EA011740B1

EA011740B1 - Способ получения массы, содержащей твердый карбид алюминия, и способ извлечения металлического алюминия из этой массы

Info

Publication number: EA011740B1
Application number: EA200800433A
Authority: EA
Inventors: Ягхоуб Саяд-Ягхоуби
Original assignee: ТЕРМИКАЛ АйПи ПТИ ЛТД.
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2009-04-28
Also published as: EP1912896A1; EA200800433A1; CA2633210C; CN101233081B; US7824468B2; US20090199679A1; CN101233081A; EP1912896A4; JP2009502708A; WO2007012123A1; CA2633210A1; EP1912896B1; ATE517844T1

Abstract

Карботермический процесс получения массы, содержащей карбид алюминия, путем вдувания углерода и глинозема в расплавленный алюминий, перегретый выше 1400°C. Углерод реагирует с расплавленным алюминием с образованием массы карбида алюминия и глинозема. Массу можно нагревать в диапазоне от 1700 до 2000°C с получением металлического алюминия и монооксида углерода.

Description

Это изобретение относится к карботермическим реакциям с участием глинозема.

Предпосылки создания изобретения

Для производства алюминия технология, основанная на карботермическом процессе, является многообещающей и придает перспективу альтернативе электролитической технологии Холла-Эру. Успешный карботермический процесс может обладать потенциалом снижения требуемых капиталовложений на 50-70% и эксплуатационных расходов на 25-35% по сравнению с электролитическим способом. Также была бы устранена проблема фторидных выбросов, при этом количество образующихся углеродсодержащих газов было бы существенно ниже, чем в случае электролитического производства алюминия.

Попытки получения алюминия с помощью карботермического процесса делались в течение более 100 лет. Однако по-прежнему необходимо достичь оптимизации карботермического процесса для обеспечения успешного промышленного производства алюминия. Для процессов, исследованных на данном этапе, требуются температуры более 2000°С и точный контроль реагентов и продуктов на различных сложных стадиях. Эти стадии включают в себя:

(a) реакцию глинозема и углерода с получением карбида алюминия при температуре выше 2000°С;

(b) реакцию карбида алюминия с глиноземом с получением металлического алюминия при температуре выше 2150°С; и (c) отделение алюминия от оставшихся материалов. Проблемы, с которыми приходится сталкиваться в таком карботермическом процессе, включают в себя успешное улавливание высокого уровня улетученного алюминия, снижение уровня потерь огнеупоров, трудности при перемещении материалов между стадиями и проблему образования большого объема монооксида углерода. Такие проблемы неизбежны при таких высоких рабочих температурах, как 2000-2200°С.

Основные реакции для карботермических процессов представляют собой следующие: 2А1₂Оз+9С-.А1₄Сз+6СО (1) и

А1₂О₃+А1₄С₃~6А1+ЗСО. ¢2)

Эти реакции дают суммарную реакцию:

А1₂О₃+ЗС-»2А1+ЗСО. (3)

Более ранняя работа по производству алюминия с помощью этих реакций проиллюстрирована в патентах США № 1219797 и 1222593, выданных Барнету (Вагие!) и др.; в патентах США № 2090451 и 2255549, выданных Краху (Кгий); в патенте США № 27555178, выданном Расмуссену (Вакшиккеп); в патенте США № 2776884, выданном Грюнерту (Отипей); и в патенте США № 2829961, выданном Миллеру (М111ег) и др.; а также в патенте США № 2974032, выданном Грюнерту (Отипей). Наиболее свежая работа была направлена на реагирование глинозема и углерода в плавильной ванне, содержащей расплавленный шлак из карбида алюминия и глинозема. Плавильная ванна обычно работает с двумя зонами, в первой из которых образуется карбид алюминия, а во вторую из них этот карбид проходит для реагирования с глиноземом с получением металлического алюминия. Данная работа проиллюстрирована в патенте США № 4385930, выданном Перссону (Регккоп); в патенте США № 6440193, выданном Йохансену (1ойаикеп) и др.; в патенте США № 6475260, выданном Ла Кармера (ЬаСагшета); в патенте США № 6530970, выданном Линдстату (Ьшййай); в патенте США № 6849101, выданном Фруехану (Ргиейап) и др.; и в публикации заявки на патент США 2006/0042413. Также интерес представляют следующие публикации: «Карботермическое производство алюминия» автора Моцфельдта (Мо1хГе1й1) и др., опубликованная в 1989 г. А1ит1шиш-Уег1ад СтЬН, Дюссельдорф, Германия; и «Карботермическая технология получения алюминия», представленная на рассмотрение Министерству энергетики США согласно Кооперативному соглашению номер 0Е-ЕС36-00ГО13900 компаниями М1 Вгипо и А1соа 1пс и датированная 31 декабря 2004 г.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение направлено на обеспечение альтернативы тем подходам, которые приняты в уровне техники. Подход, выбранный согласно изобретению, обладает рядом преимуществ по сравнению с уровнем техники, как будет более ясно в последующем описании. Однако вкратце эти преимущества включают в себя возможность получать карбид алюминия при относительно низких температурах по сравнению с температурами, необходимыми в уровне техники, и возможность получать карбид алюминия, а затем получать металлический алюминий из данного карбида в ходе общего процесса, при котором образуется меньшее количество паров алюминия, чем в уровне техники.

