NO129218B - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av aluminiumoksyd og angår spesielt fremstilling av rent korund ved karbotermisk behandling.

Det er for det første kjent å fremstille, ikke kontinuerlig, korund i stykker ved styrt redusering av bauxitt i elektrisk ovn. Dette korund Mir så overført til kornform

og ofte anvendt som slipemiddel. Det vesentlig særegne ved slike fremgangsmåter er for det første at arbeidet utføres ved temperatur under 1950° C og for det annet at innholdet av aluminiumoksyd i det produkt som oppnås aldri er over 97 vektspst.

For det annet er det kjent at visse fabrikanter av slipe-korund som bruker bauxitt med lite innhold av jern, er tvunget til å sette jern, i alminnelighet i oksyd-form, til chargen. Det blir da ført inn i ovnen en passende blanding av bauxitt, koks og jernoksyd eller jernskrap. Grunnen herfor er ikke bare å få den mengde jern som trenges for omdannelse av metalliske forurensninger til ferro-legeringer, men også tilslutt å kunne foreta magnetisk ad-skillelse av silisiumpartikler som holdes tilbake innesluttet i korundet i form av magnetiske ferro-legeringer.

Det er videre kjent å fremstille aluminiumoksyd ved å redusere malm som inneholder aluminium med kullstoff og også med et visst overskudd av kullstoff men det er herunder bare blitt fremstilt aluminiumoksyd for ildfaste materialer, og aldri rent aluminiumoksyd. Enten har temperaturen ikke vært tilstrekkelig høy, under 2000° C, eller overskuddet av kull er alltid blitt brukt på en gang og aldri i minst to trinn.

Det er også vel kjent å føre jern inn

i det smeltede bad av malm som inneholder aluminium, men bare for å skaffe den mengde som er nødvendig for å frembringe jernlegering. I disse tilfeller er det aldri brukt rent jern, men jernoksyd eller meget urent jern. Slike jerntyper vil herunder bevirke senking av temperaturen i badet på grunn av at dette jern begynner å reduseres ved hjelp av kullstoffet.

Det er, såvidt vites, ikke kjent noen teknisk fremgangsmåte som ved karbotermisk behandling gjør det mulig å oppnå korund med høyt innhold av aluminiumoksyd.

Det har nå vist seg at det er mulig halvkontinuerlig å fremstille rent aluminiumoksyd, av størrelsesordenen over 99,5 vektprosent, ved redusering av aluminium-holdig malm i elektrisk ovn.

Oppfinnelsen er karakterisert ved føl-gende trinn: 1. Reaksjonstemperaturen må være høy-ere enn temperaturen for nettopp å smelte aluminiummalmen. Den temperatur som faktisk brukes under utførelsen av fremgangsmåten ligger over 2000° C og fortrinnsvis i området mellom 2100 og 2200°

C, mens smeltepunktet for rent aluminiumoksyd er av størrelsesordenen 2050° C muligens endog under 2000° C og smeltepunktet for aluminiummalmen er ennå lavere, i alminnelighet av størrelsesordenen 1900° C. 2. Reduseringen av forurensninger i aluminiummalmen (jernoksyd, silisiumoksyd, titanoksyd osv.) med kull, foretas med et overskudd av kullstoff. I henhold til oppfinnelsen skal dette overskudd være av størrelsesordenen ca. 35—50 pst. regnet på den støkiometriske mengde som teoretisk trenges. Et så stort overskudd av kullstoff er aldri blitt tilsatt og spesielt er kullstoffet bare tilsatt på en gang. Når nemlig den samlete mengde kull som forbrukes blir satt til på en gang, vil en betydelig del av kullstoffet forbrenne og en annen del brukes for å redusere forurensninger i malmen og en annen del blir endelig brukt for å redusere aluminiumoksyd. Det er klart at når det brukes kull ved en slik fremgangsmåte, vil det aluminiumoksyd som oppnås ikke være rent, men nettopp godt nok for bruk som ildfast material. Som angitt i de følgende eksempler 1 og 3 blir kullet tilsatt i minst to porsjoner. Ved begynnelsen av behandlingen svarer mengden av kull som brukes aldri til et overskudd på mere enn 10 pst. Det er først i annet trinn, når den første mengde kull er brukt, at en ny mengde kull tilsettes, en mengde som fortrinnsvis er av en slik størrelse at det kull som da fore-ligger svarer til den mengde som er brukt. Det er derved mulig å oppnå rent aluminiumoksyd, å unngå betydelig tap av kull ved forbrenning, å redusere forurensninger i malmen og å unngå redusering av en betydelig mengde aluminiumoksyd. 3. I aluminiumoksyd-smelten inneholdes en viss mengde jernlegering (silisiumjern) i suspensjon. For å fjerne slik jernlegering er det nødvendig å føre rent jern gjennom smeiten. Det må aldri brukes urent jern, f. eks. jernoksyd. Dette trinn ved foreliggende fremgangsmåte foretas på en helt bestemt måte:

