NO161383B - Fremgangsmaate ved fremstilling av aluminium-siliciumlegeringer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av aluminium-siliciumlegering fra naturlige mineraler og karbonpulver.

Silicium tilsettes ofte aluminium i noen prosent for å gi aluminium større hårdhet og derved anvendelighet som kon-struksjonsmateriale. Vanligvis fremstilles silicium og aluminium hver for seg og blandes deretter i forbindelse med smeltning av aliiminium for etterfølgende støping til for-skjellige gjenstander.

Ofte fremstilles en legering av aluminium-silicium som deretter anvendes ved legering av aluminium med silicium, f. eks. silumin som inneholder 12 % silicium og resten aluminium .

Fremstilling av primæraluminium skjer normalt fra bauxitt ved smelteelektrolyse, en meget energikrevende prosess. Silicium fremstilles i lysbueovner fra rent kvarts og meget rent karbon og koks. Begge disse prosesser er meget energikrevende hver for seg og stiller høye krav til utgangsma-^ terialene. Det er derfor av overordentlig stor interesse å direkte ut fra de rikelig forekommende aluminium-silicium-mineralene, f.eks. kyanitt og andalusitt, kunne utvinne en aluminium-siliciumlegering. Energiforbruket blir betydelig lavere ved en slik fremgangsmåte. Forsøk i denne retning har også vært utført bl.a. i Russland, hvor man ut fra for-skjellige aluminium-siliciummineraler forsøker å utvinne aluminium-siliciumlegeringer på karbotermisk måte i lysbue-^ ovn. I dette tilfelle blandes mineralet med karbonpulver og briketteres. Etter varmebehandling chargeres brikettene i en lysbueovn.

Ulempen ved denne fremgangsmåte er at kravene til brikettene er meget høye, delvis må karbonmengden være den riktige, delvis skal holdfastheten være tilstrekkelig stor slik at brikettene ikke faller fra hverandre under chargering av ovnen og i ovnen.

Det er av stor betydning at det foreligger riktig porøsitet og strømledningsevne i ovnen. Videre blir investeringene for chargebehandling meget stor ved maling, blanding, bri-kettering og varmebehandlingsutstyr, osv., samtidig som elektrodeomkostningene også blir høye.

Formålet ved foreliggende oppfinnelse er å unngå ovennevnte ulemper, samt å tilveiebringe en fremgangsmåte som mulig-gjør fremstilling av aluminium-siliciumlegering i et enkelt trinn og som muliggjør anvendelse av pulverformige råvarer .

Dette oppnåes ved den innledningsvis angitte fremgangsmåte ved hjelp av foreliggende oppfinnelse som karakteriseres ved at det pulveformige aluminium-siliciummateriale sammen med et reduksjonsmiddel i form av en karbonbærer ved hjelp av en bæregass injiseres i en plasmagass som dannes av en plasmagenerator, hvoretter det således oppvarmete mineral sammen med reduksjonsmidlet og den energirike plasmagass innføres i et reaksjonsrom, som hovedsakelig på alle sider omgis av et fast reduksjonsmiddel i form av biter.

Ifølge en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen velges det naturlige mineral ut fra gruppen bestående av kyanitt, andalusitt, silimitt, nefelin, kvarts, aluminiumoksyd-holdig leire, såsom bauxitt og blandinger av to eller flere av disse mineraler. Eventuelt flyktige bestanddeler i mineralene fordampes og går ut med avgassen for å utkon-denseres eller utvinnes på annen passende måte. Eksempler på flyktige forbindelser som foruten A^O^ og SiC>2 kan inngå i mineralene er Na20 og K->0. Et eksempel på mineraler som inneholder større eller mindre mengder flyktige forbindelser er nefelin.

Mineralet eller mineralene smeltes og reduseres ved omset-ning med det injiserte karbon, hvorved en flytende aluminium-siliciumlegering dannes.

Ved anvendelsen av pulverformige råmaterialer som foreslås ifølge oppfinnelsen blir valget av silicium- og aluminium-råvarer lettere og billigere. Den ifølge oppfinnelsen fore-slåtte fremgangsmåte er videre uømfintlig overfor råmate-rialets elektriske egenskaper, hvilket letter valget av reduksjonsmiddel.

Det injiserte reduksjonsmiddel kan f. eks . være hydrokarboner såsom naturgass, karbonpulver, trekullpulver, antrasitt, petroleumskoks, som eventuelt kan være renset, og koksgrus.

Den nødvendige temperatur for prosessen kan lett styres ved hjelp av tilført elektrisk energimengde pr. enhet plasmagass, hvorved man får optimale forhold for minste elektrisitetsforbruk .

Ifølge en hensiktsmessig utførelsesform av oppfinnelsen til-føres det faste bitformige reduksjonsmiddel kontinuerlig til reaksjonssonen med den hastighet det forbrukes.

Som fast bitformet reduksjonsmiddel kan man med fordel an-vende koks, trekull, petroleumskoks og/eller kjønrøk.

og plasmagassen som anvendes i prosessen kan gjerne bestå av prosessgass som resirkuleres fra reaksjonssonen.

Det faste bitformige reduksjonsmiddel kan være et pulver som er overført til bitform ved hjelp av et bindemiddel sammensatt av C og H og eventuelt også 0, f.eks. sukrose.

