NO116116B

NO116116B -

Info

Publication number: NO116116B
Application number: NO16777467A
Authority: NO
Inventors: G Korger; E Haack; R Weyer; W Aumueller
Original assignee: Hoechst Ag
Priority date: 1961-09-20
Filing date: 1967-04-18
Publication date: 1969-02-03
Also published as: DE1204675B; NO116117B; CH427799A; CH438313A; FR2266M; FR2267M; GB1010566A; CH438312A

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av aluminium fra aluminiumoksydholdige utgangsstoffer. Process for the production of aluminum from aluminum oxide-containing starting materials.

For fremstilling av aluminium av aluminiumoksydholdige utgangsstoffer er for-uten den vanlige fremgangsmåte over opp-slutning av malmen med natronlut og deretter følgende elektrolytisk utvinning av metallet av den ved oppslutningen erholdte ler jord, også blitt foreslått å behandle det oksydholdige stoff i nærvær av reduk-sjonsmateriale med gassformige klorider, særlig aluminiumklorid ved høyere temperatur, og å disproporsjonere det dannede subhalogenid i en til reaksjonsrommet tilsluttet kondensator, og på denne måte fremstilte metallisk aluminium mens det gassformede reaksjonsmiddel føres tilbake i kretsløp til reaksjonsrommet. Ved denne fremgangsmåte har det vist seg visse van-skeligheter ved at de pumper osv. som er nødvendige for befordring av reaksjons-midlet slites sterkt av det aggressive aluminiumklorid, mens videre det problem ikke ennå er blitt løst å fremstille høyest mulig prosentsats av det metalliske aluminium, ikke i form av støv, men som For the production of aluminum from aluminum oxide-containing starting materials, in addition to the usual method of dissolving the ore with caustic soda and then the following electrolytic extraction of the metal from the clay soil obtained during the digestion, it has also been proposed to treat the oxide-containing material in the presence of reducing sion material with gaseous chlorides, in particular aluminum chloride at a higher temperature, and to disproportionate the formed subhalide in a condenser connected to the reaction room, and in this way produced metallic aluminum while the gaseous reactant is returned in a circuit to the reaction room. With this method, certain difficulties have been shown in that the pumps etc. which are necessary for transporting the reactant are heavily worn by the aggressive aluminum chloride, while furthermore the problem of producing the highest possible percentage of the metallic aluminum, not in the form of dust, but as

kompakt metall. Av disse grunner har den compact metal. For these reasons, it has

beskrevne fremgangsmåte hittil ikke latt seg innføre i praksis. described procedure has not yet been put into practice.

Det ble nå funnet at aluminiumoksyd i nærvær av kullstoff eller kullstoffholdige stoffer omsetter seg ved høy temperatur med aluminiumsulfid til en lett flyktig forbindelse som ved avkjøling igjen spaltes i metallisk aluminium og aluminiumsulfid. Anvendes i stedet for aluminiumoksyd et aluminiumoksydholdig materi-ale, slik som f. eks. bauxitt, leire, kjelaske osv., reduseres, under de betingelser under hvilke den lavere verdige aluminiumsvo-velforbindelse dannes, jern, silisium og titan samt de andre vanlige ledsagere av aluminiumoksyd til metall, således at i et arbeidsforløp kan rent aluminium og en metallisk rest la seg fremstille av en alu-miniummalm. It was now found that aluminum oxide in the presence of carbon or carbon-containing substances converts at high temperature with aluminum sulphide into a slightly volatile compound which, on cooling, splits again into metallic aluminum and aluminum sulphide. If an aluminum oxide-containing material is used instead of aluminum oxide, such as e.g. bauxite, clay, boiler ash, etc., under the conditions under which the lower-value aluminum-sulphur compound is formed, iron, silicon and titanium, as well as the other usual companions of aluminum oxide, are reduced to metal, so that in a working process pure aluminum and a metallic residue can can be produced from an aluminum ore.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen tilsvarer, når man går ut fra et subsulfid A12S (= enverdig aluminium) følgende reaksjonsligning: The method according to the invention corresponds, when starting from a subsulphide A12S (= monovalent aluminium), to the following reaction equation:

