RU2745830C1

RU2745830C1 - Method of producing aluminum by electrolysis of a suspension of alumina in an aluminum melt

Info

Publication number: RU2745830C1
Application number: RU2020118398A
Authority: RU
Inventors: Владислав Владимирович Фурсенко; Валерия Владимировна Лербаум; Алла Юрьевна Анисимова; Дмитрий Олегович Анисимов
Original assignee: Акционерное общество "СЕФКО"
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2021-04-01

Abstract

FIELD: aluminum production.

SUBSTANCE: invention relates to a method for producing aluminum by electrolysis of an electrolyte in the form of a suspension of alumina in an aluminum melt. The method includes passing an electric current in the electrolyte between the cathode and the non-consumable anode, while creating a melt of an alumina suspension in an aluminum melt in a ratio of 40-45 wt. % of the volume of the combined bath and electrolysis is carried out at a melt temperature of 700-750°C and a constant current between the cathode and the non-consumable anode equal to 200 A, with the formation of a distributed cathode in the form of an aluminum melt in a bath with electrolyte, while bubbling the suspension in the bath with gaseous nitrogen to ensure a homogeneous distribution of alumina particles in the aluminum melt and adjust the composition of the electrolyte by supplying portions of alumina to the electrolyte to maintain the ratio Al₂O₃/Al = 2-40 wt. %.

EFFECT: simplification of the method for producing aluminum while increasing its environmental friendliness and safety.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится области металлургии, а точнее к металлурги алюминия и способу его полученияThe invention relates to the field of metallurgy, and more specifically to aluminum metallurgists and a method for its production

Современный способ получения алюминия (процесс Эру - Холла) не претерпел более чем за 100 лет своего существования принципиальных изменений. Он характеризуется низкой удельной производительностью (около 1 кг/м²ч), большой энергоемкостью и, главное, неудовлетворительными экологическими показателями. За прошедшее время было проведено большое количество исследований, направленных на совершенствование существующей технологии и создание альтернативных способов получения алюминия. Наибольшего развития достигли карботермический способ и неклассические процессы электролиза (низкотемпературный электролиз хлоридных и фторидных расплавов с вертикальными «инертными» (мало расходуемыми) электродами). Основным способом промышленного получения алюминия в настоящее время служит электролиз криолитового расплава, содержащего растворенный глинозем, при температуре 940-970°С. Этот способ открыт в 1886 году и назван по имени его изобретателей. Способ Эру-Холла реализуется в электролизерах с обозженными или самообжигающимися угольными анодами, которые сгорают с образованием оксидов углерода при анодном окислении ионов кислорода, содержащихся в расплаве Одновременно на жидком алюминиевом катоде происходит разряд ионов алюминия с образованием металла.The modern method of producing aluminum (the Eru - Hall process) has not undergone fundamental changes in more than 100 years of its existence. It is characterized by low specific productivity (about 1 kg / m ² h), high energy consumption and, most importantly, unsatisfactory environmental performance. Since then, a large number of studies have been carried out aimed at improving the existing technology and creating alternative methods for producing aluminum. The greatest development was achieved by the carbothermal method and non-classical electrolysis processes (low-temperature electrolysis of chloride and fluoride melts with vertical "inert" (little consumed) electrodes). The main method for the industrial production of aluminum is currently the electrolysis of cryolite melt containing dissolved alumina at a temperature of 940-970 ° C. This method was discovered in 1886 and named after its inventors. The Heroult-Hall method is implemented in electrolyzers with burned or self-baking carbon anodes, which burn to form carbon oxides during the anodic oxidation of oxygen ions contained in the melt. At the same time, a discharge of aluminum ions occurs on the liquid aluminum cathode to form a metal.

Известен также способ (US 5006209, С25С 3/06, опубл. 09.04.1991), согласно которому алюминий производится путем пропускания электрического тока между катодом и анодом в суспензии мелких частиц оксида алюминия (глинозема) в низкотемпературных (существенно ниже 950°С) фторидных расплавах. Процесс протекает в электролизере, имеющем множество вертикальных не расходуемых анодов и множество вертикальных катодов. Размещенный на дне электролизера газовый генератор частицы глинозема во взвешенном состоянии. Концентрация глинозема в суспензии находится в пределах от 2 до 30 вес %.There is also known a method (US 5006209, C25C 3/06, publ. 09.04.1991), according to which aluminum is produced by passing an electric current between the cathode and the anode in a suspension of small particles of aluminum oxide (alumina) in low-temperature (significantly below 950 ° C) fluoride melts. The process takes place in an electrolytic cell having many vertical non-consumable anodes and many vertical cathodes. A suspended alumina particle gas generator located at the bottom of the electrolytic cell. The concentration of alumina in the slurry ranges from 2 to 30% by weight.

