WO2012064220A1 - Method for producing aluminium by metallothermic reduction of trichloride with magnesium and apparatus for carrying out said method - Google Patents

Method for producing aluminium by metallothermic reduction of trichloride with magnesium and apparatus for carrying out said method Download PDF

Info

Publication number
WO2012064220A1
WO2012064220A1 PCT/RU2011/000676 RU2011000676W WO2012064220A1 WO 2012064220 A1 WO2012064220 A1 WO 2012064220A1 RU 2011000676 W RU2011000676 W RU 2011000676W WO 2012064220 A1 WO2012064220 A1 WO 2012064220A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnesium
aluminum
reactor
reduction
chloride
Prior art date
Application number
PCT/RU2011/000676
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Альберт Иванович БЕГУНОВ
Original Assignee
Begunov Albert Ivanovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2010145493/02A external-priority patent/RU2478126C2/en
Priority claimed from RU2011102356/02A external-priority patent/RU2476613C2/en
Application filed by Begunov Albert Ivanovich filed Critical Begunov Albert Ivanovich
Priority to AU2011326897A priority Critical patent/AU2011326897A1/en
Priority to EP20110839007 priority patent/EP2639320A4/en
Priority to BR112013000737A priority patent/BR112013000737A2/en
Priority to JP2013537634A priority patent/JP2014502307A/en
Priority to CN2011800230756A priority patent/CN102959104A/en
Priority to US13/641,725 priority patent/US20130036869A1/en
Priority to CA2794546A priority patent/CA2794546A1/en
Priority to KR1020127028895A priority patent/KR101491891B1/en
Publication of WO2012064220A1 publication Critical patent/WO2012064220A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00Obtaining aluminium
    • C22B21/02Obtaining aluminium with reducing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00Obtaining aluminium
    • C22B21/0038Obtaining aluminium by other processes
    • C22B21/0046Obtaining aluminium by other processes from aluminium halides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00Obtaining aluminium
    • C22B21/04Obtaining aluminium with alkali metals earth alkali metals included
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/026Alloys based on aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00Crucible or pot furnaces
    • F27B14/04Crucible or pot furnaces adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00Crucible or pot furnaces
    • F27B14/06Crucible or pot furnaces heated electrically, e.g. induction crucible furnaces with or without any other source of heat

