WO2022164344A1 - Производство алюминия с движущимся электролитом в электролизере - Google Patents

Производство алюминия с движущимся электролитом в электролизере Download PDF

Info

Publication number
WO2022164344A1
WO2022164344A1 PCT/RU2021/050433 RU2021050433W WO2022164344A1 WO 2022164344 A1 WO2022164344 A1 WO 2022164344A1 RU 2021050433 W RU2021050433 W RU 2021050433W WO 2022164344 A1 WO2022164344 A1 WO 2022164344A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrolyte
aluminum
anodes
electrolysis
aluminum oxide
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/050433
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Сергей Владимирович КИДАКОВ
Original Assignee
Сергей Владимирович КИДАКОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Владимирович КИДАКОВ filed Critical Сергей Владимирович КИДАКОВ
Publication of WO2022164344A1 publication Critical patent/WO2022164344A1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium

Definitions

  • the invention relates to the metallurgy of non-ferrous metals, in particular to the design of electrolyzers for the production of aluminum. prior art.
  • the essence of the presented invention is: increasing the intensity of the electrolysis process at a lower consumption of electricity by the movement of an electrolyte saturated with aluminum oxide along the bottom of the cell by gravity and the use of metals or their alloys with high conductivity, refractoriness, corrosion and chemical resistance as anodes.
  • the purpose of the invention are:
  • the electrolyte with dissolved aluminum oxide is circulated in a closed circuit, - due to the high viscosity of the electrolyte with dissolved aluminum oxide, the level of supply of the electrolyte mixture is higher than the level of its outflow, which ensures self-flow,
  • an electrolyte solution with dissolved aluminum oxide is fed into the electrolysis chamber evenly in order to move uniformly between the anodes and the cathode
  • the deposited aluminum flows by gravity along the hearth, which has a slight slope towards the bath, located in front of the flow of the solution, the excess aluminum is constantly removed to the outside for further processing, ensuring a constant level of aluminum on the hearth,
  • the molten aluminum collection bath can be used for coarse cleaning of insoluble particles (not melted, not metallic inclusions, etc.),
  • the released oxygen can be purified and used in industry, transport or medicine,
  • - anodes should be made of a refractory metal or an alloy with high electrical conductivity, low electrical resistance, corrosion and chemical resistance, presumably a pseudo-alloy of copper and tungsten.
  • Electrolyte circulation reduces the formation of an oxygen cushion in the anode space, which increases the electrical resistance and power consumption.
  • the uniform consumption of aluminum oxide in the flowing electrolyte reduces the possibility of an anode effect known in the process of aluminum electrolysis with a decrease in the aluminum oxide content in the anode space of less than 1%, which also reduces the efficiency of electrolysis - increases power consumption and requires additional measures to eliminate the anode effect.
  • anodes made of chemically inactive materials significantly reduces the formation of foam (carbon foam when using carbon anodes).
  • the electrical resistance of carbon anodes is 430-600 times higher than the resistance of a composite alloy of copper and tungsten.
  • the methods described in the invention can be applied, inter alia, in the production of refined (purified) aluminum.
  • the refining process in order to reduce the cost of production, can be included in one technological cycle with the primary production of aluminum.
  • FIG. 1 shows an electrolyzer with a gravity-flowing electrolyte, indicated: 1 - exhaust gases
  • the cell can be made according to a symmetrical layout with the supply of an electrolyte saturated with aluminum oxide from two opposite sides and the selection of an electrolyte depleted in aluminum oxide in the center.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к конструкции электролизеров для производства алюминия. Электролизер для производства алюминия, содержащий камеру электролиза, катод и аноды, ввод для подачи насыщенного оксидом алюминия расплавленного электролита, отвод обедненного оксидом алюминия расплавленного электролита с другой стороны камеры. Катод выполнен в виде подины с наклоном, обеспечивающим движение электролита самотеком вдоль подины в сторону отвода обедненного оксидом алюминия электролита. В передней части относительно течения раствора для постоянного отвода излишков алюминия расположена ванна. Электролизер содержит замкнутый контур, обеспечивающий циркуляцию электролита с растворенным оксидом алюминия и выполненный с возможностью равномерного насыщения электролита оксидом алюминия вне зоны электролиза при его перемещении с отвода к вводу в электролизер. Аноды выполнены из псевдосплава меди и вольфрама. Технический результат: увеличение выхода алюминия при меньших затратах электричества.