Известен также патент RU 2274680, С25С 3/06, опубл. 20.04.2006 на способ получения металлов электролизом расплавленных солей, который принят в качестве прототипаAlso known patent RU 2274680, C25C 3/06, publ. 04/20/2006 on a method for producing metals by electrolysis of molten salts, which is adopted as a prototype

В этом патентном источнике описан способ получения металлов электролизом суспензии оксидов металлов в расплавленных солях, который включает пропускание электрического тока между катодом и анодом, при этом содержание оксидов металлов в расплавленных солях выбрано в пределах, обеспечивающих эффективное разделение приэлектродных пространств и исключающих конвекцию в зазоре между электродами, и составляет 10-60 мас. %, температуру электролиза поддерживают выше температуры ликвидуса солей, кристаллизующихся на электродах, исключающую солевую пассивацию поверхности электродов и позволяющую использовать высокие плотности тока, дисперсионная среда суспензии оксидов металлов представлена фторидным, фторидно-хлоридным расплавом или хлоридным расплавленным электролитом и выделяемый на катоде металл, в частности алюминий, а на аноде - газ, в частности кислород, отводят по внешней и внутренней поверхности электродов.This patent source describes a method for producing metals by electrolysis of a suspension of metal oxides in molten salts, which includes passing an electric current between the cathode and the anode, while the content of metal oxides in the molten salts is selected within the range ensuring effective separation of the near-electrode spaces and excluding convection in the gap between the electrodes , and is 10-60 wt. %, the electrolysis temperature is maintained above the liquidus temperature of the salts crystallizing on the electrodes, excluding the salt passivation of the electrode surface and allowing the use of high current densities, the dispersion medium of the metal oxide suspension is represented by a fluoride, fluoride-chloride melt or chloride molten electrolyte and the metal released at the cathode, in particular aluminum, and at the anode - gas, in particular oxygen, is removed along the outer and inner surfaces of the electrodes.

Этот способ позволяет обеспечить эффективное разделение продуктов электролиза при небольших межэлектродных расстояниях (0,5-2 см) и высокую энергетическую эффективность процесса. Технический результат заключается в исключении конвенции в зазоре между электродами и солевой пассивации поверхности электродов, а также в создании эффективного разделения катодного и анодного пространства и повышении плотности тока. Недостатком способа является использование для формирования дисперсной среды суспензии оксидов металлов фторидным, фторидно-хлоридным расплавом или хлоридным расплавленным электролитом. Подобные хлориды и фториды являются источниками экологических проблем, нанося тотальный вред человеку и природе.This method allows for effective separation of electrolysis products at small interelectrode distances (0.5-2 cm) and high energy efficiency of the process. The technical result consists in eliminating the convention in the gap between the electrodes and salt passivation of the electrode surface, as well as in creating an effective separation of the cathode and anode spaces and increasing the current density. The disadvantage of this method is the use for the formation of a dispersed medium of a suspension of metal oxides fluoride, fluoride-chloride melt or chloride molten electrolyte. Such chlorides and fluorides are sources of environmental problems, causing total harm to humans and nature.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в прощении способа получения алюминия с одновременным повышением его экологичности и безопасносути.The present invention is aimed at achieving a technical result consisting in the forgiveness of the method for producing aluminum while increasing its environmental friendliness and safety.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения алюминия электролизом суспензии глинозема в расплаве алюминия путем пропускания в электролите электрического тока между катодом и не расходуемым анодом, электролиз проводят при температуре расплава 700-750°С и постоянном токе между катодом и не расходуемым анодом равном 200А, гомогенное распределение частиц глинозема в расплаве алюминия производят барботированием суспензии в электролизной ванне газообразным азотом, а в качестве электролита используется расплав алюминия, который является одновременно распределенным катодом.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of producing aluminum by electrolysis of a suspension of alumina in an aluminum melt by passing an electric current in the electrolyte between the cathode and a non-consumable anode, electrolysis is carried out at a melt temperature of 700-750 ° C and a constant current between the cathode and a non-consumable anode equal to 200A, a homogeneous distribution of alumina particles in an aluminum melt is produced by bubbling a suspension in an electrolysis bath with nitrogen gas, and an aluminum melt is used as an electrolyte, which is also a distributed cathode.