Definitions

  • the invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular, to the technology of aluminum production.
  • electrolyzers are not hermetic, and the process is accompanied by the emission into the atmosphere of sodium fluorides, aluminum, hydrogen, carcinogenic polyaromatic compounds, large volumes of greenhouse gases and, in particular, carbon dioxide and perfluorocarbons.
  • sodium fluorides aluminum, hydrogen, carcinogenic polyaromatic compounds, large volumes of greenhouse gases and, in particular, carbon dioxide and perfluorocarbons.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) is archaic and does not correspond to the prevalence of aluminum in the earth's crust (first place among all metals), nor a unique set of its physical and structural properties.
  • Fluorides are more refractory compounds and the reduction process, as well as a device for implementing this method are more complex.
  • the only deposit of Greenland cryolite was practically developed in the 19th century.
  • the closest prototype of the proposed method is to obtain metallic titanium by reducing it from metallic tetrachloride with magnesium (V. A. Garmat and others. Titanium metallurgy. M., Metallurgy, 1968, p. 237-238, p. 241):
  • the technical result is an increase in productivity due to the continuity of the recovery process, and high environmental performance by ensuring the tightness of the equipment.
  • the consumption of magnesium will be only 1.35 kg per 1 kg of aluminum, and the need for electricity for electrolytic magnesium will be about 17.9 kWh per 1 kg of aluminum.
  • SUBSTITUTE SHEET ferro-silicon according to the Pidgen method (V. A. Lebedev, V. I. Sedykh. Metallurgy of magnesium. Irkutsk, 2010, p. 149).
  • the total energy consumption of the reaction (3) then does not exceed ⁇ 13 kWh / kg of aluminum, which is comparable with the flow rates in the Eru-Hall method and at the stage of the birth of the magnesium-thermal method of producing aluminum can be considered an excellent indicator.
  • reaction (3) The reduction of aluminum from trichloride with magnesium according to reaction (3) is, however, an independent scientific and engineering problem.
  • the reaction (3) underlying the invention is much simpler to perform than the reaction (4) of the prototype magnesium thermal reduction of titanium. It is paradoxical that for this, in the method of aluminum production by its reduction with magnesium from trichloride, higher temperatures and pressures are needed.
  • magnesium as a reducing agent has a boiling point of ⁇ 1103 ° - 1 107 ° C (vapor pressure is 1 at) with a melting point of 651 ° C.
  • aluminum melts at 660 ° C. It is extremely characteristic a wide range of liquid state with a boiling point of 2497 ° C, i.e. at the boiling points of magnesium (-1107 ° C) aluminum practically does not evaporate at all.
  • Magnesium chloride melts at 708 - 714 ° ⁇ and boils only at 1412 - 1417 ° ⁇ , i.e. also has a relatively wide temperature range of the liquid state.
  • aluminum trichloride is sublimated at a temperature of 179.7 ° C and does not have a liquid state at atmospheric pressure.
  • the raw materials — aluminum trichloride and magnesium — are in a gaseous state, and aluminum metal and magnesium chloride are in liquid, which is convenient for organizing continuous high-performance production.
  • reaction (3) where the indices “g” and “g” correspond to the gaseous and liquid state, according to the Le Chatelier rule and II, under the conditions of high pressure, the law of thermodynamics will have an equilibrium significantly shifted to the right. In the kinetic relation, the reaction can proceed with an explosion and for the possibilities of flexible control of its speed, the initial components — aluminum chloride and magnesium — should be supplied in separate streams of inert gas with a temperature lower than that maintained in the reactor.
  • the recovery process can be carried out already at a temperature of 900 ° C, since for these conditions, the elasticity of saturated vapor of magnesium is significant and amounts, for example, to 9 at .9 at. for 927 ° C. At the same time, it is impractical to rise significantly above the boiling point of magnesium (1,103–1107 ° C), since this will be accompanied by unnecessarily high values of the speed of the process and it is possible to set its upper limit to a temperature of 1,150 ° C.
  • the total pressure of the gas phase in the reactor will be determined in the range from 0.01 at. To 5.0 at at the optimum partial pressures of aluminum and magnesium chloride in the gas phase, determined by experienced
  • composition of the gas mixture supplied to the reduction it is possible to follow the stoichiometric mass ratio of the reaction (3), which should be when the aluminum and magnesium trichloride mass flows are fed to the reactor as 3.69 to 1.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) magnesium thermal method of producing titanium from tetrachloride, as well as the existence of successfully implemented methods for producing zirconium and hafnium by magnesium thermal reduction from chlorides.
  • cylindrical steel vessels for example, made of chromium-nickel steel lined with a molybdenum sheet, were originally used as recovery devices. Later, the inner layer was learned to perform from mild steel. The process is carried out at temperatures lower than the melting point of the metal and titanium is obtained in the solid-phase state in the form of a so-called sponge, for the extraction of which the reactor must be cooled, and the process is inevitably realized as periodic. This, in turn, necessitates the use of manual labor, reduces the productivity of the reactor, increases energy consumption and degrades the environmental characteristics of production.
  • the device for metallothermic reduction of aluminum with magnesium is carried out at higher temperatures, reaching 1,100-1,150 ° C, at which both the resulting reduction products-aluminum and magnesium chloride are in liquid form and flow to the bottom of the reactor.
  • the melting point of aluminum is 660 ° C
  • magnesium chloride is -708 - 714 ° C at boiling points, respectively, 2497 ° C and 1412 - 1417 ° C.
  • the upper part of the reactor is cylindrical to increase the effective volume of the reactor, and the lower part is tapered to collect liquid aluminum and magnesium chloride.
  • the main reaction zone is hollow in the area of the introduction of gaseous aluminum chloride and magnesium for better mixing, but the volume attached to the conical part is filled
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) thin-walled hollow ceramics such as nozzles from Raschig rings. The use of nozzles is necessary to accelerate the processes of condensation and coalescence of the resulting aluminum and magnesium chloride droplets.
  • the reactor is connected by a stream of inert gas with a boiler - magnesium evaporator and with a liquid magnesium separation apparatus from a waste residual mixture of magnesium vapor and aluminum chloride.
  • the boiler - magnesium evaporator and liquid magnesium separation apparatus are an integral part of the device, but are located separately from the reactor, near it.
  • the reduction of aluminum from its chloride with magnesium in the gas phase is exothermic, proceeds with the release of a large amount of heat, and the process is autogenous.
  • the reactor and the magnesium separation apparatus are supplied with an evaporative water cooling system.
  • the proposed invention uses fluid phases (liquids and gases) that react in turbulent flows at high temperatures, which ensures a high unit productivity of the process.
  • capital costs for the construction of production facilities, as well as equipment maintenance costs, are significantly reduced.
  • FIG. 1 shows a general view of the reactor; in Figure 2, the boiler is an evaporator; in FIG. 3, a separation apparatus in vertical sections.
  • the reactor (Fig. 1) is made in the form of a steel cylinder 1, passing into the lower conical part 2, designed to collect the products of the reduction - aluminum and magnesium chloride.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
  • the cylindrical and conical parts have a false bottom 3.
  • the reactor is sealed with a lid 4. All internal surfaces of the reactor are lined with refractory ceramics 5, which can be magnesite, graphite and other resistant materials.
  • nozzles made of thin-walled ceramics of the Raschig 6 type are used, which are used in chemical absorption technologies.
  • Nozzles are made of refractory materials, for example, magnesite, carbonitrides, etc.
  • nozzles or nozzles 7 and 8 installed in the upper hollow part of the reactor tangent to the circumference of the horizontal section of the reaction zone and directed towards each other.
  • the reduced aluminum 9 and magnesium chloride 10 are collected in the conical part 2 of the reactor and after being discharged through a tapping point 11, magnesium chloride 12 and aluminum 13 are collected in a mold 14.
  • a branch pipe 15 is installed in the reactor cover.
  • the boiler - evaporator ( Figure 2) is a steel hemisphere 16, hermetically closed by a cover 17, lined with the same materials as the reactor. Magnesium is fed to the boiler in liquid form. An electric heater 18, made, for example, in the form of rods of silicon carbide, is lowered into the metal. The heater may be enclosed in a magnesite protective sheath. An inert gas (argon or nitrogen) is fed to the evaporator boiler and the magnesium in the form of steam, together with the inert gas, is sent to the reactor.
  • the boiler - the evaporator can be supplied with a water evaporative cooling system, as well as other elements of the device shown in Fig. 1 and Fig. 3.
  • the separation apparatus (Fig. 3), designed to separate liquid magnesium from its residual gaseous mixture with aluminum chloride, is in the form of a reduced size reactor lined with refractory ceramics 19.
  • the gas mixture is introduced into the apparatus through pipe 20, the magnesium condensate is collected at the bottom apparatus, and not reacted aluminum chloride through the pipe 21 is removed from the apparatus and returned to the reactor.
  • the separation apparatus like a reactor, is equipped with a shut-off device 22 and an evaporative cooling system 23. Magnesium condensate is returned to the boiler-evaporator and then to the reactor.
  • the device operates with continuous supply of aluminum chloride and magnesium gas to the reactor, obtained in a single evaporator boiler or in a battery of such evaporators.
  • Aluminum chloride and magnesium gas are transported and fed into the reactor in opposing turbulent flows of an inert carrier gas, which provides ideal contact conditions for the reacting particles, removes diffusion barriers and ensures high speeds of the reduction process.
  • an inert carrier gas which provides ideal contact conditions for the reacting particles, removes diffusion barriers and ensures high speeds of the reduction process.
  • the aluminum 13 discharged from the reactor in continuous or batch mode is protected by an upper layer of molten magnesium chloride 12. Separation of the reduction products is not difficult. For example, when the temperature drops to 6
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) magnesium is converted into a solid phase, and liquid aluminum can be easily sent for further technological operations.
  • a separation apparatus designed to separate aluminum chloride and magnesium in their residual gas mixture works by reducing the pressure in the system and the temperature below the boiling point of magnesium. Liquid magnesium - condensate is sent to the refining or, with its sufficient purity, directly to the recovery process through the boiler - evaporator.
  • aluminum chloride is supplied in a gaseous form through nozzles (nozzles) 7 to the upper part of the steel cylinder 1 of the reactor ( Figure 1).
  • nozzles nozzles
  • This mixture is preliminarily prepared in a boiler-evaporator ( Figure 2), into which the initial inert gas (for example, argon) and liquid magnesium are introduced separately, and a two-component stream of magnesium and inert gas is fed to the reactor ( Figure 1).
  • the proposed invention provides the following advantages of new technology and technology for the production of aluminum. This is an unlimited high unit capacity of the device and a low level of capital expenditures during the construction of new capacities. Provided tightness and environmental cleanliness of production.
  • the device eliminates the cost of manual labor and possible full automation of the process.
  • Aluminum recovery in the device occurs with a significant positive thermochemical thermal effect and proceeds in an autogenous mode, with virtually no energy from the outside.

Abstract

A method is proposed for producing aluminium by metallothermic reduction of trichloride with magnesium in a stream of inert gas at a temperature of 900 - 1150°C, an overall pressure of 0.01 to 5 at and a mass ratio of aluminium chloride to magnesium in the starting mixture of 3.69 to 1.00. The process is carried out in a cylindrical reactor (1) with thin-walled ceramic packings (6) arranged on the inside and with a conical lower part (2), and a boiler-evaporator of the magnesium into the stream of inert gas is mounted upstream of the reactor, and an apparatus for separating liquid magnesium from the rest of the mixture thereof with aluminium chloride is mounted downstream of said reactor, wherein all of the components of the apparatus are lined inside with fireproof materials (5). The technical result is an increase in productivity by ensuring continuity of the reduction process, and excellent environmental characteristics.

