RU2407816C1 - Способ получения низкоуглеродистого алюминия с использованием карботермического восстановления в одной печи с обработкой и рециклированием отходящих газов - Google Patents

Способ получения низкоуглеродистого алюминия с использованием карботермического восстановления в одной печи с обработкой и рециклированием отходящих газов Download PDF

Info

Publication number
RU2407816C1
RU2407816C1 RU2009134503A RU2009134503A RU2407816C1 RU 2407816 C1 RU2407816 C1 RU 2407816C1 RU 2009134503 A RU2009134503 A RU 2009134503A RU 2009134503 A RU2009134503 A RU 2009134503A RU 2407816 C1 RU2407816 C1 RU 2407816C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
carbon
slag
production
aluminum
Prior art date
Application number
RU2009134503A
Other languages
English (en)
Inventor
Ричард Дж. ФРУЭХАН (US)
Ричард Дж. ФРУЭХАН
Original Assignee
Алкоа Инк.
Элкем Ас
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Алкоа Инк., Элкем Ас filed Critical Алкоа Инк.
Application granted granted Critical
Publication of RU2407816C1 publication Critical patent/RU2407816C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/02—Obtaining aluminium with reducing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B4/00—Electrothermal treatment of ores or metallurgical products for obtaining metals or alloys
    • C22B4/02—Light metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00—General methods of reducing to metals
    • C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/06—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by carbides or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00—General methods of reducing to metals
    • C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/10—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by solid carbonaceous reducing agents
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к периодическому процессу получения низкоуглеродистого алюминия с использованием одной карботермической реакторной печи, в котором получение шлака, получение металла и извлечение углерода осуществляют в однопечном, однокамерном реакторе. Пары Al2O и Al, образовавшиеся на этапах получения шлака и получения металла, улавливают в реакторе улавливания паров и обрабатывают углеродистым материалом с получением рециркулируемого материала, содержащего Al4C3. Рециркулируемый материал используют для содействия одному или нескольким последующим этапам получения шлака. Обеспечивается повышение эффективности процесса карботермического получения алюминия при сведении к минимуму реакторов, а также снижение выбросов в окружающую среду. 8 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Перекрестные ссылки на родственные заявки
[0001] Настоящая заявка на патент испрашивает приоритет заявки на патент США № 11/676017, поданной 16 февраля 2007 года и озаглавленной "LOW CARBON ALUMINUM PRODUCTION METHOD USING SINGLE FURNACE CARBOTHERMIC REDUCTION OPERATED IN BATCH MODE".
Область техники, к которой относится изобретение
[0002] Настоящее изобретение относится к способу получения низкоуглеродистого алюминия в карботермической печи с одной реакторной камерой, работающей в периодическом режиме.
Уровень техники
[0003] Алюминиевая промышленность США является одной из самых больших в мире, произведя в 2005 году примерно 2,5 миллиона метрических тонн первичного алюминия. В настоящее время алюминиевая промышленность основывается на трех главных процессах для получения первичного алюминия: на переработке глинозема из боксита, производстве анодов и выплавке алюминия электролизом в процессе Холла-Эру. Электролизеры Холла-Эру электрохимически восстанавливают глинозем до металлического алюминия с помощью угольных анодов и катодов из расплавленного алюминия в процессе выплавки. Выплавка представляет собой наиболее энергоемкий этап при получении первичного алюминия, который потребляет в пределах между 2% и 3% от электричества, потребляемого в США каждый год (примерно 15 кВт·ч/кг получаемого алюминия). Выплавка также приводит к множеству выбросов, отходящих потоков, побочных продуктов и твердых отходов. Тепличные газы представляют собой главные загрязнения в результате производства алюминия и вызваны расходованием ископаемого топлива, расходованием угольных анодов и перфторуглеродами от анодных эффектов. Выбросы от анодного производства содержат частицы, фториды, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и диоксид серы (SO2). Выбросы от выплавки алюминия содержат монооксид углерода (CO), диоксид углерода (CO2), SO2, фториды, перфторуглероды (ПФУ, например, CF4, C2F6) и ПАУ. Было бы желательным снизить затраты и уменьшить количество отходов, чтобы оставаться конкурентоспособными с иностранными производителями. Этап выплавки является приоритетной сферой для усовершенствования из-за высокого потребления энергии и нежелательных выбросов и побочных продуктов, причастных к изменению климата.
