RU2476612C2 - Method for obtaining metallic aluminium from air suspension of clay particles, and device for its implementation - Google Patents
Method for obtaining metallic aluminium from air suspension of clay particles, and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2476612C2 RU2476612C2 RU2011108328/02A RU2011108328A RU2476612C2 RU 2476612 C2 RU2476612 C2 RU 2476612C2 RU 2011108328/02 A RU2011108328/02 A RU 2011108328/02A RU 2011108328 A RU2011108328 A RU 2011108328A RU 2476612 C2 RU2476612 C2 RU 2476612C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- air
- particles
- working elements
- suspension
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к цветной металлургии, а именно к технологии получения первичного алюминия из содержащего глину сырья и к используемым для ее осуществления устройствам.The present invention relates to ferrous metallurgy, and in particular to a technology for the production of primary aluminum from clay-containing raw materials and to the devices used for its implementation.
Известен способ получения первичного алюминия, который выполняется с применением электролиза, полученного на основе глинозема расплава криолита. Протекающая реакция восстановления глинозема углеродом, вводимого в состав последнего, повышает КПД процесса, увеличивая выход осаждаемого на катоде металла (см. книгу Фореблом Г.Ф. «Электролиз алюминия», Москва: «Металлургия», 1967 год; стр.22-28).A known method of producing primary aluminum, which is performed using electrolysis obtained on the basis of alumina melt cryolite. The proceeding reaction of the reduction of alumina with carbon, introduced into the composition of the latter, increases the efficiency of the process, increasing the yield of the metal deposited on the cathode (see. G. Foreblom, “Electrolysis of Aluminum”, Moscow: “Metallurgy”, 1967; pp. 22-28) .
Одному этому известному способу присущи следующие недостатки.One of this known method has the following disadvantages.
Поддержание высоких температур в расплаве криолита - 950°С и выше, связано с необходимостью использования больших количеств, применяемой для обеспечения стабильного протекания такого рода процесса, тепловой и электрической энергии.Maintaining high temperatures in the cryolite melt - 950 ° C and above, is associated with the need to use large quantities, used to ensure a stable course of this kind of process, thermal and electrical energy.
При осуществлении этой технологии, т.е. электролиза, в окружающую электролизер атмосферу производится выброс образующихся в нем вредных соединений и газов (фтористый водород, оксид углерода, серосодержащие продукты и т.д.).When implementing this technology, i.e. electrolysis, into the atmosphere surrounding the electrolyzer is the release of harmful compounds and gases formed in it (hydrogen fluoride, carbon monoxide, sulfur-containing products, etc.).
Все перечисленное выше приводит к необходимости использования в производстве первичного алюминия сложного и дорогостоящего оборудования, а также таких же обслуживающих его систем, что отрицательно сказывается на получаемых экономических показателях такого рода известного способа.All of the above leads to the need to use complex and expensive equipment in the production of primary aluminum, as well as the same systems serving it, which negatively affects the economic indicators of this kind of known method.
Известен также способ получения первичного алюминия, в процессе проведения которого первичный алюминий выделяют при помощи реакции термохимического восстановления глинозема углеродом с последующим осаждением полученного в ходе выполнения ее металла.There is also known a method of producing primary aluminum, in the process of which primary aluminum is isolated using the reaction of thermochemical reduction of alumina with carbon, followed by precipitation of the metal obtained during its execution.
Процесс протекает во внутренней полости плазменно-индукционной печи, в которой между тугоплавким катодом и анодом создают плазменную дугу и подают в нее смесь, состоящую из глинозема и углерода. Управление траекторией перемещения плазменной дуги осуществляется с помощью магнитного поля, создаваемого соленоидом, расположенным вокруг тела анода.The process takes place in the internal cavity of a plasma-induction furnace, in which a plasma arc is created between the refractory cathode and the anode and a mixture of alumina and carbon is fed into it. The path of the plasma arc is controlled by the magnetic field created by the solenoid located around the anode body.
При проведении этого известного способа, под воздействием высокой температуры плазмы протекает химическая реакция карботермического восстановления алюминия из содержащих глинозем окатышей под воздействием генерируемых в этой зоне атомов углерода. Полученный металл в виде жидкого расплава осаждается на дно плазменно-индукционной печи. Оттуда жидкий алюминий, по мере его накопления, удаляется через отводящий трубопровод.When carrying out this known method, under the influence of a high plasma temperature, a chemical reaction of carbothermic reduction of aluminum from alumina-containing pellets under the influence of carbon atoms generated in this zone proceeds. The resulting metal in the form of a liquid melt is deposited on the bottom of the plasma induction furnace. From there, liquid aluminum, as it accumulates, is removed through a discharge pipe.
Индуктор, коаксиально расположенный вокруг находящихся в нижней части устройства графитовых блоков, создает необходимый для поддержания нужной температуры расплава электрической ток. Кроме того, плазменно-индукционная печь снабжена трубопроводами для удаления шлаков и диоксида углерода, который используется для поддержания генерации плазменной дуги.The inductor, coaxially located around the graphite blocks located at the bottom of the device, creates an electric current necessary to maintain the desired melt temperature. In addition, the plasma induction furnace is equipped with pipelines for removing slag and carbon dioxide, which is used to maintain the generation of the plasma arc.
По указанному выше известному способу алюминий образуется в зоне плазменной дуги при температуре 2050°С; и удаляется из этой области за счет охлаждения полученных там его частиц струей инертного газа. (см. патент №2170278 «Способ получения первичного алюминия и устройство для его осуществления», РФ, С22В 21/02; публикация 10.07.2010 г. - далее прототип). Управление перемещением получающейся при пропуске через газ мощного электрического заряда плазменной дуги производят с помощью магнитных полей, создаваемых в печи имеющимся в ней соленоидом. Однако и это известное техническое решение-прототип тоже имеет целый ряд существенных недостатков.According to the above known method, aluminum is formed in the zone of the plasma arc at a temperature of 2050 ° C; and is removed from this region by cooling its particles obtained there with a stream of inert gas. (see patent No. 2170278 "Method for the production of primary aluminum and a device for its implementation", RF, СВВ 21/02; publication of July 10, 2010 - hereinafter the prototype). The movement of the resulting powerful electric charge of the plasma arc resulting from the passage through the gas is controlled by the magnetic fields created in the furnace by the solenoid contained in it. However, this well-known technical solution prototype also has a number of significant drawbacks.
Как и в разобранном ранее способе, получение алюминия с помощью генерируемой в устройстве плазменной дуги связано с высокими затратами необходимой для этого электрической и тепловой энергии.As in the previously disassembled method, the production of aluminum using the plasma arc generated in the device is associated with high costs of the necessary electric and thermal energy.
Для осуществления способа используется достаточно сложное по своей конструкции оборудование, что отрицательно сказывается на его эксплутационных характеристиках и степени надежности, что зачастую выявляется в процессе его использования по прямому назначению.To implement the method, equipment that is quite complicated in design is used, which negatively affects its operational characteristics and degree of reliability, which is often revealed during its use for its intended purpose.
Применение мощных электрических зарядов и высокая температура дугового плазменного разряда требует введения в конструкцию известного устройства дополнительных систем, обеспечивающих безопасную работу обслуживающего его персонала и снижающих степень вредного воздействия такого рода факторов на окружающую эту конструкцию природную среду.The use of powerful electric charges and the high temperature of an arc plasma discharge requires the introduction of additional systems into the design of the known device that ensure the safe operation of its personnel and reduce the harmful effects of this kind of factors on the natural environment surrounding this structure.
Задачей изобретения является снижение затрат, связанных с получением металлического алюминия, а также разработка применяемого при осуществления предлагаемого способа устройства с более простым конструктивным исполнением.The objective of the invention is to reduce the costs associated with the production of aluminum metal, as well as the development of the device used in the implementation of the proposed method with a simpler design.
Технический результат обеспечивается за счет применения в предлагаемом решении следующих факторов.The technical result is ensured by the application of the following factors in the proposed solution.
Способ получения металлического алюминия включает загрузку вA method for producing aluminum metal includes loading into
емкость для получения алюминия алюмосодержащей глины с восстановителем. Восстановление этих продуктов производят под воздействием генерируемого в рабочей зоне магнитного поля. В нижней же части этой области осуществляется и осаждение полученного в ней алюминия.tank for producing aluminum aluminum-containing clay with a reducing agent. The recovery of these products is carried out under the influence of a magnetic field generated in the working zone. In the lower part of this region, the aluminum obtained in it is also deposited.