В соответствии с первым аспектом настоящее изобретение предлагает процесс получения массы, содержащей твердый карбид алюминия, причем этот процесс включает в себя этапы:

(a) обеспечения подачи дисперсного глинозема и подачи дисперсного углерода;

(b) вдувания дисперсного глинозема и дисперсного углерода в ванну расплавленного металлического алюминия для обеспечения смеси дисперсного глинозема и дисперсного углерода в этой ванне и (c) поддержания ванны расплавленного металлического алюминия при температуре перегрева, достаточной для реагирования углерода с расплавленным алюминием ванны с получением карбида алюми- 1 011740 ния и тем самым образования массы, содержащей смешанный с глиноземом твердый карбид алюминия.

Введенный углерод приводит к получению карбида алюминия согласно реакции:

4А1 + ЗС->А1₄С₃. (4)

Данная реакция заметна примерно при 1100°С. Однако она протекает с более высокой кинетикой выше 1400°С. Реакция является экзотермической и в противоположность реакции образования карбида согласно приведенному выше уравнению (1) она не дает какого-либо газа.

Это является очень важным преимуществом настоящего изобретения, поскольку реакция согласно уравнению (1) дает две трети от того существенного объема монооксида углерода, который получается в карботермических процессах согласно уровню техники.

Реакция согласно уравнению (4) протекает при присутствии глинозема в расплавленном алюминии ванны. Следовательно, карбид алюминия, получаемый по реакции согласно уравнению (4), способен прикрепляться к частицам глинозема, обеспечивая образование смеси карбида и глинозема с получением массы карбида алюминия и глинозема.

Углерод и оксид алюминия (глинозем) предпочтительно смешивают друг с другом, и полученную в результате смесь увлекают газом-носителем, в котором эту смесь вдувают в ванну. Однако углерод и глинозем могут вдуваться по отдельности в увлекающем газе-носителе. В любом случае газ-носитель может быть инертным газом, удобнее всего - аргоном.

Дисперсный глинозем и дисперсный углерод обладают размером частиц, в достаточной степени малым для того, чтобы способствовать эффективному вдуванию в ванну в составе увлекающего газаносителя. Глинозем может быть сорта, пригодного для использования в электролитическом процессе извлечения алюминия, и, как и при этом использовании, он может представлять собой относительно тонкодисперсный порошок. Дисперсный углерод может представлять собой нефтяной кокс. В качестве альтернативы дисперсный углерод может представлять собой древесный уголь. Независимо от того, используется ли кокс, древесный уголь или какой-либо другой тип углерода, является желательным, чтобы содержание кремнезема (диоксида кремния) было низким, таким как, например, ниже 0,3 мас.%.

Ванну расплавленного алюминия поддерживают при температуре перегрева, при которой углерод из вдуваемого потока способен реагировать с расплавленным алюминием с образованием карбида алюминия. Для достижения достаточной скорости реакции температура ванны предпочтительно составляет свыше примерно 1400°С, например, от примерно 1550 до 1650°С.

Обнаружено, что этап вдувания по настоящему изобретению может протекать безопасно. Данный этап может проводиться без необходимости в специальных требованиях, помимо тех, которые обычно используют в пирометаллургических процессах с аналогичными или более высокими рабочими температурами. На самом деле можно использовать и более высокие температуры, превышающие примерно 1650°С, хотя является предпочтительным избегать таких более высоких температур, поскольку они чрезмерно повышают эксплуатационные расходы. Процедуры, применяемые для этапа вдувания, аналогичны используемым при производстве стали в кислородном конвертере (основная сталеплавильная печь с подачей кислорода в факел или ванну), в котором такие процедуры хорошо налажены и используются при более экстремальных условиях.