[0004] Карботермическое восстановление алюминия представляет собой альтернативный процесс получения алюминия, использующий химическую реакцию восстановления в реакторе. Карботермические процессы требуют гораздо меньшего физического пространства, чем процесс электролитического восстановления Холла-Эру. Процесс получения алюминия карботермическим восстановлением в качестве замены процессу Холла-Эру привел бы к уменьшению потребления электричества. Долговременные оценки говорят, что карботермический процесс мог бы понизить потребность в энергии более чем на 30% до примерно 8,5 кВт·ч/кг. Карботермический процесс получения алюминия устранил бы также выбросы перфторуглеродов, происходящие в результате анодных эффектов на угольных анодах, опасную отработанную футеровку электролизных ванн и выбросы углеводородов, связанные с обжигом расходуемых угольных анодов. Этот альтернативный карботермический процесс получения алюминия был бы более энергетически эффективным и имел бы меньшее влияние на окружающую среду, чем традиционные установки для получения алюминия.
[0005] Прямое карботермическое восстановление глинозема было описано в патентах США № 2974032 (Grunert et al.) и 6440193 B1 (Johansen et al.), а также в Proceedings 6 th Conference on Molten Slags, Fluxes and Salts, Edited by S. Seetharaman and D. Sichen "Carbothermic Aluminum", K. Johansen, J. Aune, M. Bruno and A. Schei, Stockholm, Sweden-Helsinki Finland, June 12-17, 2002.
[0006] Давно известно, что общая реакция карботермического восстановления алюминия:
Al2O3+3C→2Al+3CO (1)
[0007] протекает или может быть сделана протекающей обычно за такие этапы как:
2Al2O3+9C→Al4C3+6CO (пары) (2)
Al4C3+Al2O3→6Al+3CO (пары) (3)
Al2O3+2C→Al2O (пары)+2CO (пары) (4)
Al2O3+4Al→3Al2O (пары) (5), и
Al→Al (пары) (6).
[0008] Реакция (2), этап получения шлака, как правило, имеет место при температурах между 1900°C и 2000°C. Реакция (3), этап получения алюминия, как правило, имеет место при температурах выше примерно 2050°C и требует значительного подвода тепла. В ходе реакций (2) и (3) образуется большое количество парообразных алюминийсодержащих веществ. В дополнение к веществам, показанным в реакциях (2) и (3), образуются летучие вещества, включая газообразный Al, реакция (6), и газообразный субоксид алюминия (Al2O) в реакции (4) или (5). В общем процессе карботермического восстановления газы Al2O и Al могут извлекаться посредством их реагирования с углеродом в отдельном реакторе, обычно называемом установкой улавливания паров или реактор улавливания паров (РУП).
[0009] Другие патенты, относящиеся к карботермическому восстановлению для получения алюминия, включают в себя описание патента США № 4099959 (Dewing et al.), патенты США № 4033757 и 4388107 (оба Kibby), патенты США № 4334917 и 4533386 (оба Kibby), патент США № 6440193 (Johansen and Aune) и публикацию заявки на патент США № US2006/0042413 (Fruehan).
[0010] Один из известных способов непрерывного карботермического получения алюминия предусматривает реакцию C и Al2O3 в камере первой стадии с получением шлака, содержащего Al2O3+Al4C3, который протекает под перегородкой в камеру второй стадии, где Al4C3 восстанавливается до Al под действием повышенной температуры. Недостатком этого процесса является то, что получаемый металлический алюминий содержит высокую концентрацию C, вплоть до насыщения карбидом алюминия (~8% C), и не вытекает легко из реактора. Другой недостаток известного многостадийного непрерывного карботермического процесса заключается в том, что этот способ требует перемещения продукта из реактора во внешнюю установку обезуглероживания. Еще один недостаток заключается в том, что может происходить обширное обратное перемешивание между частями реактора, предназначенными для получения шлака и получения металла. Кроме того, имеется дефицит карбида алюминия во время получения металла.
