×
27.09.2014
216.012.f7c3

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способу получения алюминия из металлургического глинозема. Способ включает плавление непрерывно поступающего глинозема в расплаве жидкого электрокорунда при плазменно-дуговом нагреве в реакторе под вакуумом, с последующим осаждением первичного алюминия и его рафинированием. Глинозем загружается в реактор дозатором в зону плазменной дуги и расплавляется при температуре 1300-1500°C со степенью вакуумирования 1,1-1,3·10-4 Па. Расплав электрокорунда переливается в электроосадительную камеру через разделительную диафрагму-перегородку, где под воздействием постоянного тока 150-200 А на поверхности расплава образуется алюминий, являющийся жидким катодом. Металл при достижении расчетного уровня 10-15 см направляют через сливное отверстие вакуумной печи в камеру для рафинирования, при этом в камере постоянно сохраняется необходимый объем металла. Обеспечивается упрощение способа получения алюминия и снижение материальных и энергетических затрат на его производство при высоких технико-экономических показателях процесса и экологичности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению алюминия из металлургического глинозема.

Известен промышленный способ Эру-Холла - электролиз криолит-глиноземных расплавов, по которому выпускается весь первичный алюминий [Минцис М.Я. Электрометаллургия алюминия / М.Я. Минцис, П.В. Поляков, Г.А. Сиразутдинов. Новосибирск: Наука. 2001. 368 с.]. Несмотря на долгий срок применения данной технологии, она имеет ряд недостатков: низкий энергетический КПД 40-50%; высокий расход электроэнергии (13-17 кВт·ч/кг Al); загрязнение окружающей среды; высокие материальные и трудозатраты.

Известен усовершенствованный способ получения алюминия по технологии Эру-Холла (патент US 6126799, опубл. 10.03.2000), в котором используют электролизеры с металлическим электродами, покрытыми керамическим оксидом, обладающим проводимостью по иону кислорода. При электролизе с таким анодом ионы кислорода проходят через оксидный слой и разряжаются на металлической основе. За исключением благородных металлов не было найдено ни одного индивидуального металла, пригодного для использования в качестве инертного анода, а основами для создания материала металлического инертного анода выбирались железоникелевый сплав (Fe-Ni) по патенту US 5006209 и алюминиевая бронза.

Основным недостатком металлических анодов является их быстрая растворимость в криолит-глиноземном расплаве и загрязнение первичного алюминия. Образующиеся на поверхности металлического электрода оксидные пленки, образующиеся в результате коррозии, повышают электрическое сопротивление на поверхности электрода. Сохранность слоя может быть обеспечена только при высокой активности ионов кислорода (O2-) в прианодном слое электролита, что особенно сложно осуществить при низких (700-900°C) температурах, когда растворимость глинозема низка и активность ионов кислорода резко изменяется. Снижение температуры электролита за счет дорогостоящих модифицирующих добавок, в свою очередь, необходимо для снижения растворимости оксидного слоя анода.

Известен усовершенствованный способ получения алюминия (патент US 3960678, опубл. 01.08.1976) с анодами с полупроводниковыми оксидами с электронной проводимостью и кислородом, выделяющимся прямо на поверхности оксида. Наибольшее распространение в этой группе получили аноды на основе ферритов никеля (NiFe2O4), разработанные компанией Alcoa, и оксида олова (SnO2), предложенные к испытаниям. Основным достоинством керамики является ее низкая растворимость в криолит-глиноземном расплаве.

Основным недостатком является низкий срок службы анодов, а промышленному внедрению керамики мешают низкая механическая прочность массивных образцов, особенно при высоких температурах, и сложность изготовления надежных токоподводящих контактов. Представляет большую опасность и возможность восстановления оксидов до металла растворенным алюминием в случае остановки.

Из альтернативных способов известны способы карботермического восстановления алюминия из его оксида, исследования, проведенные компаниями Alcan, Pechiney, Hydroaluminum. Наибольший прогресс в разработке карботермического способа (патент RU 2301842 C2, опубл. 27.06.2007) достигнут в результате совместных работ компаний Alcoa и Elcem. В печи карботермического восстановления, применяемой для получения алюминия, используют полую разделительную перегородку для подачи углеродного материала в протекающий под ней поток. Эта перегородка разделяет низкотемпературную реакционную зону, где проводят реагирование оксида алюминия с углеродом с образованием карбида алюминия, и высокотемпературную реакционную зону, где проводят реагирование карбида алюминия и оставшегося оксида алюминия с образованием алюминия и оксида углерода. Изобретение обеспечивает возможность подачи дополнительного углеродсодержащего материала в реактор и его равномерного распределения, возможность исключения локализованного перегрева ванны шлака и снижение уноса алюминия.