Description

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ МЕТАЛЛОТЕРМИЧЕСКИМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ТРИХЛОРИДА МАГНИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ  METHOD OF OBTAINING ALUMINUM BY METALLO-THERMAL RESTORATION OF TRICHLORIDE BY MAGNESIUM AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
Область техники.  The field of technology.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности, к технологии получения алюминия.  The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular, to the technology of aluminum production.
Предшествующий уровень техники.  Prior art.
В металлургии цветных металлов для получения алюминия используется электролиз криолито-глинозёмных расплавов, называемый методом Эру-Холла. При этом известно, что электрохимические аппараты и, в частности, электролизёры обладают весьма низкими показателями коэффициента использования полезного объёма, т.к. рабочие процессы протекают не во всём объёме реактора, а только на поверхностях электрод-электролит. В методе Эру-Холла «полезную» работу выполняет только один электрод - катод. В результате электролизёры отличаются весьма небольшой единичной производительностью, не более 3-4 тонн в сутки. Алюминиевые заводы оснащаются поэтому сотнями и тысячами электролизёров, занимают большие площади и отличаются высоким уровнем капитальных затрат при их сооружении.  In the metallurgy of non-ferrous metals for the production of aluminum is used electrolysis of cryolite-alumina melts, called the method of Eru-Hall. It is known that electrochemical devices and, in particular, electrolyzers have very low rates of utilization of the useful volume, since working processes do not proceed in the entire volume of the reactor, but only on the surfaces of the electrode-electrolyte. In the Eru-Hall method, only one electrode, the cathode, performs “useful” work. As a result, electrolyzers have a very small unit capacity, no more than 3-4 tons per day. Aluminum plants are therefore equipped with hundreds and thousands of electrolyzers, they occupy large areas and are distinguished by a high level of capital expenditures during their construction.
Электролизёры в силу конструктивных особенностей не герметичны, а процесс сопровождается эмиссией в атмосферу фторидов натрия, алюминия, водорода, канцерогенных полиароматических соединений, больших объёмов парниковых газов и, в частности, диоксида углерода и перфторуглеродов. По изложенным причинам получение алюминия электролизом криолито-глинозёмных расплавов  Due to their design features, electrolyzers are not hermetic, and the process is accompanied by the emission into the atmosphere of sodium fluorides, aluminum, hydrogen, carcinogenic polyaromatic compounds, large volumes of greenhouse gases and, in particular, carbon dioxide and perfluorocarbons. For the reasons stated, the production of aluminum by the electrolysis of cryolite-alumina melts
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) является архаичным и не отвечающим ни распространённости алюминия в земной коре (первое место среди всех металлов), ни уникальному набору его физических и конструкционно-технических свойств. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) is archaic and does not correspond to the prevalence of aluminum in the earth's crust (first place among all metals), nor a unique set of its physical and structural properties.
Известны классические решения по металлотермическим способам получения алюминия восстановлением его из хлорида алюминия калием (Вёлер, 1828 г) или натрием (С.К. Девиль, 1854 г) по реакции:  Classical solutions are known for metallothermic methods for producing aluminum by reducing it from potassium aluminum chloride (Wohler, 1828 g) or sodium (CK Deville, 1854 g) by the reaction:
А1С13 + ЗМ - ЗМС1 + А1 (1), A1С1 3 + ЗМ - ЗМС1 + А1 (1),
где М - щелочной металл. where M is alkali metal.
Однако, при использовании щелочных металлов по реакции (1) требуется слишком высокий расход этих металлов и электроэнергии. Так в случае калия на 1 кг алюминия требуется расходовать ~ 4,33 кг щелочного металла и ~ 35 квтчас энергии. Для натрия эти цифры составляют 2,555 кг металла и ~ 25,5 квтчас электроэнергии на 1 кг алюминия.  However, when using alkali metals by reaction (1), too high consumption of these metals and electricity is required. So in the case of potassium per 1 kg of aluminum it is required to spend ~ 4.33 kg of alkali metal and ~ 35 kWh of energy. For sodium, these figures are 2.555 kg of metal and ~ 25.5 kWh of electricity per 1 kg of aluminum.
Из других известных аналогов наиболее значительным представляется предложение Н.Н. Бекетова, по которому алюминий получают восстановлением его из фтористого алюминия, входящего в состав гренландского криолита, магнием:  Of the other known analogues, the proposal of N.N. Beketov, according to which aluminum is obtained by restoring it from aluminum fluoride, which is part of the Greenland cryolite, with magnesium:
2(3NaF · A1F3) + 3Mg = 6NaF + 3MgF2 + 2A1 (2).2 (3NaF · A1F 3 ) + 3Mg = 6NaF + 3MgF 2 + 2A1 (2).
Фториды являются более тугоплавкими соединениями и процесс восстановления, а также устройство для осуществления этого способа более сложны. Кроме того, единственное месторождение гренландского криолита практически было выработано еще в 19 веке. Fluorides are more refractory compounds and the reduction process, as well as a device for implementing this method are more complex. In addition, the only deposit of Greenland cryolite was practically developed in the 19th century.
Ближайшим прототипом предложенного способа является получение металлического титана восстановлением его из тетрахлорида металлическим магнием (В. А. Гармата и др. Металлургия титана. М., Металлургия, 1968, с. 237-238, с. 241):  The closest prototype of the proposed method is to obtain metallic titanium by reducing it from metallic tetrachloride with magnesium (V. A. Garmat and others. Titanium metallurgy. M., Metallurgy, 1968, p. 237-238, p. 241):
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) TiCl4 + 2Mg = 2MgCl2 + Ti (4). SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) TiCl 4 + 2Mg = 2MgCl 2 + Ti (4).
Этот процесс является очень сложным, т.к. в нём участвуют хлориды титана различных валентностей, а участники реакции находятся в различных агрегатных состояниях: хлориды титана в газообразном виде, магний и его хлорид в жидких фазах, а титан в твёрдой фазе. Как следствие в способе необходимо периодически разгерметизировать аппаратуру для извлечения титана, что снижает производительность процесса и ухудшает его экологические характеристики.  This process is very difficult, because It involves titanium chlorides of various valences, and the participants in the reaction are in different state of aggregation: titanium chlorides in gaseous form, magnesium and its chloride in liquid phases, and titanium in the solid phase. As a consequence, in the method it is necessary to periodically depressurize the apparatus for extracting titanium, which reduces the productivity of the process and degrades its environmental characteristics.
Технический результат - повышение производительности за счет обеспечения непрерывности процесса восстановления, и высоких экологических характеристик за счет обеспечения герметичности аппаратуры.  The technical result is an increase in productivity due to the continuity of the recovery process, and high environmental performance by ensuring the tightness of the equipment.
Раскрытие изобретения  DISCLOSURE OF INVENTION
Технический результат обеспечивается за счет того, что для получения алюминия используют реакцию металлотермического восстановления трихлорида алюминия магнием:  The technical result is ensured by the fact that to obtain aluminum using the reaction of metallothermic reduction of aluminum trichloride with magnesium:
2А1С13(г) + 3Mg(r) = 3MgCl2(3K) + 2А1(ж) (3), восстановление осуществляют в потоке инертного газа при температуре 900 - 1 150°С, суммарном давлении от 0,01 до 5 ат и соотношении масс хлорида алюминия и магния в исходной смеси как2A1C1 3 (g) + 3Mg (r) = 3MgCl 2 (3K) + 2A1 (g) (3), the reduction is carried out in an inert gas flow at a temperature of 900-150 ° C, total pressure from 0.01 to 5 at. the mass ratio of aluminum chloride and magnesium in the original mixture as
3,69 к 1,00. 3.69 to 1.00.
При этом расход магния составит только 1,35 кг на 1 кг алюминия, а потребность в электроэнергии для электролитического магния составит порядка 17,9 квтчас на 1 кг алюминия.  The consumption of magnesium will be only 1.35 kg per 1 kg of aluminum, and the need for electricity for electrolytic magnesium will be about 17.9 kWh per 1 kg of aluminum.
Ещё более хорошие результаты получаются при использовании магния, полученного металлотермическим путём. Например, при предварительном восстановлении магния из магнезита или доломита  Even better results are obtained with the use of magnesium obtained by metallothermic. For example, when pre-reducing magnesium from magnesite or dolomite
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) ферро-силицием по способу Пиджена (В. А. Лебедев, В. И. Седых. Металлургия магния. Иркутск, 2010, с. 149). SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) ferro-silicon according to the Pidgen method (V. A. Lebedev, V. I. Sedykh. Metallurgy of magnesium. Irkutsk, 2010, p. 149).
Суммарный расход энергии по реакции (3) не превысит тогда ~ 13 квтчас/кг алюминия, что сопоставимо со значениями расхода в методе Эру-Холла и на этапе рождения магний-термического способа получения алюминия может считаться прекрасным показателем.  The total energy consumption of the reaction (3) then does not exceed ~ 13 kWh / kg of aluminum, which is comparable with the flow rates in the Eru-Hall method and at the stage of the birth of the magnesium-thermal method of producing aluminum can be considered an excellent indicator.