При этом суспензию глинозема создают подачей глинозема в расплав алюминия для поддержания соотношения Al₂O₃/Al=2-40 мас %.In this case, the alumina suspension is created by feeding alumina into the aluminum melt to maintain the ratio Al ₂ O ₃ / Al = 2-40 wt%.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.These features are essential and are interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the required technical result.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.The present invention is illustrated by a specific example of execution, which, however, is not the only possible one, but clearly demonstrates the possibility of achieving the required technical result.

На фиг. 1 блок-схема электролизной установки для получения алюминия.FIG. 1 is a block diagram of an electrolysis plant for aluminum production.

Согласно настоящего изобретения рассматривается нбовый экологически чистый и безопасный способ получения алюминия электролизом суспензии глинозема в расплаве алюминия, в котором используется так называемый распределенный катод - непосредственно сам алюминий в составе электролита - расплава алюминия.According to the present invention, a new environmentally friendly and safe method for producing aluminum by electrolysis of a suspension of alumina in an aluminum melt is considered, which uses a so-called distributed cathode - aluminum itself in the electrolyte composition - an aluminum melt.

В общем случае, новый способ получения алюминия электролизом суспензии глинозема в расплаве алюминия путем пропускания в электролите электрического тока между катодом и не расходуемым анодом, электролиз проводят при температуре расплава 700-750°С и постоянном токе между катодом и не расходуемым анодом равном 200А, гомогенное распределение частиц глинозема в расплаве алюминия производят барботированием суспензии в электролизной ванне газообразным азотом, а в качестве электролита используется расплав алюминия, который является одновременно распределенным катодом.In general, a new method of producing aluminum by electrolysis of a suspension of alumina in an aluminum melt by passing an electric current in an electrolyte between the cathode and a non-consumable anode, electrolysis is carried out at a melt temperature of 700-750 ° C and a constant current between the cathode and an non-consumable anode equal to 200A, homogeneous the distribution of alumina particles in the aluminum melt is carried out by bubbling the suspension in the electrolysis bath with gaseous nitrogen, and an aluminum melt is used as the electrolyte, which is at the same time a distributed cathode.

Суспензию глинозема создают подачей глинозема в расплав алюминия для поддержания соотношения Al₂O₃/Al=2-40 мас %.The alumina suspension is created by feeding alumina into the aluminum melt to maintain the ratio Al ₂ O ₃ / Al = 2-40 wt%.

Процесс происходит в совмещенной ванне, служащей одновременно и электротермической печью и ванной электролизера (фиг. 1).The process takes place in a combined bath, which serves simultaneously as an electrothermal furnace and an electrolyzer bath (Fig. 1).

Электролизная установка содержит ковш из нейтрального по отношению к алюминию и алюминийсодержащим сплавам и составам металла, например, из нержавеющей стали. Ковш выполнен стаканообразной формы, то есть имеет дно и боковую стенку. Предпочтительно боковая стенка имеет форму цилиндра, но может быть многогранной или овальной формы в сечении или близкой к цилиндру формы. При этом дно и боковая стенка выполнены двойными с образованием полости 1 между наружной 2 стенкой/ками ковша и внутренней 3 стенкой/ками. То есть речь идет о выполнении ковша с двойными стенками. При этом в верхней части открытого проема полость между двойными стенками закрыта и герметизирована.The electrolysis plant contains a ladle made of neutral in relation to aluminum and aluminum-containing alloys and metal compositions, for example, stainless steel. The bucket is made of glass-like shape, that is, it has a bottom and a side wall. Preferably, the side wall is in the shape of a cylinder, but may be polyhedral or oval in cross-section or close to a cylinder. In this case, the bottom and side wall are made double with the formation of a cavity 1 between the outer 2 wall / s of the ladle and the inner 3 wall / s. That is, we are talking about making a bucket with double walls. At the same time, in the upper part of the open opening, the cavity between the double walls is closed and sealed.