[0011] Фиг.1 представляет собой упрощенную иллюстрацию другого известного из уровня техники процесса с карботермической реакцией, который производит Al, улавливает Al, Al2O и CO в отходящих газах как Al4C3, Al2O3 и шлак и переносит этот материал в плавильную печь. На фиг.1 потоки газа показаны прерывистыми линиями, а потоки твердых и расплавленных веществ показаны сплошными линиями. На фиг.1 отходящие газы 3, 4 из карботермической плавильной печи улавливают во время первой стадии 1 и второй стадии 2 и направляют в закрытый реактор 5 отходящих газов. Содержащие Al компоненты отходящего газа, поступающие в реактор 5, реагируют с углеродом 7 с образованием материала шлака из одного или более веществ из Al4C3, Al2O3 и Al4C3-Al2O3. Al4C3 подают в печь во время второй стадии 2, на этап получения металла.
[0012] Один из недостатков этого способа заключается в том, что хотя Al4C3 требуется на стадии 2 (этапе получения металла) для того, чтобы частично удовлетворять химии процесса, поступление Al4C3 из реактора улавливания паров может также привносить другие продукты в реактор во время этапа получения металла (например, непрореагировавший углерод, шлак и Al2O3). Введение этих других твердых материалов из реактора улавливания паров во время этапа получения металла является нежелательным по нескольким причинам, включая то, что введение непрореагировавшего углерода будет увеличивать количество образующегося монооксида углерода (CO), вызывая избыток субоксида алюминия и испарение алюминия. Имеется также ограниченный допуск на эффективное рециклирование различных твердых продуктов улавливания паров.
Сущность изобретения
[0013] Учитывая изложенное выше, задачей настоящего изобретения в широком смысле является способствование более эффективному процессу карботермического получения алюминия.
[0014] Связанной с этим задачей является устранение или сведение к минимуму множественных реакторов.
[0015] Другой связанной с этим задачей является сведение к минимуму перемещения технологических материалов между реакторами.
[0016] Еще одной связанной с этим задачей является повышение допуска на отклонение рециклируемого материала из реактора улавливания паров.
[0017] Еще одной связанной с этим задачей является ограничение избыточного образования монооксида углерода (CO) и соответствующего субоксида алюминия и испарения алюминия.
[0018] Связанной с этим задачей является устранение дефицита карбида на этапе получения металла.
[0019] Еще одной связанной с этим задачей является обеспечение обезуглероживания сплава Al-C на месте (in situ).
[0020] При решении одной или более из этих задач автор настоящего изобретения установил, что может использоваться однокамерный карботермический реактор, в котором отходящие газы, собираемые во время работы реактора, собирают во внешнем реакторе улавливания паров, и этот внешний реактор улавливания паров осуществляет реагирование этих газов с одним или несколькими углеродистыми материалами с получением рециклируемого материала. По меньшей мере часть рециклируемого материала рециклируют (например, направляют) в однокамерный реактор во время операций получения шлака, чтобы по меньшей мере частично содействовать получению шлака, содержащего карбид алюминия. Рециклируемый материал не доставляется в однокамерный реактор во время операций получения металла. Автор изобретения установил, что рециклирование рециклируемого материала в однокамерный реактор во время операций получения шлака, а не операций получения металла, повышает допуск на отклонение рециклируемого материала из реактора улавливания паров, ограничивает избыточное образование монооксида углерода (CO), субоксида алюминия и алюминия во время операций получения металла и устраняет дефицит карбида во время операций получения металла. Автор изобретения также установил, что добавление Al2O3 после операций получения металла может обеспечить обезуглероживание in situ посредством растворения углерода в шлак с уменьшением содержания углерода в сплаве Al-C; алюминий, который является по меньшей мере частично обезуглероженным in situ, лучше течет во время этапа выпуска металла.