Новым в способе является и то, что применяемую при проведении обработки алюмосодержащую глину размалывают на частицы с размерами 0,02÷1,0 мм, после этого ее загружают в емкость для получения алюминия в количестве 20-40% от ее объема.New in the method is the fact that the aluminum-containing clay used in the processing is milled into particles with sizes of 0.02–1.0 mm, then it is loaded into a container for producing aluminum in an amount of 20-40% of its volume.
Потом ее перемешивают с атмосферным воздухом в емкости и формируют воздушную взвесь.Then it is mixed with atmospheric air in a container and an air suspension is formed.
В качестве же восстановителя при выполнении обработки используют углерод, входящий в состав углеродосодержащих газов, присутствующих в применяемом для создания взвеси атмосферном воздухе. Само же восстановление металла осуществляют при воздействии переменного вращающегося магнитного поля с напряженностью в рабочей зоне 5,5×103÷1×106 А/М, и частоте его в 40-70 Гц. При этом емкость для получения алюминия используют в качестве замыкающего соединительного звена для генерируемого в устройстве магнитного потока. Кроме того, при выполнении предлагаемого способа в толщу осевшего на дно емкости осадка подают струи сжатого воздуха под избыточным давлением 0,1÷0,6 кгс/см2 для формирования в этой области кипящего слоя.As the reducing agent in the processing, carbon is used, which is part of the carbon-containing gases present in the atmospheric air used to create a suspension. The metal recovery itself is carried out under the influence of an alternating rotating magnetic field with an intensity in the working zone of 5.5 × 10 3 ÷ 1 × 10 6 A / M, and its frequency of 40-70 Hz. In this case, the capacity for producing aluminum is used as a closing connecting link for the magnetic flux generated in the device. In addition, when performing the proposed method, a jet of compressed air under an overpressure of 0.1 ÷ 0.6 kgf / cm 2 is fed into the thickness of the sediment deposited to the bottom of the tank to form a fluidized bed in this region.
Устройство для получения металлического алюминия содержит емкость для получения алюминия. В состав устройства также входят рабочие элементы для формирования воздействующего на частицы алюмосодержащей глины и восстановитель магнитного поля. Эти элементы соединены с внешним источником электрического питания. Устройство также содержит и соленоиды, размещенные на рабочих элементах.A device for producing metallic aluminum contains a container for producing aluminum. The device also includes working elements for forming an aluminum-containing clay acting on particles and a magnetic field reducing agent. These elements are connected to an external source of electrical power. The device also contains solenoids located on the working elements.
Новым в устройстве является то, что его рабочие элементы выполнены в виде состыкованных между собой пластин из магнитопроводящего материала. Эти пластины в процессе их монтажа образуют замкнутый прямоугольный контур. Применяемые же в нем соленоиды выполнены в виде трех обмоток-катушек, размещенных в теле составляющих замкнутый прямоугольный контур рабочих элементов. Каждая из этих обмоток-катушек соединена с соответствующей фазой внешнего трехфазного источника электрического питания. Кроме того, в одном из составляющих контур рабочих элементов выполнен сквозной паз для размещения в нем емкости для получения алюминия. При этом на торце верхней части этой емкости устанавливается крышка, исключающая прямой доступ воздуха из окружающей устройство внешней среды во внутренний объем емкости. А по дну ее прокладывается заглушенный с торцевой части патрубок, в стенках которого выполнены отверстия перфорации, соединенный с внешней магистралью для подачи сжатого воздуха под избыточным давлением.New in the device is that its working elements are made in the form of stacked plates of magnetically conductive material. These plates during their installation form a closed rectangular contour. The solenoids used in it are made in the form of three windings-coils located in the body making up a closed rectangular contour of the working elements. Each of these winding coils is connected to a corresponding phase of an external three-phase electric power source. In addition, in one of the components of the contour of the working elements, a through groove is made to accommodate a container for producing aluminum. At the same time, a cover is installed at the end of the upper part of this container, which excludes direct access of air from the external environment to the internal volume of the container. And on its bottom a pipe is muffled from the end part, in the walls of which perforation holes are made, connected to an external line for supplying compressed air under excessive pressure.
Такого рода нововведения позволяют коренным образом изменить характер протекания процесса формирования металлического алюминия в сам момент его получения из исходной сырьевой массы. Последний начинает приобретать в связи со всем этим следующие характерные особенности. Во-первых, сама начальная стадия этого способа включает в себя «тонкий помол» кусков исходной руды, проходящей через такого рода обработку. С помощью любого из известных методов дробления, например, при помощи шаровой мельницы, комки сырьевой массы растирают на частицы с габаритными размерами от 0,02-1,0 мм.Such innovations allow us to fundamentally change the nature of the process of formation of metallic aluminum at the very moment of its receipt from the initial raw material mass. The latter begins to acquire in connection with all this the following characteristic features. Firstly, the initial stage of this method itself includes a “fine grinding” of pieces of the original ore passing through this kind of processing. Using any of the known crushing methods, for example, using a ball mill, lumps of the raw material mass are ground into particles with overall dimensions from 0.02-1.0 mm.
Эта операция обеспечивает в последующем возможность формирования стойкой взвеси такого рода ее частиц 4 в объеме заполняющего технологическую емкость атмосферного воздуха.This operation subsequently provides the possibility of forming a stable suspension of this kind of its particles 4 in the volume of atmospheric air filling the technological capacity.
Полученный после размола исходный материал загружается в ее внутреннюю полость, после чего смешивается с заполняющей емкость массой присутствующего там атмосферного воздуха.The initial material obtained after grinding is loaded into its internal cavity, after which it is mixed with the mass of atmospheric air present therein.
Формирование устойчивой взвеси в полости емкости может осуществляться с помощью любой, используемой для этих целей, известной методики (например, с помощью механической мешалки, подачей туда струй сжатого воздуха и т.д.). Объем загружаемого туда пылевидного материала при выполнении обработки составляет от 20% до 40% от всего объема заполняемой им емкости. Выбор диапазона содержания загружаемых в полость емкости частиц 20-40% определяется опять-таки необходимостью формирования не расслаивающейся мгновенно механической воздушной взвеси, которая должна сохраняться неизменной в течение почти всего периода времени, необходимого для выделения из исходного сырья металлического алюминия 5. Перед осуществлением обработки прошедшую операцию помола руду еще и подсушивают при температуре 120-150°С в течение 30-50 мин. Подсушку пылевидной сырьевой массы выполняют для предотвращения слипания отдельных частиц 4 в крупногабаритный комок, состоящий из последних в процессе формирования их смеси с применяемым объемом атмосферного воздуха.The formation of a stable suspension in the cavity of the tank can be carried out using any known technique used for these purposes (for example, using a mechanical stirrer, supplying compressed air jets, etc.). The amount of pulverized material loaded therein during processing is from 20% to 40% of the total volume of the tank filled by it. The choice of the range of the content of particles loaded into the cavity of the container capacity of 20-40% is determined again by the need to form a non-instantly stratified mechanical air suspension, which should remain unchanged for almost the entire period of time required for the separation of aluminum metal from the
После получения такого рода взвеси из частиц, содержащих глину 4, и атмосферного воздуха, емкость 3, заполненную последними, помещают в выполненный для этой цели установочный паз «Б» в контуре магнитного генератора. После размещения там емкости 3 со взвесью обмотки-катушки 2 генератора, выполняющие функции соленоидов, подключаются к разным фазам внешнего источника для подачи к ним переменного электрического тока.After receiving this kind of suspension from particles containing clay 4 and atmospheric air, the
При этом каждая из трех входящих в генератор обмоток-катушек генерирует собственное магнитное поле. Эти поля, проходя через магнитопроводящие элементы, включающие в себя обмотки-катушки, составляющие контур, суммируются в единое общее.Moreover, each of the three winding coils included in the generator generates its own magnetic field. These fields, passing through the magnetically conductive elements, including the windings-coils that make up the circuit, are summarized in a single common.