Восстановление алюминия из трихлорида магнием по реакции (3) представляет собой, однако, самостоятельную научную и инженерно- техническую задачу. Реакция (3), лежащая в основе изобретения, значительно проще для исполнения, чем реакция (4) прототипа магнийтермического восстановления титана. Парадоксально, что для этого в способе производства алюминия восстановлением его магнием из трихлорида нужны более высокие температуры и давления.  The reduction of aluminum from trichloride with magnesium according to reaction (3) is, however, an independent scientific and engineering problem. The reaction (3) underlying the invention is much simpler to perform than the reaction (4) of the prototype magnesium thermal reduction of titanium. It is paradoxical that for this, in the method of aluminum production by its reduction with magnesium from trichloride, higher temperatures and pressures are needed.
В самом деле, магний как восстановитель имеет температуру кипения ~ 1103° - 1 107° С (упругость пара равна 1 ат) при температуре плавления 651° С. Из других участников реакции (3) 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 1 107° 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.  In fact, magnesium as a reducing agent has a boiling point of ~ 1103 ° - 1 107 ° C (vapor pressure is 1 at) with a melting point of 651 ° C. Of the other participants in the reaction (3), aluminum melts at 660 ° C. It is extremely characteristic a wide range of liquid state with a boiling point of 2497 ° C, i.e. at the boiling points of magnesium (-1107 ° C) aluminum practically does not evaporate at all. Magnesium chloride melts at 708 - 714 ° С and boils only at 1412 - 1417 ° С, i.e. also has a relatively wide temperature range of the liquid state. Finally, aluminum trichloride is sublimated at a temperature of 179.7 ° C and does not have a liquid state at atmospheric pressure. Thus, at temperatures above 1 107 ° C, the raw materials — aluminum trichloride and magnesium — are in a gaseous state, and aluminum metal and magnesium chloride are in liquid, which is convenient for organizing continuous high-performance production.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Процесс по реакции (3), как показывают результаты термодинамических расчётов, 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 (3), 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 смещённое вправо. В кинетическом отношении реакция может протекать со взрывом и для возможностей гибкого управления её скоростью исходные компоненты - хлорид алюминия и магний следует подавать в разделённых потоках инертного газа с температурой более низкой, чем будет поддерживаться в реакторе. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The process according to reaction (3), as shown by the results of thermodynamic calculations, at a temperature of 1300 K (1027 ° C) is characterized by values of enthalpy - 240 kJ and Gibbs energy - 210 kJ, i.e. must proceed spontaneously with the release of a large amount of heat. It should, however, be cautioned against a possible excessively high level of the rate of the reduction process due to the high reactivity of gaseous magnesium and aluminum chloride, which is overheated in the gaseous state by about 900 ° and partially dissociated into monochloride. In addition, reaction (3), where the indices “g” and “g” correspond to the gaseous and liquid state, according to the Le Chatelier rule and II, under the conditions of high pressure, the law of thermodynamics will have an equilibrium significantly shifted to the right. In the kinetic relation, the reaction can proceed with an explosion and for the possibilities of flexible control of its speed, the initial components — aluminum chloride and magnesium — should be supplied in separate streams of inert gas with a temperature lower than that maintained in the reactor.
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 (1 103 - 1107° С) нецелесообразно, т.к. это будет сопровождаться излишне высокими значениями скоростей процесса и можно установить верхним его пределом температуру в 1 150° С.  The recovery process can be carried out already at a temperature of 900 ° C, since for these conditions, the elasticity of saturated vapor of magnesium is significant and amounts, for example, to 9 at .9 at. for 927 ° C. At the same time, it is impractical to rise significantly above the boiling point of magnesium (1,103–1107 ° C), since this will be accompanied by unnecessarily high values of the speed of the process and it is possible to set its upper limit to a temperature of 1,150 ° C.
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  The total pressure of the gas phase in the reactor will be determined in the range from 0.01 at. To 5.0 at at the optimum partial pressures of aluminum and magnesium chloride in the gas phase, determined by experienced
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) путём. Предпочтительней ориентироваться на верхние значения суммарного давления, но до достижения взрывных пределов. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) by. It is preferable to focus on the upper values of the total pressure, but before reaching the explosive limits.
По составу газовой смеси, подаваемой на восстановление, можно следовать стехиометрическому соотношению масс по реакции (3), которое должно составлять при подаче в реактор массовых потоков трихлорида алюминия и магния как 3,69 к 1.  According to the composition of the gas mixture supplied to the reduction, it is possible to follow the stoichiometric mass ratio of the reaction (3), which should be when the aluminum and magnesium trichloride mass flows are fed to the reactor as 3.69 to 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.  The possibilities of realization of the claimed invention do not cause doubts, since such production of the titanium from its tetrachloride by the thermothermic method exists, and the claimed method of producing aluminum promises to be much simpler. In addition, magnesium is a significantly more electronegative metal than aluminum. Energy costs can be quite small when magnesium is obtained by reducing it from dolomite or magnesite in combination with the traditional method of electrolysis of magnesium chloride. The process is also autogenous.
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 поддаётся автоматизации и не требует затрат ручного труда или использования механических устройств для обслуживания процесса. Высокий уровень экологических характеристик изобретения за счёт применения герметичной аппаратуры представляется очевидным. Одним из решающих преимуществ предложенного способа является возможность создания аппаратуры с высокой единичной производительностью, низкими капитальными и производственными затратами.  The method in which gaseous aluminum chloride and magnesium are used as starting materials, and the resulting products — magnesium chloride and aluminum — are liquids, can be implemented in a sealed apparatus. It is easy to automate and does not require manual labor or the use of mechanical devices to service the process. The high level of the environmental characteristics of the invention through the use of sealed apparatus seems obvious. One of the decisive advantages of the proposed method is the possibility of creating equipment with high unit productivity, low capital and production costs.
Возможность реализации изобретения подтверждается существованием мощной и эффективной промышленности  The possibility of the invention is confirmed by the existence of a powerful and efficient industry
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) магнийтермического способа получения титана из тетрахлорида, а также существованием успешно реализованных способов получения циркония и гафния магнийтермическим восстановлением их из хлоридов. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) magnesium thermal method of producing titanium from tetrachloride, as well as the existence of successfully implemented methods for producing zirconium and hafnium by magnesium thermal reduction from chlorides.
В магнийтермическом способе получения титана в качестве устройств для восстановления первоначально использовали цилиндрические стальные сосуды, выполняемые, например, из хромоникелевой стали, футерованной молибденовым листом. Позже внутренний слой научились выполнять из малоуглеродистой стали. Процесс реализуется при температурах более низких, чем температура плавления металла и титан получается в твердофазном состоянии в виде так называемой губки, для извлечения которой реактор нужно охлаждать, а процесс неизбежно реализуется как периодический. Это, в свою очередь, вызывает необходимость использования ручного труда, снижает производительность реактора, повышает расход энергии и ухудшает экологические характеристики производства.  In the magnesium thermal method of producing titanium, cylindrical steel vessels, for example, made of chromium-nickel steel lined with a molybdenum sheet, were originally used as recovery devices. Later, the inner layer was learned to perform from mild steel. The process is carried out at temperatures lower than the melting point of the metal and titanium is obtained in the solid-phase state in the form of a so-called sponge, for the extraction of which the reactor must be cooled, and the process is inevitably realized as periodic. This, in turn, necessitates the use of manual labor, reduces the productivity of the reactor, increases energy consumption and degrades the environmental characteristics of production.
