KR101491891B1 - Method for producing aluminium by metallothermic reduction of trichloride with magnesium and apparatus for carrying out said method - Google Patents
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Abstract
900℃ 내지 1150 ℃의 온도에서 그리고 0.01 내지 5 atm의 총 압력으로 불활성 가스의 유동에서 삼염화알루미늄의 금속열 마그네슘 회수에 의해 알루미늄 수용 방법이 제공되며, 모 혼합물 내의 염화알루미늄 및 마그네슘의 질량 상관관계는 3.69 : 1.00이다. 프로세스는 세라믹으로 제조되고 반응기 내부에 위치되는 얇은 벽형 부착물(6)을 구비한 원통형 반응기 내에서 실현된다. 반응기는 원뿔형 바닥 부분이 제공된다. 불활성 가스의 유동 내로 마그네슘의 가마솥-증발기는 반응기의 전방에 장착되고, 반응기 뒤에 마그네슘 및 염화 알루미늄의 잔류 혼합물로부터 액체 마그네슘을 분리하기 위한 유닛이 있으며, 상기 장치의 모든 구성요소가 방화성 재료로 내부가 라이닝된다. 기술적 결과는 회수의 보장된 연속적인 프로세스 및 최상의 생태학적 특성의 대가로 효율이 성장된다.A method for receiving aluminum by metal thermal magnesium recovery of aluminum trichloride in a flow of inert gas at a temperature of 900 DEG C to 1150 DEG C and at a total pressure of 0.01 to 5 atm is provided and the mass correlation of aluminum chloride and magnesium in the parent mixture is 3.69: 1.00. The process is realized in a cylindrical reactor with a thin walled attachment 6 made of ceramic and located inside the reactor. The reactor is provided with a conical bottom portion. Evaporator of the magnesium in the flow of inert gas is mounted in front of the reactor and there is a unit for separating the liquid magnesium from the residual mixture of magnesium and aluminum chloride behind the reactor, Lt; / RTI > Technical results are growing in return for a guaranteed continuous process of recycling and the best ecological characteristics.
Description
본 발명은 비철 야금술에 관한 것으로, 특히 알루미늄 생산 기술에 관한 것이다.
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to non-ferrous metallurgy, and more particularly to aluminum production technology.
비철 야금술에서, 크라이오리쏘-알루미나 용융물(cryolitho-alumina melt)의 전기 분해인, 소위 에루-홀(Heroult-Hall)의 방법이 알루미늄을 생산하기 위해 사용된다. 전자화학적 장치 및 셀은 특히 작업이 화학적 기술에서 반응기의 전체 용적을 통하여 모두가 아닌 전극-전해질의 표면 상에만 레지스터(register)될 때 소모된 유용한 용적의 오히려 낮은 인자 지표를 특징으로 한다.
In non-ferrous metallurgy, the so-called Heroult-Hall process, which is the electrolysis of cryolitho-alumina melt, is used to produce aluminum. Electrochemical devices and cells are characterized by a rather low factor of indication of the useful volume consumed, especially when the work is to be registered only on the surface of the electrode-electrolyte, not all through the entire volume of the reactor in chemical technology.
단지 하나의 전극, 즉 캐쏘오드는 프로세스가 에루-홀의 방법론에 따라 수행될 때 수행된 유용한 작업의 전체 양을 담당한다. 결과적으로, 셀은 1 셀 당 오히려 낮은 생산성, 24 시간의 주기 당 불과 3 내지 4 톤을 특징으로 한다. 따라서, 알루미늄을 생산하는 플랜트는 광대한 영역을 점유하고 건조되는 동안 상당한 투자금이 소모되는 수백 및 수천개의 셀을 구비한다.
Only one electrode, the cathode, is responsible for the overall amount of useful work performed when the process is performed according to Er-Hall's methodology. As a result, cells are characterized by rather low productivity per cell, with only 3-4 tons per 24 hour cycle. Thus, a plant that produces aluminum has hundreds and thousands of cells that occupy vast areas and consume significant investment while being dried.
셀은 셀의 구조 특징에 의해 밀봉되지 않으며 전체 프로세스는 나트륨(natrii), 알루미늄 및 불화 수소(hydrogenii fluorides), 발암성 다중 방향성 화합물(carcinogenic polyaromatics compound), 대용적의 온실 가스, 이산화탄소 및 특히 과불화탄소(perfluorinecarbon)를 대기 내로의 방출을 동반한다. 상술된 모든 것이 고려되며, 크라이리쏘-알루미늄 용융물의 전기 분해에 의해 알루미늄을 생산하는 것은 상당히 시대에 뒤떨어진 것이며, 이는 지구의 지각(금속들 중에서 맨앞 장소(leading place))에서 알루미늄의 발생 빈도 또는 물리적 구조 및 기술적 특성의 유일한 세트와 대응하지 않기 때문이다.
The cell is not sealed by the structural features of the cell and the whole process is carried out in the form of natrii, aluminum and hydrogenii fluorides, carcinogenic polyaromatics compounds, alternative greenhouse gases, carbon dioxide and especially perfluorocarbons perfluorinecarbon) into the atmosphere. All of the above is taken into consideration and the production of aluminum by electrolysis of the chloryl-aluminum melts is considerably outdated, because of the frequency of occurrence of aluminum in the Earth's crust (the leading place among the metals) Because it does not correspond to a unique set of structural and technical properties.