Так как для подачи на обмотки-катушки 2 используется переменный электрический ток, то и это суммарное магнитное поле, присутствующее в зоне монтажа емкости со взвесью частиц сырья, тоже является переменным.Since an alternating electric current is used to feed the
Кроме того, в связи с тем, что каждая из используемых для питания трех обмоток-катушек фаз внешнего источника имеет соответствующие угловые смещения относительно соседних; то это суммарное магнитное поле еще и как бы «вращается» в той зоне, где осуществляется его воздействие. Формируемый же внутри разорванного установочным пазом «Б» контура результирующий магнитный поток стремится соединить образованные этим разрывом его половины в единое целое, совершая «прыжок» через разделяющее их воздушное пространство, а также и через внутреннюю полость установленной в сквозном пазе «Б» самой емкости 3 (см. фиг.1).In addition, due to the fact that each of the phases of the external source used to power the three windings-coils of the phases has corresponding angular displacements relative to the neighboring ones; then this total magnetic field also “rotates” in the zone where it is exposed. The resulting magnetic flux, which is formed inside the contour broken by the installation groove “B”, seeks to unite its halves formed by this gap, making a “jump” through the air space separating them, as well as through the internal cavity of the
При перемещении получаемого в генераторе результирующего вектора магнитного потока за выбранный определенный промежуток времени его конечные точки опишут кривые линии, очерчивающие фигуру, по форме напоминающую пространственный эллипсоид (см. зону «Д» на фиг.1). Сужение к переднему и заднему концу последнего обусловлено значительным повышением магнитного сопротивления из-за возникающих в процессе монтажа емкости воздушных зазоров «а» (см. фиг.1). «Утолщение» средней его части вызвано, наоборот, падением значения последнего из-за накопления в области пересечения с протекающим через нее магнитным потоком гранул готового металла 5.When moving the resulting magnetic flux vector obtained in the generator over a selected period of time, its end points will describe the curved lines outlining a shape resembling a spatial ellipsoid in shape (see zone “D” in FIG. 1). The narrowing to the front and rear ends of the latter is due to a significant increase in magnetic resistance due to air gaps “a” arising during installation of the capacitance (see FIG. 1). The “thickening” of its middle part is caused, on the contrary, by a drop in the value of the latter due to accumulation in the region of intersection with the flow of granules of the
Таким образом, можно утверждать, что формируемый непосредственно в рабочей зоне, т.е. внутри полости технологической емкости, результирующий суммарный магнитный вектор перемещается в пространстве с изменением своего углового положения во всех трех пространственных координатах. Кроме положения этот вектор еще и периодически меняет свою абсолютную величину. Все эти явления определяются и задаются соответствующим подбором величины и частоты используемого для питания обмоток-катушек 2 переменного электрического тока (40-70 Гц).Thus, it can be argued that formed directly in the working area, i.e. inside the cavity of the technological capacity, the resulting total magnetic vector moves in space with a change in its angular position in all three spatial coordinates. In addition to the position, this vector also periodically changes its absolute value. All these phenomena are determined and set by appropriate selection of the magnitude and frequency of the alternating electric current (40-70 Hz) used to power the winding
Перемещаясь таким образом внутри заполненной взвесью частиц глиносодержащего сырья 4 емкости 3, такого рода результирующий вектор воздействуют на входящие в ее состав молекулы окиси алюминия - Al2O3.Moving in this way inside the container 4 filled with a suspension of particles of clay-containing
Обрушивая на последнее периодически повторяющиеся «толчки» и «удары», вектор суммарного магнитного потока активирует электроны, находящиеся на соответствующих орбитах атомов, входящих в состав ее молекул. Подвергнутые мощному энергетическому воздействию электроны совершают переход на более удаленные от ядра орбиты, при этом разрываются ранее имеющие место ковалентные молекулярные связи, и молекулы распадаются на отдельные составляющие.Bringing to the last periodically repeated “shocks” and “shocks”, the vector of the total magnetic flux activates the electrons located in the corresponding orbits of the atoms that make up its molecules. Electrons subjected to a powerful energetic effect make a transition to orbits more distant from the nucleus, while covalent molecular bonds that previously take place are broken, and the molecules break up into separate components.
Так как одновременно с такого рода воздействием на входящие в частицы глины молекулы Al2O3 протекают и аналогичные процессы в углеродосодержащих молекулах, входящих в состав атмосферы газов (СО2; СО; СН4), то полученный в ходе осуществления таких «магнитных ударов» атомарный углерод С+ отнимает у молекулы окиси алюминия высвобожденный при ее распаде атомарный кислород, соединяясь с последним.Since simultaneously with this kind of effect on the clay particles entering the clay particles, Al 2 O 3 molecules also undergo similar processes in the carbon-containing molecules that make up the atmosphere of gases (СО 2 ; СО; СН 4 ), the result of such “magnetic shocks” atomic carbon C + takes away from the alumina molecule the atomic oxygen released during its decay, combining with the latter.
Т.е. в процессе обработки протекают реакции:Those. in the course of processing reactions proceed:
Al2O3→2Al++3О+;Al 2 O 3 → 2Al + + 3O + ;
СО→С++О+;CO → C + + O + ;
СО2→С++2О+;СО 2 → С + + 2О + ;
СН4→С++4Н+;CH 4 → C + + 4H + ;
и обратные; с формированием новых объемов газа, имеющих в условиях такого рода энергетического воздействия минимум внутренней энергии (Н2О и СО2). В такого рода условиях полученный металлический алюминий, наоборот, представляет достаточно устойчивые кристаллы, которые сохраняют свою неизменную форму в условиях такой интенсивно проводимой энергической обработки.and reverse; with the formation of new volumes of gas, which under conditions of this kind of energy impact have a minimum of internal energy (Н 2 О and СО 2 ). Under such conditions, the resulting metal aluminum, on the contrary, is quite stable crystals that retain their unchanged shape under conditions of such intensively conducted energy processing.
Образованные указанным образом в толще взвеси более тяжелые, чем окружающие их сырьевые частицы 4 кристаллики металлического алюминия, под действом сил гравитации опускаются на дно применяемой емкости 3.Formed in this way in the suspension, heavier than the surrounding raw material particles 4 crystals of aluminum metal, under the action of gravity fall to the bottom of the
По дороге они «собирают» на свою поверхность не успевшие прореагировать мельчайшие частицы 4 из Al2O3 и формируют с участием последних толщу слоя «придонного» осадка.On the way, they “collect” to their surface the smallest particles 4 of Al 2 O 3 that have not had time to react and form a layer of “bottom” sediment with the participation of the latter.
Так как вращающееся переменное магнитное поле продолжает осуществлять такого же рода воздействия и на накапливаемый в указанной области материал, то происходит дальнейшее выделение металлического алюминия из осевшего в этой области сырья.Since a rotating alternating magnetic field continues to exert the same kind of effect on the material accumulated in the indicated region, further release of aluminum metal from the raw materials deposited in this region takes place.
Мелкие кристаллические центры, состоящие из атомов Аl, продолжают свой рост и в этой «придонной толще» за счет использования такого рода глиняных частиц 4, превращаясь во все укрупняющиеся металлические гранулы 5. Процесс продолжается до тех пор, пока не будут полностью использованы все входящие в исходную сырьевую массу содержащие алюминий соединения.Small crystalline centers, consisting of Al atoms, continue to grow in this “bottom thickness” through the use of clay particles of this kind 4, turning into all
На конечном этапе осуществления магнитной обработки вся взвесь переходит в толщу донного осадка, очищая от своего присутствия заполняющий внутреннюю полость емкости 3 объем воздуха.At the final stage of the magnetic treatment, the entire suspension passes into the thickness of the bottom sediment, purifying from its presence the volume of air filling the internal cavity of the
После ее завершения на дне ее остаются металлические гранулы 5 из алюминия, и небольшая масса, состоящая из присутствующих в составе исходного рудного сырья материалов-загрязнителей (например, соединения магния; кремния; твердого углерода и т.д.).After its completion,
Количество такого рода отходов определяется, прежде всего, степенью чистоты применяемой для получения металла исходной руды.The amount of this kind of waste is determined, first of all, by the degree of purity of the initial ore used to produce the metal.
С целью интенсификации протекающего в «придонной» зоне технологической емкости процесса получения металла, используется метод создания в ней так называемого «кипящего слоя». Подача туда струй сжатого воздуха под небольшим (0,1-0,6 кгс/см2) избыточным давлением обеспечивает генерацию колебательных перемещений попавших в эту область отдельных частиц, как бы выделяя их из общей массы, составляющей такого рода осадок. Периодически же совершаемое передвижение последних в струях содержащего дополнительные ионы восстановителя С+ газа позволяет в 3-4 раза повысить производительность осуществляемого в емкости 3 процесса, и соответственно, уменьшает необходимый для выполнения такого рода обработки используемый временной интервал. Последний равен в этом случае 1-4 минутам.In order to intensify the technological process of metal production taking place in the “bottom” zone, the method of creating the so-called “fluidized bed” is used in it. The supply of compressed air jets under a small (0.1-0.6 kgf / cm 2 ) overpressure provides the generation of vibrational displacements of individual particles that have fallen into this region, as if isolating them from the total mass constituting this kind of sediment. Periodically, the movement of the latter in the jets of the additional C + gas reducing agent containing jets allows a 3-4-fold increase in the productivity of the process carried out in the
Получение алюминия из воздушной взвеси может осуществляться и без применения такого рода «кипящего слоя», но в этом случае соответствующим образом увеличиваются затраты необходимого для этого времени, и, следовательно, расход применяемой электрической энергии.The production of aluminum from an air suspension can be carried out without the use of such a "fluidized bed", but in this case, the costs of the time necessary for this, and, consequently, the consumption of electric energy used, are correspondingly increased.