Основными недостатками, связанными с процессом карботермического способа, являются незначительный выбор материалов, стойких к воздействию жидкого оксикарбидного расплава и газов при температуре до 2100°C, трудности эффективного регулирования и поддержания высокой рабочей температуры, невозможность обеспечения чистоты металла из-за примесей в нефтяном коксе и неполная декарбонизация полученного алюминия.

Известен хлоридный способ производства алюминия (патент US 3893899, опубл. 07.08.1975). В нем в качестве сырья используется AlCl3, растворенный в расплавленных хлоридах щелочных металлов. Проведение процесса возможно при низких температурах электролиза (~700°C). Преимуществами такого способа являются высокие плотности тока, т.к. в расплаве присутствует только один вид анионов, способных окисляться на аноде, отсутствие окисления хлором угольных анодов, что делает их нерасходуемыми.

К недостаткам способа относят необходимость в производстве и транспортировке чистого обезвоженного AlCl3. Содержание оксидов и гидроксидов должно быть низким, чтобы избежать окисления графитовых электродов и накопления шлама оксихлоридов, которые малорастворимы в хлоридном электролите. Высокие парциальные давления паров различных компонентов электролита, поэтому требуется очистка хлора, выделяемого при электролизе, от паров электролита и возврат уловленных хлоридов в электролизер. Наиболее эффективная попытка внедрения процесса была сделана компанией Alcoa. Несмотря на высокую производительность (около 13 т Al/сут) для одного электролизера и низкий удельный расход электроэнергии (около 9 кВт·ч/кг Al, без учета расхода энергии на процесс хлорирования), метод имеет несколько сложных технических проблем, которые до сих пор исключают его коммерческое применение.

Известно альтернативное получение алюминия из его сульфида (патент NL 20080202939, опубл. 28.08.2008). Безводный высокочистый сульфид алюминия получают из глинозема, далее электролитическим способом разлагают на алюминий и серу в многополярной ванне. При выходе по току в 90% удельный расход электроэнергии составит всего 5,24 кВт·ч/кг Al.

Главным недостатком является необходимость в производстве и создании отдельно технологического передела для получения очень чистого Al2S3, это делает технологию промышленно нереализуемой, также существует сложность самого агрегата.

Известен способ получения алюминия электролизом расплава (патент RU 2415973 C2, опубл. 10.04.2011). Способ включает электролиз расплава KF-NaF-AlF3 с добавками Al2O3 при температуре электролита 700-900°C и поддержание криолитового отношения (KF+NaF)/AlF3 от 1,1 до 1,9. Электролиз ведут при анодной плотности тока не более 1,0 А/см2 и катодной плотности тока не более 0,9 А/см2. Обеспечивается увеличение производительности с одновременным снижением удельного расхода электроэнергии и удешевлением известного способа электролитического получения алюминия и низкая скорость коррозии электродных материалов, в частности инертных анодов. Температура электролиза при их использовании не превышает 150°C, что снижает требования к материалам электролизера, корректировке состава электролита, уменьшает экологическую нагрузку на окружающую среду.

Недостатком способа является высокая стоимость электролита, невозможность прямого использования в качестве сырья глинозема, низкие плотности тока снижают экономическую конкурентоспособность процесса. Участвующие в процессе электролиза ионы калия существенно снижают значение выхода по току.

Известен принятый в качестве прототипа способ извлечения металлов из металлосодержащих катализаторов на основе оксидов алюминия или кремния в плазменных печах (патент RU 2075526, опубл. 20.03.1997), включающий переработку путем плавления катализаторов в смеси с известковыми флюсами и(или) глиноземом с использованием плазменно-дугового нагрева при температуре 1600-1650°C подачей углеродсодержащего восстановителя и железа с последующей продувкой полученного расплава нейтральным газом.