Ifølge en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen består den anvendte plasmagenerator av en såkalt induktiv plasmagenerator, hvorved eventuelle forurensninger fra elektrodene reduseres til et absolutt minimum.

Fremgangsmåten som er foreslått ifølge oppfinnelsen kan med fordel anvendes for fremstilling av aluminium-siliciumlegeringer med høy renhet, hvorved meget rent A1203, SiC>2 og reduksjonsmiddel med meget lave innhold av forurensninger kan anvendes som råvarer.

Oppfinnelsen skal nedenfor beskrives i forbindelse med noen utførelseseksempler. Reaksjonene utføres fortrinnsvis i en sjaktovnlignende reaktor, som oventil kontinuerlig tilfø-res et fast reduksjonsmiddel gjennom f.eks. en sikt med fordelende og lukkende matningsrenner eller en ringformet matningsspalte i forbindelse med sjaktovnens kant.

Det pulverformige materialet blåses inn nede i reaktoren gjennom blestrør ved. hjelp av en inert eller reduserende gass. Samtidig kan hydrokarbonet blåses inn og eventuelt også oksygengass, fortrinnsvis gjennom de samme blestrør.

I den nedre del av sjakten som er fylt med et bitformet re^ duksjonsmiddel foreligger et reaksjonsrom som på alle sider er omgitt av nevnte bitformige reduksjonsmiddel. I denne re-duksjonssonen skjer smelting og reduksjon av A^O^ og Si02 øyeblikkelig.

Den utgående reaktorgassen, som består av en blanding av karbonoksyd og hydrogen i høy konsentrasjon, kan resirkuleres og anvendes som bæregass for plasmagassen. Overskudds-gassen kan fortrinnsvis anvendes for energidannelse.

EKSEMPEL 1

Et forsøk ble utført i pilot^plant skala. Som råvarer anvendes kyanitt med en kornstørrelse under 2 mm. "Reaksjonsrommet" besto av koks. Som reduksjonsmiddel anvendtes karbonpulver og som bæregass og plasmagass ble anvendt vasket reduksjonsgass bestående av CO og H2.

Den innmatede elektriske effekt var 1000 kW. 3 kg kyanitt/ minutt ble innmatet som råvare og som reduksjonsmiddel ble 1,2 kg karbonpulver pr. minutt tilført og 0,3 kg koks pr. minutt.

Ved forsøket ble totalt fremstilt ca. 500 kg aluminium-siliciumlegering med et Al-innhold på 62 %. Det gjennomsnitt-lige elektrisitetsforbruk var ca. 11 KWh/kg fremstilt aluminium-siliciumlegering .

Forsøket ble kjørt i liten skala og varmetapet ble derfor stort. Ved gassgjenvinning kan elektrisitetsforbruket senkes ytterligere og varmetapene minsker også betydelig i et større anlegg.

EKSEMPEL 2

Et forsøk ble utført i pilot-plant skala. Som råvarer ble ren kvartssand anvendt og AI2O3 med en kornstørrelse under 2 mm. "Reaksjonsrommet" besto av koks. Som reduksjonsmiddel ble anvendt karbonpulver og som bæregass og plasmagass ble anvendt vasket reduksjonsgass bestående av CO og H2-

Den tilførte elektriske effekt var 1000 kW. 2 kg A1203 og

1 kg Si02/minutt ble tilført som råvare og som reduksjonsmiddel ble 1,2 kg karbonpulver tilført pr. minutt og 0,3 kg koks pr. minutt.

Ved forsøket ble totalt fremstilt ca. 500 kg aluminium-siliciumlegering med et Al-innhold på 62%. Det gjennomsnitt-lige elektrisitetsforbruk var ca. 11 kWh/kg fremstilt aluminium-siliciumlegering .

Forsøket ble kjørt i liten skala, og varmetapet ble derfor stort. Med gassgjenvinning kan elektrisitetsforbuket senkes ytterligere og varmetapene reduseres også betydelig i et større anlegg.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av aluminium-siliciumlegeringer fra naturlige mineraler som inneholder aluminiumoksyd og siliciumdioksyd og karbonpulver, karakterisert ved at det naturlige mineral i pulverform sammen med et reduksjonsmiddel i form av en karbonbærer ved hjelp av en bæregass innføres i en plasmagass fremstilt av en plasmagenerator, hvoretter det således oppvarmete mineral sammen med reduksjonsmidlet og den energirike plasmagass innføres i et reaksjonsrom som hovedsakelig på alle kanter er omgitt av et fast bitformet reduksjonsmiddel.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det naturlige mineralet velges fra en gruppe bestående av andalusitt, kyanitt, silimitt, nefelin, kvarts, aluminiumoksyd inneholdende leire såsom bauxitt og blandinger av to eller flere av disse mineraler.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man som karbonbærer injiserer hydrokarboner såsom naturgass, karbonpulver, trekullpulver, an-tracitt, petroleumskoks som kan være renset eller koksgrus.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som fast bitformet reduksjonsmiddel anvendes koks, trekull, petroluemskoks og/eller kjønrøk.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man som bæregass for plasmagassen i prosessen anvender prosessgass resirkulert fra reaksjonssonen.