Для подачи струй сжатого воздуха в придонную область используется обычный перфорированный патрубок 6; внутренняя полость которого присоединяется к внешней подающей сжатый воздух магистрали. Генерация избыточного давления (0,1-0,6 кгс/см2) производится с помощью любого промышленного компрессора.For supplying jets of compressed air to the bottom region, a conventional
Напряженность применяемого для получения алюминия переменного вращающегося магнитного поля, замеренная непосредственно в зоне обработки, составляет 5,5×103-1×106 а/м. Применение меньших, чем указанное выше ее значений, не обеспечивает формирование условий, гарантирующих выделение металла из его соединений, входящих в состав исходной сырьевой массы.The intensity of the alternating rotating magnetic field used to produce aluminum, measured directly in the processing zone, is 5.5 × 10 3 -1 × 10 6 a / m. The use of values lower than the values indicated above does not provide the formation of conditions guaranteeing the release of metal from its compounds that are part of the initial raw material mass.
Использование более высоких значений чем 1×106 А/м напряженности магнитного поля, не позволяет обеспечить достижение какого-либо дополнительного положительного эффекта. В то же время увеличение напряженности применяемого магнитного поля свыше указанных пределов потребует дополнительных затрат используемой для формирования поля электрической энергии.The use of higher values than 1 × 10 6 A / m of the magnetic field does not allow to achieve any additional positive effect. At the same time, an increase in the intensity of the applied magnetic field above the specified limits will require additional costs used to form the electric energy field.
Те же самые факторы определяют и подбор диапазона частот, в пределах которого осуществляется генерация переменного магнитного поля.The same factors determine the selection of the frequency range within which an alternating magnetic field is generated.
Т.е. при применении значений частоты, меньших чем 40 Гц, затрудняется протекание процесса выделения металлического алюминия из его соединений при осуществлении предлагаемых способов.Those. when applying frequency values less than 40 Hz, the process of separating metallic aluminum from its compounds is difficult when implementing the proposed methods.
При частоте, большей чем 70 Гц, так же в ходе осуществления процесса обработки появляются сбои и нарушения, вызываемые чрезмерным увеличением угловой скорости перемещения в объеме обрабатываемой взвеси результирующего вектора магнитного потока. Перенос зон его воздействия начинает протекать настолько быстро, что необходимые преобразования во входящих в состав взвесей соединениях попросту не успевают осуществляться.At a frequency greater than 70 Hz, malfunctions and disturbances also appear during the processing process, caused by an excessive increase in the angular velocity of movement in the volume of the processed suspension of the resulting magnetic flux vector. The transfer of zones of its influence begins to proceed so quickly that the necessary transformations in the compounds included in the suspension simply do not have time to be carried out.
Величина избыточного давления подаваемого в приданный слой сжатого воздуха определяется исходя из соображении, что при меньшем давлении чем 0,1 кгс/см2 затрудняется процесс перемещения в вертикальном направлении окружающих подающий патрубок частиц в придонном слое.The amount of excess pressure supplied to the attached layer of compressed air is determined on the basis of the consideration that at a lower pressure of 0.1 kgf / cm 2, the process of moving in the vertical direction the particles surrounding the supply pipe in the bottom layer is difficult.
При величинах его же больших чем 0,6 кгс/см2 не обеспечивается достижение каких-либо существенных преимуществ в ходе выполнения способа с применением такого рода интервалов. В тоже время увеличение диапазона используемого избыточного давления потребует больших экономических затрат при осуществлении способа.When its values are greater than 0.6 kgf / cm 2, it is not ensured that any significant advantages are achieved during the execution of the method using such intervals. At the same time, increasing the range of used overpressure will require large economic costs when implementing the method.
Интервалы времени осуществления процесса высаждения алюминия назначены исходя из следующих соображений.The time intervals for the process of precipitation of aluminum are assigned on the basis of the following considerations.
При времени обработки меньшем, чем одни минута, не удается полностью извлечь металл из подвергнутых обработке сырьевых частиц.When the processing time is less than one minute, it is not possible to completely remove the metal from the processed raw particles.
Применение интервала времени, превышающего значение, равное 4 минутам, не обеспечивает получение какого-либо дополнительного эффекта, но влечет за собой повышение расхода используемой в ходе осуществления процесса энергии.The use of a time interval exceeding the value of 4 minutes does not provide any additional effect, but entails an increase in the energy used during the implementation of the process.
Получаемые при выполнении предлагаемого способа гранулы металлического алюминия 5 имеют габариты от 0,5 до 4,0 мм. Степень чистоты последнего зависит от вида исходной руды и степени насыщенности ее соединениями этого металла. В «богатых» рудах она может составить 99,9992% (т.е. получается химически чистый металл).Obtained during the implementation of the proposed method, the granules of
В тоже время в случае применения так называемых «бедных руд» чистота получаемого металла тоже имеет достаточно высокие показатели - самый минимум составляет 98,12%. Это позволяет применять его в качестве «чернового» алюминия для проведения получения сплавов на его основе или в качестве исходного сырья для выполнения дополнительного его последующего рафинирования.At the same time, in the case of the use of the so-called "poor ores", the purity of the obtained metal also has rather high indicators - the very minimum is 98.12%. This makes it possible to use it as “rough” aluminum for producing alloys based on it or as a feedstock for additional refining.
К исходному сырьевому материалу, используемому для получения металла, не предъявляется никаких дополнительных требований. Т.е. могут использоваться любые месторождения глины, даже и не очень-то и богатые относительно содержащихся там соединений алюминия. Условие остается единственное - лишь бы он присутствовал там бы вообще.No additional requirements are imposed on the raw material used to produce the metal. Those. any clay deposits can be used, even not very rich in respect to the aluminum compounds contained therein. The only condition remains - if only he would be present there at all.
Подготовка сырья к процессу обработки так же является относительно несложной и включает в себя размол сырья до получения фракций с габаритами частиц 0,02-0,1 мм.Preparation of raw materials for the processing process is also relatively simple and includes grinding the raw materials to obtain fractions with particle sizes of 0.02-0.1 mm
Перед засыпкой в технологическую емкость полученная размолом пыль предварительно подсушивается в жарочных шкафах при температуре 120-150°С в течение 30-50 мин.Before filling into the technological tank, the dust obtained by grinding is preliminarily dried in ovens at a temperature of 120-150 ° C for 30-50 minutes.
На этом подготовку исходного материала можно считать законченной.This preparation of the source material can be considered complete.
Выход чистого металла относительно используемого сырья, в зависимости от степени насыщенности его соединениями алюминия, составляет от 18 до 42%.The yield of pure metal relative to the raw materials used, depending on the degree of saturation with aluminum compounds, ranges from 18 to 42%.
Получающиеся после окончания обработки отходы - порошок серо -голубого оттенка, включающие в себя присутствующие в исходном сырье соединения других элементов земной коры, в зависимости от их состава, могу направляться для дальнейшего их технического использования, например, в качестве связующих для получения строительных материалов. Количество генерируемых в придонном слое отходов составляет величину от 7-19% от начальной массы, применяемой для получения металла руды.The waste resulting from the end of processing is a powder of a gray-blue hue, which includes compounds of other elements of the earth's crust present in the feedstock, depending on their composition, I can be sent for their further technical use, for example, as binders for obtaining building materials. The amount of waste generated in the bottom layer is from 7-19% of the initial mass used to produce ore metal.
Расход необходимой электрической энергии по отношению к аналогичным затратам, но при выполнении классического способа, составляет величину незначительную - 300-500 кВт·час в расчете на формирование 1 т конечного продукта. При осуществлении же электролиза с применением расплавов криолита для получения 1 т металла необходимо затратить ее в размере 17000 кВт·час.The consumption of necessary electric energy in relation to similar costs, but when performing the classical method, is insignificant - 300-500 kW · h per one ton of the final product. When carrying out electrolysis using cryolite melts to obtain 1 ton of metal, it is necessary to spend it in the amount of 17,000 kW · h.
