RU2478126C2 - Способ производства алюминия металлотермическим восстановлением - Google Patents
Способ производства алюминия металлотермическим восстановлением Download PDFInfo
- Publication number
- RU2478126C2 RU2478126C2 RU2010145493/02A RU2010145493A RU2478126C2 RU 2478126 C2 RU2478126 C2 RU 2478126C2 RU 2010145493/02 A RU2010145493/02 A RU 2010145493/02A RU 2010145493 A RU2010145493 A RU 2010145493A RU 2478126 C2 RU2478126 C2 RU 2478126C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnesium
- aluminum
- reactor
- chloride
- aluminium
- Prior art date
Links
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
- C22B21/0038—Obtaining aluminium by other processes
- C22B21/0046—Obtaining aluminium by other processes from aluminium halides
-
- 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
- C22B21/04—Obtaining aluminium with alkali metals earth alkali metals included
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу производства алюминия металлотермическим восстановлением его из хлорида алюминия магнием. Способ включает подачу исходных хлорида алюминия и щелочноземельного металла-восстановителя в газообразном виде, проведение металлотермического восстановления алюминия и его выпуск. В качестве щелочноземельного металла-восстановителя используют магний, исходные вещества в газообразном виде подают в реактор в потоках инертного газа, при этом восстановление производят при температуре от 900 до 1150°С, суммарном давлении газовой фазы от 0,01 до 5 ат и соотношении масс хлорида алюминия и магния при подаче их в реактор, составляющем 3,69:1. Алюминий и хлорид магния выпускают из реактора в расплавленном жидком состоянии. Обеспечивается упрощение процесса получения алюминия, возможность его автоматизации, достижение высокой производительности и низких капитальных и производственных затрат.
Description
В алюминиевой промышленности применяется получение алюминия электролизом криолито-глиноземных расплавов. Электрохимические аппараты и, в частности, электролизеры обладают весьма низкими показателями коэффициента использования полезного объема, так как рабочие процессы протекают не во всем объеме реактора, а только на поверхностях электрод-электролит. В методе Эру-Холла «полезную» работу выполняет только один электрод-катод. В результате электролизеры отличаются весьма небольшой производительностью, не более 3-4 тонн в сутки. Алюминиевые заводы оснащаются поэтому сотнями и тысячами электролизеров, занимают большие площади и отличаются высоким уровнем капитальных затрат при их сооружении.
Электролизеры в силу конструктивных особенностей не герметичны, а процесс сопровождается эмиссией в атмосферу фторидов натрия, алюминия, водорода, канцерогенных полиароматических соединений, а также больших объемов парниковых газов, и, в частности, диоксида углерода. По изложенным причинам процесс получения алюминия электролизом криолито-глиноземных расплавов является архаичным и не отвечающим ни распространенности алюминия в земной коре (первое место среди всех металлов), ни уникальному набору его физических и конструкционно-технических свойств.
Известны классические решения по металлотермическим способам получения алюминия восстановлением его из хлорида алюминия калием (Велер, 1828 г) или натрием (С.К.Девиль, 1854 г.) по реакции:
где М - щелочной металл.
К сожалению, для использования щелочных металлов по реакции (1) требуется слишком высокий расход энергии, соответствующий, например, для натрия порядка 33 кВт·час на 1 кг алюминия.
Значительно лучше ситуация для применения в качестве восстановителя щелоче-земельного металла, например, магния:
Особенно при использовании магния, полученного не электролитическим, а металлотермическим путем. Например, при предварительном восстановлении магния из магнезита или доломита ферро-силицием по способу Пиджена. Расход энергии по реакции (2) не превысит тогда ~13 кВт·час/кг алюминия, что сопоставимо со значениями расхода в методе Эру-Холла и на этапе рождения магний-термического способа получения алюминия может считаться прекрасным показателем.
Ближайшим прототипом предложенного решения является процесс получения металлического титана восстановлением его из тетрахлорида металлическим магнием:
Восстановление алюминия из трихлорида магнием по реакции (2) представляет собой, однако, самостоятельную научную и инженерно-техническую задачу. К тому же процесс (3) является очень сложным, т.к. в нем участвуют хлориды титана различных валентностей этого металла, участники реакции находятся в различных агрегатных состояниях: хлориды титана в газообразном виде, магний и его хлорид - в жидких фазах, а титан в твердой.