[0021] В одном из аспектов предусматриваются способы получения низкоуглеродистого алюминия. Один из способов включает в себя этапы получения первой смеси в однопечном реакторе, имеющем одну единственную реакторную камеру; образования верхней фазы сплава Al-C и нижней фазы шлака из первой смеси; извлечение углерода из верхней фазы сплава Al-C в нижнюю фазу шлака; удаления по меньшей мере части верхней фазы сплава Al-C из реактора; сбора отходящего газа из однопечного реактора и внешнего реактора улавливания паров; добавления углеродистого материала во внешний реактор улавливания паров, с формированием тем самым рециклируемого материала; и подачи рециклируемого материала из реактора улавливания паров в однопечной реактор во время этапа получения, чтобы по меньшей мере содействовать получению первой смеси. Этап образования верхнего сплава Al-C и этап извлечения углерода из сплава Al-C также происходят в единственной реакторной камере. В одном из подходов первая смесь содержит шлак и карбид алюминия, причем шлак, как правило, содержит Al2O3-Al4C3.
[0022] В одном из подходов этап образования верхнего сплава Al-C происходит без использования какого-либо рециклируемого материала в печном реакторе. То есть никакого рециклируемого материала не добавляют в однопечной реактор во время операций получения металла.
[0023] В одном из подходов этап извлечения углерода включает в себя этап добавления глинозема в однопечной реактор. В одном из вариантов осуществления после этапа извлечения сплав Al-C содержит меньше чем 5 мас.% углерода, например меньше чем 3 мас.% углерода. Таким образом, облегчается обезуглероживание in situ.
[0024] В одном из подходов этап сбора отходящих газов обычно происходит во время по меньшей мере одного из этапа получения первой смеси и этапа образования верхней фазы сплава Al-C. В конкретном варианте осуществления этап сбора отходящих газов происходит во время обоих этих этапов получения и образования. В одном варианте осуществления этап сбора происходит во время по меньшей мере одного из этапов извлечения углерода из фазы сплава Al-C и удаления по меньшей мере части верхней фазы Al-C. В конкретном варианте осуществления этап сбора происходит во время обоих этих этапов извлечения и удаления. В одном из подходов отходящий газ содержит пары по меньшей мере одного из Al2O, Al и CO. Таким образом, облегчается захват различных отходящих газов для получения рециклируемого материала.
[0025] Этап добавления углеродистого материала во внешний реактор улавливания паров обычно происходит одновременно с этапом сбора отходящих газов. Таким образом, облегчается получение рециклируемого материала. В одном из подходов рециклируемый материал содержит Al4C3. В одном из подходов рециклируемый материал содержит как шлак, так и Al4C3.
[0026] В одном из подходов подача рециклируемого материала в реактор улавливания паров происходит как часть этапа получения. В конкретном варианте осуществления этап подачи рециклируемого материала дополнительно включает в себя этап добавления по меньшей мере одного из Al2O3 и C в однопечной реактор одновременно с этапом получения. Таким образом, облегчается использование рециклируемого материала и получение первой смеси.
Краткое описание чертежей
[0027] Фиг.1 представляет собой блок-схему, показывающую один пример известного процесса карботермического восстановления для получения алюминия.
[0028] Фиг.2 представляет собой схематический вид одного варианта осуществления процесса эксплуатации однокамерного карботермического реактора.
Подробное описание
[0029] Теперь обратимся к прилагаемым фигурам, которые по меньшей мере помогают проиллюстрировать различные, имеющие отношение к делу признаки изобретения. Фиг.2 иллюстрирует один вариант осуществления карботермического способа получения алюминия в однокамерной печи. В иллюстрируемом варианте осуществления одна единственная печь 11, имеющая боковые стенки, дно и одну полую реакторную камеру 13, используется без внутренних разделительных стенок/перегородок для протекания под ними. Печь 11 может иметь по существу прямоугольную, квадратную, круглую или овальную форму. Внутри боковых стенок печи 11 находятся погруженные электроды 16 резистивного нагрева, расположенные в стенке(ах) или в дне реактора. Электроды 16 могут изготавливаться из угля, графита или из нерасходуемых инертных керамических материалов, причем каждый из них индивидуально запитывается электричеством с помощью средств создания электрического тока (не показаны). В иллюстрируемом варианте осуществления электроды 16 резистивного нагрева являются горизонтальными и используются при получении металла, чтобы, по сравнению с верхними нагревательными электродами, уменьшить перегрев металла, уменьшить избыточное испарение и ограничить высокие скорости расходования электродов. Электроды 16 могут располагаться на уровне 22 донной фазы расплавленного шлака или вблизи него, как показано на этапах 20, 30 и 40, подробно обсуждаемых ниже.