Description

Производство алюминия с движущимся электролитом в электролизере.
Описание. Область техники.
Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к конструкции электролизеров для производства алюминия. Предшествующий уровень техники.
Существуют химические способы получения алюминия и способы с использованием электролиза. Химические способы имеют высокую себестоимость получаемого алюминия и малую производительность. Наиболее производительным химическим способом получения является магнийтермическое восстановление трихлорида алюминия (ном. патента RU0002583214 от 10.05.16г. автор Бегунов Альберт Иванович).
Значительно более производительным является получение алюминия с использованием электролиза открытого в 1808 г. и значительно усовершенствованном 1886г. французским инженером Польем Эру и американским студентом Чарльзом Холлом. Метод Холла-Эру с небольшими доработками используется в промышленности в настоящее время.
Прогресс в технологии электролизного получения алюминия происходит по следующим направлениям:
- доработка конструкции электролизёра в целом - изобретение № ЕА201990207 от 28.06.19г. автор Лю Синхуа
- доработка подачи оксида алюминия - изобретение № RU0002454490 от 27.06.12г. авторы Поляков Петр Васильевич, Виноградов Алексей Михайлович, Никитин Евгений Викторович, Красовицкий Александр Владимирович
- доработка химической составляющей процесса электролиза хлорида алюминия - изобретение № US4919771 от 24.04.90 автор Wilkening Siegfried
Из уровня техники и в производстве известно пропускание металлического расплава через фильтр для его очистки от нерастворимых частиц (не металлических включений и пр.). В качестве фильтров используются особые сорта стеклоткани с размером ячейки около 1 мм или стальную сетку. Наиболее эффективно фильтрование расплавов через зерновые и спеченные пористые фильтры. Зерновые фильтры представляют 30-60 мм слой из кусков зерен диаметром 5-15 мм. Спеченные пористые фильтры имеют поры размером до 0,5 мм. Оба этих типа фильтров способны задерживать очень мелкие включения, до 20-30 мкм в поперечнике. Из текущего уровня техники не известно использование подобных фильтров для предварительной очистки расплава алюминия внутри электролизера.
Все найденные изобретения, касающиеся электролизного получения алюминия, незначительно улучшают технологию, не меняя её кардинально. Все улучшения не меняют основные недостатки электролизного получения алюминия:
- огромный расход электроэнергии,
- не равномерность процесса электролиза в силу использования не равномерно сгорающих угольных анодов,
- не равномерность подачи оксида алюминия в зону электролиза Эти недостатки значительно снижает представленное изобретение. Раскрытие изобретения.
Сущностью представленного изобретения является: повышение интенсивности процесса электролиза при меньшем расходе электричества движением электролита насыщенного оксидом алюминия вдоль подины электролизера самотёком и использование в качестве анодов металлов или их сплавов с высокой проводимостью, тугоплавкостью, коррозийной и химической стойкостью. Целью изобретения являются:
- высокая интенсивность и равномерность реакции диссоциации оксида алюминия на составляющие химические элементы - алюминий и кислород под действием тока, исключающей анодный эффект (блокирование анодов газовой плёнкой) и выпадение в осадок оксида алюминия, что нарушает эффективность электролиза,
- поддержание максимальной насыщенности электролита растворенным оксидом алюминия между анодами и катодом (подиной),
- смыв потоком электролита с анодов выделяющихся пузырьков кислорода снижая анодный эффект и реакции окисления и разрушения анодов, увеличивая смачиваемость анодов электролитом,
- экономия электроэнергии на высокой проводимости и низкого электрического сопротивления анодов.
Перечисленные факторы позволяют достичь большего выхода алюминия при меньших затратах электричества. Также технологический процесс изобретения позволяет получать вместо углекислого газа кислород. Это достигается тем, что:
- в камере электролиза обеспечивается циркуляция электролита с растворенным оксидом алюминия в замкнутом контуре, - в силу большой вязкости электролита с растворенным оксидом алюминия уровень подачи электролитной смеси выше чем уровень её оттока чем обеспечивается самоток,
- равномерное насыщение электролита оксидом алюминия происходит вне зоны электролиза с использованием перемешивания и регулирования добавок,
- в камеру электролиза раствор электролита с растворенным оксидом алюминия подаётся равномерно с целью равномерного перемещения между анодами и катодом
- осаждаемый алюминий стекает самотёком по подине имеющей небольшой наклон в сторону ванны, расположенной в передней части относительно течения раствора, излишки алюминия постоянно отводится наружу для дальнейшей обработки, обеспечивая постоянный уровень алюминия на подине,
