FR2528871A1 - Procede de fabrication d'aluminium au moyen d'un haut-fourneau - Google Patents

Abstract

PROCEDE DE PRODUCTION D'ALUMINIUM AU MOYEN D'UN HAUT-FOURNEAU. DE L'OXYGENE GAZEUX EST INTRODUIT DANS UNE MATIERE CARBONEE C CHARGEE DANS UN REACTEUR 30, POUR BRULER CETTE MATIERE, AFIN DE FORMER UNE PLURALITE DE POCHES 4, 5 ET UNE REGION DE REDUCTION M A HAUTE TEMPERATURE ENTRE LES POCHES. UN MELANGE F, COMPOSE D'UNE MATIERE DE DEPART CONTENANT DE L'ALUMINE ET D'UNE MATIERE CARBONEE, EST ENSUITE INTRODUIT SELECTIVEMENT DANS LA REGION DE REDUCTION M A HAUTE TEMPERATURE, TOUT EN EMPECHANT SENSIBLEMENT LE MELANGE F DE VENIR EN CONTACT AVEC LES POCHES 4, 5, POUR REDUIRE L'ALUMINE EN ALUMINIUM.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé de production de

l'aluminium au moyen d'un haut-fourneau; elle vise, plus particulièrement, un procédé d'extraction de l'aluminium qui permet de supprimer la formation d'un composant volatil d'aluminium et d'un composant volatil de silicium, de sorte que le blocage du haut-fourneau peut être évité et que le rendement de production d'aluminium

peut être amélioré.

L'aluminium est le métal de base le plus impor-

tant après le fer et la demande pour ce métal augmente beaucoup tous les ans Toutefois, le prix de l'énergie a augmenté récemment, sur le plan mondial,de sorte qu'il est devenu difficile de produire de l'aluminium dans une région dans laquelle le prix de l'énergie électrique est

élevé, par exemple au Japon Cela entraîne de très sérieu-

ses difficultés dans la structure de l'industrie En ou-

tre, on peut prévoir que les zones présentant de bonnes conditions pour l'implantation de centrales hydrauliques

économiques diminueront sur le plan mondial dans l'avenir.

Il existe donc une demande urgente pour un procédé peu coûteux et économique en énergie, permettant la production

d'aluminium qui est une matière industrielle importante.

On connait depuis longtemps le procédé Bayer-Hall-

Héroult qui est un procédé usuel de fabrication de l'alu-

minium.

Toutefois, ce procédé, dans lequel il faut beau-

coup de temps pour effectuer les opérations d'extraction et de cristallisation dans une phase de Bayer, qui est une phase d'extraction d'alumine à partir de la bauxite, est de faible rendement et entraîne un accroissement du coût des équipements D'autre part, une phase HallHéroult, qui est une phase d'électrolyse dans le procédé ci-dessus, ne

présente aucun avantage d'échelle Cette phase est égale-

ment industriellement désavantageuse en ce qu'elle entrai-

ne une augmentation du coût d'équipement et nécessite une 252 e 371 grande quantité d'énergie électrique En outre, la phase d'électrolyse ci- dessus ne peut plus guère être améliorée techniquement Par conséquent, il y a un besoin pour un procédé nouveau et radicalement amélioré de fabrication de l'aluminium. Afin de supprimer les inconvénients ci-dessus, Héroult, rencontrés dans le procédé Bayer-Hall-/, on a étudié de

nombreux types de procédés de remplacement pour la pro-

duction de l'aluminium, notamment un procédé de réduction

au moyen d'un four électrique.

Toutefois, aucun de ces procédés ne permet d'é-

conomiser l'énergie et de réduire le coûte de fabrication de l'aluminium à un degré tel que ces procédés puissent être utilisés de façon satisfaisante à la place du procédé Bayer-Hall-Héroult Ces procédés de remplacement ont des

inconvénients en ce qu'ils nécessite'nt, comme dans un pro-

cédé de réduction au four électrique, une quantité d'éner-

gie électrique égale ou supérieure à celle qui est néces-

saire dans les procédés antérieurs, ou en ce qu'ils néces-

sitent, comme dans un procédé d'électrolyse de chlorure d'aluminium, une grande quantité d'énergie et un coût de

fabrication pour des opérations de pré-traitement des ma-

tières. Ces dernières années, un procédé de fabrication de l'aluminium au moyen d'un haut-fourneau, dans lequel on utilise un lit mobile à contrecourant, pour réduire la matière de départ contenant de l'alumine avec une matière carbonée, a été présenté comme un procédé capable de