В заявленном изобретении устройства для металлотермического восстановления алюминия магнием процесс выполняется при более высоких температурах, достигающих 1 100 - 1 150° С, при которых оба полученных продукта восстановления -алюминий и хлорид магния находятся в жидком виде и стекают в нижнюю часть реактора. (Температура плавления алюминия равна 660° С, а хлорида магния -708 - 714° С при температурах кипения соответственно 2497° С и 1412 - 1417° С). По этой причине верхнюю часть реактора выполняют цилиндрической для увеличения полезного объёма реактора, а нижнюю часть - конусной для сбора жидких алюминия и хлорида магния.  In the claimed invention, the device for metallothermic reduction of aluminum with magnesium is carried out at higher temperatures, reaching 1,100-1,150 ° C, at which both the resulting reduction products-aluminum and magnesium chloride are in liquid form and flow to the bottom of the reactor. (The melting point of aluminum is 660 ° C, and magnesium chloride is -708 - 714 ° C at boiling points, respectively, 2497 ° C and 1412 - 1417 ° C). For this reason, the upper part of the reactor is cylindrical to increase the effective volume of the reactor, and the lower part is tapered to collect liquid aluminum and magnesium chloride.
Основная реакционная зона выполняется пустотелой в области ввода газообразных хлорида алюминия и магния для лучшего их перемешивания, но объём, прилагающий к конусной части, заполняется  The main reaction zone is hollow in the area of the introduction of gaseous aluminum chloride and magnesium for better mixing, but the volume attached to the conical part is filled
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) тонкостенной пустотелой керамикой типа насадок из колец Рашига. Использование насадок необходимо для ускорения процессов конденсации и коалесценции образующихся капель алюминия и хлорида магния. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) thin-walled hollow ceramics such as nozzles from Raschig rings. The use of nozzles is necessary to accelerate the processes of condensation and coalescence of the resulting aluminum and magnesium chloride droplets.
Реактор соединён потоком инертного газа с котлом - испарителем магния и с аппаратом сепарации жидкого магния из отработанной остаточной смеси паров магния и хлорида алюминия. Котёл - испаритель магния и аппарат сепарации жидкого магния являются неотъемлемой частью устройства, но располагаются отдельно от реактора, поблизости от него.  The reactor is connected by a stream of inert gas with a boiler - magnesium evaporator and with a liquid magnesium separation apparatus from a waste residual mixture of magnesium vapor and aluminum chloride. The boiler - magnesium evaporator and liquid magnesium separation apparatus are an integral part of the device, but are located separately from the reactor, near it.
Реакция восстановления алюминия из его хлорида магнием в газовой фазе является экзотермической, протекает с выделением большого количества тепла, и процесс является автогенным. Для того, чтобы можно было гибко управлять температурой и скоростью восстановления реактор и аппарат сепарации магния снабжаются системой испарительного водяного охлаждения.  The reduction of aluminum from its chloride with magnesium in the gas phase is exothermic, proceeds with the release of a large amount of heat, and the process is autogenous. In order to be able to flexibly control the temperature and rate of reduction, the reactor and the magnesium separation apparatus are supplied with an evaporative water cooling system.
В предложенном изобретении используются флюидные фазы (жидкости и газы), реагирующие в турбулентных потоках при высоких температурах, что и обеспечивает высокую единичную производительности процесса. Кроме того, значительно снижаются капитальные затраты на сооружение производственных мощностей, а также затраты на обслуживание аппаратуры.  The proposed invention uses fluid phases (liquids and gases) that react in turbulent flows at high temperatures, which ensures a high unit productivity of the process. In addition, capital costs for the construction of production facilities, as well as equipment maintenance costs, are significantly reduced.
Краткое описание фигур чертежей  Brief Description of the Drawings
На Фиг.1 показан общий вид реактора, на фиг.2 котёл - испаритель, на фиг.З - аппарат сепарации в вертикальных разрезах.  Figure 1 shows a general view of the reactor; in Figure 2, the boiler is an evaporator; in FIG. 3, a separation apparatus in vertical sections.
Реактор (Фиг. 1) выполнен в виде стального цилиндра 1, переходящего в нижнюю конусную часть 2, предназначенную для сбора продуктов восстановления - алюминия и хлорида магния. Между  The reactor (Fig. 1) is made in the form of a steel cylinder 1, passing into the lower conical part 2, designed to collect the products of the reduction - aluminum and magnesium chloride. Between
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) цилиндрической и конусной частями расположено ложное днище 3. Реактор герметично закрыт крышкой 4. Все внутренние поверхности реактора футерованы огнеупорной керамикой 5, в качестве которой могут использоваться магнезитовые, графитовые и другие стойкие материалы. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The cylindrical and conical parts have a false bottom 3. The reactor is sealed with a lid 4. All internal surfaces of the reactor are lined with refractory ceramics 5, which can be magnesite, graphite and other resistant materials.
На ложное днище 3 устанавливаются насадки из тонкостенной керамики типа колец Рашига 6, применяемых в абсорбционных химических технологиях. Насадки выполняются из огнеупорных материалов, например, из магнезита, карбонитридов и т.д.  On a false bottom 3, nozzles made of thin-walled ceramics of the Raschig 6 type are used, which are used in chemical absorption technologies. Nozzles are made of refractory materials, for example, magnesite, carbonitrides, etc.
Для ввода в реактор исходных газообразных хлорида алюминия и магния используют сопла или форсунки 7 и 8, установленные в верхней пустотелой части реактора по касательным к окружности горизонтального сечения реакционной зоны и направленные навстречу друг другу. Восстановленные алюминий 9 и хлорид магния 10 собираются в конусной части 2 реактора и после выпуска через летку 11 хлорид магния 12 и алюминий 13 собираются в изложнице 14. Для вывода из реактора не прореагировавшей смеси хлорида алюминия и магния в крышке реактора установлен патрубок 15.  To enter into the reactor the source of gaseous aluminum chloride and magnesium using nozzles or nozzles 7 and 8, installed in the upper hollow part of the reactor tangent to the circumference of the horizontal section of the reaction zone and directed towards each other. The reduced aluminum 9 and magnesium chloride 10 are collected in the conical part 2 of the reactor and after being discharged through a tapping point 11, magnesium chloride 12 and aluminum 13 are collected in a mold 14. To remove an unreacted mixture of aluminum chloride and magnesium chloride, a branch pipe 15 is installed in the reactor cover.
Котёл - испаритель (Фиг.2) представляет собой стальную полусферу 16, герметично закрытую крышкой 17, футерованными теми же материалами, что и реактор. Магний подаётся в котёл в жидком виде. В металл опускается электрический нагреватель 18, выполненный, например, в виде стержней из карбида кремния. Нагреватель может быть заключён в магнезитовую защитную оболочку. В котёл - испаритель подаётся инертный газ (аргон или азот) и магний в виде пара вместе с инертным газом направляют в реактор. Котёл - испаритель может снабжаться системой водяного испарительного охлаждения, как и другие элементы устройства, показанные на Фиг.1 и Фиг.З.  The boiler - evaporator (Figure 2) is a steel hemisphere 16, hermetically closed by a cover 17, lined with the same materials as the reactor. Magnesium is fed to the boiler in liquid form. An electric heater 18, made, for example, in the form of rods of silicon carbide, is lowered into the metal. The heater may be enclosed in a magnesite protective sheath. An inert gas (argon or nitrogen) is fed to the evaporator boiler and the magnesium in the form of steam, together with the inert gas, is sent to the reactor. The boiler - the evaporator can be supplied with a water evaporative cooling system, as well as other elements of the device shown in Fig. 1 and Fig. 3.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Аппарат сепарации (Фиг.З), предназначенный для выделения жидкого магния из остаточной газообразной смеси его с хлоридом алюминия, представляет по форме уменьшенных размеров реактор, футерованный огнеупорной керамикой 19. В аппарат по патрубку 20 вводится газовая смесь, жидкий магниевый конденсат собирается в нижней части аппарата, а не прореагировавший хлорид алюминия по патрубку 21 удаляется из аппарата и возвращается в реактор. Аппарат сепарации подобно реактору снабжён запорным устройством 22 и системой испарительного охлаждения 23. Магниевый конденсат возвращают в котёл - испаритель и далее в реактор. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The separation apparatus (Fig. 3), designed to separate liquid magnesium from its residual gaseous mixture with aluminum chloride, is in the form of a reduced size reactor lined with refractory ceramics 19. The gas mixture is introduced into the apparatus through pipe 20, the magnesium condensate is collected at the bottom apparatus, and not reacted aluminum chloride through the pipe 21 is removed from the apparatus and returned to the reactor. The separation apparatus, like a reactor, is equipped with a shut-off device 22 and an evaporative cooling system 23. Magnesium condensate is returned to the boiler-evaporator and then to the reactor.