Недостатком способа извлечения является разрушение электродов при высоких температурах электродуговой плавки. Взаимодействие угольной пыли и осколков с жидким металлом ведет к возникновению обратных термических реакций с образованием карбидов. Процесс энергоемкий и экономически невыгодный, требует применения дорогостоящих огнеупорных материалов для футеровки. Для извлечения металла требуется полный слив печи и временная остановка процесса.

Техническим результатом предлагаемого способа является упрощение существующего способа получения алюминия и снижение материальных и энергетических затрат на его производство при высоких технико-экономических показателях процесса и экологичности процесса.

Технический результат достигается тем, что алюминий получают путем плавления непрерывно поступающего глинозема в расплаве жидкого электрокорунда при плазменно-дуговом нагреве в реакторе в интервале температур 1300-1500°C со степенью вакуумирования 1,1-1,3·10-4 Па, с последующим осаждением первичного алюминия на поверхности электрокорунда в электроосадительной камере путем пропускания через расплав постоянного тока 150-200 А и его рафинированием. При этом жидкий алюминий осаждают и собирают на поверхности электрокорунда при температуре 850-900°C.

Сущность заявляемого способа пояснена на фиг.1.

В реакционном пространстве высокотемпературной печи с углеродной системой нагрева и теплоизоляции, которая имеет двойной водоохлаждаемый корпус 1, создается вакуум до давления остаточных защитных газов 100-150 Па с помощью одновременной работы диффузионного вакуумного насоса 3 и форвакуумного насоса 4. Глинозем загружается на поверхность расплава при помощи дозатора 2. Затем проводится равномерный нагрев глинозема до получения расплава белого электрокорунда. Для нагрева и плавления порций глинозема используется плазменная дуга плазмотрона 5 на постоянном токе «прямой полярности». Необходимым условием стабильности электрической дуги является наличие источника питания, обладающего специальными характеристиками. Образовавшийся расплав заполняет электроосадительную камеру 6, перетекая за диафрагму-перегородку 7. Первичный алюминий осаждают на поверхности электрокорунда путем пропускания через расплав постоянного тока 150-200 А посредством углеграфитовых анода 8 и катода 9. Жидкий алюминий 10 находится на поверхности расплава, выполняя функцию катода, при достижении расчетного уровня через литниковую систему посредством верхнего слива 11 направляется в рафинировочную камеру 12 на очистку.

Наиболее рациональным с точки зрения перерабатываемого объекта методом извлечения металлического алюминия из оксида алюминия является плазменно-дуговой нагрев. При этом в заявляемых условиях глинозем представляет собой расплав белого электрокорунда. Температура плавления глинозема при степени вакуумирования - 1,1-1,3·10-4 Па снижается до 1300-1500°C. Полученный расплав электрокорунда перетекает по принципу сообщающегося сосуда в электроосадительную камеру через разделительную диафрагму-перегородку. При прохождении электрического тока через расплав на поверхности раздела в камере происходит электрохимическое восстановление ионов с образованием алюминия.

В межэлектродном зазоре глинозем представляет собой расплав, состоящий из оксида алюминия в аморфном состоянии, с развитой внутренней поверхности которого адсорбируются анионы O2- и катионы Al3+ на электродах. Сверху на поверхности катода идет реакция восстановления алюминия Al3+-3e=Al, а на аноде образуется молекулярный кислород O2--2e=O2, который транспортируется вверх по поверхности катода.

Жидкий металл находится на поверхности расплава с температурой 850-900°C, поскольку имеет плотность 2,30-2,35 г/см3, а плотность расплава белого электрокорунда составляет 3,70-3,95 г/см3. Алюминий перетекает через сливное отверстие в рафинировочную камеру по мере увеличения уровня.

Пример реализации технического решения

В реакционное пространство вакуумной электропечи загрузили 100 кг глинозема марки Г00. В результате переработки получено 52,7 кг жидкого алюминия марки А5, что соответствует удельному расходному коэффициенту глинозема 1895 кг/т Al по реакции разложения. Как следует из анализа полученных результатов, наилучшие показатели достигаются при поддержании температуры расплава на уровне 1430-1450°C, со скоростью подачи глинозема на поверхность расплава в зоне плавления 5 кг/сек.