Вдувание в ванну увлеченных газом-носителем углерода и глинозема приводит к диспергированию углерода и глинозема, по меньшей мере, по некоторой области расплавленного алюминия. Таким образом, по мере того как алюминий и углерод реагируют с образованием карбида алюминия, частицы глинозема и карбида алюминия тесно перемешиваются и оказываются прикрепленными друг к другу и могут образовывать клейкую массу, содержащую карбид алюминия и глинозем. Небольшие объемы металлического алюминия неизбежно оказываются захваченными в формирующуюся массу. Поскольку вместе с углеродом и глиноземом также диспергируется газ-носитель, в образующейся массе оказываются также захваченными пузыри этого газа. В результате данного захватывания масса может обладать объемной или кажущейся плотностью, меньшей, чем плотность алюминия в ванне, так что, имея возможность делать это, масса будет подниматься к поверхности ванны.

Природа массы карбида и глинозема, образовавшейся при вдувании в расплавленный алюминий, способствует извлечению металлического алюминия по реакции согласно уравнению (2). Масса содержит реагенты, необходимые для уравнения (2). Регулируя обеспечиваемое при вдувании отношение углерода к глинозему, можно регулировать отношение карбида алюминия к глинозему в массе для соблюдения требований, необходимых для уравнения (2). В этом отношении необходимо обеспечить возможность того, чтобы в определенной степени в массу также захватывался углерод, поскольку он будет доступен для реагирования с пузырями металлического алюминия в соответствии с уравнением (4) с образованием дополнительного карбида алюминия.

В соответствии с еще одним аспектом настоящее изобретение также предлагает процесс извлечения металлического алюминия. В нем содержащую карбид алюминия и глинозем массу получают в первой зоне в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения и эту массу нагревают во второй зоне для реагирования карбида алюминия и глинозема в массе с получением металлического алюминия и монооксида углерода.

- 2 011740

Вторая зона, в которой нагревают эту массу, может быть отделена от реакционного сосуда, в котором эту массу формируют. То есть масса карбида алюминия и глинозема может быть перемещена в отдельный, второй реакционный сосуд, в котором ее нагревают. Однако путем нагрева массы карбида алюминия и глинозема в той же самой установке, где она была сформирована, можно достигнуть значительных преимуществ. Не последними среди этих преимуществ являются исключение необходимости в перемещении массы из одного сосуда в другой и минимизация потерь тепловой энергии перед нагревом массы во второй зоне для извлечения металлического алюминия по реакции согласно уравнению (2).

Вторая зона предпочтительно находится непосредственно над первой зоной, в которой формируется масса карбида алюминия и глинозема, так что по мере того, как масса накапливается на верхней поверхности ванны, она может поступать во вторую зону. Таким образом, первая и вторая зоны могут быть образованы вертикально смежными реакторами одного единственного реакционного сосуда или представлять собой отдельные, но вертикально смежные реакторы одной единственной реакторной установки. В результате металлический алюминий, получаемый по реакции согласно уравнению (2), может стекать в ванну. Таким образом, алюминий из ванны, которая расходуется на образование карбида алюминия в первой зоне, возвращается в эту ванну. Алюминий, получаемый за счет расходования глинозема во второй зоне, добавляется к алюминию, содержащемуся в ванне, что требует выпуска алюминия.

Массу карбида алюминия и глинозема можно нагревать любым подходящим образом. Массу можно нагревать электрически. Возможен индукционный нагрев, поскольку масса карбида алюминия и глинозема является проводящей и позволяет проводить ее индукционный нагрев. Однако электродуговой нагрев является предпочтительным и наиболее практичным видом нагрева.

В предпочтительном конструктивном исполнении вторая зона, в которой нагревают массу карбида алюминия и глинозема, имеет форму электродуговой печи, которая имеет множество электродов для обеспечения электроэнергии для нагрева массы. ЭДП-печь расположена над ванной и имеет проем в своем основании, в который способна проходить масса карбида алюминия и глинозема по мере своего образования. Электроды расположены таким образом, что каждый из них генерирует дугу в верхней части массы, обеспечивая область интенсивного локального нагрева, в которой карбид алюминия и глинозем, входящие в состав массы, подвергаются реакции друг с другом.