vaincre les difficultés rencontrées dans les procédés ci-

dessus de production de l'aluminium au moyen d'énergie é-

lectrique Dans ce procédé utilisant un haut-fourneau, une couche préparée contenant la matière alumineuse de départ,

un combustible et une matière carbonée servant d'agent ré-

ducteur est mise en place dans le haut-fourneau, pour ef-

fectuer dans celui-ci simultanément une réaction de combus-

tion ( 1) et une réaction de réduction ( 2) suivant les é-

quations ci-après: C + 2 > Co ( 1) A 1203 + 3 C > 2 Ai + 3 CO ( 2) La réduction de l'oxyde d'aluminium (alumine), qui est exprimée par l'équation ( 2), est effectuée par

utilisation, comme source de chaleur, de la chaleur en-

gendrée dans la combustion d'une matière carbonée avec de l'oxygène suivant l'équation ( 1) Le haut-fourneau utilisé

est du type à lit mobile à contre-courant,dans lequel l'o-

xygène gazeux est introduit à la partie inférieure du haut-fourneau, un produit de réduction étant extrait à une partie basse de celui-ci En fonction du débit d'extraction

du produit de réduction, une matière de départ est intro-

duite dans le haut-fourneau, à une partie supérieure de celui-ci Une couche préparée descend dans son ensemble

et reste en contact à contre-courant avec un gaz de com-

bustion qui se forme dans une partie inférieure du haut-

fourneau.

La fusion de l'aluminium, par exécution simul-

tanée des réactions ( 1) et ( 2) ci-dessus dans un tel haut-

fourneau,entraîne différentes sortes de difficultés techni-

ques qu'il faut vaincre pour améliorer les rendements éco-

nomiques et de fonctionnement.

Principalement, le blocage d'un haut-fourneau et la diminution du taux de production d'aluminium, qui

sont provoqués par la formation et la condensation de com-

posés volatils d'aluminium (A 120 et Al) et d'un composé

volatil de silicium (Si O), sont très gênants.

Afin de supprimer l'apparition de tels composés volatils d'aluminium et du composé volatil de silicium, on emploie habituellement un procédé qui consiste à ajouter un composant d'alliage, par exemple du fer, à une matière

de départ contenant de l'alumine, afin d'abaisser la tempé-

rature de réduction et obtenir un aluminium métallique al-

lié, de sorte que le produit métallique d'aluminium peut

être stabilisé pour effectuer avantageusement la produc-

tion d'aluminium métallique.

Toutefois, même ce procédé n'a pas encore réus-

si à éviter complètement la formation de composants vola-

tils d'aluminium et d'un composant volatil de silicium.

La présente invention a pour objet un procédé

de production de l'aluminium qui permet d'éviter radicale-

ment l'apparition de composants volatils d'aluminium et

d'un composant volatil de silicium, constituant un incon-

vénient du procédé usuel de la métallurgie de l'aluminium

au moyen d'un haut-fourneau.

La présente invention vise également un procédé de fabrication de l'aluminium au moyen d'un haut-fourneau,

qui évite le blocage de ce dernier pendant son fonctionne-

ment.

La présente invention a encore pour objet un pro-

cédé d'extraction de l'aluminium au moyen d'un haut-four-

neau, qui permet au moins de doubler le taux de production

d'aluminium par rapport à un procédé usuel de ce type.

Suivant la présente invention, pour atteindre les objectifs ci-dessus, on introduit de l'oxygène gazeux

dans un réacteur rempli d'une matière carbonée, pour brû-

ler cette matière et former une pluralité de passages ou poches et une région de réduction à haute température entre ces passages ou poches, et on introduit sélectivement un mélange,qui contient une matière de départ à base d'alumine et une matière carbonée, dans la région de réduction à

haute température, tout en empêchant sensiblement le mélan-

ge de venir en contact avec les poches, afin de réduire l'alumine de la matière de départ contenant de l'alumine en aluminium. L'invention sera mieux comprise à la lumière de

la description de sa forme de réalisation, non limitative,

représentée sur les dessins annexés: 252887 'i Fig la et lb illustrent des poches formées

dans un réacteur, la figure la étant une coupe longitudi-

nale et la figure lb une coupe horizontale; Fig 2 est une coupe horizontale d'un réacteur dans lequel sont formées un plus grand nombre de poches

Fig 3 est une vue de côté partielle d'une gril-

le métallique cylindrique utilisée pour introduire un mé-

lange, composé d'une matière de départ contenant de l'alu-

mine et d'une matière carbonée, dans les régions de réduc-

tion à haute température; et Fig 4 est une coupe longitudinale d'un appareil

utilis*our la mise en oeuvre de la présente invention.

