoxid enthält, kann hergestellt werden durch Vermischung mit teilchenförmigem Kohlen- '
stoff und durch Pressen in Pellets, oder Extrusionselemente, um eine bequeme Handhabung innerhalb eines geeigneten Erzaufbereitungsvorgangs 13 erreichen. Kohlenstoff zur Mischung mit dem Erz kann von einer
geeigneten Koksfertigung 15 oder einer anderen geeigneten Quelle vorgesehen sein. :
In manchen Fällen, beispielsweise dann, wenn das Erz ein hohes Niveau an Verunreinigungen enthält, kann die Erzaufbereitung auch Verfahren einschließen, die ähnlich dem konventionellen Bayer-Prozeß sind, wo Eisen, Titan, Silicium und andere Metallverunreinigungen entfernt werden. Beispielsweise werden diese Verunreinigungen aus der Bauxit-Einspeisung dadurch entfernt, daß man das Aluminiumoxid in einer geschmolzenen kaustischen Mischung von Natriumaluminat und Natriumhydroxid bei ungefähr 400—500K und 1,03 bis 138 · 106 Pa auflöst Die Verunreinigungen einschließlich Fe2O3, TiO2 und SiO2 verbleiben als Feststoffe und werden durch Filtration entfernt Das behandelte Speiseerz 17 wird zum Sulfidierungsreaktor 19 transferiert, wo die Mischung mit zusätzlichem Koks 21 erfolgt um ein adequates Reduktionsmittel vorzusehen, und um auch Brennstoff vorzusehen, um die erforderliche erhöhte Temperatur zu erzeugen.
Innerhalb des Reaktors 19 wird Aluminiumoxid zu Aluminiumsulfid (AbS3) umgewandelt während Kohlenstoff unter Bildung von Kohlenmonoxid oxidiert wird. Der zur Durchführung dieser Reaktion erforderliche Schwefeldampf oder Dampf von Schwefelkohlenstoffverbindungen 23 und die Luft oder eine andere Sauerstoffquelle 25 zur Verbrennung überschüssigen Kokses sind im unteren Abschnitt des Reaktors 19 eitnretend dargestellt Die Ergebnisse dieser Reaktionen liefern ausreichend Wärme, um die Temperatur auf eine ausreichende Sulfidierungstemperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Aluminiumsulfid zu erhöhen, beispielsweise von ungefähr 1370 K bis ungefähr 1500 K. Etwas niedrigere Temperaturen bis hinab zu ungefähr 1250 K können in flüssiger Phase erhalten werden, wenn bis zu ungefähr 10 Mol% BaS dem Aluminiumoxiderz hinzugefügt werden, um den Schmelzpunkt des Al2S3 abzusenken. Eine solche Hinzufügung kann vorteilhafterweise zur Erleichterung der darauffolgenden Flüssigkeit-Feststoff-Trennung 27 verwendet werden.
Das Kohlenmonoxid, die Verbrennungsgase und der nicht reagierte Schwefeldampf können in geeigneter und bekannter Weise an der Dampfbehandlungsvorrichtung 29 verarbeitet werden. In einem solchen Dampfbehandlungsverfahren können die Schwefeldämpfe durch Kondensation entfernt und zum Reaktor rückgeführt werden. Das Kohlenmonoxid kann zur Verwendung als Brennstoff wiedergewonnen werden.
Der Sulfidierungsreaktor 19 kann ein konventioneller Ofen sein, der gestattet daß die Koksverbrennung die erforderlichen Reaktionstemperaturen von 1300—1500K für die Sulfidierung vom Aluminiumoxid erzeugt Beispielsweise kann die Reaktion in Chargeöfen oder Pfannen aus Keramikmetallen erfolgen.
Ein Separator 27 kann eine oder mehrere geeignete Einheiten aufweisen, um die Feststoff-Flüssigkeit-Separationen durchzuführen, und zwar einschließlich der Dekantier- oder Flotations-Verfahren, die die Dichteunterschiede berücksichtigen. Festes Material 29, das vom Separator 25 entfernt wurde, kann wiedergewinnbares Aluminiumoxid und Koks und auch hohe Konzentrationen an Sulfiden des Eisens und Titans zusammen mit Siliciumdioxid enthalten. Die Abfailbehandlungsoperation 31 kann die Wiedergewinnung von restlichen Reaktionspartnern 33 berücksichtigen, und auch die Aufbereitung des Abfalls 35 zur Entfernung. In einer solchen Abfailbehandlungsoperation können Flotations- oder andere bekannte Verfahren verwendet werden.