Реакция (2), лежащая в основе изобретения, может быть значительно проще для исполнения, чем реакция (3) прототипа магнийтермического восстановления титана. Парадоксально, что для этого в способе производства алюминия восстановлением его магнием из трихлорида нужны более высокие температуры и давления.
В самом деле, магний как восстановитель имеет температуру кипения ~1103°-1107°С (упругость пара равна 1 ат) при температуре плавления 651°С. Из других участников реакции (2) алюминий плавится при 660°С. Для него характерен чрезвычайно широкий диапазон жидкого состояния с температурой кипения 2497°С, т.е. при температурах кипения магния (~1107°С) алюминий практически совершенно не испаряется. Хлорид магния плавится при 708-714°С и кипит только при 1412-1417°С, т.е. имеет тоже относительно широкий температурный диапазон жидкого состояния. Наконец, трихлорид алюминия возгоняется при температуре 179,7°С и не имеет жидкого состояния при атмосферном давлении.
Таким образом, при температурах выше 1107°С исходные вещества - трихлорид алюминия и магний находятся в газообразном состоянии, а металлический алюминий и хлорид магния - в жидком, что удобно для организации непрерывного высокопроизводительного производства.
Процесс по реакции (2), как показывают результаты термодинамических расчетов, при температуре 1300 К (1027°С) характеризуется значениями энтальпии - 240 кДж и энергии Гиббса - 210 кДж, т.е. должен протекать самопроизвольно с выделением большого количества тепла.
Следует, однако, предостеречь от возможного излишне большого уровня скорости процесса восстановления в связи с высокой реакционной способностью газообразного магния и хлорида алюминия, перегретого в газообразном состоянии примерно на 900° и диссоциированного частично на монохлорид. К тому же реакция
где индексы «г» и «ж» отвечают газообразному и жидкому состоянию, по правилу Ле-Шателье и II Закону термодинамики в условиях повышенного давления будет иметь равновесие, значительно смещенное вправо. В кинетическом отношении реакция может протекать со взрывом и для возможностей гибкого управления ее скоростью исходные компоненты - хлорид алюминия и магний следует подавать в разделенных потоках инертного газа с температурой более низкой, чем будет поддерживаться в реакторе.
Процесс восстановления может выполняться уже при температуре 900°С, т.к. для этих условий упругость насыщенного пара магния существенна и составляет, например, для 927°С ~0,19 ат. В то же время подниматься значительно выше температуры кипения магния (1103-1107°С) нецелесообразно, т.к. это будет сопровождаться излишне высокими значениями скоростей процесса и можно установить верхним его пределом температуру в 1150°С.
Суммарное давление газовой фазы в реакторе определится в пределах от 0,01 ат до 5,0 ат при оптимальных парциальных давлениях хлорида алюминия и магния в газовой фазе, определяемых опытным путем. Предпочтительней ориентироваться на верхние значения суммарного давления, но до достижения взрывных пределов.
По составу газовой смеси, подаваемой на восстановление, можно следовать стехиометрическому соотношению масс по реакции (2), которое должно составлять при подаче в реактор массовых потоков трихлорида алюминия и магния как 3,69 к 1.
Возможности реализации заявленного изобретения не вызывают сомнений, так как подобное производство магнийтермическим способом титана из его тетрахлорида существует, а заявляемый способ получения алюминия обещает быть значительно более простым. К тому же магний является существенно более электроотрицательным металлом, чем алюминий. Энергозатраты могут быть весьма небольшими при получении магния восстановлением его из доломита или магнезита в комбинации с традиционным методом электролиза хлорида магния. Процесс к тому же является автогенным.
Способ, при котором в качестве исходных веществ используют газообразные хлорид алюминия и магний, а полученные продукты - хлорид магния и алюминий являются жидкостями, может быть реализован в герметичной аппаратуре. Он легко поддается автоматизации и не требует затрат ручного труда или использования механических устройств для обслуживания процесса. Высокий уровень экологических характеристик изобретения за счет применения герметичной аппаратуры представляется очевидным. В качестве футеровочных материалов могут использоваться графит, карбиды, нитриды, бориды, силициды и другие широко известные материалы современной техники и технологии высоких температур и агрессивных сред.
Одним из решающих преимуществ предложенного способа является возможность создания аппаратуры с высокой единичной производительностью, низкими капитальными и производственными затратами.
Литература
1. Kroll W.J. Pat USA №2205854, 1940 у.
2. Kroll W.J. Trans. Electrochem. Soc., 1940, v 78, p.35.
3. B.A.Гармата и др. Металлургия титана. М., Металлургия, 1968, 643 с.
4. А.Н.Зеликман, Г.А.Меерсон. Металлургия редких металлов. М., Металлургия, 1973, 607 с.