Интенсивный локальный нагрев в дуге, сгенерированной каждым электродом, может привести к очень высокой температуре. Однако температура массы карбида алюминия и глинозема понижается с ростом расстояния от дуг. Предпочтительно это расположение таково, что интенсивный локализованный нагрев является погруженным, так что по периферии ЭДП температура массы очень низка и составляет примерно 1000-1300°С. При таком расположении основная часть массы вокруг электродов будет находиться при температуре от примерно 1700 до 2000°С. Обнаружено, что нагрев в пределах этого диапазона является достаточным для обеспечения протекания реакции согласно уравнению (2) при скорости, приемлемой для извлечения металлического алюминия, по меньшей мере, при предпочтительных условиях, допускаемых настоящим изобретением.

В предпочтительном варианте изобретения, который повышает скорость реакции согласно уравнению (2) при столь низкой температуре, как примерно 1700°С, монооксид углерода удаляют с верхней поверхности массы карбида алюминия и глинозема и из области интенсивного локального нагрева, генерируемого дугами. Этого можно достичь путем:

(a) поддержания достаточно низкого давления газа во второй зоне над массой карбида алюминия и глинозема для выделения монооксида углерода и (b) продувки аргоном верхней поверхности массы карбида алюминия и глинозема, включая область интенсивного локального нагрева, генерируемого дугами.

Наиболее предпочтительно монооксид углерода удаляют путем сочетания работы при пониженном давлении над массой карбида алюминия и глинозема и продувки верхней поверхности этой массы аргоном.

Удаление монооксида углерода благоприятствует прямой реакции согласно уравнению (2). Степень, с которой это происходит, такова, что реакция протекает при приемлемой скорости при температурах от примерно 1700 до 2000°С. Таким образом, в противоположность предложениям уровня техники для обеспечения протекания реакции согласно уравнению (2) нет необходимости в работе при температуре выше 2150°С.

Первая и вторая зоны предпочтительно находятся, по существу, в герметичной установке, достаточной для предотвращения доступа атмосферного воздуха. Газовое пространство второй зоны над массой карбида алюминия и глинозема может сообщаться с системой создания вакуума, выполненной с возможностью снижения давления в этом газовом пространстве до приемлемого уровня. Достаточно сниженное давление способствует протеканию прямой реакции согласно уравнению (2) при достаточной скорости примерно при 1700°С.

Сниженное давление над массой карбида алюминия и глинозема вызывает вытягивание газа вверх через данную массу. Таким образом, газ-носитель, вдуваемый в ванну, может выделяться из ванны, а затем вытягиваться через данную массу. Газ, предпочтительно состоящий из аргона, выдувает монооксид

- 3 011740 углерода наружу через верхнюю поверхность массы карбида алюминия и глинозема. Однако, если выдувающее действия этого газа недостаточно, аргон может продуваться вниз по направлению к верхней поверхности массы, выдувая таким образом монооксид углерода с этой верхней поверхности. Продуваемый газ можно подавать через фурму, простирающуюся во вторую зону, или через продольный проход, образованный внутри каждого электрода.

Чтобы изобретение можно было легче понять, обратимся к прилагаемому чертежу, который представляет собой схематический вид в разрезе реакторной установки, предназначенной для использования в процессе согласно настоящему изобретению.

На чертеже показана реакторная установка 10, которая включает в себя периферийную стенку 16, имеющую форму усеченного цилиндра. Таким образом, стенка 16 имеет верхний и нижний края, которые лежат приблизительно в параллельных друг другу плоскостях, наклоненных относительно вертикальной оси цилиндра. Вблизи верхнего края стенки 16 установка имеет куполообразный свод 18. Вблизи нижнего края стенки 16 установка имеет наклонное основание или под 20. Между основанием 20 и нижним краем стенки 16 образован аркообразный проем 22 благодаря основанию 20, наклоненному более мелко, чем плоскость, содержащая нижний край стенки 16. Снаружи от проема 22 установка 10 имеет дугообразную камеру 23, образованную стенкой 24 и между верхним краем стенки 24 и стенкой 16, сводом 25. Хотя это и не показано, основание 20 продолжается за стенки 16 до стыка с нижним краем стенки 24. Камера 23 через отверстие в основании 20 сообщается с цилиндрической подкамерой 26, которая простирается ниже основания 20 и камеры 23, снаружи от стенки 16.