반응식을 따라 염화알루미늄(F. Wohler, 1828) 또는 나트륨(S'K. Deville, 1854)로부터의 칼륨을 이용한 회수에 의한 금속열 방법론을 기초로 하는 알루미늄 수용의 문제점의 종래의 해결책이 있었다:There was a conventional solution to the problem of aluminum containment based on the metal thermal methodology by recovery with potassium from aluminum chloride (F. Wohler, 1828) or sodium (S'K. Deville, 1854) according to the scheme:
AlCl3 + 3M = 3MCl + Al (1),AlCl 3 + 3M = 3MCl + Al (1),
여기서, M은 알칼리 금속이다.
Here, M is an alkali metal.
그러나, 알칼리 금속이 반응식 1에 대응하여 사용될 때, 금속 및 전력의 소모가 매우 높다. 칼륨과 관련될 때 1 kg의 알루미늄을 회수하기 위해 4.33 kg의 알칼리 금속 및 35 kW/h의 전력이 소모된다. 나트륨에 대해, 1 kg의 알루미늄을 회수하기 위해 2,555 kg 금속 및 25,5 kw/h의 전력이 필요하다.
However, when an alkali metal is used corresponding to
다른 공통의 유사한 방법들에 대해, 엔. 엔. 베케토프(N. N. Beketov)의 제안은 가장 실질적인 제안이다. 이에 따라, 알루미늄은 그린랜딕 크라이오리씨오나이트(Greenlandic cryolithionite)의 구성요소인 불화 알루미늄 또는 빙정석으로부터 마그네슘에 의해 알루미늄의 회수를 통하여 수용될 수 있다.For other common and similar methods, yen. N. Beketov's proposal is the most real proposal. Accordingly, aluminum can be accommodated through the recovery of aluminum by magnesium from aluminum fluoride or cryolite, which is a component of Greenlandic cryolithionite.
2(3NaF x AlF3) + 3Mg = 6NaF + 3MgF2 + 2Al (2).
2 (3NaF x AlF 3) + 3Mg = 6NaF + 3MgF 2 + 2Al (2).
플루오르화물은 더 처리하기 어려운 화합물이며, 이러한 방법을 실시하기 위해 회수의 프로세스 뿐만 아니라 장치들은 더욱 복잡하다. 게다가, 그린랜딕 크라이오리쓰의 유일한 증착물은 19 세기에서와 같이 거슬러 올라간 시점으로부터 배출되었다.
Fluoride is a more difficult to process compound, and the devices as well as the process of recovery are more complicated to implement this method. In addition, the unique deposits of Greenlandic Cryolite emanate from the time of the 19th century.
이러한 방법에 대한 가장 근접한 표준은 4염화물로부터 금속 마그네슘에 의해 금속 티타늄의 회수의 결과로서 금속 티타늄의 제조이다.The closest standard for this method is the production of metallic titanium as a result of the recovery of metallic titanium by metal magnesium from tetrachloride.
TiCl4 + 2Mg = 2MgCl2 + Ti (3)
TiCl 4 + 2 Mg = 2 MgCl 2 + Ti (3)
이러한 프로세스는 상이한 원자가를 가진 티타늄 염화물(titanii chlorides) 이 그 안에 유입되기 때문에, 반응의 관계물이 상이한 상태의 집합체: 기상의 티타늄 염화물, 액체로서 마그네슘 염화물(magnesii chloride) 및 마그네슘, 반면에 고체로서 티타늄 내에 있다. 결과적으로, 이러한 방법은 프로세스의 생산성을 감소시키고 생태학적 특성을 악화시키는 티타늄을 추출하기 위해 때대로 장치를 감압하는 것을 요구한다.
Since this process involves the introduction of titanii chlorides with different valences into the reaction, the relationship of the reaction is different between the aggregates in different states: gaseous titanium chloride, magnesii chloride and magnesium as liquids, It is in titanium. As a result, this method often requires decompression of the apparatus in order to reduce the productivity of the process and to extract titanium, which degrades the ecological properties.
본 발명을 도입하는 기술적 결과는 회수 프로세스의 연속성에 의한 더 높은 생산성 및 장치 밀폐의 제공에 의한 더 향상된 생태학적 특성이다.
The technical result of introducing the present invention is a higher ecological property by providing higher productivity and device seal by the continuity of the recovery process.
기술적으로, 상기 목적은 마그네슘에 의해 삼염화 알루미늄의 금속열 회수의 반응을 이용함으로써 충족된다.
Technically, this object is met by utilizing the reaction of the metal heat recovery of aluminum trichloride by magnesium.