Reduksjonen av A1203 til metallisk The reduction of A1203 to metallic

aluminium foregår altså ved denne fremgangsmåte utelukkende ved hjelp av kull-stoffet, mens det tilsatte Al2Oa bare har omtrent virkningen av en katalysator. Om A120,,-mengden fremstilles i reaksjonsrommet ved innvirkning av aluminiumdamp og Fe2S3 (2A1 + 3FeS ► A12S3 + 3Fe), aluminum thus takes place in this method exclusively with the help of the carbon material, while the added Al2Oa only has approximately the effect of a catalyst. If the amount of A120,, is produced in the reaction chamber by the action of aluminum vapor and Fe2S3 (2A1 + 3FeS ► A12S3 + 3Fe),

eller de tap som oppstår ved omløp av A12S3 erstattes på denne måte, er ikke vesentlig for fremgangsmåten, men bare en økonomisk forholdsregel, da FeS (hen-holdsvis FeS2) er billigere enn A12S3. or the losses that occur when circulation of A12S3 is replaced in this way, is not essential for the method, but only an economic precaution, as FeS (respectively FeS2) is cheaper than A12S3.

Tilsetning av A12S3 bevirker at alumi-niumet ikke går over i kondensatoren fra reaksjonsrommet som metalldamp, men i form av sulfiddamp A12S, som ved samme temperatur har et langt høyere damptrykk enn det metalliske aluminium. Addition of A12S3 causes the aluminum not to pass into the condenser from the reaction space as metal vapor, but in the form of sulphide vapor A12S, which at the same temperature has a much higher vapor pressure than the metallic aluminium.

Fordelaktig utføres reaksjonen ved et lavt trykk, hvorved det er mulig å arbeide med forholdsmessig lavere temperaturer. Hensiktsmessig holdes reaksjonstemperaturen ikke vesentlig under ca. 1500° C. Advantageously, the reaction is carried out at a low pressure, whereby it is possible to work at relatively lower temperatures. Appropriately, the reaction temperature is not kept significantly below approx. 1500°C.

Ved en temperatur på ca. 1400—1500° C er det allerede tilstrekkelig å opprett-holde et undertrykk på 20 mm Hg. Der-imot viser forsøkene at f. eks. ved en temperatur på 1200° C må det anvendes et trykk på mindre enn 5 mm hvis det skal oppnås et teknisk tilfredsstillende rom-tid-utbytte. På den annen side oppnås det ved en ved over 1500° C liggende arbeidstem-peratur, f. eks. 2000° ,C, en vesentlig hur-tigere omsetning, hvorved trykket slik som forsøkene viste, kan holdes høyere. Oppfinnelsen begrenser seg imidlertid ikke til disse angitte temperatur- og trykkområ-der. Således kan det f. eks. også være fordelaktig å arbeide ved normalt trykk og en temperatur på mer enn 2000° C. Det har vist seg at for disproporsjonering av de lett flyktige aluminiumsvovelforbindel-ser er det nødvendig med en lavere temperatur enn reaksjonstemperaturen. Re-aksjonsinnretningen er dermed utført således at reaksjonsgassene fra reaksjonsrommet passerer et rom i hvilket tempera-turen holdes lavere enn i selve reaksjonsrommet. Det metalliske aluminium skiller seg her alt etter de foreliggende tempera-turgradienter enten ut separat fra aluminiumsulfid eller i blanding med dette. Hensiktsmessig tas det totale kondensat ut og aluminium smeltes ut av dette. Man kan imidlertid også gå frem således, at det separat utfelte aluminium tas ut for seg. Aluminiumsulfidet bringes igjen sammen med nytt utgangsstoff og føres og anvendes for den neste samme arbeidsprosess, dvs. føres i kretsløp. At a temperature of approx. At 1400-1500° C it is already sufficient to maintain a negative pressure of 20 mm Hg. On the other hand, the experiments show that e.g. at a temperature of 1200° C, a pressure of less than 5 mm must be used if a technically satisfactory space-time yield is to be achieved. On the other hand, it is achieved at a working temperature above 1500° C, e.g. 2000°C, a significantly faster turnover, whereby the pressure, as the experiments showed, can be kept higher. However, the invention is not limited to these specified temperature and pressure ranges. Thus, it can e.g. also be advantageous to work at normal pressure and a temperature of more than 2000° C. It has been shown that for disproportionation of the easily volatile aluminum sulfur compounds, a lower temperature than the reaction temperature is necessary. The reaction device is thus designed so that the reaction gases from the reaction space pass through a room in which the temperature is kept lower than in the reaction space itself. The metallic aluminum separates here depending on the temperature gradients present, either separately from aluminum sulphide or in a mixture with this. Appropriately, the total condensate is taken out and aluminum is melted from this. However, one can also proceed in such a way that the separately deposited aluminum is taken out separately. The aluminum sulphide is brought back together with new starting material and fed and used for the next same work process, i.e. fed in a circuit.