Conformément à la présente invention, de l'oxy-

gène gazeux est envoyé dans un réacteur rempli d'une matiè-

re carbonée, de façon à brûler cette matière et à former une pluralité de passages ou de poches Par exemple, comme représenté sur les figures la et lb, trois#ances 1,2,3 d'introduction d'oxygène gazeux, du type à refroidissement

par eau, sont prévues sur une paroi cylindrique d'un réac-

teur cylindrique, pour introduire dans le réacteur de l'o-

xygène gazeux provenant de ces lances et brûler une matière carbonée C placée dans le réacteur Il se forme ainsi trois

passages ou poches 4,5,6 dans un lit garni de matière car-

bonée Par conséquent, des régions M, espacées des poches,

sont formées au voisinage de la partie centrale du réac-

teur Dans cette situation, on obtient au-dessous des po-

ches une oouche fondue composée de scories et d'alliage brut Par conséquent, de l'oxyde de carbone gazeux qui se

forme dans les poches se répand principalement dans l'in-

térieur du réacteur, à partir des zones supérieures des poches Les "poches" mentionnées ci-dessus désignent des

régions de combustion, formées dans le lit garni de ma-

tière carbonée C lorsque de l'oxygène gazeux comburant est introduit dans ce lit pour brûler la matière carbonée Dans

les poches, des flammes se produisent du fait de la combus-

tion de la matière carbonée Ces poches constituent une

région à haute température dans le réacteur et des en-

droits o l'oxygène est introduit et on peut donc égale-

ment les appeler "régions d'oxydation" Par contre, les parties M éloignées des poches ont une plus faible tempé- rature, comparativement aux parties constituant les poches et elles ne reçoivent pas d'oxygène Ainsi, les parties M

constituent des régions de réduction à haute température.

Dans un procédé de ce type suivant l'art anté-

rieur, une matière contenant de l'alumine et une matière carbonée sont disposées de façon aléatoire dans un lit à

remplir avec les dites matières Par conséquent, la matiè-

re contenant de l'alumine est envoyée non seulement dans les parties constituant les régions de réduction M mais également dans les parties constituant les poches Il en résulte l'apparition d'un composant volatil d'aluminium

et d'un composant volatil de silicium.

La figure 2 est une coupe horizontale d'un exem-

ple de réalisation d'un réacteur dans lequel une pluralité de poches sont formées dans une région circonférentielle du réacteur Les repères 51 à 58 désignent des lances à oxygène et les repères 61 à 68 désignent des poches Une région de réduction M à haute température est formée dans la partie centrale du réacteur Conformément à la présente invention, une matière de départ contenant de l'alumine,

avec une matière carbonée requise, est envoyée sélective-

ment à une région de réduction M à haute température qui est située dans la partie centrale d'un réacteur et entre des poches, comme représenté sur la figure 1, de façon à ce que les matières ci-dessus ne viennent pas sensiblement

au contact des poches.

Suivant la présente invention, il y a de nombreu-

ses méthodes d'introduction sélective d'une matière de dé-

part contenant de l'alumine et d'une matière carbonée dans la région de réduction M Ces méthodes comprennent, par exemple: une méthode dans laquelle de gros morceaux de minerai (dont chaque élément est constitué d'un cube de à 10 cm de côté ou d'un boulet de 5 à 10 cm de diamè- tre), composés d'une matière contenant de l'alumine et d'une matière carbonée, sont descendus seulement dans la partie centrale d'un réacteur; une méthode dans laquelle un produit moulé en forme de tige, par exemple un produit moulé allongé à section transversale carrée ou circulaire,

composé d'une matière contenant de l'alumine et d'une ma-

tière carbonée, est supporté sur un réceptacle tel qu'un cadre en bois, un cadre métallique ou un corps tubulaire, et descendu dans une région de réduction M; une méthode

dans laquelle un mélange d'une matière contenant de l'alu-

mine et d'une matière carbonée est préparé dans un corps

tubulaire, tel qu'un tube ou une grille métallique tubu-

laire, et introduit dans une région de réduction M; et

une méthode dans laquelle des moyens tubulaires d'alimen-

tation, en matière résistant aux températures élevées, s'étendent jusqu'à une position située juste au-dessus d' une région de réduction, de manière à amener une matière contenant de l'alumine et une matière carbonée dans cette

région, à partir de cette position.

La figure 3 illustre un exemple d'empaquetage d' un mélange F d'une matière contenant de l'alumine et d'une matière carbonée, dans une grille métallique cylindrique

Lorsqu'un tel corps préparé est descendu de façon con-

tinue à son extrémité avant, à partir d'une région supé-

rieure d'un réacteur, dans une région de réduction M, un mélange F d'une matière contenant de l'alumine et d'une

matière carbonée peut être amené sélectivement dans la ré-

gion M de réduction à haute température, de façon à ce que le mélange F ne vienne pas sensiblement en contact avec les poches Dans cette situation, la partie d'extrémité

avant de la grille métallique cylindrique 10 est fondue.