Установка 10 содержит ванну 30 расплавленного алюминия, имеющую верхнюю поверхность 30а, которая может повышаться и понижаться в пределах высоты проема 22. Нижний уровень поверхности 30а задан переливом 31, образованным основанием 20 у входного проема в подкамеру 26. Алюминий ванны 30 наполняет подкамеру 26 и первый реактор 32. В реакторной установке 10 первый реактор 32 находится в занятом расплавленным алюминием объеме внутри по отношению к стенке 16 от проема 22. Реактор 32 имеет впуск 34, обеспечивающий вдувание в расплавленный алюминий. Хотя это не показано, впуск 34 выполнен в виде дугообразного коллектора, обеспечивающего окружный периферийный упорядоченный набор отверстий, проходящих сквозь и вокруг части окружности стенки 16, для обеспечения возможности одновременного вдувания через каждое отверстие.

При использовании установки 10 расплавленный алюминий в первом реакторе 32 поддерживают при температуре перегрева, предпочтительно выше 1400°С, а более предпочтительно в диапазоне от 1550 до 1650°С. Через впуск 34 в реактор 32 в этот перегретый расплавленный алюминий вдувают дисперсный глинозем, увлеченный газом-носителем, и дисперсный углерод, увлеченный газом-носителем. Эти углерод и глинозем могут смешиваться и одновременно вдуваться через каждое отверстие впуска 34. Вместе с тем, эти углерод и глинозем могут вдуваться через соответствующие отверстия впуска 34 по отдельности. В любом случае конструкция предназначена для обеспечения смеси углерода и глинозема в расплавленном алюминии. Углерод во вдуваемых потоках реагирует с расплавленным алюминием с образованием карбида алюминия по реакции согласно уравнению (4).

Газом-носителем предпочтительно является аргон. Частицы глинозема и частицы углерода предпочтительно имеют максимальный размер не более примерно 5 мм.

Карбид алюминия, образовавшийся в первом реакторе 32, агрегируется с вдуваемым глиноземом, причем в этот агрегированный материал захватывается некоторое количество расплавленного алюминия и газа-носителя. Агрегированный материал обладает такой кажущейся или объемной плотностью, что он поднимается (всплывает) с образованием массы 36 карбида алюминия и глинозема на поверхности расплавленного алюминия.

Установка 10 имеет второй реактор 38, расположенный в пределах периферийной стенки 16, над первым реактором 32. Масса 36 выступает над расплавленным алюминием в реакторе 32 в реактор 38. Реактор 38 включает в себя множество расходуемых графитовых электродов 40, простирающихся вниз через куполообразный свод 18.

Электроды 40 функционируют для обеспечения электродугового нагрева, как схематически изображено «дугами» 40а, для нагрева массы 36 выше температуры в реакторе 32. Электродуговой нагрев проводят для генерирования интенсивного локализованного нагрева массы 36, который, по мере того как он протекает, становится погруженным нагревом. Для этого электроды предпочтительно сгруппированы, например, до некоторой степени по центру реактора 38. Вследствие такого интенсивного локализованного нагрева температура массы 36 понижается по направлению к стенке 16, у которой она может принимать даже столь низкое значение, как примерно 1000°С, но предпочтительно не ниже чем примерно 1300°С. Это позволяет основной части или объему массы 36 находиться при температуре от примерно 1700 до примерно 2000°С для реагирования карбида алюминия и глинозема в массе 36 в соответствии с уравнением (2) с получением расплавленного алюминия и с высвобождением монооксида углерода.

Металлический алюминий, полученный путем нагрева массы 36 электрическим током, подаваемым электродами, способен просачиваться вниз через массу 36 к расплавленному алюминию ванны 30 в первом реакторе 32. Возможность этого обеспечена наличием у массы 36 достаточной пористости, а также

- 4 011740 промежутками между периферией массы 36 и стенкой 16.

Реакция согласно уравнению (2) может протекать при достаточной скорости, несмотря на температуру массы 36, обычно составляющую от примерно 1700 до примерно 2000°С. Температуры в данном диапазоне являются низкими по сравнению с уровнями температуры в процессах уровня техники, таких как указанные в вышеприведенных ссылках. Кинетика реакции повышается за счет газа-носителя, выделяющегося из реактора 32, поднимающегося через массу 36 в реактор 38 и уносящего монооксид углерода, образующийся в ходе этой реакции. Данному удалению монооксида углерода предпочтительно способствуют являющиеся полыми электроды 40 с аргоном, подаваемым из источника подачи, соединенного с верхним концом каждого электрода 40. Аргон из источника подачи протекает по всей длине каждого электрода 40, как изображено стрелками А, к месту образования соответствующей дуги.