2AlCL3 (g)+ 3Mg(g) = 3MgCl2 (1) + 2Al(1) (4),2AlCl 3 (g) + 3Mg (g) = 3MgCl 2 (1) + 2Al (1)
여기서, <<g>>는 기상의 표시이고 반면<<l>>은 액체 상태의 표시이다. 따라서, 반응식 (4)에 따라, 모 물질(parent substance)은 기상 물질로서 프로세스로서 도입되고 알루미늄 및 마그네슘 염화물인 결과적인 제품은 용융된 액체 물질로서 방출된다. 상기 회수는 900℃ 내지 1150℃의 온도 및 0.01 내지 5 atm.의 총 압력에서 불활성 가스의 유동으로 수행되며, 최초 혼합물에서 염화알루미늄 및 금속 마그네슘 매스의 비율은 대응적으로 3.69 내지 1.00이다. 이러한 경우에서, 마그네슘의 소모는 단지 1 kg의 알루미늄 당 1.35 kg이 되며, 반면 전해질 마그네슘에 대한 전력 요구량은 1 kg의 알루미늄 당 약 17.9 kW/h가 될 것이다. 금속열 방식으로 수용된 마그네슘이 사용될 때, 즉 마그네슘이 피죤(Pidgeon)의 기술에 따라 페로실리콘에 의해 백운석(dolomite)로부터 최초에 회수되는 마그네슘이 사용될때 그 결과가 더 향상된다(브이.에이.레베데프 (V.A.Lebedev), 브이. 아이. 세디크흐(V.I.Sedykh). 마그네슘의 야금술, 이루쿠트스크(Irkutsk), 2010년 149쪽). 반응식 (4)에 따라, 이러한 경우 에너지의 총 소모는 에루-홀의 방법에 대한 소모 값과 유사한 1 kg의 알루미늄 당 13kWh를 초과하지 않을 것이며 이는 알루미늄 생산의 마그네슘-열적 모드를 발생하는 스테이지에서 매우 유용한 표시로서 고려될 수 있다.
Here, << g >> is a gas phase display while << l >> is a liquid state display. Thus, according to Scheme (4), the parent substance is introduced as a gaseous substance as a process and the resulting product, which is aluminum and magnesium chloride, is released as molten liquid material. The recovery is carried out with a flow of inert gas at a temperature of 900 ° C to 1150 ° C and a total pressure of 0.01 to 5 atm. The proportion of aluminum chloride and metal magnesium mass in the initial mixture is correspondingly 3.69 to 1.00. In this case, the consumption of magnesium would be 1.35 kg per 1 kg of aluminum, while the power requirement for the electrolyte magnesium would be about 17.9 kW / h per kg of aluminum. The result is further improved when magnesium, which is housed in a metal-heated manner, is used, i.e. magnesium, which is initially recovered from dolomite by ferrosilicon according to Pidgeon's technique (V. VALebedev, V., VISedykh, Metallurgy of Magnesium, Irkutsk, 2010, p. 149). According to reaction (4), the total consumption of energy in this case will not exceed 13 kWh per kg of aluminum, which is similar to the consumed value for the method of Er-hole, which is very useful in the stage of generating magnesium- Can be considered as an indication.
그러나, 반응식 (4)에 따른 마그네슘에 의한 삼염화물로부터의 알루미늄 회수는 독립적인 과학 및 공학 문제이다. 본 발명의 기초인 반응식 (4)는 티타늄의 마그네슘-열적 회수의 표준으로서 반응식(3) 보다 매우 더 간단히 실현된다. 그러나, 아이러니(ironic)한 것으로 볼 수 있지만, 더 높은 온도 및 압력은 삼염화물로부터 마그네슘에 의한 알루미늄의 회수의 결과로서 알루미늄을 생산하는 것이 요구된다.
However, recovery of aluminum from trichloride by magnesium according to scheme (4) is an independent scientific and engineering problem. Reaction formula (4), which is the basis of the present invention, is realized much simpler than Reaction formula (3) as a standard for the magnesium-thermal recovery of titanium. However, it can be seen as ironic, but higher temperatures and pressures are required to produce aluminum as a result of the recovery of aluminum from trichloride to magnesium.
실제로, 회수제로서 마그네슘은 1103 ℃ 내지 1107 ℃의 끓는 점 온도를 가지며(증기의 압력은 1기압을 형성한다), 마그네슘의 용융 온도는 651 ℃가 된다. 반응식 (4)의 다른 협력물(participant)에 대해, 알루미늄은 660 ℃에서 용융한다. 특별히 넓은 범위의 액체 상태는 2497 ℃의 끓는 점을 가지는 알루미늄에 대한 특성이다. 알루미늄은 실제로 마그네슘의 끓는점(1107 ℃)에서 증발하지 않는다. 염화마그네슘은 708 ℃ 내지 714 ℃에서 용융하고 1412 ℃ 내지 1417 ℃나 되는 온도에서 끓어서 상대적으로 넓은 온도 범위의 액체 상태를 가진다. 그리고 마지막으로, 알루미늄 삼염화물은 179.7 ℃의 온도에서 승화하고 정상 대기 압력에서 액체 상태로 존재하지 않을 수 있다. 따라서, 모 물질(parent substance), 즉 알루미늄 삼염화물 및 마그네슘은 1107 ℃ 위의 온도에서 기상에 있으며 금속 알루미늄 및 염화마그네슘은 동일한 온도에서 액체 상태로 있으며, 이는 연속적으로 높고 효율적인 생산을 구성하기에 편리한 상황이다.