[0030] На этапе 10 получения шлака глинозем (Al2O3) и углерод (C) добавляют в печь 11 однокамерного реактора для получения первой смеси 13, которая обычно содержит шлак (т.е. Al2O3-Al4C3, насыщенный карбидом алюминия) и избыток твердого Al4C3. Печь 11 обычно работает во время этого этапа 10 при примерно 1875°C-2000°C. На этапе 10 получается отходящий газ 3, который может содержать различные алюминийсодержащие вещества, включая Al (пары), субоксид алюминия (Al2O, пары) и монооксид углерода (CO), и доставляется во внешний реактор 5 улавливания паров, где он обрабатывается (т.е. реагирует с) углеродистым материалом 7, создавая по меньшей мере часть рециклируемого материала 6. Углеродистый материал 7 может включать в себя одно или более веществ из древесного угля, нефтяного кокса (сырого или прокаленного), химически очищенных углей, ококсованных углеводородов и тому подобных. Полученный рециклируемый материал 6 может содержать одно или более из следующих веществ в любом сочетании: Al4C3, Al2O3, шлак Al2O3-Al4C3 и непрореагировавший углерод. Рециклируемый материал 6 может использоваться в качестве сырья, чтобы содействовать этапу получения шлака (этапу 10). Необязательно по меньшей мере один верхний вертикальный вытягиваемый внешний электрод 12 может использоваться для плавления твердого Al2O3 и C при запуске или может использоваться для получения расплавленного шлака.
[0031] Этап образования металла (этап 20) происходит в той же камере 13, что и этап 10 получения шлака. Этап образования металла подразумевает образование верхней фазы 21 сплава Al-C и нижней фазы 22 шлака посредством повышения температуры в одной печи 11 реактора до диапазона между примерно 2050°C и примерно 2100°C. Содержание углерода в сплаве Al-C с этапа образования металла составляет примерно 4-8 мас.% C. В течение этого этапа образования металла не требуется или не используется никакого дополнительного Al4C3. Во время этапа образования металла может быть получен отходящий газ 4, и этот отходящий газ 4 может содержать различные алюминийсодержащие вещества, включая Al (пары), субоксид алюминия (Al2O, пары) и монооксид углерода. Отходящий газ 4 может поступать во внешний реактор 5 улавливания паров и обрабатываться углеродистым материалом 7 для создания по меньшей мере части рециклируемого материала 6. Рециклируемый материал 6 не подают в камеру 3 реактора во время получения металла (этап 20).
[0032] Этап извлечения углерода (этап 30) происходит в той же камере 13, что и этап 10 получения шлака и этап 20 получения металла. Этап извлечения углерода служит для извлечения углерода из верхней фазы 21 Al-C в нижнюю фазу 22 шлака посредством добавления Al2O3 в печь, причем это добавление содействует получению богатого Al2O3 шлака и помогает понижению температуры до пределов примерно 1900°C-1950°C. Сочетание добавления Al2O3 и понижения температуры облегчает удаление по меньшей мере некоторого углерода из фазы Al-C в богатый глиноземом шлак Al2O3-Al4C3. В среднем, во время этапа извлечения углерода будет удаляться примерно 20 мас.%-65 мас.% углерода в сплаве Al-C. Следовательно, после этапа извлечения углерода сплав Al-C обычно будет содержать не больше чем 5 мас.% C, а предпочтительно - не больше чем 3 мас.% C.