К характерным особенностям протекания процесса получения гранул алюминия из исходного сырьевого материала следует отнести то, что из-за протекающих в толще придонного слоя экзотермических реакций температура в нем в ходе осуществления обработки повышается до значений 40-45°С (незначительный нагрев).The characteristic features of the process of obtaining aluminum granules from the initial raw material include the fact that due to exothermic reactions occurring in the thickness of the near-bottom layer, the temperature in it rises to 40-45 ° С during processing (slight heating).
Установка емкости 3 в сквозном пазу «Б» магнитного генератора и применение ее в качестве своеобразного мостика - т.е. соединительного замыкающего звена используемой для создания физического поля системы, обеспечивает возможность формирования в ее внутренней полости полей с максимально возможными в этих условиях значениями получаемой там их напряженности. Это гарантирует получение там максимально благоприятных условий для совершения процессов преобразования исходных рудных соединений непосредственно в металл, осаждаемый на дне емкости 3 в ходе осуществления обработки.Installing the
Далее процесс выполнения предлагаемого способа иллюстрируется с помощью ряда приводимых ниже примеров.Further, the process of performing the proposed method is illustrated using a number of examples below.
Пример 1. В цилиндрическую емкость объемом 5 л закладывались частицы глинозема - обогащенная по окиси алюминия руда, полученные размолом на шаровой мельнице и имеющие дисперсность 0,02-1,0 мм; (содержание Al2O3 - 87%). После размола частицы проходили подсушку в жарочном шкафу при температуре 150°С в течение 30 мин.Example 1. In a cylindrical container with a volume of 5 l were laid particles of alumina - ore enriched in aluminum oxide, obtained by grinding in a ball mill and having a dispersion of 0.02-1.0 mm; (Al 2 O 3 content is 87%). After grinding, the particles were dried in an oven at a temperature of 150 ° C for 30 minutes.
После закладки пылевидной массы частиц глинозема, исходный объем которой составил 20% от всего объема технологической емкости 3, последняя устанавливалась в сквозной паз "Б" генератора переменного магнитного поля. Перед началом включения генератора засыпанный в емкость сырьевой материал перемешивался с воздухом с помощью вводимой в полость емкости механической мешалки (на чертеже не показана).After laying the pulverized mass of alumina particles, the initial volume of which amounted to 20% of the total volume of
После завершения указанных выше переходов осуществлялось подключение обмоток-катушек 2 генератора к соответствующим фазам внешнего источника питания; а установленный на дне емкости 3 перфорированный патрубок 6 соединялся с подающей сжатый воздух магистралью. Подача сжатого воздуха в емкость осуществлялась под избыточным давлением 0,1 кгс/см2.After completing the above transitions, the windings-coils of the
Замеренная в зоне обработки с помощью датчика Холла и измерительного моста напряженность магнитного поля составляла 5,5×103 А/М. Частота переменного магнитного поля находилась в пределах 70 Гц.The magnetic field strength measured in the processing zone using the Hall sensor and the measuring bridge was 5.5 × 10 3 A / M. The frequency of the alternating magnetic field was within 70 Hz.
Время обработки до наступления такого момента, когда полученная ранее взвесь полностью не осела на дно емкости 3, составило 4 мин.The processing time until the moment when the previously obtained suspension did not completely settle on the bottom of the
По окончании процесса получения алюминия на дне емкости сформировались гранулы металла с габаритами от 2 до 4 мм. Кроме этих гранул, на дне емкости был получен мелкозернистый осадок серовато-голубого цвета.At the end of the process of producing aluminum, metal granules with dimensions from 2 to 4 mm were formed at the bottom of the tank. In addition to these granules, a gray-blue precipitate was obtained at the bottom of the tank.
Чистота алюминия в гранулах составила 99,9992% (т.е. он соответствует категории химически чистый). Выход его из использованной в ходе проведения процесса сырьевой массы достигал 41,5%.The purity of aluminum in the granules was 99.9992% (i.e., it corresponds to the category of chemically pure). Its output from the raw material used during the process reached 41.5%.
Полученные порошковые отходы содержали в своем составе соединения Mg; Si и твердый углерод С.The resulting powdery waste contained Mg compounds; Si and solid carbon C.
Количество такого полученного в конце цикла обработки порошка было равным 12% относительно принятой за исходную всей массы рудного материала.The amount of such a powder obtained at the end of the treatment cycle was 12% relative to the initial total weight of the ore material.
Выделенные в процессе получения металла газообразные продукты выводились в окружающую атмосферу.Gaseous products isolated during metal production were discharged into the surrounding atmosphere.
Пример 2. При тех же самых условиях осуществлялось получение металла из необогащенного сырья, в качестве которого использовался содержащий глину минерал алунит. Содержание соединений алюминия в нем составляло 38%. Как и в вышеуказанном примере, перед процессом обработки исходная сырьевая масса размалывалась до получения частиц с размерами 0,02-1,0 мм; а затем подсушивалась при 120°С в течение 50 минут. Объем загружаемой руды составлял 40% от объема емкости. Обработка осуществлялась при напряженности магнитного поля, составляющей 1×106 а/м и частоте его, равной 40 Гц. Избыточное давление подаваемого на дно емкости 3 сжатого воздуха было равным 0,6 кгс/см2.Example 2. Under the same conditions, the metal was obtained from non-enriched raw materials, for which the clay-containing mineral alunite was used. The content of aluminum compounds in it was 38%. As in the above example, before the processing process, the initial raw material mass was ground to obtain particles with sizes of 0.02-1.0 mm; and then dried at 120 ° C for 50 minutes. The volume of loaded ore was 40% of the capacity. Processing was carried out at a magnetic field strength of 1 × 10 6 a / m and a frequency of 40 Hz. The excess pressure supplied to the bottom of the
Время обработки составило 1 минуту.Processing time was 1 minute.
В итоге ее проведения на дне емкости 3 из исходной взвеси были высаждены гранулы металла 5 с размерами от 0,5 до 1,5 мм. Выход металла из использованной для его получения сырьевой массы составил 18,4%.As a result of its holding, at the bottom of the
Объем полученных отходов в виде зернистого порошка темно-серого цвета, включающего соединения K, Na, S, составил 18,9%; остальное - выделенные в процессе обработки и ушедшие в окружающую атмосферу газообразные продукты.The volume of waste obtained in the form of a dark gray granular powder, including compounds K, Na, S, was 18.9%; the rest is gaseous products released during processing and released into the surrounding atmosphere.
Чистота полученного алюминия составила 98,12%, что соответствует требованиям, предъявляемым к алюминию деформируемому марки АД 33 (по норме содержания металла в нем 95,85-98,6%).The purity of the obtained aluminum was 98.12%, which corresponds to the requirements for wrought aluminum of grade AD 33 (at a metal content rate of 95.85-98.6%).
Пример 3. Для осуществления предлагаемого способа использовались необогащенные бокситы с содержанием Al2O3 в сырье, равным 41%. После размола с получением частиц с габаритами 0,02 - 1,0 мм и просушки при 140°С в течение 40 мин, из указанных частиц во внутренней полости емкости 3 была сформирована соответствующая воздушная взвесь в количестве, равном 30% от объема емкости. Взвесь проходила обработку в установочном пазу "Б" контура применяемого магнитного генератора. Избыточное давление подаваемого в емкость сжатого воздуха соответствовало 0,3 кгс/см, напряженность переменного магнитного поля в зоне обработки была равной 5,0×105 а/м; частота его соответствовала 50 Гц. Время выполнения обработки составило 3,0 минуты. Осевшие на дно емкости гранулы металла имели габаритные размеры от 1 до 2,5 мм; количество полученного из сырьевой массы металлического алюминия достигло значения в 20,8%.Example 3. For the implementation of the proposed method used unenriched bauxite with a content of Al 2 O 3 in raw materials equal to 41%. After grinding to obtain particles with dimensions of 0.02-1.0 mm and drying at 140 ° C for 40 minutes, a corresponding air suspension in an amount equal to 30% of the volume of the container was formed from these particles in the internal cavity of the
Степень его чистоты составила 98,91%; (что соответствует показателям алюминия технического марки АД - 98,8%).The degree of purity was 98.91%; (which corresponds to indicators of aluminum of the technical grade AD - 98.8%).
Кроме металлических гранул в емкости сформировался мелкозернистый осадок светло-серого цвета, объем которого составил 14,4% относительно используемой массы рудного материала. В состав его входили соединения Si; Fe; Ca.In addition to metal granules, a fine-grained light-gray precipitate formed in the tank, the volume of which amounted to 14.4% relative to the used mass of ore material. Its composition included Si compounds; Fe; Ca.