Электроды 40 могут быть подсоединены к источнику переменного тока с образованием дуг между соседними электродами 40. В качестве альтернативы электроды могут быть подсоединены к источнику постоянного тока с дугами, поддерживаемыми электродом 45, показанным пунктирной линией по контуру. Электрод 45 проникает дальше в массу 36 и предпочтительно является водоохлаждаемым.

Несмотря на относительно низкую температуру, при которой металлический алюминий извлекают в реакторе 38, будет выделяться некоторое количество паров алюминия. Степень, с которой это происходит, достаточно низка по сравнению с уровнем техники согласно вышеприведенным ссылкам. Однако этого вполне достаточно для гарантирования процедур улавливания выделившегося металла. Хотя это и не проиллюстрировано, область куполообразного свода 18 установки 10 является перфорированной между соответствующим отверстием, по существу, заполненным каждым электродом 40. Перфорации позволяют части выделившихся паров алюминия попадать в камеру 46, как показано стрелками В. Пар расширяется в камере 46 и, следовательно, охлаждается до температуры, при которой он, по существу, предохраняется от окисления согласно реакции

6А1 + ЗСО-,А1₂О₃+А1₄С₃. (5)

В той степени, с которой реакция согласно уравнению (5) может протекать, она будет иметь тенденцию происходить в пространстве реактора 38 ниже свода 18 из-за более высокой температуры, доминирующей в данном пространстве, чем за сводом 18. Кроме того, продукты реакции согласно уравнению (5) будут иметь тенденцию собираться на нижней стороне свода 18 и, для содействия этому, свод 18 предпочтительно является водоохлаждаемым. Образованные таким путем отложения глинозема и карбида алюминия, в конце концов, будут отламываться от свода 18. Таким образом, собранные глинозем и карбид алюминия будут падать назад в массу 36, позволяя извлекать содержащийся в них алюминий по реакции согласно уравнению (2).

Камера 46 имеет выпуск 48, через который газы вытягивают с помощью соединенного с выпуском 48 источника вакуума (не показан). Таким образом, в камере 46, а следовательно, и в реакторе 38 поддерживают пониженное давление. Это пониженное давление непосредственно способствует удалению монооксида углерода из областей массы 36, в которых происходит реакция по уравнению (2). Кроме того, это пониженное давление в реакторе 38 повышает скорость, с которой газ из реактора 32 вытягивают через массу 36, дополнительно ускоряя удаление монооксида углерода. Как указывалось, эти факторы улучшают кинетику реакции по уравнению (2), позволяя ей эффективно протекать при относительно низкой температуре от примерно 1700 до 2000°С.

Исходя из практики, отношение глинозема к углероду, подаваемым вдуваемым в реактор 32 потоком, поддерживают в равновесии для обеспечения требуемого отношения карбида алюминия к глинозему в массе 36 в реакторе 38. Восполняющее количество любых реагентов может подаваться на массу 36 через впуск 49.

Алюминий ванны 30 может поддерживаться при температуре перегрева выше 1400°С, предпочтительно в диапазоне от 1550 до 1650°С с помощью катушки 50 индукционного нагрева, предусмотренной вокруг подкамеры 26. Если необходимо обеспечить поддержание всего алюминия ванны 30 при достаточной температуре перегрева, то могут быть предусмотрены и другие нагревательные средства. В частности, является целесообразным, чтобы та область ванны 30 под реактором 38, в которой при вдувании источника углерода и глинозема протекает реакция согласно уравнению (4), находилась при достаточной температуре выше 1400°С, предпочтительно от 1550 до 1650°С.

По мере стекания расплавленного алюминия через массу 36 к ванне 30 объем ванны 30 постепенно увеличивается. Поэтому необходимо сливать продукт-алюминий из установки 10. Для этой цели выпускная труба 52 простирается вниз из основания подкамеры 26 к сливному выпуску 54. Трубу 52 предпочтительно охлаждают для понижения температуры алюминия внутри нее, причем предпочтительным является водяное охлаждение.