[0033] Этап выпуска металла (этап 40) включает в себя удаление сплава Al-C из однопечного реактора 11. На этапе выпуска металла обезуглероженный сплав Al-C с этапа извлечения углерода (этапа 30) перемещают во внешний реактор 60 для дальнейшего обезуглероживания с получением низкоуглеродистого сплава Al-C 62 и дросса обезуглероживания 64. Низкоуглеродистый сплав Al-C 62 обычно содержит не больше чем 0,1% углерода по массе. Оставшийся шлак в реакторной камере 13 может использоваться в качестве сырья на этапе получения шлака (этапе 10) последующих циклов, необязательно, в том же однопечном реакторе.
[0034] На одном или более из этапов 10, 20 и 30 Al2O, CO и Al выходят потоками 3 и 4 в реактор 5 улавливания паров. Эти парообразные вещества собирают в реакторе 5 улавливания паров и обрабатывают углеродистым материалом 7. Реактор улавливания паров может представлять собой, например, реактор улавливания паров, описанный Линдстадом (Lindstad) в патенте США № 6530970, который включен сюда посредством ссылки во всей его полноте. Реактор улавливания паров использует эти отходящие газы для получения по меньшей мере части рециклируемого материала 6, по меньшей мере часть которого подают в камеру 13 реактора 11 во время этапа получения шлака (этапа 10). Рециклируемый материал 7 не подают в камеру 13 реактора во время получения металла (этапа 20).
Примеры
[0035] Получение шлака: Для запуска процесса Al2O3 и углерод добавляют для получения жидкого шлака с примерно 100 киломолями шлака (77 мол.% Al2O3 и 23 мол.% Al4C3) и 44 молями Al4C3 при примерно 1900°C-2000°C. Некоторое количество паров Al2O и Al генерируется и собирается в реакторе улавливания паров. После того как процесс инициирован, исходная точка для следующих этапов получения шлака представляет собой шлак, остающийся после удаления металла в предыдущем цикле. Твердые материалы - продукты реактора улавливания паров также используют во время получения шлака.
[0036] Образование металла: 100 киломолей шлака с 44 киломолями избытка Al4C3 нагревают до примерно 2050°C-2100°C. Реакция получения металла протекает до тех пор, пока в печи не останется 15 киломолей Al2O3 и 5 молей карбида. Этот процесс дает 372 моля Al, но 62 моля испаряются, оставляя 310 молей жидкого Al, который содержит примерно 7,5 мас.% C. Испаренные алюминийсодержащие вещества захватываются в реакторе улавливания паров.
[0037] Извлечение углерода: В реактор добавляют 75 киломолей Al2O3, получая в результате шлак из 90 киломолей Al2O3 и 5 киломолей Al4C3. Шлак обогащается Al2O3, а углерод переносится (например, извлекается) из металла в шлак, приводя к верхнему слою низкоуглеродистого алюминия. Некоторая электрическая энергия необходима для нагрева и плавления Al2O3, хотя некоторая энергия поступает от теплосодержания шлака, поскольку его температура выше, чем требуется для обезуглероживания. Системе шлак-металл позволяют охладиться до примерно 1900°C. Содержание углерода в металлическом алюминии понижается от примерно 6,0% до 2,5%. Это основывается на коэффициенте распределения углерода, равном 2 (т.е. отношении мас.% углерода в шлаке к мас.% углерода в металле), и при наличии 8904 кг металла и 9900 кг шлака в емкости.
[0038] Удаление металла: Низкоуглеродистый металлический алюминий выпускают, а оставшийся шлак, 90 киломолей Al2O3 и 12 киломолей Al4C3, представляет собой исходную точку для следующей загрузки для получения алюминия. Выпущенный низкоуглеродистый алюминий затем может быть обработан, чтобы обеспечить дальнейшее обезуглероживание.
[0039] Сбор отходящего газа: На протяжении процесса образуются значительные количества CO и уносят газообразные вещества Al и Al2O из печи. К отходящему газу в реакторе улавливания паров добавляют углеродистый материал для обработки этих алюминийсодержащих веществ. В реакторе улавливания паров алюминийсодержащий отходящий газ частично преобразуется в Al4C3. В реактор улавливания паров может также добавляться глинозем (Al2O3). Твердые продукты реактора улавливания паров могут также содержать непрореагировавший углерод, шлак и Al2O3. После того как из реактора удален металл, эти твердые продукты из реактора улавливания паров добавляют к оставшемуся шлаку в печи во время получения шлака.