Остальную же часть этого обработанного объема сырья составили полученные в ходе ее проведения выделившиеся из него газообразные продукты. Их вывод осуществлялся в наружную атмосферу.The rest of this processed volume of raw materials was constituted by gaseous products released from it. Their conclusion was carried out into the outdoor atmosphere.
Пример 4. Для получения металлического алюминия была использована необогащенная глиняная руда - каолинит, с содержанием Al2O3, равным 48%. После осуществления ее размола на частицы с габаритами 0,02÷1,0 мм и просушки при 130°С в течение 35 минут; из указанного выше материала в емкости 3 с объемом 5 литров была сформирована взвесь из такого рода частиц глины и воздуха. Объем помещенного в емкость сырья составлял 35% от ее объема.Example 4. To obtain metallic aluminum was used unenriched clay ore - kaolinite, with an Al 2 O 3 content of 48%. After the implementation of its grinding into particles with dimensions of 0.02 ÷ 1.0 mm and drying at 130 ° C for 35 minutes; from the above material in a
Полученная взвесь проходила обработку в используемом для ее осуществления магнитном контуре при напряженности магнитного поля, составляющей 3,6×104 а/м и частоте его в 60 Гц.The resulting suspension was processed in the magnetic circuit used for its implementation with a magnetic field strength of 3.6 × 10 4 a / m and a frequency of 60 Hz.
Давление подаваемого в емкость сжатого воздуха было равным 0,5 кгс/см2. Время обработки составило 2 минуты. В ходе осуществления получения алюминия из воздушной взвеси глиняных частиц было установлено, что количество осажденного на дне емкости металла составило 23,6%. Количество выпавшего вместе с гранулами серого цвета осадка достигало значения 20,6%. Сам этот осадок содержал соединения Si; Fe; Ca, Mg, С. Остальную часть от исходного количества использованной руды составили газообразные продукты, выделившиеся в атмосферу.The pressure supplied to the container of compressed air was equal to 0.5 kgf / cm 2 . Processing time was 2 minutes. During the production of aluminum from an air suspension of clay particles, it was found that the amount of metal deposited at the bottom of the tank was 23.6%. The amount of precipitate together with the gray granules reached 20.6%. This precipitate itself contained Si compounds; Fe; Ca, Mg, C. The remainder of the original amount of ore used was composed of gaseous products released into the atmosphere.
Чистота полученного алюминия составила 99,91%, что соответствует требованиям, предъявляемым по этому показателю к алюминию техническому марки АД - 98,8%. Размер полученных металлических гранул составлял от 0,7 до 3,2 мм.The purity of the obtained aluminum was 99.91%, which corresponds to the requirements for this indicator for aluminum of the technical grade AD - 98.8%. The size of the obtained metal granules ranged from 0.7 to 3.2 mm.
Отделение гранул металла от осевшего совместно с ним осадка во всех представленных вариантах осуществляется пропуском этой осажденной в придонной части емкости 3 массы через обыкновенное калибровочное сито с соответствующими размерами имеющихся у него ячеек.The separation of the metal granules from the precipitate settled together with it in all the presented variants is carried out by passing this mass deposited in the bottom part of the
Из представленных выше примеров видно, что получение алюминия в соответствии с предлагаемым способом может осуществляться как с применением обогащенного (глинозем), так и необогащенного содержащего глину рудного сырья (каолинит, бокситы, алунит и т.д.).From the above examples, it is seen that the production of aluminum in accordance with the proposed method can be carried out using both enriched (alumina) and unenriched clay-containing ore raw materials (kaolinite, bauxite, alunite, etc.).
И в том, и в другом случае процентное содержание получаемого из него алюминия достигает достаточно существенных количеств, что позволяет считать предложенный способ максимально эффективным для применения в целях его дальнейшего использования непосредственно в самом промышленном производстве.In both cases, the percentage of aluminum obtained from it reaches quite significant quantities, which allows us to consider the proposed method as efficient as possible for its further use directly in the industrial production itself.
Процесс выделения металла из исходного сырья осуществляется при комнатной температуре и давлении, либо равном атмосферному, либо отличающемся от него лишь на незначительную величину.The process of metal extraction from the feedstock is carried out at room temperature and pressure, either equal to atmospheric or different from it only by a negligible amount.
Применяемое для осуществления предложенного способа устройство изображено на фиг.1.Used to implement the proposed method, the device is shown in figure 1.
Предлагаемое устройство включает в состав:The proposed device includes:
Поз.1 - магнитопроводящие элементы, образующие прямоугольный контур генератораPos.1 - magnetically conductive elements forming a rectangular contour of the generator
Поз.2 - обмотки-катушки, выполняющие функции соленоида, генерирующего переменное магнитное полеPos.2 - winding coils that perform the functions of a solenoid generating an alternating magnetic field
Поз.3 - емкость для проведения обработки, помещаемой туда воздушной взвесиPos.3 - capacity for processing, placed there air suspension
Поз.4 - частицы глины, образующие обрабатываемую воздушную взвесьPos. 4 - clay particles forming a processed air suspension
Поз.5 - полученные при обработке гранулы металлического алюминияPos.5 - obtained when processing granules of aluminum metal
Поз.6 - перфорированный патрубок, используемый для подачи сжатого воздуха в придонный "кипящий слой"Pos.6 - perforated pipe used to supply compressed air to the bottom "fluidized bed"
Поз.7 - отверстия перфорации в стенках патрубка 6 для вывода струй сжатого воздуха в толщу придонного осадкаPos. 7 - perforation holes in the walls of the
Поз.8 - крышка для изоляции внутренней полости емкости 3 от окружающей ее атмосферыPos.8 - cover for isolating the internal cavity of the
Буква Б - сквозной паз в элементе 1 магнитного генератора для монтажа в нем емкости 3Letter B - the through groove in the
Буква а - образующиеся при установке емкости 3 воздушные монтажные зазорыLetter a - 3 air mounting clearances formed when the tank is installed
Буква Д - пространственный эллипсоид, формируемый в процессе колебательного углового перемещения, генерируемого в устройстве результирующего вектора суммарного магнитного потокаThe letter D is a spatial ellipsoid formed in the process of oscillatory angular displacement generated in the device of the resulting vector of the total magnetic flux
Буква Р - направление силы давления, развиваемого при подаче в патрубок 6 сжатого воздуха, поступающего из центральной подающей магистрали.The letter P is the direction of the pressure force developed when compressed air is supplied to the
Работа предлагаемого устройства в процессе получения металла протекает следующим образом:The work of the proposed device in the process of obtaining metal proceeds as follows:
В самом начале выполнения этой операции в разрыв элемента 1 генерирующего контура производится установка емкости 3, которая заполнена воздушной взвесью из частиц глины 4. Монтаж емкости осуществляется в предусмотренном для этого сквозном пазу "Б" используемого для обработки генератора (см. фиг.1). Выходу воздушной взвеси в окружающую емкость 3 атмосферу препятствует крышка 8, перекрывающая ее внутреннюю полость и ликвидирующая возможность ее прямого сообщения с внешней средой.At the very beginning of this operation, a
После монтажа емкости производится подключение перфорированного патрубка 6 к питающей его сжатым воздухом воздушной магистрали. Например, при помощи гибкого рукава с быстроразъемным креплением (на чертеже не показаны).After the installation of the tank, the
После завершения установки емкости 3 между ее стенками и торцевыми поверхностями разорванного пазом "Б" элемента 1 образуются воздушные промежутки, обозначаемые буквами "а". После всего этого все три обмотки-катушки 2 подключаются к соответствующим фазам внешнего источника питания (на чертеже не показан), и на них в итоге поступает переменный электрический ток.After the installation of the
Конкретные его параметры (сила тока; напряжение; частота), обеспечивающие соответствие заданным технологией режимам обработки, регулируются при помощи входящего в состав внешнего источника питания блока управления (на чертеже не показан).Its specific parameters (current strength; voltage; frequency), ensuring compliance with the processing conditions specified by the technology, are regulated using the control unit included in the external power supply (not shown in the drawing).
Выполняющие функции соленоидов, обмотки-катушки 2 после подачи на них питания, формируют свои, индивидуальные магнитные поля. Каждое из них через магнитопроводящие элементы 1 суммируется с соседними, создавая за счет этого единое суммарное поле.Performing the functions of the solenoids, the winding
По телу контура в ходе совершения этой операции пробегает магнитный поток, который "утыкается" в искусственно созданный в зоне установки емкости 3 воздушный разрыв (паз "Б" - см. фиг.1).During the course of this operation, a magnetic flux runs through the body of the circuit, which "sticks" into the air gap artificially created in the installation zone of capacity 3 (groove "B" - see Fig. 1).