5. Справочник химика. // Под ред. Б.П.Никольского, т.II, «Химия», М., 1964,1168 с.
6. М.Джуа. История химии (с итальянского), М., 1975, 477 с.
7. Ветюков М.М., Цыплаков A.M., Школьников С.Н. Электрометаллургия алюминия и магния. М., «Металлургия», 1987, 320 с.
8. K.Grjotheim, Q.Zhuxian. Molten Salt Technology, v.II, Shenyang, China, 1991, 435 с.
9. B.A.Лебедев, В.И.Седых. Металлургия магния. Иркутск, 2010, 175 с.
Claims (1)
- Способ производства алюминия металлотермическим восстановлением, включающий подачу исходных хлорида алюминия и щелочноземельного металла-восстановителя в газообразном виде, проведение металлотермического восстановления алюминия и его выпуск, отличающийся тем, что в качестве щелочноземельного металла-восстановителя используют магний, исходные вещества в газообразном виде подают в реактор в потоках инертного газа, при этом восстановление производят при температуре от 900 до 1150°С, суммарном давлении газовой фазы от 0,01 до 5 ат и соотношении масс хлорида алюминия и магния при подаче их в реактор, составляющем 3,69:1, и выпускают из реактора алюминий и хлорид магния в расплавленном жидком состоянии.
Priority Applications (10)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010145493/02A RU2478126C2 (ru) | 2010-11-08 | 2010-11-08 | Способ производства алюминия металлотермическим восстановлением |
AU2011326897A AU2011326897A1 (en) | 2010-11-08 | 2011-09-06 | Method for producing aluminium by metallothermic reduction of trichloride with magnesium and apparatus for carrying out said method |
PCT/RU2011/000676 WO2012064220A1 (ru) | 2010-11-08 | 2011-09-06 | Способ получения алюминия металлотермическим восстановлением трихлорида магнием и устройство для его осуществления |
EP20110839007 EP2639320A4 (en) | 2010-11-08 | 2011-09-06 | PROCESS FOR PRODUCING ALUMINUM BY METALLO-THERMAL REDUCTION OF MAGNESIUM TRICHLORIDE, AND IMPLEMENTATION DEVICE |
JP2013537634A JP2014502307A (ja) | 2010-11-08 | 2011-09-06 | マグネシウムを用いた三塩化アルミニウムの金属熱還元によるアルミニウム製造方法及びその実施のための装置 |
KR1020127028895A KR101491891B1 (ko) | 2010-11-08 | 2011-09-06 | 마그네슘을 이용한 삼염화 알루미늄의 금속열 회수에 의해 알루미늄을 생산하는 방법 및 이의 실시 장치 |
US13/641,725 US20130036869A1 (en) | 2010-11-08 | 2011-09-06 | Method for producing aluminum by means of metallothermic recovery of aluminum trichloride with magnesium and a device for its realization |
CN2011800230756A CN102959104A (zh) | 2010-11-08 | 2011-09-06 | 用镁将三氯化铝进行金属热还原生产铝的方法及其实施装置 |
BR112013000737A BR112013000737A2 (pt) | 2010-11-08 | 2011-09-06 | método de produção de alumínio por redução metalotérmica com magnésio e dispositivo para efetuar o método referido |
CA2794546A CA2794546A1 (en) | 2010-11-08 | 2011-09-06 | A method for producing aluminium by means of metallothermic recovery of aluminum trichloride with magnesium and a device for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010145493/02A RU2478126C2 (ru) | 2010-11-08 | 2010-11-08 | Способ производства алюминия металлотермическим восстановлением |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010145493A RU2010145493A (ru) | 2012-05-20 |
RU2478126C2 true RU2478126C2 (ru) | 2013-03-27 |
Family
ID=46230160
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010145493/02A RU2478126C2 (ru) | 2010-11-08 | 2010-11-08 | Способ производства алюминия металлотермическим восстановлением |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2478126C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2583214C1 (ru) * | 2014-10-13 | 2016-05-10 | ООО "Современные химические и металлургические технологии" (ООО "СХИМТ") | Способ производства алюминия магнийтермическим восстановлением трихлорида алюминия |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT282210B (de) * | 1966-08-29 | 1970-06-25 | Conzinc Riotinto Ltd | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Aluminium und Aluminiumlegierungen |
SU456414A3 (ru) * | 1971-04-29 | 1975-01-05 | Апплайд Алюминиум Рисерч Корпорейшн (Фирма) | Способ получени алюмини из треххлористого алюмини восстановлением его металлическим марганцем |