a) det smeltede bad overhetes,

b) badet dekkes med korund for å unngå varmetap, c) visse mengder rent jern, av størrelses-ordenen 6 pst., blir kastet opp i badet, Deretter kan det smeltede bad som i det vesentlige består av rent aluminiumoksyd bli vippet over, og gjennom strømmen av aluminiumoksyd blir det blåst en kraftig strøm av gass som inneholder oksygen, fortrinnsvis, luft, hvorved a) det opnås bobler av aluminiumoksyd, b) kullstoffet og aluminiumkarbidet, som

er dannet under reduseringsbehand-

lingen med et overskudd av kullstoff, begynner på å oksyderes til kulloksyd og aluminiumoksyd.

Deretter blir aluminiumoksyd-boblene kastet i vann hvorved

a) de avkjøles raskt og

b) kullstoffet og aluminiumkarbidet blir så oksydert fullstendig slik at det til

slutt oppnås rent aluminiumoksyd.

Fremgangsmåten omfatter også et yt-terligere trekk som eventuelt kan benyttes: nemlig at smeltepunktet for aluminiumoksydet senkes ved at det til det smeltede bad settes en liten mengde av et stoff som inneholder magnesium, f. eks. magnesiumoksyd, magnesiumkarbonat osv. På denne måten er det mulig å arbeide ved en temperatur på bare litt over 2000° C og ikke, som tidligere nevnt, mellom 2100 og 2200° C.

I en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen foretas tilsetningen av jernet til badet på følgende måte: Først frigjøres elektroden for slagg som omgir den og på overflaten av det flytende bad anbringes et varmeisolerende lag av brent aluminiumoksyd eller pulverformet korund som allerede er renset. Dette

lag bør være tilstrekkelig tykt til å hindre

avkjøling av den øvre overflate av badet. 1,5—2 cm er som regel tilstrekkelig. Derpå

oppvarmes badet igjen med full styrke i

noen minutter, hvoretter jerndreiesponene føres inn, så tykke som mulig, i begrenset mengde for å hindre en for voldsom avkjø-ling av badet og for, takket være det varme

isolerende lag, å oppnå en rask smelting

av jernet. Operasjonen påbegynnes igjen inntil det er ført inn så meget dreiespon som er nødvendig for å oppnå optimal rensing, nemlig 5,5—6,5 kg dreiespon pr. 100 kg renset korund.

Hvis det varmeisolerende lag føres med av dreiesponet, gjenopprettes det før neste tilsetning.

På denne måte blir det tilsatt noen vektprosent, fortrinnsvis ca. 6 pst., jerndreiespon.

Noen minutter etter den siste innføring av dreiespon foretas dekantering og det rensete korund som inneholdes i ovnen helles ut. I en ovn på 150 kw er det således eksempelvis mulig å helle ut ca. 200 kg renset korund ad gangen og oppnå gode resultater under opprettholdelsen av føl-gende tidstabell: Tid 0: Elektroden frigjøres og det varme isolerende l'ag av rent korund anbringes på plass.

Overskuddet av kullstoff og de spor av aluminiumkarbid som er dannet kan fjernes fra badet ved å underkaste dette en styrt, kontrollert og rask oksydering ved hjelp av oksygen eller en gass som inneholder oksygen, f. eks. luft.

Denne oksydering kan utføres samtidig med at det flytende aluminiumoksyd pul-veriseres til fine små dråper ved virkningen av luft som kastes voldsomt gjennom uthellingsstrømmen fra badet.

Kullstoffpartiklene blir da brent og av-gir kulloksyd. Aluminiumkarbidet blir oksydert til aluminiumoksyd under frigjøring av kulloksyd.

I praksis blir badet av rent aluminiumoksyd helt ut ved å vippe ovnen. Korundet blir da kornformet under virkningen av en stråle av trykkluft som deler uthellings-strømmen i fine små dråper og kaster dem gjennom en tunnel, av f. eks. aluminium-blikk som er kjølet utenpå, ut i et lag vann. Det opnås hvite, runde og hule korn med en diameter mindre enn 2 mm. Deretter rettes ovnen opp igjen og en ny re-duksjon påbegynnes. Ovnen arbeider således kontinuerlig, slik at det spares elektrisk energi sammenlignet med den ikke kontinuerlige prosess for fremstilling av slipekorund. Ferrosilisiumet som samles i bunnen av ovnen blir helt ut periodisk.