Ce composant de fer fondu sert à abaisser la température de réduction de l'alumine En outre, une pluralité de tels corps allongés empaquetés peuvent être amenés dans la région de réduction M Une région de réduction n'est

pas nécessairement formée seulement dans la partie centra-

le d'un réacteur Comme illustré clairement par la figure 1, des régions de réduction M' sont également formées dans les parties de la zone périphérique d'un réacteur qui se trouvent entre les poches Par conséquent, des corps

empaquetés peuvent être également distribués dans la ré-

gion de réduction M' En outre, des composants supplémen-

taires peuvent être ajoutés au mélange de matière conte-

nant de l'alumine et de matière carbonée Lorsqu'un flux

ou fondant, par exemple Ca CO 3, Ca O ou du laitier de haut-

fourneau, est ajouté à ce mélange, le point de fusion de l'alumine peut être abaissé, de sorte que l'alumine peut arriver sous forme liquide dans une région de réduction M. Contrairement à un procédé usuel d'électrolyse, le procédé suivant la présente invention permet d'utiliser une grande

variété de matières, comme matière contenant de l'alumine.

La bauxite à forte teneur en alumine, une argile telle que

l'argile feuilletée à faible teneur en alumine, des cen-

dres volantes et du mâchefer peuvent également être utili-

sés comme matière de départ, dans la présente invention.

Une réaction de réduction de l'alumine pure, sui-

vant l'équation de réaction ( 2) indiquée plus haut, néces-

site une température élevée, de 2100 'C à 2200 'C Cette tem-

pérature de réduction peut être baissée à 1900 'C environ

par addition d'un composant de fer ou un composant de si-

licium à une matière de départ La demanderesse, qui a

examiné les divers effets de la teneur en fer dans une ma-

tière de départ contenant de l'alumine, a constaté que l'-

augmentation de la teneur en fer dans une matière de dé-

part intervient très efficacement non seulement pour abais-

ser la température de réduction de l'alumine mais également pour supprimer sensiblement la formation des composants

volatils, tels que A 120 et Si O produits suivant les équa-

25286 '?

tions de réaction ci-après qui affectent négativement le fonctionnement d'un réacteur,

A 1203 + 2 C > A 12 O + 2 CO ( 3)

Si O 2 + C > Si O + CO ( 4)-

Afin de supprimer effectivement la formation de composants volatils, il est souhaitable que la teneur en

composant de fer ne soit pas inférieure à un niveau prédé-

terminé, par rapport aux teneurs en composants d'aluminium et de silicium dans une matière de départ contenant de l'alumine, et que lès rapport atomiques Fe/Al et Fe/Si ne soient pas inférieurs à 1/7 et 1, respectivement, et de

préférence pas inférieurs à 1/4 et 2, respectivement.

La matière carbonée, utilisée conformément à la présente invention, est répartie en une matière carbonée pour la combustion dans un réacteur léquation de réaction ( 1) ci-dessus J et une matière carbonée introduite sous la

forme d'un mélange de cette matière et d'une matière con-

-ernpr 3 e l'alumine, comme agent de réduction de l'alumine

léquation de réaction ( 2) ci-dessusl On utilise en géné-

ral du coke ou du charbon comme matière carbonée pour la

combustion dans un réacteur.

Ces matières carbonées sont en général employées sous la forme de petits blocs dont le diamètre est plus petit que celui de l'orifice de sortie d'injection d'une lance à oxygène, décrite plus loin Lorsqu'on se sert de lances à oxygène comportant des sorties d'un diamètre de mm par exemple, on emploie de préférence une matière carbonée granulée, d'un diamètre de 4 à 7 mm Lorsqu'on utilise une matière carbonée de combustion d'un trop grand

diamètre, il ne se forme pas de poches isolées et une ré-

action de combustion se produit en tout point de l'inté-

rieur du réacteur, à cause de l'oxygène gazeux qui y est introduit En plus du charbon et du coke, des carbures tels

que A 14 C 3, Si C et Fe C peuvent être également utilisés com-

me matière carbonée envoyée à un réacteur avec une matière contenant de l'alumine Ces matières carbonées agissent

comme agents de réduction et elles peuvent être emplo-

yées en quantité suffisante pour réduire l'alumine con-

tenue dans une matière de départ.

La présente invention est décrite ci-après,

avec référence aux dessins.