[0040] Имея описания определенных вариантов осуществления, необходимо понимать, что изобретение может быть осуществлено иным образом в рамках объема прилагаемой формулы изобретения. В то время как выше в целях иллюстрации были описаны конкретные варианты осуществления этого изобретения, специалистам в данной области техники будет очевидно, что могут быть проделаны многочисленные изменения в подробностях настоящего изобретения без отклонения от изобретения, как оно определено в прилагаемой формуле изобретения.

Claims (9)

1. Карботермический способ получения низкоуглеродистого алюминия в периодическом режиме, включающий в себя:
получение первой смеси в однопечном реакторе, имеющем одну единственную реакторную камеру и множество электродов резистивного нагрева, причем первая смесь содержит шлак и карбид алюминия;
образование в однопечном реакторе верхней фазы сплава Al-С и нижней фазы шлака из первой смеси;
извлечение углерода из верхней фазы сплава Al-С в нижнюю фазу шлака;
удаление по меньшей мере части верхней фазы сплава Al-С из однопечного реактора;
сбор, в течение по меньшей мере одного из упомянутых этапов получения и образования, отходящего газа из однопечного реактора во внешнем реакторе улавливания паров, причем отходящий газ содержит по меньшей мере одно парообразное вещество из Al2O, Al и СО;
добавление, одновременно с упомянутым этапом сбора, углеродистого материала во внешний реактор улавливания паров, с формированием тем самым рециркулируемого материала, причем этот рециркулируемый материал содержит Al4C3, а
упомянутый этап получения включает в себя:
подачу рециркулируемого материала из реактора улавливания паров в однопечной реактор для содействия получению первой смеси.
2. Способ по п.1, в котором этап сбора отходящего газа происходит во время обоих упомянутых этапов получения и образования.
3. Способ по п.1, в котором упомянутый этап образования происходит без использования рециркулируемого материала в однопечном реакторе.
4. Способ по п.1, в котором после этапа извлечения углерода сплав Al-С содержит меньше, чем 5% углерода по массе.
5. Способ по п.1, в котором после этапа извлечения углерода сплав Al-С содержит меньше, чем 3% углерода по массе.
6. Способ по п.1, в котором упомянутый этап подачи дополнительно включает в себя добавление в однопечной реактор одновременно с упомянутым этапом получения по меньшей мере одного из Al2O3 и С.
7. Способ по п.1, в котором этап сбора отходящего газа происходит во время по меньшей мере одного из упомянутых этапов извлечения и удаления.
8. Способ по п.1, в котором этап сбора отходящего газа происходит во время обоих упомянутых этапов извлечения и удаления.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором рециркулируемый материал содержит шлак и Al4C3.