Det har også vist seg at det er mulig å gjøre badet av aluminiumoksyd ennå mere flytende under den karbotermiske redusering av den aluminiumholdige malm ved å tilsette små mengder, av størrelses-ordenen noen vektprosent, spesielt 1—2 vektprosent, magnesiumoksyd eller en magnesiumforbindelse som under arbeidsforholdene er istand til å danne dette oksyd, f. eks. magnesiumkarbonat.

Nedsettelsen av viskositeten for badet letter dekanteringen av forurensningene, spesielt ferro-legeringene under prosessen. Derved blir det eventuelt mulig å tilsette mindre mengder jerndreiespon for dekantering av små kuler av ferro-legeringer som holdes tilbake i det smeltede bad av aluminiumoksyd, som beskrevet ovenfor.

Den karbotermiske behandling kan også gjennomføres ved vesentlig lavere

temperatur, samtidig som det opprettholdes en viskositetsgrad for badet som passer til en tilfredsstillende dekantering av forurensninger.

Magnesiumoksydet, eller magnesium-forbindelsen som skal danne dette oksyd under arbeidsforholdene, f. eks. magnesiumkarbonat, kan settes direkte til det smeltede bad, under den karbotermiske reduksjonsbehandling. I henhold til en foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen blir dog oksydet eller forbindelsen satt direkte til den charge som innføres i appa-ratet for den karbotermiske behandling, likesom det magnesiumoksyd som inneholdes i det kornformete korund som oppnås kan fjernes i sin helhet eller for den største del ved vandig sur behandling f.eks. med fortynnet saltsyre.

Det korund som opnås i henhold til oppfinnelsen kan anvendes enten for fremstilling av ildfaste og varmeisolerende materialer eller som mellomprodukt i andre fremstillingen f. eks. av aluminium.

Det skal nå gis noen, ikke begrensende, eksempler for å beskrive de forskjellige trinn ved fremgangsmåten og det rene aluminiumoksyd som oppnås. Alle prosent-angivelser er i vektprosent.

Eksempel 1.

I en enfaset elektrisk ovn på 150 kW fylles det inn 100 kg av en blanding av ca. 68 pst. AhOx, ca. 18 pst. Fe^Os, ca. 7 pst. SiO^ og 8 kg reduksjonskull. Ovnen fylles helt opp til uthellingstuten. Smeltebadet som har en temperatur på 2100—2200° C inneholder 94—95 AhO*.

Noen timer før uthelling tilsettes 2 kg ekstra kull for å fullføre reduksjonen.Denne kontrolleres ved hjelp av en liten jernstav som stikkes raskt ned i det smeltede korund. Hvis fargen på det korund som kleber til staven ligger mellom mørkegrå og sort er reduksjonen avsluttet.

Hvert spor av bauxitt fjernes fra overflaten av badet ved å tilsette et lag pulverformet aluminiumoksyd eller korund som allerede er renset. Når bauxittlaget er smeltet og det på overflaten bare er aluminiumoksyd tilbake, føres det jerndreiespon inn i badet, i en mengde på 60 kg pr. tonn flytende bad. Dette dreiespon som er varmeisolert ved hjelp av aluminiumoksydet smelter og trekker med seg gjennom badet de fine små dråper av Fe-Si som ennå er i suspensjon.

Oksyderingen av overskuddet av kull og av spor av aluminiumkarbid som er dannet gjennomføres samtidig med korndannelsen, ved å blåse en kraftig stråle av trykkluft mot den flytende streng i det øyeblikk den forlater uthellingstuten. Kornene som oppnås, i form av hule kuler, oppsamles i en tunnel av aluminium med dobbelt vegg med vannsir kulas jon og faller, mens de ennå er røde ned i en kraftig vannstrøm som samtidig som den kjøler dem fører dem til et trau av aluminium og avslutter den oksydering av overskuddet av karbid som allerede for den største del er oppnådd i luftstrømmen.

Kornene blir deretter tørket og under-kastet en mekanisk sortering. Det produkt som oppnås har følgende analyse:

Korundet kan anvendes slik det er hvis innholdene av CaO og MgO ikke er sjener-ende. Det er imidlertid mulig å fjerne mere enn 90 pts, av disse forurensninger ved å vaske kornene med fortynnet saltsyre.

Innholdene av CaO og aluminiumoksyd blir da:

Eksempel 2.