В области дна (днищевой части) внутри ковша вмонтирован керамический фильтр 4 с функцией распылителя. Этот фильтр может быть выполнен в виде повторяющего форму дна в плане тела со сквозными отверстиями. Множество этих отверстий обеспечивает прохождение газового агента из межстеночной полости 1 ковша со стороны дна через этот фильтр в полость ковша с одновременным разложением общего потока газового агента на множество струйных потоков при прохождении через отверстия фильтра. В полость 1 межстеночного проема газовый агент нагнетается/полается через патрубок 5 в верхней части ковша. Существенным здесь является не конкретное исполнение фильтра, а его функция - дробление потока газового агента на струи и распределение этих струй по площади дна ковша с целью равномерного поступления азота во весь придонный объем расплава. Гомогенно распределенный газовый азот по площади фильтра барботирует объем расплава в ковше.In the area of the bottom (bottom part) inside the bucket, a ceramic filter 4 with a spray function is mounted. This filter can be made in the form of repeating the shape of the bottom in the plan of the body with through holes. A plurality of these openings provide for the passage of the gas agent from the inter-wall cavity 1 of the ladle from the bottom side through this filter into the cavity of the ladle with the simultaneous decomposition of the total flow of the gas agent into a plurality of jet streams when passing through the filter openings. In the cavity 1 of the inter-wall opening, the gas agent is injected / poured through the pipe 5 in the upper part of the ladle. It is not the specific design of the filter that is essential here, but its function is to split the flow of the gas agent into jets and distribute these jets over the area of the bottom of the ladle in order to uniformly supply nitrogen to the entire bottom volume of the melt. Homogenously distributed gas nitrogen over the filter area bubbling the volume of the melt in the ladle.

В качестве такого газового агента используется газообразный азот, который нагнетается в межстеночную полость ковша через патрубок 5 и при попадании в полость 1 нагревается до температуры расплава 700-750°С. Для обеспечения равномерного нагрева объема расплава в ковше и поступающего в полость жидкого азота используется нагревательное устройство, предпочтительно электрического типа (электронагреватель) нагревательные элементы 6 которого расположены со стороны наружной стенки ковша по всей высоте ковша.As such a gaseous agent, gaseous nitrogen is used, which is injected into the inter-wall cavity of the ladle through the nozzle 5 and, when it enters the cavity 1, is heated to a melt temperature of 700-750 ° C. To ensure uniform heating of the volume of the melt in the ladle and the liquid nitrogen entering the cavity, a heating device is used, preferably of an electric type (electric heater), the heating elements 6 of which are located on the side of the outer wall of the ladle along the entire height of the ladle.

Снаружи ковш и нагревательное устройство обложены шамотным кирпичом, образующим футеровочную рубашку 7 для исключения или уменьшения тепловых потерь при нагреве ковша и для поддержания в расплаве заданной температуры на экономичном по расходу электроэнергии уровне.Outside, the ladle and the heating device are lined with fireclay bricks, forming a lining jacket 7 to exclude or reduce heat losses during ladle heating and to maintain a predetermined temperature in the melt at an energy-efficient level.

В центре ковша установлен коаксиально (по отношению к боковой стенке ковша) установлен не расходуемый трубчатой формы анод 7 (может быть выполнен из нержавеющей стали), размещенный в донной зоне ковша на керамическом изоляторе 8 (изолятор используется для исключения контакта анода с дном ковша). К аноду подведен отрицательный полюс электропитания, а к дну или боковой стенке ковша, который является по сути катодом, подведен положительный полюс электропитания. Анод конструктивно представляет собой полый цилиндр с сквозными отверстиями 9 с боковой стенке, разнесенными по высоте анода с целью перетекания расплава из полости ковша в полость анода и обратно. Анод может быть выполнен цилиндрическим или иметь в поперечном сечении вид многогранника или эллипса или овалообразным. В представленном на фиг. 1 примере исполнения анод установлен в ковше съемно, он имеет ножку 10, пропущенную через фильтр 4 и дно ковша, которую снаружи закрепили, например гайкой 11 или иным крепежным приспособлением. Это позволяет при технологических работах в ковше демонтировать анод.In the center of the ladle, a non-consumable tubular anode 7 (can be made of stainless steel) is installed coaxially (with respect to the side wall of the ladle), located in the bottom zone of the ladle on a ceramic insulator 8 (the insulator is used to exclude contact of the anode with the bottom of the ladle). The negative pole of the power supply is connected to the anode, and the positive pole of the power supply is connected to the bottom or side wall of the ladle, which is essentially the cathode. The anode is structurally a hollow cylinder with through holes 9 with a side wall spaced apart along the height of the anode in order to flow the melt from the cavity of the ladle to the cavity of the anode and back. The anode can be cylindrical or have a polyhedron or ellipse or oval shape in cross-section. In the embodiment shown in FIG. 1 of the embodiment example, the anode is removably installed in the ladle; it has a leg 10 passed through the filter 4 and the bottom of the ladle, which is secured from the outside, for example, with a nut 11 or other fastening device. This makes it possible to dismantle the anode during technological work in the ladle.