Som forsøkene viser kan en i stedet for eller sammen med aluminiumsulfid også anvende en metallsvovelforbindelse, som før eller under prosessen omsettes med aluminiumoksyd til aluminiumsulfid, f. eks. jernsulfid. Dette gir blant annet den fordel at det ved enhver teknisk pro-sess uunngåelige tap av reaksjonsmidler kan begrenses særlig økonomisk. Hensiktsmessig anvendes svovelforbindelsene av slike metaller som med hensyn på den videre anvendelse er egnet for de metalliske rester som fåes ved reaksjon av aluminium-malmer. As the experiments show, instead of or together with aluminum sulphide, a metal sulfur compound can also be used, which before or during the process is converted with aluminum oxide into aluminum sulphide, e.g. iron sulfide. This gives, among other things, the advantage that the inevitable loss of reactants in any technical process can be limited particularly economically. Appropriately, the sulfur compounds of such metals are used which, with regard to the further use, are suitable for the metallic residues obtained from the reaction of aluminum ores.

Opphetningen av reaksjonsmaterialet kan foregå på de forskjelligste måter, såle- The heating of the reaction material can take place in a variety of ways, such as

des f. eks. med kjente elektriske motstands-eller lysbueopphetninger. Det har vist seg som hensiktsmessig å anvende utgangs-materiale i stykkform. Som forsøkene har vist, kan imidlertid fremgangsmåten også utføres således at reaksjonskomponentene males fint og innføres blandet ved hjelp av egnede forholdsregler i et på den nød-vendige reaksjonstemperatur brakt reaksjon.skammer. Dette kan f. eks. skje ved at det anvendes en lysbueovn med en hul-elektrode, og reaksjonsblandingen innfø-res gjennom elektroden inn i flammebuen. des e.g. with known electrical resistance or arc heating. It has proven to be appropriate to use starting material in piece form. As the experiments have shown, however, the method can also be carried out in such a way that the reaction components are finely ground and introduced mixed by means of suitable precautions in a reaction chamber brought to the necessary reaction temperature. This can e.g. takes place by using an arc furnace with a hollow electrode, and the reaction mixture is introduced through the electrode into the flame arc.

Forøvrig er imidlertid alle innretnin-ger anvendelige som muliggjør, i et gass-tett lukket rom, å fremkalle en temperatur på mer enn 1000° C. Som særlig egnet har opphetningen av reaksjonsblandingen i kornet eller brikettert tilstand vist seg i en lysbueovn. Otherwise, however, all devices are applicable which make it possible, in a gas-tight closed space, to induce a temperature of more than 1000° C. The heating of the reaction mixture in the granular or briquetted state has proven to be particularly suitable in an electric arc furnace.