Actually, as the recovering agent, magnesium has a boiling point temperature of 1103 캜 to 1107 캜 (the pressure of
열동력학적 계산의 결과에 의해 증명될 때, 반응식 (4)의 프로세스는 1300 K(1027 ℃)의 온도에서 -240 kJ의 엔탈피 값 및 -210 kJ의 깁스 에너지 값(Gibbs energy value)을 특징으로 한다. 이는 프로세스가 자발적으로 작동하여 많은 양의 열을 발산하는 것을 의미한다. 그러나, 회수 프로세스의 매우 높은 가능한 속도는 기상에 있고 일염화물로 부분적으로 해리되는 동안 약 900 ℃로 과열되는 염화알루미늄 및 기상 금속 마그네슘의 높은 반응성과 관련하여 조심하여야 한다. 또한, 인덱스 <<g>> 및 <<l>>이 더 높은 압력의 상태에서 르 샤틀리에 법칙 및 열역학 제 2 법칙을 따르는 기상 및 액체 상태에 대응하는 단반응식 (4)는 우측으로 상당히 변이된 평형(balance)을 가질 것이다. 이의 동역학에 대해, 반응은 폭발로 일어날 수 있어, 모 요소, 염화알루미늄 및 마그네슘의 속도를 제어하도록 하고 반응기에서 지지되는 것보다 더 낮은 온도를 가지고 비활성 가스의 개별 유동으로 공급되어야 한다.
As evidenced by the results of thermodynamic calculations, the process of Scheme (4) is characterized by an enthalpy value of -240 kJ and a Gibbs energy value of -210 kJ at a temperature of 1300 K (1027 ° C) do. This means that the process voluntarily works and emits a large amount of heat. However, a very high possible rate of recovery process should be taken into account with regard to the high reactivity of aluminum chloride and gaseous magnesium metal, which is in the vapor phase and is partially superheated to about 900 ° C. during partial dissociation into monochloride. In addition, the indexes " g " and " l " correspond to gas phase and liquid states following the second law of Le Chatelier and thermodynamics at higher pressure, Will have a balanced balance. For its dynamics, the reaction can take place by means of an explosion, which must be controlled by the velocity of the mother element, aluminum chloride and magnesium, and fed to the separate flow of inert gas with a lower temperature than that supported in the reactor.
이러한 상태에서 마그네슘의 포화된 증기 장력이 고려가능하고 예를 들면 927 ℃에서 약 0.19를 형성하기 때문에 회수의 프로세스는 900 ℃의 온도에서 발생할 수 있다. 동시에 마그네슘의 끓는점(1103 ℃ 내지 1107 ℃) 위로 상당히 온도를 상승시키는 것이 합리적이지 않으며, 이는 이러한 온도 상승이 프로세스의 훨씬 매우 높은 속도 값을 수반하기 때문이며, 따라서 1150 ℃는 가장 높은 한계치로서 설정될 수 있다.
The recovered process can occur at a temperature of 900 DEG C because the saturated vapor tension of magnesium in this state is considerable and forms, for example, about 0.19 at 927 DEG C. At the same time it is not reasonable to raise the temperature considerably above the boiling point of magnesium (1103 ° C to 1107 ° C), since this temperature increase is accompanied by a much higher velocity value of the process, so 1150 ° C can be set as the highest threshold have.
반응기에서 기상의 총 압력은 실험적으로 동일한 염화알루미늄 및 마그네슘의 최적 부분 압력에서 0.01 내지 5.0 내에 할당된다. 총 압력의 상부 값에서 배향되는 것이 바람직하지만, 이의 폭발 한계에 도달하는 것을 회피한다.
The total pressure of the gas phase in the reactor is assigned within 0.01 to 5.0 at the optimum partial pressure of the experimentally equivalent aluminum chloride and magnesium. It is preferred to be oriented at the upper value of the total pressure, but to avoid reaching its explosion limit.
회수하기 위해 공급된 가스 혼합물의 조성에 대해, 반응식 (4) 내에 포함되는 질량의 화학양론 비율에 대응하여야 하고 반응기로 공급되는 삼염화알루미늄 및 마그네슘 질량 유동에 대해 3.69 : 1을 형성한다.
For the composition of the gaseous mixture fed to recover, it should correspond to the stoichiometric ratio of mass contained in Scheme (4) and form 3.69: 1 for the aluminum trichloride and magnesium mass flow fed to the reactor.
청구된 본 발명의 실현성은 확실한데, 이는 마그네슘-열적 방식으로 4염화물로부터 티타늄의 유사한 형성이 있기 때문이다. 게다가, 수용하는 알루미늄의 청구된 모드는 더 많이 간단하게 된다. 마그네슘은 또한 알루미늄보다 더 많은 음전기 금속이 있다. 마그네슘이 염화 마그네슘 전기 분해의 종래의 방법과 조합하여 이의 회수에 의해 백운석으로부터 수용될 때 전력 입력이 오히려 더 작을 수 있다. 더욱이, 프로세스는 자가 생산 프로세스이다.
The feasibility of the claimed invention is certain because there is a similar formation of titanium from tetrachloride in a magnesium-thermal manner. In addition, the claimed mode of accommodating aluminum becomes much simpler. Magnesium also has more negative metal than aluminum. The power input may be rather small when magnesium is received from the dolomite by its recovery in combination with the conventional method of magnesium chloride electrolysis. Moreover, the process is a self-production process.