Устройство работает с непрерывной подачей в реактор пара хлорида алюминия и газообразного магния, полученного в единичном котле - испарителе или в батарее таких испарителей. Хлорид алюминия и газообразный магний транспортируются и подаются в реактор во встречных турбулентных потоках инертного газа - носителя, что обеспечивает идеальные условия контакта реагирующих частиц, снимает диффузионные барьеры и обеспечивает высокие скорости процесса восстановления. Для достижения больших скоростей выхода из реактора конечных продуктов - алюминия и хлорида магния необходимо использовать большие поверхности и количество активных центров фазообразования жидких фаз. Эта цель достигается благодаря применению отмеченных выше керамических тонкостенных и шероховатых насадок типа колец Рашига, выполненных из магнезита. Выпускаемый из реактора в непрерывном или периодическом режиме алюминий 13 защищен верхним слоем расплавленного хлорида магния 12. Разделение продуктов восстановления не составляет труда. Например, при понижении температуры до 680 - 700° С слой хлорида  The device operates with continuous supply of aluminum chloride and magnesium gas to the reactor, obtained in a single evaporator boiler or in a battery of such evaporators. Aluminum chloride and magnesium gas are transported and fed into the reactor in opposing turbulent flows of an inert carrier gas, which provides ideal contact conditions for the reacting particles, removes diffusion barriers and ensures high speeds of the reduction process. To achieve high rates of exit from the reactor of the final products - aluminum and magnesium chloride, it is necessary to use large surfaces and the number of active centers of the phase formation of the liquid phases. This goal is achieved through the use of the above-noted ceramic thin-walled and rough nozzles such as Raschig rings made of magnesite. The aluminum 13 discharged from the reactor in continuous or batch mode is protected by an upper layer of molten magnesium chloride 12. Separation of the reduction products is not difficult. For example, when the temperature drops to 680 - 700 ° C, the chloride layer
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) магния превращается в твёрдую фазу, а жидкий алюминий может быть легко направлен на дальнейшие технологические операции. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) magnesium is converted into a solid phase, and liquid aluminum can be easily sent for further technological operations.
Аппарат сепарации, предназначенный для разделения хлорида алюминия и магния в их остаточной газовой смеси, работает за счёт понижения давления в системе и температуры ниже температуры кипения магния. Жидкий магний - конденсат направляют на рафинирование или, при достаточной его чистоте, непосредственно на процесс восстановления через котёл - испаритель.  A separation apparatus designed to separate aluminum chloride and magnesium in their residual gas mixture works by reducing the pressure in the system and the temperature below the boiling point of magnesium. Liquid magnesium - condensate is sent to the refining or, with its sufficient purity, directly to the recovery process through the boiler - evaporator.
Для обеспечения высокой, но регулируемой производительности устройства в нём предусмотрена система водяного испарительного охлаждения как в самом реакторе, так и в аппарате сепарации. Принципы работы таких устройств в других областях техники, в том числе и в металлургии, хорошо известны и отработаны. Системы циркуляции инертного газа также хорошо отработаны в химических технологиях и в металлургии редких металлов.  To ensure a high, but adjustable device performance, it provides for a system of evaporative water cooling both in the reactor itself and in the separation apparatus. The principles of operation of such devices in other areas of technology, including metallurgy, are well known and developed. Inert gas circulation systems are also well developed in chemical technologies and in the metallurgy of rare metals.
При технологическом использовании изобретения хлорид алюминия подаётся в газообразном виде по соплам (форсункам) 7 в верхнюю часть стального цилиндра 1 реактора (Фиг.1). Туда же подаётся во встречном потоке по форсункам (соплам) 8 газообразный или парообразный магний в смеси с инертным газом. Эта смесь предварительно готовится в котле-испарителе (Фиг.2), в который по отдельности вводятся исходные инертный газ (например, аргон) и жидкий магний, а выводится двухкомпонентный поток магния и инертного газа с подачей его в реактор (Фиг1).  In the process of using the invention, aluminum chloride is supplied in a gaseous form through nozzles (nozzles) 7 to the upper part of the steel cylinder 1 of the reactor (Figure 1). There also is fed in the counter flow through the nozzles (nozzles) 8 gaseous or vaporous magnesium mixed with an inert gas. This mixture is preliminarily prepared in a boiler-evaporator (Figure 2), into which the initial inert gas (for example, argon) and liquid magnesium are introduced separately, and a two-component stream of magnesium and inert gas is fed to the reactor (Figure 1).
Образующиеся жидкие алюминий и хлорид магния конденсируются и коалесцируют на поверхностях насадок 6 (Фиг.1), стекают в конусную часть реактора и далее через лётку 1 1 продукты восстановления - алюминий 13 и хлорид магния 12 поступают в  The resulting liquid aluminum and magnesium chloride condense and coalesce on the surfaces of the nozzles 6 (Figure 1), drain into the conical part of the reactor and then through the tap 1 1 the reduction products - aluminum 13 and magnesium chloride 12 enter
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) изложницу 14. Остаточная газообразная смесь стравливается через патрубок 15 (Фиг.1). Эта смесь подаётся в аппарат сепарации через патрубок 20 (Фиг.З). Далее магний, удалённый из него через запорное устройство 22, возвращается в котёл-испаритель, а хлорид алюминия, удаляемый в газообразном виде через патрубок 21, возвращается в реактор через сопло - форсунку 7 (Фиг.1) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the mold 14. The residual gaseous mixture is etched through the nozzle 15 (Figure 1). This mixture is fed into the separation apparatus through the pipe 20 (Fig.Z). Next, the magnesium removed from it through the locking device 22 is returned to the boiler-evaporator, and aluminum chloride, removed in gaseous form through the pipe 21, is returned to the reactor through a nozzle - nozzle 7 (Figure 1)
Промышленная применимость  Industrial Applicability
Возможность реализации предложенного изобретения не вызывает сомнений и подтверждается тем фактом, что похожий, но значительно более сложный процесс магнийтермического восстановления титана из его тетрахлорида существует и успешно применяется в США, Российской Федерации и странах СНГ.  The possibility of implementing the proposed invention is beyond doubt and is confirmed by the fact that a similar, but much more complicated process of magnesium-thermal reduction of titanium from its tetrachloride exists and is successfully used in the United States, the Russian Federation and the CIS countries.
Предложенное изобретение обеспечивает следующие преимущества новой техники и технологии получения алюминия. Это неограниченно высокая единичная производительность устройства и низкий уровень капитальных затрат при строительстве новых мощностей. Обеспечиваются герметичность и экологическая чистота производства. В устройстве исключаются затраты ручного труда и возможна полная автоматизация процесса. Восстановление алюминия в устройстве происходит со значительным положительным термохимическим тепловым эффектом и протекает в автогенном режиме, практически без затрат энергии извне.  The proposed invention provides the following advantages of new technology and technology for the production of aluminum. This is an unlimited high unit capacity of the device and a low level of capital expenditures during the construction of new capacities. Provided tightness and environmental cleanliness of production. The device eliminates the cost of manual labor and possible full automation of the process. Aluminum recovery in the device occurs with a significant positive thermochemical thermal effect and proceeds in an autogenous mode, with virtually no energy from the outside.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Литература: SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Literature:
1. Kroll W.J. Pat USA JV° 2205854, 1940 y.  1. Kroll W.J. Pat USA JV ° 2205854,1940 y.
2. Kroll W. J. Trans. Electrochem. Soc. , 1940, v 78, p. 35.  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.  3. B.A. Garmata et al. Titanium metallurgy. Moscow, Metallurgy, 1968, 643 p.
4. А.Н. Зеликман, Г.А. Меерсон. Металлургия редких металлов. М., Металлургия, 1973, 607 с.  4. A.N. Zelikman, G.A. Meerson. Metallurgy of rare metals. Moscow, Metallurgy, 1973, 607 p.
5. Справочник химика.// Под ред. Б.П. Никольского, т. И, «Химия», М., 1964, 1 168 с.  5. Reference chemist. / / Ed. B.P. Nikolsky, t. And, "Chemistry", M., 1964, 1 168 p.
6. М. Джуа. История химии (с итальянского), М., 1975, 477 с. 6. M. Jua. History of Chemistry (from Italian), M., 1975, 477 p.
7. Ветюков М.М., Цыплаков A.M., Школьников С.Н.  7. Vetiukov MM, Tsyplakov A.M., Shkolnikov S.N.
Электрометаллургия алюминия и магния. М., «Металлургия», 1987, 320 с.  Electrometallurgy of aluminum and magnesium. M., "Metallurgy", 1987, 320 p.
8. К. Grjotheim, Q. Zhuxian. Molten Salt Technology, v. II, Shenyang, China, 1991, 435 c.  8. K. Grjotheim, Q. Zhuxian. Molten Salt Technology, v. II, Shenyang, China, 1991, 435 c.
9. B.A. Лебедев, В.И. Седых. Металлургия магния. Иркутск, 2010, 175 с.  9. B.A. Lebedev, V.I. Gray. Magnesium metallurgy. Irkutsk, 2010, 175 p.
10. А.И. Бегунов. Проблемы модернизации алюминиевых электролизёров. Иркутск, 2000, 105 с.  10. A.I. Runners. Problems of modernization of aluminum electrolysis cells. Irkutsk, 2000, 105 p.
1 1. Kroll W.J. Metalls, Trans. Electrochem. Soc, 1947, N 89, p. 41.1 1. Kroll W.J. Metalls, Trans. Electrochem. Soc, 1947, N 89, p. 41
12. Kroll W.J. Metalls, 1955, v 5, N 9-10, p. 336. 12. Kroll W.J. Metalls, 1955, v 5, N 9-10, p. 336.
13. В.П. Машовец. Электрометаллургия алюминия, ОНТИ · НКТП · СССР, 1938, 345 с  13. V.P. Mashovets. Electrometallurgy of aluminum, ONTI · NKTP · USSR, 1938, 345
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)