- ванна сбора расплавленного алюминия может использоваться для грубой очистки от нерастворимых частиц (не расплавленных, не металлических включений и пр.),
- выделяющийся на анодах кислород, во избежание блокирования анодов от раствора и вступления в химическую реакцию постоянно отводится вверх и в систему отвода и очистки газов,
- для эффективного отделения и отвода кислорода используются обтекаемые аноды (смыв пузырьков) и вибрация анодов оптимальной частоты, чем больше кислорода отделится с выведется, тем меньше он будет участвовать в обратимой реакции окисления алюминия,
- выделившийся кислород может быть очищен и использован в промышленности, транспорте или медицине,
- аноды должны быть изготовлены из тугоплавкого метала или сплава высокой электропроводностью, низкого электрического сопротивления, коррозийной и химической стойкостью, предположительно - псевдосплав меди и вольфрама.
Отдельно к представленному изобретению рекомендуется организация выпуска готовой продукции на заводах получения алюминия из оксида алюминия. Этим достигается экономия электроэнергии на повторный разогрев/расплав заготовок (слитки различной формы). Сэкономленная, дешевая электроэнергия наиболее эффективно применима при производстве готовой продукции с высокой добавленной стоимостью.
Дополнительно следует добавить сведения, подтверждающие влияние каждого из заявленных конструктивных признаков на достижение указанного технического результата, а именно, повышение интенсивности процесса электролиза при меньшем расходе электричества:
- Циркуляция электролита снижает процесс появления в прианодном пространстве кислородной подушки, увеличивающей электрическое сопротивление и расход электроэнергии. Равномерный расход оксида алюминия в протекающем электролите снижает возможность проявления известного в процессе электролиза алюминия анодного эффекта при снижении содержания оксида алюминия в прианодном пространстве менее 1% который также снижает эффективность электролиза - увеличивает расход электроэнергии и требует дополнительных мероприятий для исключения анодного эффекта.
- Вибрация используется из известного уровня техники для отрыва пузырьков выделяющихся на электродах газов и для ускорения химических реакций (например, В.А.Позднеев, В. Н. Цуркин «О низкочастотной осцилляции пузырьков в вибрирующей жидкости» 28.09.2001)
- Использование анодов из химически неактивных материалов значительно снижает образование пены (угольной пены при использовании угольных анодов). Предлагаемые ранее материалы анода на основе: железа, никеля, марганца, титана, тантала, циркония, хрома, ниобия, кобальта, ванадия, сплавов на их основе, карбидов и боридов этих металлов, а также с использованием композиционных материалов на основе тугоплавкой керамики, имеют от 1 ,5 до 50 раз большее электрическое сопротивление чем у анодов на основе композитного сплава меди и вольфрама и, следовательно, больший расход электричества при электролизе. Электрическое сопротивление угольных анодов в 430-600 раз выше сопротивления композитного сплава меди и вольфрама.
Отдельно к представленному изобретению рекомендуется организация выпуска готовой продукции на заводах получения алюминия из оксида алюминия. Этим достигается экономия электроэнергии на повторный разогрев/расплав заготовок (слитки различной формы). Сэкономленная, дешевая электроэнергия наиболее эффективно применима при производстве готовой продукции с высокой добавленной стоимостью.
Описанные в изобретении методы могут быть применены, в том числе, в производстве рафинированного (очищенного) алюминия. Процесс рафинирования, для снижения себестоимости продукции, может быть включен в один технологический цикл с первичным получением алюминия. Краткое описание чертежей.
На Фиг. 1 изображен электролизер с движущимся самотёком электролитом, указаны: 1 - отводимые газы
2 - отвод обедненного электролита и место добавления оксида алюминия
3 - отвод расплавленного алюминия
4 - направление движения электролита с растворенным оксидом алюминия
5 - подина, катод
6 - электролит с растворенным оксидом алюминия
7 - подача электролита насыщенного оксидом алюминия
8 - аноды из метала или сплава металлов
9 - токопроводная шина
10 - расплавленный алюминий
Перемешивание в электролите добавленного оксида алюминия происходит при его перемещении с отвода к вводу в электролизер.
Электролизер может быть выполнен по симметричной компоновке с подачей электролита насыщенного оксидом алюминия с двух, противоположных сторон и отбором обедненного оксидом алюминия электролита в центре.
На Фиг. 2, вид сверху, указаны:
1 - поперечный разрез анода со схематическим обтеканием электролита
2 - анод, установленный в ванне электролизера на анодной электрической шине
3 - электрическая анодная шина
4 - вибрирующее устройство
Для упрощения на чертеже не показаны элементы не относящиеся к демонстрации установки обтекаемых анодов.