액체인 염화마그네슘 및 알루미늄의 결과적인 제품의 수용을 위해 모 물질로서 기상 염화알루미늄 및 마그네슘을 사용하는 모드는 밀봉 장치에서 실현될 수 있다. 자동화 친화적이고 프로세스를 제공하도록 임의의 기계적 장치의 적용 또는 임의의 수동 노동 입력을 요구하지 않는다. 밀봉 장치를 적용하는 것에 대하여 본 발명의 높게 인정된 생태학적 특성은 명백하게 보인다. 반응기 당 고 생산성, 낮은 구성 및 생산 입력을 구비한 장치를 설계하기 위한 가능성은 제공된 모드의 상당한 장점들 중 하나이다.
Modes of using gaseous aluminum chloride and magnesium as parent materials for the acceptance of the resulting product of magnesium chloride and aluminum as liquids can be realized in a sealing device. It is automation-friendly and does not require the application of any mechanical device or any manual labor input to provide a process. The highly recognized ecological properties of the present invention for the application of a sealing device are apparent. The possibility for designing a device with high productivity per reactor, low construction and production input is one of the significant advantages of the mode provided.
본 발명의 실현성은 마그네슘 열적 방법론을 이용하여 4염화물로부터의 티타늄 추출의 강력하고 유효한 산업들의 존재에 의해 그리고 또한 마그네슘 열적 프로세스의 진행으로 염화물로부터 지르코늄 및 하프늄의 원활하게 실현되는 회수에 의해 증명된다.
The feasibility of the present invention is demonstrated by the presence of powerful and efficient industries of titanium extraction from tetrachloride using magnesium thermal methodology and also by the smooth realization of recovery of zirconium and hafnium from the chloride by progress of the magnesium thermal process.
티타늄 수용의 마그네슘 열적 방식과 관련하여, 강의 원통형 용기는 최초에 회수 장치로서 사용되었다. 강의 원통형 용기는 예를 들면 몰리브뎀 판으로 라이닝된 크롬-니켈 강으로 제조된다. 추후, 상기 라이닝은 저-탄소 강으로 제조된다. 프로세스는 금속 용융 온도보다 낮은 온도에서 실현되며, 그래서 티타늄은 스폰지와 같은 고체-상 상태 내에 수용된다. 스폰지를 추출하도록, 반응기가 냉각될 것이다. 따라서, 전체 프로세스는 자체 순서에서 수동 노동 입력을 요구하고 반응기 효율을 감소하고, 에너지 입력을 상승시키고 그리고 제조의 생태학적 특성이 악화하는 주기적인 프로세스로서 필연적으로 특징으로 한다.
With respect to the magnesium thermal system of the titanium reservoir, a cylindrical vessel of steel was initially used as the recovery apparatus. Steel cylinders are made of chrome-nickel steel, for example, lined with molybdenum plates. Subsequently, the lining is made of low-carbon steel. The process is realized at a temperature lower than the metal melting temperature, so that the titanium is accommodated in a solid-state state such as a sponge. To extract the sponge, the reactor will be cooled. Thus, the overall process is inevitably characterized as a cyclic process requiring manual labor input in its own sequence, reducing reactor efficiency, increasing energy input, and deteriorating the ecological characteristics of the manufacturing.
마그네슘에 의해 알루미늄의 금속 열 회수를 위해 의도되는 청구된 발명된 장치에서, 프로세스는 1100 ℃ 내지 1150 ℃에 도달하는 더 높은 온도에서 일어난다. 이러한 상태에서, 회수의 수용된 제품 알루미늄, 및 염화마그네슘은 액체 상태로 있으며, 반응기의 바닥 부분 내로 하방으로 유동한다. 알루미늄의 용융 온도는 660 ℃이고 반면 염화 마그네슘의 용융 온도는 708 ℃ 내지 714 ℃이고 대응적으로 2497 ℃ 및 1412 ℃ 내지 1417 ℃의 끓는 점 온도를 가진다. 이를 위해, 반응기의 상부는 원통형으로 제조되어 반응기의 유용한 용적을 증가시키도록 하며, 반면 반응기의 바닥 부분은 액체 알루미늄 및 염화 마그네슘을 수집하도록 원뿔형이다.
In the claimed invented apparatus intended for the metal heat recovery of aluminum by magnesium, the process takes place at a higher temperature reaching 1100 캜 to 1150 캜. In this state, the recovered product aluminum and magnesium chloride are in a liquid state and flow downward into the bottom portion of the reactor. The melting temperature of aluminum is 660 캜 while the melting temperature of magnesium chloride is 708 캜 to 714 캜 and correspondingly has a boiling point temperature of 2497 캜 and 1412 캜 to 1417 캜. To this end, the top of the reactor is made cylindrical to increase the useful volume of the reactor while the bottom part of the reactor is conical to collect liquid aluminum and magnesium chloride.
대부분의 반응 존은 중공형으로 제조되고 여기에서 기상 염화 알루미늄 및 마그네슘은 이들을 더욱 완전히 혼합하기 위해 도입되며, 원뿔형 부품에 인접한 용적이 라스치그 링 타입 부착물의 얇은 벽의 중공형 세라믹 피스로 채워진다. 부착물의 사용은 응축의 프로세스를 가속화하고 알루미늄 및 염화 마그네슘을 형성하는 융합물이 떨어진다.
Most reaction zones are made hollow, where vaporous aluminum chloride and magnesium are introduced to more fully mix them and the volume adjacent to the conical part is filled with a hollow ceramic piece of a thin wall of a Las cig ring type attachment. The use of deposits accelerates the process of condensation and drops fusions that form aluminum and magnesium chloride.