La figure 4 illustre un exemple de réacteur uti-

lisé dans la présente invention Un réacteur 30 est cons-

truit avec une paroi de four 20, constituée de briques

réfractaires, et une enveloppe L'intérieur 21 du réac-

teur 30 est rempli d'une matière carbonée C et un conduit 22 d'évacuation de fumées est prévu à la partie supérieure

du réacteur 30 Un distributeur 23, pour l'amenée d'un mé-

lange composé d'une matière contenant de l'alumine et d' une matière carbonée, est prévu au voisinage de la partie

centrale d'une région supérieure du réacteur 30.

D'autre part, trois dispositifs 25, 26, 27 (le dispositif 27 n'est pas visible sur la figure 4), pour l' introduction d'une matière carbonée de combustion, sont prévus symétriquement à la partie supérieure du réacteur , de façon à ce que les dispositifs 25, 26, 27 entourent le distributeur 23 d'alimentation en mélange de matière contenant de l'alumine et de matière carbonée En outre,

trois lances à oxygène 1, 2,3 (la lance 3 n'est pas re-

présentée), du type à refroidissement par eau, qui débou-

chent dans une surface intérieure du réacteur 30, sont pré-

vues symétriquement dans une partie basse du même réacteur 30.

Pour la mise en oeuvre du procédé suivant la pré-

sente invention, la matière carbonée C (coke), est chargée dans le réacteur 30 et de l'oxygène gazeux est introduit dans ce dernier, au moyen des lances à oxygène 1,2,3 en cuivre et à refroidissement par eau, afin de brûler le coke

et de préchauffer suffisamment l'intérieur du réacteur 30.

Dans cette situation, l'eau de refroidissement est intro-

duite dans les lances à oxygène 1, 2,3 par des tubulures d'entrée 31,32, 33 (l'entrée 33 n'est pas représentée) et évacuée par des tubulures de sortie 34,35,36 (la sortie

36 n'est pas représentée).

Un mélange F d'une matière contenant de l'alu- mine et d'une matière carbonée qui est moulé en forme de tige, est ensuite descendu à travers le distributeur 23 jusqu'à ce que son extrémité avant atteigne la partie M, en général le niveau d'une tuyère, et la matière carbonée

C est introduite par les dispositifs 25, 26, 27 Par con-

séquent, un produit moulé F en forme de tige, qui comprend une matière contenant de l'alumine et une matière carbonée,

est chargé dans la partie centrale du réacteur et la matiè-

re carbonée C est disposée autour La matière carbonée C est de préférence chargée dans le réacteur sous la forme

d'un mélange de cette matière et d'un flux ou fondant (a-

gent de formation de laitier), ou sous la forme d'une su-

perposition de couches d'une matière carbonée et de cou-

ches d'un fondant disposées alternativement Dans le cas o une superposition de couches de matière carbonée et de couches de fondant, disposées alternativement, est chargée dans un réacteur, les couches de fondant fondent lorsqu' elles descendent à une position au-dessus des poches 4, 5, 6 (la poche/n'est pas visible), pour empêcher l'oxyde de carbone gazeux à haute température, qui se forme dans les

poches, de s'élever verticalement et pour faciliter le dé-

placement de l'oxyde de carbone gazeux vers la partie cen-

trale du réacteur.

Par conséquent, la température dans la partie centrale du réacteur augmente rapidement, de sorte que la

région de réduction M à haute température peut s'agrandir.

La matière de flux, utilisée dans la présente invention, comprend une matière capable de transformer la silice et l'alumine, qui sont contenues dans une matière carbonée, en laitier, un minéral contenant un composant contenant un composant calcique par exemple de la pierre à chaux, un minéral / de magnésie, par exemple de la dolomie, et un laitier de

haut-fourneau de fer qui est un rejet industriel.

Lorsqu'une opération de production d'aluminium est effectuée de la façon indiquée ci-dessus, une région de réduction M est formée dans la partie de l'intérieur

du réacteur qui est sensiblement équidistante des poches.

Dans la région M, le produit moulé F, composé d'une ma-

tière contenant de l'alumine et d'une matière carbonée,

est fondu et réduit à partir de son extrémité avant L'a-

luminium réduit se transforme généralement en une solu-

tion, sous la forme d'un alliage contenant le composant

de fer ajouté à la zone de réaction pour abaisser la tem-

pérature de réduction, et le silicium, le fer et le tita-

ne contenus dans la matière de départ contenant de l'alumi-

ne et la matière carbonée, cette solution s'écoulant vers

le bas par une ouverture 24.