Claims

Формула изобретения. Электролизер для производства алюминия, содержащий камеру электролиза, катод и аноды, отличающийся тем, что содержит ввод для подачи насыщенного оксидом алюминия расплавленного электролита, отвод обедненного оксидом алюминия расплавленного электролита с другой стороны камеры, катод выполнен в виде подины с наклоном, обеспечивающим движение электролита самотеком вдоль подины в сторону отвода обедненного оксидом алюминия электролита, ванну, расположенную в передней части относительно течения раствора для постоянного отвода излишков алюминия, замкнутый контур, обеспечивающий циркуляцию электролита с растворенным оксидом алюминия и выполненный с возможностью равномерного насыщения электролита оксидом алюминия вне зоны электролиза при его перемещении с отвода к вводу в электролизер. Электролизер по и. 1, отличающийся тем, что что ванна выполнена с возможностью грубой очистки расплавленного алюминия. Электролизер по и. 1, отличающийся тем, что аноды выполнены из псевдосплава меди и вольфрама. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что аноды имеют поперечное сечение обтекаемой формы. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что аноды выполнены с возможностью вибрации.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
PCT/RU2021/050433 2021-01-26 2021-12-11 Производство алюминия с движущимся электролитом в электролизере WO2022164344A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021101592 2021-01-26
RU2021101592A RU2763059C1 (ru) 2021-01-26 2021-01-26 Производство алюминия с движущимся электролитом в электролизере

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022164344A1 true WO2022164344A1 (ru) 2022-08-04

Family

ID=80039082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/050433 WO2022164344A1 (ru) 2021-01-26 2021-12-11 Производство алюминия с движущимся электролитом в электролизере

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2763059C1 (ru)
WO (1) WO2022164344A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2274680C2 (ru) * 2004-06-22 2006-04-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-технологический центр "Легкие металлы" Способ получения металлов электролизом расплавленных солей
RU2283372C2 (ru) * 2001-03-07 2006-09-10 Мольтех Инвент С.А. Электролизер для электрохимического получения алюминия, работающий с анодами на основе металла
CN101824631A (zh) * 2009-03-02 2010-09-08 北京有色金属研究总院 铝电解用复合合金惰性阳极及使用该阳极的铝电解方法
RU2457285C1 (ru) * 2010-12-23 2012-07-27 Семен Игоревич Ножко Электролизер для производства алюминия
CN102851696A (zh) * 2011-06-30 2013-01-02 苏州天华有色金属制品有限公司 一种新型熔铝电解槽