비활성 가스의 유동은 반응기와 가마솥 증발 마그네슘과 그리고 마그네슘 및 염화 알루미늄 증기의 잔류물 혼합으로부터 액체 마그네슘을 분리하는 장치와 연결한다. 마그네슘 증발기인 가마솥, 및 액체 마그네슘을 분리하는 장치 모두는 상기 장치의 일체형 부품이다. 오히려 근접되지만, 이들은 반응기로부터 개별적으로 위치된다.
The flow of the inert gas connects the reactor and the apparatus for separating the liquid magnesium from the caustic evaporation magnesium and the residue mixture of magnesium and aluminum chloride vapor. The cauldron, which is a magnesium evaporator, and the apparatus for separating liquid magnesium are all integral parts of the apparatus. Rather, they are located separately from the reactor.
기상에서 마그네슘에 의해 이의 염화물로부터 알루미늄 회수의 반응은 발열 반응이고 많은 양의 열의 방출이 동반되며, 프로세스는 자가 생산 프로세스이다. 회수의 속도 및 온도를 밀접하게 제어하도록, 반응기 및 마그네슘 분리기는 증발하는 끓는 물 냉각의 시스템이 구비된다.
The reaction of aluminum recovery from its chloride by magnesium in the gas phase is an exothermic reaction and accompanied by the release of large amounts of heat, and the process is a self-production process. To closely control the rate and temperature of recovery, the reactor and the magnesium separator are equipped with a system of boiling water cooling which evaporates.
유체 상태(액체 및 가스)는 고려 하에서 본 발명에서 사용된다. 유체 상태는 고온에서 난류 유동에서 반응하여 프로세스의 고 효율을 위해 제공된다.
Fluid conditions (liquid and gas) are used in the present invention under consideration. Fluid conditions are provided for high efficiency of the process by reacting in turbulent flow at high temperature.
게다가, 제조 설비의 생성을 위해 의도되는 재정 지출은 장비의 유지를 위한 재정 지출을 따라 낮아진다.
In addition, the fiscal expenditure intended for the generation of the manufacturing facility is lowered along with the financial expenditure for the maintenance of the equipment.
도 1은 반응기의 일반적 도면이다.
도 2에서 가마솥-증발기를 볼 수 있다.
도 3은 분리의 장치를 보여준다.
이들 모두 수직 단면도이다.Figure 1 is a general view of the reactor.
In FIG. 2, a cauldron-evaporator can be seen.
Figure 3 shows a device for separation.
Both of which are vertical cross-sectional views.
반응기(도 1)는 회수 제품, 즉 알루미늄 및 염화 마그네슘이 수집을 위해 의도되는 원뿔형 바닥 부분(2)으로 변환하는 강의 실린더(1)로서 제조된다. 펄스(false) 바닥(3)은 실린더와 원뿔 부분 사이에 위치된다. 반응기는 덮개(4)로 밀봉된다. 반응기의 모든 내부 표면은 마그네사이트, 흑연 및 다른 비활성 스터프와 같은 내화성 재료(5)로 라이닝된다.
The reactor (FIG. 1) is manufactured as a
라스치크 링 타입의 얇은 벽형 세라믹으로 제조되고 통상적으로 화학물 흡수 기술에 적용되는 부착물(6)은 펄스 바닥(3) 상에 배치된다. 부착물은 마그네사이트, 카보니트라이드, 등과 같은 방화성 재료로 제조된다.
An
반응 존의 수평 섹션 원주에 접하고 서로를 향하여 직면하는 반응기의 상부 중공형 부분 내에 고정되는 노즐 및 주입기(7 및 8)는 기상 염화 알루미늄 및 마그네슘 금속(가스)의 모 물질을 반응기 내로 도입하기 위해 사용된다. 회수된 알루미늄(9) 및 염화 마그네슘(10)은 반응기의 원뿔형 바닥 부분(2) 내에 수집되어 탭 홀(11)을 통하여 염화 마그네슘(12)이 누출되고 알루미늄(13)이 팬(14) 내에 수집된다. 반응기로부터 반응 내로 포함되지 않는 염화 알루미늄 및 마그네슘의 혼합물을 제거하도록 반응기의 리드 내에 설치된 브랜치 파이프(15)가 있다.
The nozzles and
가마솥-증발기(도 2)는 덮개(17)로 밀봉된 반구의 강(16)이며, 모두 반응기로서 동일한 재료로 라이닝된다. 마그네슘은 액체 상태로 가마솥 내로 도입된다. 전기 히터(18)는 금속 내로 침지된다. 실리콘 카바이드 로드의 세트로서 형성될 수 있으며 보호 마그네사이트 코팅으로 둘러싸인다. 비활성 가스(아르곤 또는 질소)는 가마솥-증발기 내로 공급된다. 이의 증기 상태에서 마그네슘은 비활성 가스와 함께 반응기 내로 안내된다. 가마솥-증발기는 도 1 및 도 3에서 주어진 장치의 다른 요소와 같은 발산하는 물 냉각의 시스템이 구비된다.