Claims

Формула изобретения Claim
1. Способ получения алюминия металл отермическим восстановлением трихлорида магнием, отличающийся тем, что восстановление выполняют в потоке инертного газа при температуре 900 - 1 150°С, суммарном давлении от 0,01 до 5 ат и соотношении масс хлорида алюминия и магния в исходной смеси как 3,69 к 1 ,00. 1. A method of producing aluminum is a metal othermic reduction of trichloride with magnesium, characterized in that the reduction is carried out in an inert gas stream at a temperature of 900-150 ° C, a total pressure of from 0.01 to 5 at and a mass ratio of aluminum chloride and magnesium in the initial mixture as 3.69 to 1, 00.
2. Устройство для осуществления способа, включающее цилиндрический реактор с расположенными внутри тонкостенными керамическими насадками и конусной нижней частью, отличающийся тем, что перед реактором установлен котёл-испаритель магния в поток инертного газа, а после него - аппарат сепарации жидкого магния из остаточной смеси его с хлоридом алюминия, при этом все составные части устройства футерованы изнутри огнеупорными материалами.  2. A device for carrying out the method including a cylindrical reactor with thin-walled ceramic nozzles and a conical bottom located inside, characterized in that a magnesium evaporator boiler is installed in the inert gas flow in front of the reactor, followed by a liquid magnesium separation apparatus from its residual mixture aluminum chloride, with all the components of the device are lined from the inside with refractory materials.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2011/000676 2010-11-08 2011-09-06 Method for producing aluminium by metallothermic reduction of trichloride with magnesium and apparatus for carrying out said method WO2012064220A1 (en)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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
EP20110839007 EP2639320A4 (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
BR112013000737A BR112013000737A2 (en) 2010-11-08 2011-09-06 method of producing aluminum by magnesium metallothermal reduction and apparatus for carrying out the method
JP2013537634A JP2014502307A (en) 2010-11-08 2011-09-06 Method for producing aluminum by metal thermal reduction of aluminum trichloride using magnesium and apparatus for its implementation
CN2011800230756A CN102959104A (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
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
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
KR1020127028895A KR101491891B1 (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

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010145493/02A RU2478126C2 (en) 2010-11-08 2010-11-08 Method of aluminium production by metal-thermal reduction
RU2010145493 2010-11-08
RU2011102356 2011-01-21
RU2011102356/02A RU2476613C2 (en) 2011-01-21 2011-01-21 Device for metallothermic reduction of aluminium from its trichloride with magnesium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012064220A1 true WO2012064220A1 (en) 2012-05-18

Family

ID=46051174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2011/000676 WO2012064220A1 (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

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20130036869A1 (en)
EP (1) EP2639320A4 (en)
JP (1) JP2014502307A (en)
KR (1) KR101491891B1 (en)
CN (1) CN102959104A (en)
AU (1) AU2011326897A1 (en)
BR (1) BR112013000737A2 (en)
CA (1) CA2794546A1 (en)
WO (1) WO2012064220A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110127739B (en) * 2014-09-12 2022-04-12 尤萨科有限责任公司 Process for producing aluminum chloride derivative
CN111118354A (en) * 2020-03-13 2020-05-08 青海大学 Method for recovering waste aluminum scraps by metal magnesium reduction method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2205854A (en) 1937-07-10 1940-06-25 Kroll Wilhelm Method for manufacturing titanium and alloys thereof
AT282210B (en) * 1966-08-29 1970-06-25 Conzinc Riotinto Ltd Process and device for the production of aluminum and aluminum alloys
SU456414A3 (en) * 1971-04-29 1975-01-05 Апплайд Алюминиум Рисерч Корпорейшн (Фирма) Method for producing aluminum from aluminum trichloride by reducing it with metallic manganese
CN1196398A (en) * 1997-04-12 1998-10-21 钟正伟 Producing metal aluminium by thermal reduction method