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62182229A (ja) * 1986-02-07 1987-08-10 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 金、銀を含有する硅酸鉱の処理法
US7235161B2 (en) * 2003-11-19 2007-06-26 Alcoa Inc. Stable anodes including iron oxide and use of such anodes in metal production cells
RU2698162C2 (ru) * 2017-03-01 2019-08-22 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Перфорированный металлический инертный анод для получения алюминия электролизом расплава
RU2722605C1 (ru) * 2019-11-26 2020-06-02 Василий Андреевич Крюковский Электролизер для производства алюминия

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2283372C2 (ru) * 2001-03-07 2006-09-10 Мольтех Инвент С.А. Электролизер для электрохимического получения алюминия, работающий с анодами на основе металла
RU2274680C2 (ru) * 2004-06-22 2006-04-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-технологический центр "Легкие металлы" Способ получения металлов электролизом расплавленных солей
CN101824631A (zh) * 2009-03-02 2010-09-08 北京有色金属研究总院 铝电解用复合合金惰性阳极及使用该阳极的铝电解方法
RU2457285C1 (ru) * 2010-12-23 2012-07-27 Семен Игоревич Ножко Электролизер для производства алюминия
CN102851696A (zh) * 2011-06-30 2013-01-02 苏州天华有色金属制品有限公司 一种新型熔铝电解槽

Also Published As

Publication number Publication date
RU2763059C1 (ru) 2021-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10519556B2 (en) Process for recycling waste carbide
RU2383636C2 (ru) Устройство для производства или рафинирования металлов и связанные с ним способы
CN107699711B (zh) 铜熔炼方法
NZ527658A (en) Removal of oxygen from metal oxides and solid solutions by electrolysis in a fused salt
JPH0157983B2 (ru)
CN109485023A (zh) 一种从含铜碲废液中回收碲的方法
JP2007063585A (ja) 溶融塩電解方法および電解槽並びにそれを用いたTiの製造方法
CN202519343U (zh) 废弃线路板中铜回收系统
RU2763059C1 (ru) Производство алюминия с движущимся электролитом в электролизере
Pérez et al. Electrochemical production of cobalt powder by using a modified hydrocyclone with ultrasonic assistance
JP2007084847A (ja) Tiの製造方法および装置
CN108707926A (zh) 一种废金刚石刀头电浸取回收铜工艺
JP4975244B2 (ja) 溶融塩電解による金属の製造方法および製造装置
NL2013407B1 (en) Process and apparatus for metal refining.
JP2007247057A (ja) アルミニウム三層電解精製用陰極黒鉛材
EP1878814A1 (en) Molten salt electrolytic cell and process for producing metal using the same
RU2209842C2 (ru) Способ плавки и литья металла
JP2020147811A (ja) 貴金属の回収方法
RU2734610C1 (ru) Способ получения сплава титан-железо и устройство для его осуществления
RU2305144C2 (ru) Способ электролитического получения магния из глубокообезвоженного карналлита и поточная линия для его осуществления
RU2678627C1 (ru) Способ переработки отработанных катализаторов, содержащих благородные металлы и рений
RU2796566C1 (ru) Способ рециклинга алюминия электролизом расплава его лома и устройство для осуществления этого способа
RU2294402C1 (ru) Способ электролитического получения магния из глубокообезвоженного хлормагниевого сырья и поточная линия для его осуществления
JPH04318128A (ja) 廃触媒の処理方法
JP2002327289A (ja) 銅微粉製造方法

Legal Events

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

Ref document number: 21923480

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21923480

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21923480

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1