Сверху ковш со встроенным электронагревателем герметично закрыт съемно установленной смесительной камерой 12 (смесителем), выполненной в виде кожуха конусообразной формы, сужающегося к верху и в верхней части которого установлен керамический дополнительный фильтр 13, выполняющий функцию смесителя. После зоны размещения фильтра 13 кожух заканчивается выходным патрубком 14. Дополнительный фильтр 13 может повторять конструкцию фильтра 4. Суть выполнения такого фильтра 13 заключается в том, что его главная функция - это перемешивание выделяющихся из ковша газов в гомогенную газовую субстанцию. Именно в смесительной камере 12 завершается процесс смешивания кислорода, выделяющегося в результате диссоциации глинозема, и азота после барботирования электролита. В результате на выходе газовой смеси в патрубок 14 смесь нейтрализует взрывоопасность кислорода и в общем решается вопрос взрывобезопасности газа, поступающего в магистраль вентиляции.Above the ladle with a built-in electric heater is hermetically sealed by a removable mixing chamber 12 (mixer), made in the form of a cone-shaped casing, tapering towards the top and in the upper part of which there is an additional ceramic filter 13 serving as a mixer. After the filter placement zone 13, the casing ends with an outlet pipe 14. An additional filter 13 can repeat the design of the filter 4. The essence of such a filter 13 is that its main function is to mix the gases emitted from the ladle into a homogeneous gaseous substance. It is in the mixing chamber 12 that the process of mixing the oxygen released as a result of the dissociation of alumina and nitrogen after bubbling the electrolyte ends. As a result, at the outlet of the gas mixture into the branch pipe 14, the mixture neutralizes the explosiveness of oxygen and, in general, the issue of the explosion safety of the gas entering the ventilation line is resolved.

На стенке смесительной камеры в зоне под размещением дополнительного фильтра 13 расположен подающий патрубок 15 дозатора подачи мелкодисперсного порошка глинозема.On the wall of the mixing chamber in the area under the placement of the additional filter 13 there is a supply pipe 15 of the metering unit for feeding fine alumina powder.

На ковше установлены сливные патрубки 16 и 17 с шаберными перекрывными затворами. Первый сливной патрубок 16 установлен на технологическом уровне (примерно в срединной зоне боковой стенки ковша), этот патрубок используется для слива части расплава алюминия, признаваемого очищенным до установленной нормы. Слив осуществляется так же с целью возобновления процесса электролитической очистки путем засыпки новой порции мелкодисперсного порошка глинозема через патрубок 15. Для полного слива алюминия из ковша используется сливной патрубок 17, смонтированный непосредственно у дна ковша (поверхность фильтра 4 является нижним уровнем нахождения расплава алюминия). Полный слив расплава производится при окончании очистки и при постановке ковша на технологическое обслуживание или ремонт.Drain pipes 16 and 17 with scraper shut-off gates are installed on the ladle. The first drain pipe 16 is installed at the technological level (approximately in the middle zone of the side wall of the ladle), this pipe is used to drain a part of the aluminum melt, which is recognized as purified to the established rate. Drainage is also carried out in order to resume the electrolytic cleaning process by filling in a new portion of finely dispersed alumina powder through the pipe 15. To completely drain the aluminum from the ladle, the drain pipe 17 is used, mounted directly at the bottom of the ladle (the filter surface 4 is the lower level of the aluminum melt). Full drainage of the melt is carried out at the end of cleaning and when placing the ladle for technological maintenance or repair.