The cauldron-evaporator (FIG. 2) is a
잔류 혼합물로부터 염화 알루미늄과 액체 마그네슘의 분리를 위해 의도된 분리기(도 3)는 방화성 세라믹(19)으로 라이닝된 더 작은 크기의 반응기이다. 브랜치 파이프(20)는 가스 혼합물을 장치 내로 공급하고 유체 마그네슘은 응축하고 장치의 바닥 부분 내에 수집한다. 반응 내로 포함되지 않는 잔류 염화 알루미늄은 또 다른 브랜치 파이프(21)를 통하여 장치로부터 제거되고 잔류 염화 알루미늄을 반응기 내로 역으로 회수한다. 반응기와 같은 분리의 장치는 로크 유닛(22) 및 발산 냉각의 시스템(23)이 구비된다. 마그네슘의 응축물은 가마솥-증발기 내로 그리고 이어서 추가로 반응기 내로 역으로 복귀된다.
The separator (FIG. 3) intended for the separation of aluminum chloride and liquid magnesium from the residual mixture is a smaller sized reactor lined with an
상기 장치는 단일 가마솥 증발기에서 또는 한 세트의 이 같은 증발기에서 수용되는 기상 마그네슘 및 염화알루미늄 증기를 반응기로 연속적으로 공급한다. 염화알루미늄 및 기상 마그네슘은 반응 입자와 접촉하고, 확산 배리어를 제거하고 고속의 회수 프로세스를 가능하게 하기 위한 이상적 상태를 위해 제공되고 딜리버러(deliverer)인 비활성 가스의 유입되는 난류 유동에서 반응기 내로 공급되고 전달된다. 최종 제품, 즉 알루미늄 및 염화마그네슘의 더 큰 철회 속도를 달성하도록, 반응기로부터 액체 상태 형성의 활성 중앙의 더 큰 개수 및 더 큰 표면을 이용하는 것이 필요하다. 이는 마그네사이트로 제조된 루스치그 링(Ruschig ring) 타입의 상술된 얇은 벽형 및 비균일 부착물을 이용하는 결과로서 달성된다. 연속 또는 주기적 모드로 반응기로부터 방출되는 알루미늄(13)은 용융된 염화마그네슘(12)의 우수한 코팅에 의해 보호된다. 회수 제품의 분리는 용이성으로 실현가능하다. 예를 들면, 온도의 하강이 680 ℃ 내지 700 ℃로 떨어지면서 염화마그네슘의 코팅이 염화마그네슘의 상태를 고체 상태로 변형하며 반면 액체 알루미늄이 다른 기술적 작업 내에 포함되도록 용이하게 지향될 수 있다.
The apparatus continuously feeds the vaporized magnesium and aluminum chloride vapor to a reactor, either in a single cauldron evaporator or in a set of such evaporators. Aluminum chloride and gaseous magnesium are supplied to the reactor in the incoming turbulent flow of the inert gas, which is provided for ideal conditions to contact the reactive particles, remove diffusion barriers and enable a high speed recovery process . It is necessary to utilize a larger number and larger surface of active center of liquid state formation from the reactor to achieve greater withdrawal rates of the final products, i. E. Aluminum and magnesium chloride. This is achieved as a result of using the above-described thin walled and non-uniform deposits of the Ruschig ring type made of magnesite. The
이들의 잔류물 기상 혼합물에서 마그네슘으로부터 염화알루미늄의 분리를 위해 의도된 분리기는 시스템 내의 압력 강하 및 마그네슘 끓는 온도 아래의 온도의 강하의 결과로서 작동한다. 응축물이 충분히 세정되는 경우 응축물 형태의 액체 마그네슘은 정제되도록 또는 증발되도록 가마솥으로 지향되고 이어서 추가로 반응기로 지향된다.
Separators intended for the separation of aluminum chloride from magnesium in their residue gaseous mixture operate as a result of a pressure drop in the system and a drop in temperature below the magnesium boiling temperature. When the condensate is sufficiently cleaned, the liquid magnesium in the form of condensate is directed to a cauldron so as to be purified or evaporated and then further directed to the reactor.
높지만 제어가능한 회수 속도를 제공하도록 반응기 및 분리기 모두가 물 발산 냉각의 시스템이 구비된다. 야금술을 포함하는 기술의 다수의 분야에서 사용되는 이 같은 장비의 작업 원리는 널리-알려져 있고 미세하게 조정된다. 비활성 가스 순환의 시스템은 또한 화학 기술에서 그리고 희 금속 야금술에서 모두 매우 제어가능하다.
A system of water divergent cooling is provided for both the reactor and the separator to provide a high but controllable recovery rate. The working principles of such equipment, which are used in many fields of technology, including metallurgy, are widely known and fine tuned. The system of inert gas circulation is also highly controllable both in chemical technology and in metal metallurgy.
본 발명의 기술 사용은 반응기와 관계되는 강(1)의 실린더의 상부 내로 주입기(7)를 통하여 도입되도록 염화알루미늄의 기상을 요구한다(도 1). 비활성 가스와 혼합된 기상 또는 증기상 마그네슘은 주입기(8)를 통하여 역-유동으로 동일한 방식을 도입한다. 이러한 혼합은 가마솥-증발기에서 미리 준비된다(도 2). 모(parent) 작용제, 즉 비활성 가스(예를 들면 아르곤) 및 액체 마그네슘은 거기에 개별적로 도입되고, 반면 기상 마그네슘 및 비활성 가스의 2-성분 유동은 가마솥으로부터 제거되고 반응기(도 1)로 보내진다(도 1).