US4769068A (en) * | 1986-12-24 | 1988-09-06 | Aluminum Company Of America | Process for production of aluminum by carbothermic production of alkaline earth metal aluminide and stripping of aluminum from alkaline earth metal aluminide with sulfurous stripping agent |
CN1196398A (zh) * | 1997-04-12 | 1998-10-21 | 钟正伟 | 热还原法生产金属铝 |
-
2010
- 2010-11-08 RU RU2010145493/02A patent/RU2478126C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT282210B (de) * | 1966-08-29 | 1970-06-25 | Conzinc Riotinto Ltd | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Aluminium und Aluminiumlegierungen |
SU456414A3 (ru) * | 1971-04-29 | 1975-01-05 | Апплайд Алюминиум Рисерч Корпорейшн (Фирма) | Способ получени алюмини из треххлористого алюмини восстановлением его металлическим марганцем |
US4769068A (en) * | 1986-12-24 | 1988-09-06 | Aluminum Company Of America | Process for production of aluminum by carbothermic production of alkaline earth metal aluminide and stripping of aluminum from alkaline earth metal aluminide with sulfurous stripping agent |
CN1196398A (zh) * | 1997-04-12 | 1998-10-21 | 钟正伟 | 热还原法生产金属铝 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
САМСОНОВ Г.В. и др. Магниетермия. - М.: Металлургия, 1971, с.140. ГАРМАТА В.А. и др. Металлургия титана. - М.: Металлургия, 1968, с.237-243. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2583214C1 (ru) * | 2014-10-13 | 2016-05-10 | ООО "Современные химические и металлургические технологии" (ООО "СХИМТ") | Способ производства алюминия магнийтермическим восстановлением трихлорида алюминия |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010145493A (ru) | 2012-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fray et al. | Aspects of the application of electrochemistry to the extraction of titanium and its applications | |
CN103298742B (zh) | 一种制造氯化钛的工艺 | |
CN107532317B (zh) | 生产铝钪合金的方法和实施该方法的反应器 | |
Song et al. | Synthesis of Ni-TiC composite powder electrochemically in molten chlorides | |
RU2478126C2 (ru) | Способ производства алюминия металлотермическим восстановлением | |
CN114672850A (zh) | 一种利用熔盐电解脱氧分离钛铝合金制取金属钛的方法 | |
Sharma | A new electrolytic magnesium production process | |
Yan et al. | Molten salt electrolysis for sustainable metals extraction and materials processing—A review | |
EP2639320A1 (en) | Method for producing aluminium by metallothermic reduction of trichloride with magnesium and apparatus for carrying out said method | |
CN113699560A (zh) | 一种氟氯混合熔盐体系可溶阳极电解制备金属钛的方法 | |
Gorlanov et al. | Synthesis of Carbon–TiC/TiB2 Composites at the Electrolytic Reduction of Fused Salts | |
RU2559075C2 (ru) | Способ алюмотермического получения титана | |
Sahoo et al. | Electrochemical deposition of La-Mg alloys in LaCl3-MgCl2-KCl system with molten salt electrolysis process | |
Lorentsen | 125 years of the Hall‐Héroult Process—What Made It a Success? | |
Sato et al. | Hydrogen storage and transportation system through lithium hydride using molten salt technology | |
Komelin et al. | Interaction of magnesium production salt melts with atmospheric air | |
Hryn et al. | Ultra-High-efficiency aluminum production cell | |
Kataev et al. | Production of the Al–B master alloy by KBF4and B 2O3aluminothermic reduction in molten salt flux medium | |
RU2583214C1 (ru) | Способ производства алюминия магнийтермическим восстановлением трихлорида алюминия | |
CN108866579B (zh) | 一种电解制备Al4W合金材料的方法及装置 | |
JPH02259092A (ja) | カルシウムの製造方法 | |
JPH02243789A (ja) | マグネシウムの製造方法 | |
Guo et al. | An electrolysis–displacement–distillation approach for the production of Li, Mg, Ca, Sr, and Ba metals | |
RU2772882C1 (ru) | Способ получения титано-алюминиевого сплава | |
Yu et al. | Carbothermic Reduction and Chlorination of Alumina with Coal in Vacuum |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131109 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140910 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151109 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20180220 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191109 |