Das geschmolzene Aluminiumsulfid 37 aus dem Separator 27 wird zu einem elektrischen Bogenofen 39 oder zu anderen geeigneten Mitteln gebracht, um hohe Temperaturen von 1600 bis 1900 K zu erhalten, und zwar für eine Verweilzeit von beispielsweise 15—60 Min. Bei diesen Temperaturen wird das Aluminiumsulfid zerlegt, und es bildet sich geschmolzenes Aluminiummonosulfid 41 und Schwefeldampf 43. Der Schwefeldampf 43 kann vorteilhafterweise zum Sulfidierungsreaktor 19 zurückgeführt werden. Zusätzlicher Ergänzungsschwefel oder andere Schwefeldämpfe 45 sind erforderlich, um die im Verfahren eintretenden Verluste auszugleichen, wie beispielsweise den im sulfidierten Abfall 35 enthaltenen Schwefel.
Das geschmolzene AlS bei 41 wird darauffolgend in seiner Temperatur auf einen hinreichend niedrigen Pegel, nämlich 1100 K bis 1370 K abgesenkt, um zu disproportionieren und Aluminiumsulfid und geschmolzenes Aluminiummetall zu bilden. Dadurch, daß man BaS zugibt, kann geschmolzenes Aluminiumsulfid im oberen Teil dieses Temperaturbereichs vorhanden sein. Die Disproportionierung kann in einer gesonderten Einheit 47 erreicht werden, oder einfach dadurch, daß man die Temperatur innerhalb des Ofens 39 in einem Chargenprozeß reduziert. Das geschmolzene Aluminiummetall wird als Produkt 53 gewonnen, und zwar innerhalb eines geeigneten Flüssigkeits-Flüssigkeits- oder Feststoff-Flüssigkeits-Separators 49, wie beispielsweise einem Absetzoder Flüssigkeitsdekantier-Gefäß. Das Aluminiumsulfid 51 kann als zusätzliche Einspeisung in den Ofen 39 zurückgeführt werden. Die Handhabung des rückgeführten Aluminiumsulfids 51 wird dann erleichtert, wenn es sich in flüssigem Zustand befindet.
In Fig.2 ist ein alternatives Verfahren dargestellt, bei dem metallurgische Schritte mit elektrolytischen Verfahrensschritten kombiniert werden. Aluminiumhaltiges Erz 61 wird nach Behandlung und Kombination mit Kohlenstoff in einen Sulfidierungsreaktor 63 eingespeist, wo eine erhöhte Temperatur von ungefähr 1500-1600 K die folgende Reaktion zustande bringt:
3/2 AI2O3 + 9/2 C + 3 S — 3 AlS + 9/2 CO.
Die Gase werden getrennt und in Verarbeitungseinheit 65 wie oben beschrieben behandelt. Das geschmolzene Aluminiummonosulfid (AlS) 67 wird bei 69 von den festen Abfällen 71 in einem Flüssigkeits-Feststoff-Trennsystem bei Temperaturen oberhalb 1370 K getrennt.
Das AlS wird wiedergewonnen und zu einem Disproportionierungsgefäß 73 geleitet, wo seine Temperatur auf einen hinreichenden Pegel, nämlich 1100 K bis 1370 K verringert wird, um die folgende Disproportionierung hervorzurufen:
3AIs-AI2S3H-AI.
Sämtliches geschmolzenes Aluminium 77 oder ein Teil davon kann in einer Phasentrennung 75 wiedergewonnen werden, und das Aluminiumsulfid 78 (fest bei diesen Temperaturen) wird zu einer Elektrolyseeinheit 79 weitergeleitet.