Стремясь соединить разорванные с помощью последнего отдельные половины контура в единое целое, такой магнитный поток совершает "проскок" через этот появившийся на его пути промежуток.In an effort to connect the individual halves of the circuit, torn with the help of the latter, into a single whole, such a magnetic flux makes a “slip” through this gap that appears on its path.
В процессе преодоления последнего этот поток неминуемо проходит через внутреннюю полость емкости 3, которая находится непосредственно в самой зоне совершаемого им перехода. В силу наличия такого обстоятельства емкость 3 с помещенной туда взвесью глиняных частиц 4 выполняет функцию замыкающего соединительного звена в генерирующем переменное магнитное поле контуре, так как при этом вольно или невольно соединяет в единое целое обе его половины.In the process of overcoming the latter, this flow inevitably passes through the internal cavity of the
Пересекая внутренний объем емкости 3, суммарный мощный магнитный поток оказывает интенсивно протекающее воздействие на частицы глины 4, а так же на окружающие их слои молекулы заполняющих объем емкости 3 газов. Так как магнитное поле, создаваемое в таком контуре, формируется тремя отдельными обмотками, то оно ввиду наличия имеющихся на разных фазах питания последних угловых сдвигов, в силу этого получается не только переменным, но еще и "вращающимся".Crossing the internal volume of the
В итоге создаваемый непосредственно в самой зоне обработки результирующий вектор магнитного потока будет совершать угловые колебательные перемещения сразу же во всех трех пространственных координатах, меняя при этом свою величину (т.е. с частотой 40-70 Гц).As a result, the resulting magnetic flux vector created directly in the processing zone itself will make angular oscillatory movements immediately in all three spatial coordinates, changing its value (i.e., with a frequency of 40-70 Hz).
Если за определенный промежуток времени соединить точки нахождения его концов с помощью кривых, то полученная фигура будет наиболее близка к пространственному эллипсоиду (см. зону "Д" на фиг.1).If for a certain period of time we connect the points of finding its ends using curves, then the resulting figure will be closest to the spatial ellipsoid (see zone "D" in figure 1).
Под действием неизбежно возникающих при его появлении целой серии "толчков" и "ударов", активируются как молекулы составляющих частицы 4 взвеси окиси алюминия, так и содержащих углерод газов из числа входящих в атмосферу (СО2; СО; СН4).Under the influence of a whole series of “shocks” and “shocks” that inevitably occur when it appears, both molecules of particles 4 of suspended alumina and carbon-containing gases from the atmosphere (CO 2 ; CO; CH 4 ) are activated.
Получившие мощную энергетическую "накачку" и те, и другие образуют заряженные ионы, вступающие во взаимодействие, с формированием новых газовых соединений и выделением алюминия в виде кристалликов металла. Полученные газы выходят в атмосферу, а кристаллики алюминия оседают под действием сил гравитации на дно емкости 3.Having received a powerful energy "pumping" both of them form charged ions that enter into interaction with the formation of new gas compounds and the release of aluminum in the form of metal crystals. The resulting gases are released into the atmosphere, and aluminum crystals are deposited under the influence of gravity to the bottom of the
Так как они, а так же затянутые туда же при опускании в эту область кристалликов металла частички глины 4 попадают в зону влияния истекающих из отверстий 7 патрубка 6 струй воздуха, и те, и другие начинают совершать колебательное перемещение в толще донного осадка. Процесс выделения металла из частиц сырья 4 при этом существенно интенсифицируется, и мелкие центры кристаллизации, попавшие на дно, разрастаются до крупных гранул 5 (см. фиг.1).Since they, as well as clay particles 4 pulled into the same region when lowering metal crystals into this region, fall into the zone of influence of air jets flowing from the
Процесс протекает до тех пор, пока из всего объема сырья не будет извлечен присутствующий в нем алюминий. Не содержащий этот металл остаток породы будет заполнять пространство между гранулами 5, а так же покрывать их сверху.The process proceeds until the aluminum present in it is extracted from the entire volume of the raw material. The rock residue not containing this metal will fill the space between
Полученное во внутреннем объеме емкости 3 небольшое избыточное давление воздуха будет спускаться в атмосферу благодаря наличию сквозных щелей (на чертеже не показаны), возникших в процессе установки крышки 8 на открытую верхнюю часть емкости 3. Величина этих зазоров (0,005-0,01 мм) обеспечивает свободный проход полученных в ходе протекающих восстановительных реакций газообразных продуктов, и излишних объемов самого применяемого сжатого воздуха.Obtained in the internal volume of the
Визуально сам момент окончания процесса обработки можно легко определить, опираясь на повышение степени прозрачности помещаемой во внутреннюю полость емкости 3 воздушной взвеси.Visually, the very moment of the end of the processing process can be easily determined based on an increase in the degree of transparency of the
По окончанию процесса полной переработки помещенного туда глиняного сырья 4, она становится полностью прозрачной, так как все ранее заполнявшие ее частицы в конечном итоге попадают на дно, образуя там либо гранулы, либо зерна порошка из отходов.At the end of the process of complete processing of the clay raw material 4 placed there, it becomes completely transparent, since all the particles that previously filled it ultimately fall to the bottom, forming either granules or powder grains from the waste there.
Однако создающиеся под крышкой 8 сквозные каналы для вывода избыточных объемов газообразных средств являются в то же время и барьером, не пропускающим частицы глины 4 в окружающую емкость наружную среду. Их габаритные размеры недостаточно велики, чтобы позволить осуществляться такому переходу (габариты частиц глины во взвеси 0,02-1,0 мм, что меньше создающегося между крышкой 8 и стенками емкости щелевых каналов 0,005-0,01 мм).However, through channels created under the
С этой же целью можно использовать конструкцию герметично закрытой со всех сторон емкости; имеющую наглухо задраиваемую крышку-люк с уплотнением по всему периметру ее контакта в местах стыковки со стенками емкости в ее верхний части (на чертеже не показано). В этом случае отвод избыточно получаемых во внутренней полости газов может производиться через проходящий через стенки емкости насквозь патрубок-фильтр, имеющий внутри плотно уложенную волокнистую набивку, образующую между нитями заполнителя точно такие же улавливающие сырье зазоры (на чертеже не показано). И в том, и в другом случае достигается требуемый технический эффект.For the same purpose, you can use the design hermetically sealed on all sides of the tank; having a tightly tuckable manhole cover with a seal around the entire perimeter of its contact at the junctions with the walls of the tank in its upper part (not shown in the drawing). In this case, the exhaust of excess gases produced in the internal cavity of the gas can be carried out through a filter pipe passing through the walls of the tank, having a tightly packed fibrous packing inside, forming exactly the same gaps between the filler threads (not shown). In both cases, the required technical effect is achieved.
По завершению процесса обработки, длительность которого составляет 1-4 минуты; перфорированный патрубок 6 отключается от подающей сжатый воздух магистрали (например, с помощью выключения питающего ее компрессора или перекрытием соответствующего запорного вентиля - на чертеже не показаны).Upon completion of the processing process, the duration of which is 1-4 minutes;
Одновременно с этим отсоединяются от источника внешнего питания обмотки-катушки 2. После всего этого емкость 3 с накопленным на ее дне готовым продуктом - гранулами алюминия 5 и порошком из отходов, извлекается из сквозного паза "Б" контура магнитного генератора.At the same time, the windings of the
С нее снимается крышка 8, и полученные в нем продукты высыпаются на калибровочное сито, (на чертеже не показано). С помощью его отделяются более крупные гранулы металла 5 от более мелких зерен порошка-отхода. После завершения и этого перехода устройство вновь становится пригодным для дальнейшего повторения нового цикла обработки.The
Учитывая все изложенное выше, можно прийти к следующему заключению.Given all of the above, we can come to the following conclusion.
Использование предлагаемого способа получения металлического алюминия, а так же применяемого вместе с ним устройства, обеспечивает существенное уменьшение количества потребляемой электрической энергии. Т.е. применение последних создает условия для уменьшения ее расхода в 30-50 раз по отношению к необходимому для выполнения процесса электролиза расплавов его соединений, содержащих добавки фтористых солей.Using the proposed method for producing metallic aluminum, as well as the device used with it, provides a significant reduction in the amount of electrical energy consumed. Those. the use of the latter creates conditions for reducing its consumption by 30-50 times in relation to the necessary for the process of electrolysis of the melts of its compounds containing additives of fluoride salts.