Для организации процесса электролиза к катоду, которым служит внутренняя часть ванны ковша подключается минус (-) постоянного тока, а к аноду 7 подключается (+) электропитания постоянного тока. Процесс получения алюминия электролизом основан на образовании суспензии оксида алюминия (глинозема) в расплаве электролита. Данный расплав представляет из себя неньютоновскую жидкость, нагретую до температуры 700-750°С. Гомогенность расплава обеспечивается барботажем газообразного азота при температуре расплава равном 700-750°С. Газ поступает в донную часть электролизной ванны внутри ковша через керамический фильтр 4, гомогенно распределяющей газовый азот по всей поверхности днищевой части электролизной ванны. Затем, осуществив барботаж расплава, азотный газ смешивается с кислородом, поступающим с не расходуемого анода в смесителе и затем газовая смесь отводится через дополнительный фильтр в смесительной камере в вентиляционную систему. Отработавший в процессе барботирования электролита азот смешивается на выходе с кислородом, отходящим на аноде электролизера, нейтрализуя взрывоопасность кислорода и создает подпор, блокирующий любые не контролируемые выходы из рабочих объемов электролизера.To organize the electrolysis process, minus (-) direct current is connected to the cathode, which serves as the inner part of the ladle bath, and (+) DC power supply is connected to the anode 7. The process of obtaining aluminum by electrolysis is based on the formation of a suspension of aluminum oxide (alumina) in an electrolyte melt. This melt is a non-Newtonian liquid heated to a temperature of 700-750 ° C. The homogeneity of the melt is ensured by bubbling nitrogen gas at a melt temperature of 700-750 ° C. Gas enters the bottom of the electrolysis bath inside the ladle through a ceramic filter 4, which homogeneously distributes gas nitrogen over the entire surface of the bottom of the electrolysis bath. Then, after bubbling the melt, nitrogen gas is mixed with oxygen supplied from the non-consumable anode in the mixer and then the gas mixture is removed through an additional filter in the mixing chamber into the ventilation system. The nitrogen spent in the process of bubbling the electrolyte is mixed at the outlet with oxygen leaving the anode of the electrolyzer, neutralizing the explosive hazard of oxygen and creating a backwater that blocks any uncontrolled exits from the working volumes of the electrolyzer.

Продукты электролиза распределяются на катоде - это алюминий в ванне (распределенный катод) с электролитом, а на аноде -- кислород. Алюминий, полученный от разложения оксида алюминия, равномерно распределяется по объему электролита, все время увеличивая долю алюминия и уменьшая процентное соотношения по глинозему Возникающий дефицит электролита по глинозему компенсируется поступлением глинозема от дозатора через подающий патрубок 15, засыпающий потребные порции глинозема по мере слива готового продукта через сливной патрубок 16. Суспензию глинозема создают подачей глинозема в расплав алюминия для поддержания соотношения Al₂O₃/Al=2-40 мас %.Electrolysis products are distributed at the cathode - this is aluminum in a bath (distributed cathode) with electrolyte, and at the anode - oxygen. Aluminum obtained from the decomposition of aluminum oxide is evenly distributed over the volume of electrolyte, all the time increasing the proportion of aluminum and decreasing the percentage of alumina The resulting electrolyte deficit for alumina is compensated by the flow of alumina from the dispenser through the supply pipe 15, filling the required portions of alumina as the finished product is drained through drain pipe 16. Alumina suspension is created by feeding alumina into the aluminum melt to maintain the ratio Al ₂ O ₃ / Al = 2-40 wt%.

По временной шкале процесс выглядит следующим образом. Сначала в ванне ковша создается расплав суспензии глинозема в расплаве алюминия в соотношении по глинозему 40-45 мас % от объема совмещенной ванны при температуре 700-750°С. Далее запускается гомогенизирующий суспензию глинозема в расплаве алюминия барботаж газообразным азотом и процесс электролиза подачей минуса постоянного тока на катод и плюса на анод. В процессе электролиза меняется процентное содержание глинозема с 40 мас % до 0, что требует корректировки процесса составом электролита за счет подачи порций глинозема в электролит через дозатор и коррекции электролитического процесса путем регулирования процесса изменением силы тока, поступающего на электроды электролизера. Процессы известны и не требуют отдельного пояснения. Выделенный на катоде металл распределяется по объему ванны электролизера, а на аноде газообразный кислород отводят по внутренней и внешней поверхности анодных электродов.In a timeline, the process looks like this. First, a melt of an alumina suspension in an aluminum melt is created in the ladle bath in a ratio of 40-45 wt% of alumina to the volume of the combined bath at a temperature of 700-750 ° C. Then the homogenizing suspension of alumina in the aluminum melt is started, bubbling with gaseous nitrogen and the electrolysis process by supplying a minus DC current to the cathode and a plus to the anode. During electrolysis, the percentage of alumina changes from 40 wt% to 0, which requires adjusting the process with the composition of the electrolyte by supplying portions of alumina to the electrolyte through the dispenser and correcting the electrolytic process by regulating the process by changing the current flowing to the electrolyzer electrodes. The processes are known and do not require separate explanation. The metal released at the cathode is distributed over the volume of the electrolyzer bath, and at the anode, gaseous oxygen is removed along the inner and outer surfaces of the anode electrodes.