Сливной выпуск 54 расположен на коротком расстоянии выше нижнего конца трубы 52. Это должно обеспечить возможность осаждения дросса из алюминия в подкамере 26 и трубе 52 для его накопления в трубе 52 ниже выпуска 54. Дополнительный выпуск 56 на нижнем конце трубы 52 предусмотрен для того, чтобы можно было время от времени выпускать дросс.

- 5 011740

Реактор 32 имеет дренажный выпуск 32а, при этом подкамера 26 также имеет дренажный выпуск 26а. В каждом случае это должно обеспечить возможность полного удаления расплавленного металла, например обеспечить обслуживание установки 10.

Наконец, следует понимать, что в конструкции и компоновки ранее описанных частей могут быть внесены различные изменения, модификации и/или добавления без отступления от сущности или объема изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения массы, содержащей твердый карбид алюминия, причем этот способ включает в себя этапы:

(a) обеспечения подачи дисперсного глинозема и подачи дисперсного углерода;

(b) вдувания дисперсного глинозема и дисперсного углерода в ванну расплавленного металлического алюминия для обеспечения смеси дисперсного глинозема и дисперсного углерода в этой ванне;

(c) поддержания ванны расплавленного металлического алюминия при температуре перегрева, достаточной для реагирования углерода с расплавленным алюминием ванны с получением карбида алюминия и тем самым образования массы, содержащей смешанный с глиноземом твердый карбид алюминия.
2. Способ по п.1, в котором дисперсный глинозем имеет максимальный размер частиц примерно 5 мм.
3. Способ по п.1 или 2, в котором дисперсный углерод имеет максимальный размер частиц примерно 5 мм.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором перед этапом (Ь) глинозем и углерод смешивают и на этапе (Ь) полученную в результате смесь, увлеченную газом-носителем, вдувают в ванну.
5. Способ по любому из пп.1-3, в котором углерод и глинозем по отдельности вдувают на этапе (Ь) в ванну в газе-носителе.
6. Способ по п.4 или 5, в котором газ-носитель представляет собой аргон.
7. Способ по любому из пп.1-6, в котором ванну расплавленного алюминия перегревают до температуры, превышающей 1400°С.
8. Способ по п.7, в котором температура составляет от примерно 1550 до 1650°С.
9. Способ извлечения металлического алюминия, в котором массу, содержащую смешанный с глиноземом твердый карбид алюминия, получают в первой зоне с помощью способа по любому из пп.1-8, и эту массу нагревают во второй зоне для реагирования карбида алюминия и глинозема в массе с получением металлического алюминия и монооксида углерода.
10. Способ по п.9, в котором вторая зона находится над первой зоной, так что по мере того, как масса, содержащая смешанный с глиноземом твердый карбид алюминия, накапливается на верхней поверхности ванны, эта масса может поступать во вторую зону.
11. Способ по п.9 или 10, в котором нагрев во второй зоне осуществляют путем индукционного нагрева.
12. Способ по п.9 или 10, в котором нагрев во второй зоне осуществляют путем электродугового нагрева.
13. Способ по п.12, в котором нагрев осуществляют посредством множества электродов, расположенных таким образом, что каждый электрод генерирует дугу в верхней части массы, содержащей смешанный с глиноземом твердый карбид алюминия, обеспечивая область интенсивного локального нагрева, в которой карбид алюминия и глинозем массы подвергают реакции друг с другом.
14. Способ по п.13, в котором большую часть массы, содержащей смешанный с глиноземом твердый карбид алюминия, вокруг электродов нагревают до температуры от примерно 1700 до примерно 2000°С.
15. Способ по любому из пп.9-14, в котором монооксид углерода удаляют с верхней поверхности массы, содержащей смешанный с глиноземом твердый карбид алюминия, и из области интенсивного локального нагрева.
16. Способ по п.15, в котором монооксид углерода удаляют, по меньшей мере частично, путем поддержания достаточно низкого давления во второй зоне над массой, содержащей смешанный с глиноземом твердый карбид алюминия.
17. Способ по п.15 или 16, в котором монооксид углерода удаляют, по меньшей мере частично, путем продувки верхней поверхности массы, содержащей смешанный с глиноземом твердый карбид алюминия, аргоном.
18. Способ по любому из пп.9-17, в котором во второй зоне над массой, содержащей смешанный с глиноземом твердый карбид алюминия, поддерживают пониженное давление.
19. Способ по п.18, в котором пониженное давление вызывает вытягивание газа-носителя вверх из первой зоны через массу, содержащую смешанный с глиноземом твердый карбид алюминия.