Suivant le degré d'avancement de la réaction, une matière carbonée est distribuée par les dispositifs ,26,27 d'introduction de matière carbonée de combustion, et un produit moulé, composé d'une matière contenant de 1 '

alumine et d'une matière carbonée, est descendu naturelle-

ment ou par pression sur ce produit Lorsque le produit moulé est épuisé, un autre élément de produit moulé est

ajouté et introduit dans le réacteur, de la même façon.

* Le mécanisme de réaction dans la présente inven-

tion peut s'expliquer de la façon suivante.

Si, dans la présente invention, une matière con-

tenant de l'alumine est amenée dans la partie centrale d'un réacteur, par descente naturelle de cette matière dans le réacteur, une réaction se développe rapidement dans les poches, c'est-à-dire dans la partie périphérique de l'intérieur du réacteur Par conséquent, la partie de la matière chargée, qui se trouve dans la région périphérique de l'intérieur du réacteur, est consommée plus rapidement

que celle qui se trouve dans la partie centrale M Par sui-

te, seulement une plus petite quantité de matière conte-

nant de l'alumine est amenée dans la partie centrale M du réacteur En pratique, la plus grande partie de la

matière contenant de l'alumine est repoussée vers la ré-

gion périphérique du réacteur Autrement dit, la matière contenant de l'alumine est envoyée principalement dans

les régions des poches Comme déjà indiqué, la tempéra-

ture dans la région des poches est beaucoup plus élevée, notamment 2200 'C à 2700 'C, que la température de 1900 'C

à 2200 'C nécessaire pour effectuer la réduction de l'alu-

mine pure et d'un mélange d'alumine, de fer et d'un com-

posé du silicium De même, la pression partielle d'oxygè-

ne dans la région des poches est élevée, du fait de l'o-

xygène de combustion qui y est introduit Puisque les zo-

nes de poches sont formées autour d'une tuyère, la vites-

se du gaz est très élevée Par conséquent, la matière con-

tenant de l'alumine, amenée dans les poches, est d'abord réduite, mais une partie de la matière réduite réagit avec l'oxygène pour se transformer en un gaz volatil d'A 120 et une autre partie se transforme en vapeur d'aluminium En outre, leurs pression partielles dans les poches sont plus

élevées que les pressions partielles dans les autres ré-

gions du réacteur, puisque la température dans la poche est plus élevée L'A 120 gazeux et la vapeur d'aluminium, qui

se produisent dans les poches, sont déplacés vers une par-

tie haute du réacteur, un courant de gaz à grande vitesse

avançant des poches vers la partie supérieure du réacteur.

Par suite, la production de Al et A 120 est encore accélé-

rée et la plus grande partie de l'alumine introduite dans le réacteur est transférée vers le haut sous la forme d' une substance volatile L'aluminium et A 120 gazeux, ainsi

transférés dans la partie supérieure du réacteur, sont re-

froidis dans cette même partie et réagissent en même temps

avec l'oxyde de carbone gazeux pour se transformer en alu-

mine qui constitue des dépôts en rayonnage dans le lit 252887 i

chargé et entre le lit chargé et la paroi du réacteur.

Cela provoque le blocage du réacteur, et une partie du dépôt est évacuée à l'extérieur du réacteur sous la forme d'une poudre fine Les phénomènes ci-dessus entraînent une forte diminution de la production d'aluminium réduit

ou d'alliage d'aluminium Les résultats indiqués ci-des-

sus à propos de l'alumine sont également applicables au

composant de silice contenu dans la matière alumineuse.

La présente invention, qui vise à régler les in-

convénients ci-dessus, permet de supprimer la formation d' un composant volatil d'aluminium et d'un composant volatil

de silicium et d'éliminer complètement les risques de blo-

cage d'un réacteur et de diminution du taux de production d'aluminium.Suivant la présente invention, la matière de départ, contenant de l'alumine, n'est pas envoyée dans les poches; elle est amenée sélectivement dans la partie centrale M du réacteur Cette partie centrale M est isolée

des poches et ne contient pas de pression partielle d'oxy-

gène Par conséquent, elle constitue une région de réduc-

tion et sa température est de l'ordre de 19000 C à 22000 C,

c'est-à-dire la température requise pour la réduction d'a-

lumine pure et d'un mélange d'alumine, de fer et d'un com-

posé de silicium.

La formation d'un composé volatil d'aluminium et d'un composé volatil de silicium à partir de la matière ci-dessus contenant de l'alumine peut donc être évitée et le risque de blocage d'un réacteur peut être supprimé En outre, la production d'aluminium peut être sensiblement

améliorée.