The use of the technique of the present invention requires the vapor phase of aluminum chloride to be introduced through the
형성된 액체 알루미늄 및 염화마그네슘은 부착물(6)(도 1)을 응축하고 합체하고 반응기의 원뿔 부품 내로 조금씩 떨어지고 추가로 탭 홀(11)을 통하여 액체 알루미늄 및 염화마그네슘은 회수 제품, 즉 알루미늄(13) 및 염화마그네슘(12)으로서 팬(14) 내로 얻어진다. 잔류물 기상 혼합물은 브랜치 파이프(15)(도 1)를 통하여 추출된다. 이러한 혼합물은 파이프(20)를 통하여 분리 유닛 내로 도입되고(도 3), 이어서 로크 유닛(22)을 통하여 분리 유닛으로부터 제거된 마그네슘은 가마솥-증발기 내로 역으로 복귀되며 반면 기상이 주입기(7)(도1)를 통하여 반응기 내로 역으로 회수할 때, 알루미늄 염화물이 파이프(21)를 통하여 추출된다.
The liquid aluminum and magnesium chloride formed condense and coalesce the deposit 6 (Fig. 1) into the conical part of the reactor, and further through the
산업상 이용가능성Industrial availability
제출된 본 발명의 실현성은 의심을 일으키지 않으며 이의 4염화물로부터 티타늄의 마그네슘-열 회수의 유사하지만 매우 많이 더 복합한 프로세스가 이용가능하고 USA, 러시아 연방 및 UIS의 일부 국가에서 널리 이용된 사실에 의해 확인된다.
The feasibility of the present invention submitted is without doubt, and a similar but very much more complex process of magnesium-heat recovery of titanium from its tetrachloride is available and is widely used in some countries of the USA, the Russian Federation and UIS Is confirmed.
제출된 본 발명은 알루미늄 수용의 기술 및 새로운 장비에 관한 많은 장점을 위해 제공된다. 이는 새로운 제조 설비를 제조하는데 낮은 재정 지출 및 상기 장치의 정해지지 않은 높은 유닛 효율이다. 밀봉 및 상기 제조의 생태학적 안전을 보정한다. 고된 수동 노동은 제조로부터 배제되고 프로세스의 완전한 자동화를 생각할 수 있다. 장치 내의 알루미늄 회수는 상당한 양(+)의 열화학적 및 가열 효과로 발생되고 실제로 외부로부터 임의의 에너지 소모 없이, 자가 생산 모드 없이 이루어진다.The present invention presented is provided for many advantages regarding the technology of aluminum containment and new equipment. This is a low budgetary expenditure for manufacturing new manufacturing facilities and undefined high unit efficiency of the device. Sealing and the ecological safety of the manufacture. Hard manual labor is excluded from manufacturing and can be thought of as full automation of the process. The recovery of aluminum in the device occurs with a significant positive thermochemical and heating effect and is achieved without any self-production mode, without actually consuming any energy from the outside.
Claims (3)
상기 삼염화알루미늄인 모 물질(parent substance)을 기상 물질로서 프로세스 내로 유입하고, 알루미늄 및 염화 마그네슘인 결과 제품을 용융된 액체 물질로서 배출하는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 생산 방법.
A method of producing aluminum by metal heat recovery of aluminum from aluminum trichloride using inert gas and magnesium flowing,
Characterized in that the parent substance, which is aluminum trichloride, is introduced into the process as a vapor phase material and the resulting product, which is aluminum and magnesium chloride, is discharged as molten liquid material.
Aluminum production method.
상기 회수를 900℃ 내지 1150 ℃의 온도 및 0.01 atm. 내지 5.00 atm의 총 압력으로 수행하며, 염화알루미늄 및 마그네슘의 혼합물(parent mix)내에서 상기 염화알루미늄 및 상기 마그네슘 의 질량 상관 관계가 3.69 : 1.00인 것을 특징으로 하는,
알루미늄 생산 방법.
The method according to claim 1,
The said number of times is between 900 ° C and 1150 ° C and 0.01 atm. To 5.00 atm, and the mass correlation of said aluminum chloride and said magnesium in a mixture of aluminum chloride and magnesium is 3.69: 1.00.
Aluminum production method.
상기 반응기는 마그네슘을 불활성 가스의 유동으로 증발하기 위한 가마솥-증발기와, 잔류 혼합물로부터 염화알루미늄과 마그네슘을 분리하기 위한 분리기를 구비하며, 상기 가마솥-증발기는 상기 반응기의 전방에 설치되고, 상기 분리기는 상기 반응기 다음에 배치되고 상기 장치의 구성요소들 모두는 방화성 재료로 내부를 라이닝하는 것을 특징으로 하는,
장치.An apparatus for carrying out a method as claimed in claim 1, comprising a cylindrical reactor with a thin walled attachment made of ceramic, said thin walled attachment being located inside a reactor having a conical bottom part,
The reactor comprises a cauldron-evaporator for evaporating magnesium into a flow of inert gas and a separator for separating magnesium chloride from the residual mixture, wherein the cauldron-evaporator is installed in front of the reactor, Characterized in that it is disposed after the reactor and all of the components of the apparatus are lined with an < RTI ID = 0.0 >
Device.
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