Процесс полного завершения электролиза суспензии глинозема в расплаве алюминия в ванне заключается в том, что остается расплав чистого алюминия. Расплав через сливные патрубки сливаются из ванны для дальнейшего использования (как правило очистки) или полностью или с остатком, на основе которого формируется новый объем суспензии путем добавления в расплав порции алюминия глинозема и возобновлении процесса.The process of complete completion of the electrolysis of a suspension of alumina in an aluminum melt in a bath is that a pure aluminum melt remains. The melt is drained from the bath through the drain pipes for further use (usually purification) or completely or with a residue, on the basis of which a new volume of suspension is formed by adding a portion of alumina aluminum to the melt and restarting the process.

Появление предлагаемого изобретения стало возможным после проведения авторами теоретических и экспериментальных работ по изучению процессов, происходящих при электролизе расплава алюминия и его свойств в дисперсионной связке с оксидом алюминия (глиноземом). В написании заявки на патент использованы выводы без описания научных обоснований. Расплав алюминия с содержанием мелко дисперсного глинозема до 40 мас % (суспензия) представляет собой неньютоновскую жидкость с относительно высокой электропроводностью, то есть является электролитом и особенностью его, как установлено опытным путем, наличие ионной проводимости наряду с электронной. Данное положение объясняет факт диссоциации молекул глинозема на анионы и катионы в процессе электролиза суспензии глинозема, а не в расплавах солей (например, в расплаве криолита, где электролиз осуществляется в растворе глинозема в расплаве криолита).The emergence of the proposed invention became possible after the authors carried out theoretical and experimental work to study the processes occurring during the electrolysis of aluminum melt and its properties in a dispersion bond with aluminum oxide (alumina). In the writing of the patent application, conclusions were used without describing scientific justification. An aluminum melt with a finely dispersed alumina content of up to 40 wt% (suspension) is a non-Newtonian liquid with a relatively high electrical conductivity, that is, it is an electrolyte and its peculiarity, as established experimentally, is the presence of ionic conductivity along with electronic. This position explains the fact of the dissociation of alumina molecules into anions and cations during the electrolysis of an alumina suspension, and not in molten salts (for example, in a cryolite melt, where electrolysis is carried out in an alumina solution in a cryolite melt).

Данное изобретение может найти применение в промышленности при производстве алюминия как важный шаг в развитии технологии Эру Холла. Может найти применение в производстве других металлов электролизом их оксидов. Кардинальным решением фундаментальных проблем производства алюминия является предлагаемое изобретение отвечающее условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».This invention can find industrial application in the production of aluminum as an important step in the development of the Eru Hall technology. Can find application in the production of other metals by electrolysis of their oxides. A radical solution to the fundamental problems of aluminum production is the proposed invention that meets the conditions of patentability "novelty" and "inventive step".

Claims

A method for producing aluminum by electrolysis of an electrolyte in the form of a suspension of alumina in an aluminum melt, comprising passing an electric current in the electrolyte between the cathode and a non-consumable anode, characterized in that a melt of an alumina suspension in an aluminum melt is created in a ratio of 40-45 wt. % of the volume of the combined bath and electrolysis is carried out at a melt temperature of 700-750 ° C and a constant current between the cathode and the non-consumable anode equal to 200 A, with the formation of a distributed cathode in the form of an aluminum melt in a bath with electrolyte, while bubbling the suspension in the bath with gaseous nitrogen to ensure a homogeneous distribution of alumina particles in the aluminum melt and adjust the composition of the electrolyte by supplying portions of alumina to the electrolyte to maintain the ratio Al ₂ O ₃ / Al = 2-40 wt. %.