RU2009134503A 2007-02-16 2008-01-04 Способ получения низкоуглеродистого алюминия с использованием карботермического восстановления в одной печи с обработкой и рециклированием отходящих газов RU2407816C1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/676,017 US7556667B2 (en) 2007-02-16 2007-02-16 Low carbon aluminum production method using single furnace carbothermic reduction operated in batch mode
US11/676,017 2007-02-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2407816C1 true RU2407816C1 (ru) 2010-12-27

Family

ID=39325607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009134503A RU2407816C1 (ru) 2007-02-16 2008-01-04 Способ получения низкоуглеродистого алюминия с использованием карботермического восстановления в одной печи с обработкой и рециклированием отходящих газов

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7556667B2 (ru)
EP (1) EP2121995B1 (ru)
CN (1) CN101627137A (ru)
RU (1) RU2407816C1 (ru)
WO (1) WO2008100650A1 (ru)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2917818B1 (fr) * 2007-06-21 2009-09-25 Solios Environnement Sa Procede d'optimisation de la commande d'un centre de traitement des fumees d'un four a feu tournant de cuisson de blocs carbones
US7753988B2 (en) * 2007-07-09 2010-07-13 Alcoa Inc. Use of alumina-carbon agglomerates in the carbothermic production of aluminum
RU2482199C2 (ru) * 2008-09-16 2013-05-20 Алкоа Инк. Установка боковых и донных электродов для электроплавильных реакторов и способ подачи таких электродов
US9068246B2 (en) * 2008-12-15 2015-06-30 Alcon Inc. Decarbonization process for carbothermically produced aluminum

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2974032A (en) 1960-02-24 1961-03-07 Pechiney Reduction of alumina
US4033757A (en) 1975-09-05 1977-07-05 Reynolds Metals Company Carbothermic reduction process
GB1590431A (en) 1976-05-28 1981-06-03 Alcan Res & Dev Process for the production of aluminium
US4388107A (en) 1979-01-31 1983-06-14 Reynolds Metals Company Minimum-energy process for carbothermic reduction of alumina
US4334917A (en) 1980-04-16 1982-06-15 Reynolds Metals Company Carbothermic reduction furnace
US4409021A (en) 1982-05-06 1983-10-11 Reynolds Metals Company Slag decarbonization with a phase inversion
US4533386A (en) 1984-03-27 1985-08-06 Process Development Associates, Inc. Process for producing aluminum
US6530970B2 (en) 2001-05-21 2003-03-11 Alcoa Inc. Method for recovering aluminum vapor and aluminum suboxide from off-gases during production of aluminum by carbothermic reduction of alumina
AU2001264775A1 (en) 2001-05-21 2002-12-03 Alcoa Inc. Aluminum shapes, method and reactor for the production of aluminum and aluminum shapes by carbothermic reduction of alumina
US6805723B2 (en) 2003-03-06 2004-10-19 Alcoa Inc. Method and reactor for production of aluminum by carbothermic reduction of alumina
US6980580B2 (en) 2003-08-23 2005-12-27 Alcoa Inc. Electrode arrangement as substitute bottom for an electrothermic slag smelting furnace
US20060042413A1 (en) 2004-09-01 2006-03-02 Fruehan Richard J Method using single furnace carbothermic reduction with temperature control within the furnace

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008100650A1 (en) 2008-08-21
EP2121995B1 (en) 2012-08-22
WO2008100650A8 (en) 2009-08-13
CN101627137A (zh) 2010-01-13
US20080196545A1 (en) 2008-08-21
US7556667B2 (en) 2009-07-07
EP2121995A1 (en) 2009-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2626695C2 (ru) Способ получения алюминия из боксита или его шлама
CA2674121C (en) Carbothermic processes
AU2010299920B2 (en) Method and reactor for treating bulk material containing carbon
CN110819822B (zh) 一种电热炼铝的装置
RU2407816C1 (ru) Способ получения низкоуглеродистого алюминия с использованием карботермического восстановления в одной печи с обработкой и рециклированием отходящих газов
AU2005279732A1 (en) Method using single furnace carbothermic reduction with temperature control within the furnace
JP5935098B2 (ja) 亜鉛製造方法
US8992661B2 (en) Production of specialty aluminum alloys using partition of feed impurities
RU2472865C1 (ru) Способ переработки фторсодержащих отходов электролитического производства алюминия
CN211311551U (zh) 一种电热炼铝的装置
CA2633210C (en) Carbothermic processes
WO2017187973A1 (ja) 鉄鋼ダストの処理方法、亜鉛の生産方法、鉄鋼原料の生産方法、及び鉄鋼原料
Kemper et al. EAF carbothermic co-reduction of alumina and silica for the direct production of Al-Si master alloy
JPH048493B2 (ru)
Balomenos et al. Carbothermic reduction methods for alumina
RU2280703C2 (ru) Способ получения алюминия
RU2586190C1 (ru) Способ переработки лейкоксенового концентрата и устройство для его осуществления
Ranganathan Extraction of Magnesium, Titanium and Aluminium
Sahu Metallurgy of Light Metals
JPS5920433A (ja) 省資源省エネルギチタン製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210105