Das AI2S3 kann beispielsweise in geschmolzenem Kryolit bei ungefähr 1000—1200K zur Erzeugung von Schwefeldampf 81 und geschmolzenem Aluminium 83 elektrolytisch zersetzt werden. Der Schwefeldampf 81 wird mit jedwedem erforderlichen Zusatzschwefel 82 vereinigt und zum Sulfidierungsreaktor 63 zurückgeführt. Jedwedes elementares Aluminium auf oder innerhalb der Aluminiumsulfideinspeisung zu diesem Elektrolytschritt wird ebenfalls wieder gewonnen. Eine Abwandlung dieses Verfahrens sieht vor, daß die gesonderte Phasentrennung bei 75 eliminiert werden kann und sämtliches in den Gefäßen gewonnenes elementares Aluminium wird für die elektrolytische Zerlegung verwendet Obwohl das Aluminiumprodukt in der Elektrolyseausrüstung getrennt wird, muß keine elektrische Energie vorgesehen sein, um den Teil des Aluminiums zu zerlegen, der zuvor durch die Disproportionierung von AlS erzeugt wurde. Dieser kombinierte metaüurgische-elektrolytisehe Prozeß ermöglicht die Erzeugung eines Drittels des Aluminiumproduktes durch Disproportionierung und zwei Drittel des Aluminiumproduktes durch elektrolytische Zerlegung. Die zur elektrolytischen Zerlegung von AI2S3 erforderliche elektrische Energie ist jedoch geringer als die für AI2O3 oder AICI3 erforderliche Energie. Auch werden die im elektrischen Bogenofen gemäß F i g. 1 erzeugten hohen Temperaturen bei diesem alternativen Verfahren etwas gemäßigt
Die beschriebenen metallurgischen und kombinierten Verfahren zur Gewinnung von Aluminium aus aluminiumhaltigem Erz sind in Tabelle I mit dem üblichen Bayer-Hall-Verfahren verglichen, und ferner mit einem typischen Verfahren, welches die elektrolytische Zerlegung von Aluminiumchlorid verwendet. Beide dieser elektrolytischen Verfahren sind einleitend bereits beschrieben worden.
Das metallurgische Verfahren gemäß F i g. 1 ist in Tabelle I sowohl anhand einer Bauxiteinspeisung als auch mit einer Aluminiumoxideinspeisung erläutert, wobei die Einspeisung zuvor durch das Bayer-Verfahren behandelt wurde.
Tabelle I
Verfahren (tatsächlicher) Elektrizität Gesamtenergie
Brennstoff kWh/Tonne Al Millionen
Millionen BTU/Tonnen Al
BTU/Tonnen Al
Metallurgisch
Bauxiteinspeisung ίο Aluminiumeinspeisung Kombiniertes metallurgisches elektrolytisches-Verfahren Aluminiumoxideinspeisung Elektrolytisches Verfahren Bayer-Hall Chlorid
55
55
45
47
5755 5660
5880
12,275 10,775
115 114
127
170-240 150-160
Eine zusätzliche Aufschlüsselung der Energieverbraucher für zwei metallurgischen Verfahren ist in Tabelle II 20 angegeben.
Tabelle II
Verfahrensabschnitt
1 a. Pelletisieren und Sintern 1 b. Bayer-Verfahren 2. Sulfurisierung
Reaktor und Abfalltrennung
3. Elektrischer Ofen
4. Disproportionierung und Al Separation
5. Festabfall
Handhabung
6. Gasbehandlung
und CO Wiedergewinnung
7. Kokserzeugung
8. zusätzlicher Verbrauch
Gesamte Anlage
Bauxit-Einspeisung
Brennstoff
10« BTU/Tonnen		 Leistung
kWh/Tonnen		 Bayer-Aluminiumoxid-Einspeisung
Brennstoff Leistung
106 BTU/Tonnen kWh/Tonnen		 305
40
4
64		 165
130		 22
41		 5150
50
— 5150
50		 25
— 150 — 25
(17) 40 (H) 40
25
3
1		 70
25		 2
1
5755
55
5660
Man erkennt somit, daß die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung von Aluminium aus aluminiumhaltigem Erz vorsieht, und zwar durch metallurgische und kombiniert metallurgisch-elektrolytische-Verfahren, wobei sich eine beträchtliche Energieeinsparung über den derzeit verwendeten Verfahren ergibt. Es wird auch geschätzt, daß die Kapitalkosten für das erfindungsgemäße Verfahren ungefähr die gleichen oder etwas geringer sind als die für das übliche Bayer-Hall-Verfahren.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Gewinnung von Aluminiummetall aus aluminiumoxidhaltigen Erzen, insbesondere Bauxit, auch gereinigter Bauxit, unter Herstellung von Aluminiumsulfid AI2S3 durch Umsetzen des Ausgangsrnaterials mit Kohlenstoff und Schwefeldampf oder Dämpfen von Schwefelkohlenstoffverbindungen bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes von Aluminiumsulfid und anschließendes Umsetzen des Aluminiumsulfides zu Aluminiummetall, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumsulfid unter Bildung von Aluminiummonosulfid AlS auf 1600 bis 1900 K erhitzt wird und anschließend das gebildete Aluminiummonosulfid abgekühlt wird auf 1100 bis 1370 K unter Disproportionierung zu Aluminiummetall und Aluminiumsul-
DE3022264A 1979-06-14 1980-06-13 Verfahren zur Gewinnung von Aluminiummetall aus aluminiumoxidhaltigen Erzen Expired DE3022264C2 (de)

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DE3022264A1 DE3022264A1 (de) 1980-12-18
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