Afin d'éviter complètement le risque de blocage

d'un réacteur, dans la présente invention, il est préféra-

ble que la température dans la partie supérieure d'un lit préparé soit réglée à une valeur assez élevée pour que les quantités très petites d'un composant volatil d'aluminium

et d'un composant volatil de silicium, formés dans le ré-

acteur, ne soient pas condensées En particulier, il est

préférable de détecter une température dans la partie su-

périeure 28 (ou une partie de son voisinage) d'un lit chargé, comme information de fonctionnement, et de modi-

fier sur la base de cette information un ou deux des pa-

ramètres suivants: (a) le débit d'introduction d'oxygène gazeux, (b) le rapport de la quantité de matière carbonée

de combustion à la quantité de matière contenant de l'alu-

mine et (c) la hauteur du lit chargé, de manière à régler la température dans la partie supérieure du lit chargé à

une valeur qui ne soit pas inférieure à celle de la tempé-

rature minimale (température critique de fonctionnement) i l Ir:>'ile sa réacteur n'est pas bloqué, c'est-à-dire à une température dans la limite de la température critique de

fonctionnement augmentée de 300 'C au plus, et de préféren-

ce une température comprise entre la température critique

de fonctionnement et cette température augmentée de 200 'C.

La température critique de fonctionnement est habituelle-

ment de l'ordre de 650 'C à 800 'C.

La présente invention est décrite ci-après de façon plus détaillée, sur la base de ses exemples de mise

en oeuvre.

EXEMPLE-1 et EXEMPLE COMPARATIF On effectue la réduction de bauxite au moyen d'un réacteur d'un diamètre intérieur de 36 cm et d'une hauteur de 80 cm, représenté sur la figure 4 1000 parties en poids de bauxite, 300 parties en poids de poudre de coke et 62 parties en poids de poudre de fer sont malaxées en présence d'eau et le produit malaxé est moulé en forme de colonne carrée de 20 mm x 50 mm x 800 cm environ, ayant une résistance mécanique suffisamment grande Le produit moulé, ainsi obtenu, est séché; il est interposé entre deux plaques de bois de 5 mm x 50 mm x 800 mm environ,

liées ensemble par un fil métallique Du coke d'une granu-

lométrie de 4 à 7 mm est utilisé comme matière carbonée

de combustion.

Le coke est d'abord chargé dans une partie inférieure du

réacteur, jusqu'à un niveau de 50 cm au-dessus d'une tu-

yère, et on introduit de l'oxygène gazeux dans le réacteur au moyen de trois lances à oxygène refroidies par eau,

pour brûler le coke chargé dans le réacteur, ce qui pro-

duit un pré-chauffage suffisant du réacteur.

Le coke est introduit de façon continue dans le réacteur,

afin que la hauteur de la couche chargée de coke soit tou-

jours à un niveau prédéterminé ( 80 cm au-dessus de la sur-

face du fond du réacteur).

Pendant l'opération décrite ci-dessus, le produit moulé

de bauxite et de coke est réduit, à son extrémité inférieu-

re, et il se déplace vers le bas lorsque la réaction pro-

gresse Avant que le produit moulé de bauxite et de coke soit épuisé au point de disparaître dans le lit chargé, un nouveau produit moulé de bauxite et de coke est préparé et placé dans le réacteur, de manière à être ajouté au produit

moulé de bauxite précédent.

Le débit total d'oxygène est de 90 litres/mn ( 30 1/mn pour chaque lance qui a un diamètre de 10 mm) et la cadence de descente du produit moulé de bauxite et de coke est de

2,5 pièces ( 1 kg/pièce) à l'heure Le débit de coke de com-

bustion est de l'ordre de 6 kg/h.

Un agent de formation de laitier, utilisé en association avec le coke de combustion, est préparé par malaxage de 1,3 partie en poids de bauxite avec 1,2 parties en poids de carbonate de calcium, moulage de la masse malaxée en un produit ayant un diamètre de 10 mm et une longueur de mm et séchage du produit moulé Trois parties en poids

de l'agent de formation de laitier ainsi obtenu sont mé-

langées avec 100 parties en poids de coke de combustion et

le mélange est introduit dans le réacteur.

Le fonctionnement ci-dessus est maintenu pendant dix heures.

Pendant cette opération, on consomme 60 kg de coke, 1,8 kg de composant de laitier et 25 kg de produit moulé de bauxite et de coke et on récupère, à une sortie 24, 4 kg d'alliage brut contenant du laitier Lorsque la réaction est terminée, on récupère 6 kg d'alliage brut, contenant du laitier, qui restent au fond du réacteur La quantité totale d'aluminium métallique contenue dans ces alliages est de 0,54 kg et la quantité totale de fer métallique contenue dans les mêmes alliages est de 2 kg Le taux de production d'aluminium, calculé sur la base des quantités du composant de fer St du composant d'alumine contenues

dans la bauxite consommée, est de l'ordre de 10 % Le rap-

port pondéral Al/Fe dans les alliages obtenus est de 0,27.