Eksempel 1: Example 1:

En bauxitt med følgende innhold: A bauxite with the following content:

57,4 % A120357.4% A1203

3,9 % Si023.9% SiO 2

22,9 % Fe20322.9% Fe 2 O 3

3,4 % Ti02° 3.4% TiO 2 °

12.2 % glødetap 12.2% glow loss

ble brikettert med støkiometrisk nødven-dige, bare litt overskredne mengder av aluminiumsulfid og kullstoff, alle kompo-nenter i fint oppdelt tilstand og brikettene opphetet i en lysbueovn til ca. 1800° C. Lysbueovnen hadde over chargen en forbindelse til en kondensator til hvilken det igjen var tilsluttet en vakuumpumpe. Tem-peraturen i kondensatoren utgjorde ca. 700° C. Trykket lå i gjennomsnitt ved 100 mm Hg. I kondensatoren hadde det ved siden av aluminiumsulfid avsatt seg metallisk aluminium av stor renhet. Resten i lysbueovnen besto av metallisk jern, silisium og titan med bare små mengder aluminium. was briquetted with the stoichiometrically necessary, only slightly exceeded amounts of aluminum sulphide and carbon, all components in a finely divided state and the briquettes heated in an arc furnace to approx. 1800° C. The arc furnace had a connection above the charge to a condenser to which a vacuum pump was again connected. The temperature in the condenser was approx. 700° C. The pressure was on average at 100 mm Hg. In the condenser, next to aluminum sulphide, metallic aluminum of high purity had deposited. The remainder in the arc furnace consisted of metallic iron, silicon and titanium with only small amounts of aluminium.

Eksempel 2: Example 2:

En leire med følgende sammensetning: 28,12 % A120,(A clay with the following composition: 28.12% A120, (

54,35 % Si02' 54.35% SiO2'

1,26 % Ti021.26% TiO 2

1,22 % Fe2031.22% Fe 2 O 3

14.3 % glødetap 14.3% glow loss

ble tørket, malt fint og. blandet med aluminiumsulfid som kullstoff. Blandingen ble kornet og opphetet i en motstandsopp-hetet ovn under opprettholdelse av et trykk på ca. 5 mm Hg til 1500° C. I en tilsluttet kondensator fikk man ved siden av was dried, finely ground and. mixed with aluminum sulphide as carbon. The mixture was granulated and heated in a resistance-heated oven while maintaining a pressure of approx. 5 mm Hg to 1500° C. In a connected condenser one obtained next to

aluminiumsulfid metallisk aluminium med aluminum sulfide metallic aluminum with

en renhet på 99,6 pst. I reaksjonsovnen ble a purity of 99.6 percent in the reaction furnace was

det funnét en metallisk rest, tilsvarende it found a metallic residue, correspondingly

sammensetningen av utgangsstoffet, bort-set fra aluminium. the composition of the starting material, apart from aluminium.

Claims

1. Method for the production of

aluminum from aluminum oxide or aluminum oxide-containing starting materials, such as bauxite, clay, boiler ash and the like, characterized in that the starting material is mixed with aluminum sulfide and a carbon-containing reducing agent, and that the mixture is then brought into reaction at a temperature of more than 1000° C, whereby a gas mixture containing a lower aluminum sulphide is formed, and that this gas mixture is fed to a condenser where the lower aluminum sulphide at a temperature of approx. 700° C splits in metallic aluminium and aluminum sulphide which is cycled back to the process.

2. Method according to claim 1, characterized in that the reaction is carried out at low pressure.

3. Method according to claims 1 and 2, characterized in that reaction temperatures of not significantly below approx. 1500°C.

4. Method according to claims 1-3, characterized in that instead of or together with aluminum sulphide, a sulfur compound of another metal, in particular iron sulphide, is used, which before or during the process is converted with aluminum oxide into aluminum sulphide.