В случае осуществления такого рода предлагаемого выше процесса отпадает необходимость использования веществ и материалов, попадание которых в атмосферу может привести к загрязнению окружающей это производство среды, и нанести вред здоровья человека.In the case of the implementation of this kind of the process proposed above, there is no need to use substances and materials, the ingress of which into the atmosphere can lead to environmental pollution of this production environment and harm human health.
Кроме того, в отличие от известных способов, для такого рода производства металла могут применяться руды, содержащие любые возможные формы, имеющиеся в природе, соединений алюминия, как обогащенные, так и в своем первозданном "сыром" виде.In addition, in contrast to known methods, for this kind of metal production, ores containing any possible forms found in nature, aluminum compounds, both enriched and in its original "raw" form, can be used.
В случае использования прошедших операцию обогащения глиноземов, получаемый в ходе осуществления обработки в соответствии с предложенным способом металл обладает настолько высокой чистотой, что его можно отнести к категории "химически чистый".In the case of using alumina enriched in operation, the metal obtained during processing in accordance with the proposed method has such a high purity that it can be classified as "chemically pure".
Применяемое в ходе обработки сырья в соответствии с предлагаемым способом устройство отличается простотой конструктивного исполнения, и вследствие этого, высокой надежностью в эксплуатации.Used in the processing of raw materials in accordance with the proposed method, the device is notable for its simplicity of design and, as a result, high reliability in operation.
В ходе осуществления предлагаемого процесса в качестве исходного сырьевого материала для получения металла может использоваться широкая гамма содержащих окись алюминия глин, которые ранее никогда не рассматривались в качестве пригодной для реализации этой цели промышленной руды.During the implementation of the proposed process, a wide range of alumina-containing clays, which have never been considered as suitable for the implementation of this goal of industrial ore, can be used as the starting raw material for metal production.
Внедрение такого процесса и применяемого в ходе его выполнения устройства в производство не требует привлечения существенных капиталовложений и не связано с необходимостью использования заметных трудовых затрат, а также длительных сроков времени, необходимых для осуществления подготовки производства.The introduction of such a process and the device used during its execution does not require significant capital investments and is not associated with the need to use significant labor costs, as well as the long lead times required for the preparation of production.
Применяемые в предлагаемом устройстве материалы и узлы использованы из числа широко распространенных для получения разного рода оборудования, уже нашедшего применение для осуществления похожих на предложенную технологий. В ходе длительного использования в реальном производственном цикле последние доказали свою высокую эксплуатационную надежность, а также хорошую ремонтопригодность.The materials and components used in the proposed device were used from among those widely used to obtain various kinds of equipment that have already found application for implementing technologies similar to the proposed one. During prolonged use in a real production cycle, the latter have proven their high operational reliability, as well as good maintainability.
Полученные же в ходе осуществления предлагаемого способа отходы могут найти дальнейшее применение в промышленном производстве в качестве необходимого для него строительного материала.The waste obtained during the implementation of the proposed method can be further used in industrial production as a building material necessary for it.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011108328/02A RU2476612C2 (en) | 2011-03-03 | 2011-03-03 | Method for obtaining metallic aluminium from air suspension of clay particles, and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011108328/02A RU2476612C2 (en) | 2011-03-03 | 2011-03-03 | Method for obtaining metallic aluminium from air suspension of clay particles, and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011108328A RU2011108328A (en) | 2012-09-10 |
| RU2476612C2 true RU2476612C2 (en) | 2013-02-27 |
Family
ID=46938569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011108328/02A RU2476612C2 (en) | 2011-03-03 | 2011-03-03 | Method for obtaining metallic aluminium from air suspension of clay particles, and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2476612C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529264C1 (en) * | 2013-08-09 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Aluminium production method |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2330772A1 (en) * | 1975-11-07 | 1977-06-03 | Reynolds Metals Co | Carbothermic prodn. of aluminium from aluminium oxide - giving a prod with low aluminium carbide content |
| US4533386A (en) * | 1984-03-27 | 1985-08-06 | Process Development Associates, Inc. | Process for producing aluminum |
| RU2170278C2 (en) * | 1999-02-16 | 2001-07-10 | Общеобразовательный лицей № 1 | Method of production of primary aluminum and device for realization of this method |
| RU2173727C2 (en) * | 1995-11-02 | 2001-09-20 | Индустриконтакт, Инг. О. Эллингсен Энд Ко. | Method of preparing metals such as aluminium, magnesium silicon of the like from metal oxide compounds |
| US6440193B1 (en) * | 2001-05-21 | 2002-08-27 | Alcoa Inc. | Method and reactor for production of aluminum by carbothermic reduction of alumina |
| RU2301842C2 (en) * | 2003-03-06 | 2007-06-27 | Алкоа Инк. | Method and reactor for production of aluminum by carbothermal reduction of aluminum oxide |
-
2011
- 2011-03-03 RU RU2011108328/02A patent/RU2476612C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2330772A1 (en) * | 1975-11-07 | 1977-06-03 | Reynolds Metals Co | Carbothermic prodn. of aluminium from aluminium oxide - giving a prod with low aluminium carbide content |
| US4533386A (en) * | 1984-03-27 | 1985-08-06 | Process Development Associates, Inc. | Process for producing aluminum |
| RU2173727C2 (en) * | 1995-11-02 | 2001-09-20 | Индустриконтакт, Инг. О. Эллингсен Энд Ко. | Method of preparing metals such as aluminium, magnesium silicon of the like from metal oxide compounds |
| RU2170278C2 (en) * | 1999-02-16 | 2001-07-10 | Общеобразовательный лицей № 1 | Method of production of primary aluminum and device for realization of this method |
| US6440193B1 (en) * | 2001-05-21 | 2002-08-27 | Alcoa Inc. | Method and reactor for production of aluminum by carbothermic reduction of alumina |
| RU2301842C2 (en) * | 2003-03-06 | 2007-06-27 | Алкоа Инк. | Method and reactor for production of aluminum by carbothermal reduction of aluminum oxide |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529264C1 (en) * | 2013-08-09 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Aluminium production method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011108328A (en) | 2012-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101735425B1 (en) | System and method for aluminium black dross recycling | |
| KR101063799B1 (en) | Magnesium production apparatus and magnesium production method using the same | |
| KR101629598B1 (en) | Method for processing slags of non-ferrous metallurgy | |
| Tangstad | Ferrosilicon and silicon technology | |
| Habashi | Extractive metallurgy of aluminum | |
| CA2981243A1 (en) | Improved slag from non-ferrous metal production | |
| Li et al. | Decomposition of mixed rare earth concentrate by NaOH roasting and kinetics of hydrochloric acid leaching process | |
| WO2012049696A1 (en) | Process and reactor for the plasma transformation of powdery by-products of bauxite processing into a solid, inert and compact product | |
| RU2476612C2 (en) | Method for obtaining metallic aluminium from air suspension of clay particles, and device for its implementation | |
| EP3554998B1 (en) | Process for the production of commercial grade silicon | |
| CN109110789B (en) | Method for preparing beryllium fluoride and method for preparing ultra-pure metallic beryllium | |
| US3723608A (en) | Production of phosphorus | |
| RU2484155C2 (en) | Method of producing metallic copper from air suspension of copper pyrite particles and device to this end | |
| US4481031A (en) | Manufacture of aluminium-silicon alloys | |
| CN202229617U (en) | Electromagnetic stirring device for zinc-aluminum alloy smelting furnace | |
| CN100556805C (en) | The industrialized preparing process of high-purity magnesium olivine crystal material | |
| RU2484144C2 (en) | Method of producing iron from air suspension of particles of iron-containing ore and apparatus for realising said method | |
| RU2501870C2 (en) | Production of aluminium metal from water suspension of clay particles and device to this end | |
| RU2528941C2 (en) | Method of producing metal titanium and device to this end | |
| RU2493099C2 (en) | Method of obtaining graphite and based on it composites from water suspension of particles of carbon-containing materials and device for its realisation | |
| RU2479486C2 (en) | Method of producing graphite from air suspension of coal particles and apparatus for realising said method | |
| RU2521175C2 (en) | Iron production from water suspension of particles of iron compounds ore and device to this end | |
| Kjellgren | The production of beryllium oxide and beryllium copper | |
| Kurbanov et al. | New Technologies and Equipment for Smelting Technical Silicon | |
| RU2467950C1 (en) | Method of producing aluminosilicates and silicon from air suspension of sand particles and apparatus for realising said method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130304 |