I en trefaset elektrisk ovn på 400 kW fylles det inn en blanding av: Bauxitt med 70 pst. AI2O3 100 kg Reduksjonskull 8 kg Magnesiumoksyd med 80 pst. MgO 1,75 kg

Ovnen fylles til i høyde med uthelling-tuten. Den smelte som oppnås inneholder 94—95 pst. AI2O3.

Noen timer før uthellingen inføres 3 —4 kg ekstra kull for å fullføre reduksjonen. Denne kontrolleres ved hjelp av en jernstang som stikkes raskt ned i det smeltete korund. Hvis fargen på det korund som kleber på stangen er mellom mørkegrå og sort, er reduksjonen avsluttet.

Hvert spor av bauxitt fjernes fra overflaten av badet ved å tilføre et lag av pulverformet aluminiumoksyd eller korund som allerede er renset. Når bauxittlaget er smeltet og det bare er aluminiumoksyd tilbake på overflaten føres det inn i badet ikke oksydert jerndreiespon i en mengde på 60 kg pr. tonn flytende bad. Dette dreiespon som er varmeisolert ved hjelp av aluminiumoksydet, smelter og trekker med seg gjennom badet de fine små dråper av Fe-Si som ennå er suspendert.

I små mengder tilsettes nå vannfritt boraks i en mengde på 15 kg pr. tonn flytende korund. Borakset blir redusert ved hjelp av overskuddet av kull i badet og frigjør bor som forbinder seg med titan og danner TdBo som dekanteres.

Etter 10 minutters dekantering foretas

uthelling.

Det skal her bemerkes at det under disse operasjoner er nødvendig å unngå enhver avkjøling av badet for å opprett-holde en viskositet som muliggjør en lett dekantering. Tilsetningen av magnesiumoksyd, som samtidig med at det nedsetter smeltepunktet, gjør det mulig å opprett-holde denne viskositet, bidrar sterkt til å oppnå et rent produkt. Oksyderingen av overskuddet av kull og av spor av aluminiumkarbid som er dannet foretas samtidig med korndannelsen ved å blåse en kraftig stråle av trykkluft mot den flytende streng i det øyeblikk den forlater uthellingstuten. Kornene som oppnås i form av hule kuler oppsamles i en tunnel av aluminium med dobbelt vegg med vannsirkulasjon og faller mens de ennå er røde ned i en kraftig vannstrøm som, samtidig som den avkjøler dem fører dem med til et trau av aluminium og avslutter den oksydering av overskuddet av kullstoff som allerede er oppnådd for den største del i luftstrømmen.

Kornene blir derpå tørket og under-kastet mekanisk sortering. Et korund som oppnås har følgende gjennomsnittlige analyse:

Hvis det er nødvendig, fjernes all eller en del av kalken og magnesiumoksydet som inneholdes i kornene ved vasking med HC1.

Med en slik ovn på 400 kW helles det kontinuerlig ut 1500—1800 kg kornformet korund pr. døgn. Hver annen dag blir ferro-legeringen heilt ut gjennom en annen

uthellingstut som ligger ved foten av

ovnen.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av

aluminiumoksyd med en renhet av stør-relsesordenen 99,5 pst. eller mere ved re-duksjon av aluminiummalm ved hjelp av et bestemt og styrt overskudd av kullstoff i elektrisk ovn ved høy temperatur, karakterisert ved at reduksjonen utføres ved en temperatur over 2000° C fortrinnsvis i området 2100—2200° C, og at kullstoffet tilsettes i to porsjoner og i et samlet overskudd av størrelsesordenen 35 til 50 vektprosent i forhold til den støkiometriske mengde som er nødvendig for å redusere innholdet av jern og silisiumoksyd i malmen, og at de små kuler av ferrosilisium som holdes i suspensjon i det smeltete alumi-niumoksydbad fjernes ved at badet til- settes bestemte mengder av ikke oksydert jern, fortrinnsvis av størrelsesordenen 6 vektprosent jerndreiespon.

2. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 1, karakterisert ved at fordelingen av kullstofftilsetningen i de to trinn er slik at badet ved slutten av første trinn har en renhet på ca. 94—95 pst. AhOs.

3. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 1, karakterisert ved at tilsetningen av jern foretas etter at badet er dekket med et lag av rent aluminiumoksyd.

4. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 1, karakterisert ved at den aluminiumholdige malm reduseres i nærvær av en liten mengde av en magnesiumforbindelse som ved høy temperatur danner magnesiumoksyd.

5. Fremgangsmåte som angitt i på-stand 4, karakterisert ved at det til chargen settes 1—2 vektprosent magnesiumoksyd.