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE657186A (en) * 1963-12-16
US3918960A (en) * 1969-09-29 1975-11-11 Applied Aluminum Res Corp Method for the production of aluminum
US3844771A (en) * 1970-01-06 1974-10-29 Dow Chemical Co Method for condensing metal vapor mixtures
US3661558A (en) * 1970-02-16 1972-05-09 Dorr Oliver Inc Process and apparatus for distributing slurry to a reaction furnance
US3775093A (en) * 1971-12-27 1973-11-27 Dow Chemical Co Ebullient cooling of high temperature metalliferous vapors
DE2318262A1 (en) * 1973-04-11 1974-10-31 Halomet Ag PROCESS FOR THE EXTRACTION OF METALS FROM HALOGENIDES USING REDUCING METALS
CA1092787A (en) * 1976-03-15 1981-01-06 Westinghouse Electric Corporation Chlorination process for producing aluminum
JPS5818142B2 (en) * 1976-03-29 1983-04-11 日本鉱業株式会社 Equipment for supplying solid sublimable substances to high-temperature parts
LU81469A1 (en) * 1979-07-05 1981-02-03 Luniversite Libre Bruxelles PROCESS AND PLANT FOR THE PRODUCTION OF REACTIVE METALS BY REDUCTION OF THEIR HALIDES
CA2240450A1 (en) * 1998-06-12 1999-12-12 Michael Mourad Hanna Process for the treatment of roasted metal sulphide ores and ferrites
WO2000055931A1 (en) * 1999-03-15 2000-09-21 Case Western Reserve University Metal sponges for rapid surface-chemical reactions
US20060107790A1 (en) * 2002-10-07 2006-05-25 International Titanium Powder, Llc System and method of producing metals and alloys
CN100559125C (en) 2007-05-25 2009-11-11 北京航空航天大学 A kind of spacecraft attitude based on Euler-q algorithm and DD2 filtering is determined method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2205854A (en) 1937-07-10 1940-06-25 Kroll Wilhelm Method for manufacturing titanium and alloys thereof
AT282210B (en) * 1966-08-29 1970-06-25 Conzinc Riotinto Ltd Process and device for the production of aluminum and aluminum alloys
SU456414A3 (en) * 1971-04-29 1975-01-05 Апплайд Алюминиум Рисерч Корпорейшн (Фирма) Method for producing aluminum from aluminum trichloride by reducing it with metallic manganese
CN1196398A (en) * 1997-04-12 1998-10-21 钟正伟 Producing metal aluminium by thermal reduction method

Non-Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Spravotchnik chemica// Pod red. B.P. Nikolskogo", CHEMIA, M., vol. T II, 1964, pages 1168
A.I. BEGUNOV: "Problems modernizathii aluminum electrolizerov", IRKUTSK, 2000, pages 105
A.N. ZELICHMAN; G.A. MEERSON: "Metallurgia redkich metallov", M., METALLURGIA, 1973, pages 607
G.V. SAMSONOV ET AL.: "Metallurgiya", MARNIETERIYAM. MOSCOW, IZDATELSTVO, 1971, pages 140, XP008161292 *
K. GRJOTHEIM; Q. ZHUXIAN: "Molten Salt Technology", SHENYANG, CHINA, vol. VII, 1991, pages 435
KROLL W.J., METALLS, vol. 5, no. ? 9-10, 1955, pages 336
KROLL W.J., TRANS. ELECTROCHEM. SOC., 1947, pages 41
KROLL W.J., TRANS. ELECTROCHEM. SOC., vol. 78, 1940, pages 35
M. GIUA, ISTORIA CHEMIE, 1975, pages 477
M.M. VETUKOV; A.M. TSIPLAKOV; S.N. SCHKOLNICOV: "Electrometallurgia aluminia i magnia", M., METALLURGIA, 1987, pages 320
See also references of EP2639320A4
V.A. GARMATA ET AL., METALLURGIYA TITANA. MOSCOW, METALLURGIYA, 1968, pages 236 - 243, XP008161294 *
V.A. GARMATA ET AL.: "Metallurgia titana. M.", METALLURGIA, 1968, pages 643
V.A. LEBEDEV; V.I. SEDYKH: "Metallurgia magnia", IRKUTSK, 2010, pages 175
V.A.LEBEDEV; V.I.SEDYKH: "Metallurgy of Magnesium", IRKUTSK, 2010, pages 149
V.P. MASHOVETS: "Electrometallurgia aluminia", ONTI-NKTP, 1938, pages 345

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130020675A (en) 2013-02-27
KR101491891B1 (en) 2015-02-11
US20130036869A1 (en) 2013-02-14
CN102959104A (en) 2013-03-06
JP2014502307A (en) 2014-01-30
EP2639320A1 (en) 2013-09-18
AU2011326897A1 (en) 2013-02-07
EP2639320A4 (en) 2015-04-29
CA2794546A1 (en) 2012-05-18
BR112013000737A2 (en) 2017-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4401467A (en) Continuous titanium process
NZ212867A (en) Ladle for removing magnesium from molten aluminium
Zhang et al. A perspective on thermochemical and electrochemical processes for titanium metal production
CN111304696B (en) Method for purifying, regenerating and inactivating molten salt and recovering valuable metals in inactivated molten salt by electrochemical method
Li et al. Behavior of magnesium impurity during carbochlorination of magnesium-bearing titanium slag in chloride media
CN110819822B (en) Electric heating aluminum smelting device
CN104120284B (en) The method of magnesium is reclaimed from magnesium eletrolysis residue
WO2012064220A1 (en) Method for producing aluminium by metallothermic reduction of trichloride with magnesium and apparatus for carrying out said method
US2621120A (en) Process of refining aluminum
Yan et al. Molten salt electrolysis for sustainable metals extraction and materials processing—A review
CN107285354B (en) Aluminum carbonaceous dangerous waste watery fusion permeates continuous separation method and products obtained therefrom
Friedrich et al. Production technologies of magnesium
RU2407816C1 (en) Procedure for production of low carbon aluminium implementing carbo-thermal reduction in one furnace with fume processing and recycling
RU2476613C2 (en) Device for metallothermic reduction of aluminium from its trichloride with magnesium
US20230041658A1 (en) A method and apparatus to condense magnesium vapor using a fluid-cooled heat exchanger
CN109207738B (en) Treatment method of waste refractory material of aluminum electrolytic cell
RU2478126C2 (en) Method of aluminium production by metal-thermal reduction
Kroll et al. Production of malleable zirconium on a pilot-plant scale
Martin Light Metals 2018
NO783972L (en) PROCEDURE AND APPARATUS FOR MANUFACTURE OF MG FROM MGO AD CHEMICAL-THERMAL ROAD
Mukhachev et al. Nuclear zirconium–the basis of alloys with improved neutron-physical, radiation, and corrosion properties
Guo et al. Liquid-metal-electrode-assisted electrolysis for the production of sodium and magnesium
Mallikarjunan et al. Pyrometallurgical processes for the separation of hafnium from zirconium
US559729A (en) Renzj
Wilson Modern production process for magnesium

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201180023075.6

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11839007

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2794546

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13641725

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20127028895

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011839007

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2743/MUMNP/2012

Country of ref document: IN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2011326897

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20110906

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013537634

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112013000737

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112013000737

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20130111