A titre de comparaison, on effectue un essai de la même façon que dans l'exemple 1, sauf en ce qu'on utilise des granulés cylindriques de bauxite d'un diamètre de 10 mm

et une longueur de 10 mm, à la place du produit moulé al-

longé de bauxite et de coke, les granulés de bauxite étant mélangés avec du coke de combustion et des granulés de

composant de laitier, les granulés mélangés résultants é-

tant introduits de façon quelconque dans un réacteur pour

être déplacés vers le bas Le taux de production d'alumi-

nium métallique dans cet essai est de l'ordre de 4 %, la

quantité d'aluminium étant de l'ordre de 0,2 kg Le rap-

port pondéral Al/Fe dans l'alliage obtenu est de 0,1.

EXEMPLE 2

Un corps cylindrique, constitué d'une grille mé-

tallique et ayant un diamètre de 80 mm, une longueur de 800 mm et une maille de 20 mm, est introduit dans la partie centrale d'un réacteur De la bauxite granulée et un flux

ou fondant granulé sont distribués dans le corps cylindri-

que à raison de 2,5 kg/h et 0,18 kg/h, respectivement.

Pendant ce temps, du coke de combustion granulé est amené

à un débit de 6 kg/h dans la partie de l'intérieur du ré-

acteur qui entoure le corps cylindrique, de la même façon que dans l'exemple 1 Le coke de combustion granulé, d'

un diamètre de 4 à 7 mm, et le composant de laitier gra-

nulé d'un diamètre de 10 mm et une longueur de 10 mm cons-

tituant le flux, qui sont utilisés dans cet exemple, sont identiques à ceux qui sont utilisés dans l'exemple 1 La bauxite granulée est sphérique et son diamètre est de l'ordre de 30 à 40 mm Cette bauxite granulée est composée de 1000 parties en poids de bauxite, 300 parties en poids de poudre de coke et 62 parties en poids de poudre de fer, tout comme le produit moulé composé de bauxite et du coke

utilisé dans l'exemple 1.

Lorsque ces matières sont introduites dans le réacteur pour effectuer une opération d'extraction d'Al, le coke de

combustion granulé et le composant de laitier granulé s'é-

coulent à travers les mailles de la grille métallique, pour passer dans la partie périphérique du réacteur La bauxite granulée est sélectivement amenée dans la région

de réduction M du réacteur.

Après avoir poursuivi l'opération pendant 10 heures, on récupère 0,48 kg d'aluminium métallique et 2 kg de fer

métallique Le taux de production d'aluminium est de 9 %.

Le rapport pondéral Al/Fe dans l'alliage obtenu est de 0,24.

Les résultats des exemples 1 et 2 et de l'exemple compara-

tif sont reportés sur le tableau ci-après.

TABLEAU 1

Rendement d'aluminium Rapport _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Al/Fe Exemple 1 10 % 0,27 Exemple 2 9 % 0,24 Exemple comparatif 4 % 0,10 Le tableau ci-dessus montre bien que la présente invention

permet d'obtenir une amélioration sensible du taux de pro-

duction d'aluminium.

2528 & 71

Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la mise en oeuvre du procédé

suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci.

Claims (4)

Revendications

1 Procédé de production de l'aluminium au moyen d'

un haut-fourneau, qui comprend l'introduction de l'oxygè-

ne gazeux dans un réacteur rempli d'une matière carbonée (C), pour brûler cette matière, caractérisé en ce que l'on forme une pluralité de poches 14,5) et une région de ré- duction (M) à haute température entre ces poches, et qu'on

introduit sélectivement un mélange (F), composé d'une ma-

tière de départ contenant de l'alumine et d'une matière carbonée, dans la région de réduction (M) à haute tempéra

ture, tout en empêchant sensiblement ce mélange (F) de ve-

nir en contact avec les poches ( 4,5), de manière à réduire

l'alumine dans la matière contenant de l'alumine en alumi-

nium.

2 Procédé de production de l'aluminium au moyen d'un haut-fourneau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière carbonée, chargée dans le réacteur, est

du coke ou du charbon.

3 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé

en ce que la matière carbonée mélangée à la matière de dé-

part contenant de l'aluminium est du charbon, du coke ou

un carbure.

4 Procédé suivant une des revendications 1 à 3, ca-

ractérisé en ce que le mélange de matière de départ conte-

nant de l'alumine et de matière carbonée contient également

un flux ou fondant.

Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en

ce que le flux est Ca CO 3, Ca O ou un laitier de haut-four-

neau de fer.