Заявляемый способ успешно позволяет решить проблему комплексной экономичной переработки металлургического глинозема с целью извлечения алюминия, снизить расход материалов и электроэнергии, обеспечить экологические требования, предъявляемые процессу.


СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 172.
20.03.2013
№216.012.2ffd

Способ обработки отработанной футеровки от электролитической плавки алюминия

Изобретение относится к утилизации отходов алюминиевого производства и охране окружающей среды. Техническим результатом изобретения является увеличение степени извлечения фторидов и цианидов. Способ обработки отработанной футеровки от электролитической плавки алюминия, включающий нагревание...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477820
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.05.2013
№216.012.4142

Комплекс для проходки выработки метрополитена круглого поперечного сечения

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проходки горных выработок. Техническим результатом является повышение надежности работы комплекса, исключение возможности скопления у забоя горной массы, образующейся при проходке выработки, уменьшение трудоемкости обслуживания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482276
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.09.2013
№216.012.6716

Способ снятия остаточных напряжений в сварных соединениях трубопроводов

Способ включает наложение вибрационными устройствами низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону металла в процессе сварки. Наложение низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону осуществляют с частотой, равной частоте собственных колебаний участка трубопровода со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492037
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.09.2013
№216.012.6c8a

Система управления турбоагрегатом

Изобретение относится к области управления турбоагрегатами и направлено на обеспечение их работы с максимально возможным коэффициентом полезного действия не зависимо от изменения характеристики трубопровода. Система управления включает центробежный насос, электродвигатель, блок изменения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493437
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.11.2013
№216.012.7e8e

Комплекс для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью

Изобретение относится к горному делу и предназначено для проведения выработок в неустойчивых породах при строительстве метрополитенов с обеспечением сохранности поверхностных сооружений. Комплекс для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью в слабоустойчивых породах содержит рабочий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498071
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.8038

Высокодинамичный бездатчиковый асинхронный электропривод с непосредственным управлением моментом

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах различного отраслевого применения, построенных на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя. Технический результат заключается в снижении пульсаций электромагнитного момента за счет обеспечения плавного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498497
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.01.2014
№216.012.981a

Коронка для направленного механического бурения льда

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для искусственного искривления с отбором керна скважины, пробуренной в ледовых массивах Арктики и Антарктики. Обеспечивает расширение возможностей устройства и повышение надежности проведения ствола скважины в проектном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504637
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.01.2014
№216.012.9852

Электроприводная перекачивающая станция на морской платформе

Изобретение относится к транспортировке многофазной углеводородной смеси по трубопроводам, проложенным по морскому дну. Перекачивающая станция на морской платформе содержит контейнер. Контейнер разделен на три отсека. Во втором отсеке установлен электродвигатель, ротор которого установлен на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504693
Дата охранного документа: 20.01.2014
27.01.2014
№216.012.9c98

Стенд для исследования энергообмена при разрушении

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд для исследования энергообмена при разрушении содержит корпус, установленные на нем захваты образца, механизм нагружения, включающий две гибкие тяги, одним концом связанные с захватами, привод вращения, возбудитель...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505794
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9c99

Стенд для ударных испытаний образцов

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд содержит основание, закрепленную на основании направляющую трубу, выполненную с двумя параллельными вертикальными участками, соединенными в нижней части между собой коленом, шаровой ударник, размещенный в первом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505795
Дата охранного документа: 27.01.2014
Показаны записи 1-10 из 230.
20.05.2013
№216.012.4142

Комплекс для проходки выработки метрополитена круглого поперечного сечения

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проходки горных выработок. Техническим результатом является повышение надежности работы комплекса, исключение возможности скопления у забоя горной массы, образующейся при проходке выработки, уменьшение трудоемкости обслуживания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482276
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.09.2013
№216.012.6677

Способ оценки склонности к риску

Изобретение относится к области медицины, а именно к оценке психофизиологических качеств горноспасателей, и может быть использовано в отраслях, связанных с опасным производством. Перед началом операций определяют силу электрокожного раздражения индивидуально для каждого испытуемого по реакции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491878
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.6716

Способ снятия остаточных напряжений в сварных соединениях трубопроводов

Способ включает наложение вибрационными устройствами низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону металла в процессе сварки. Наложение низкочастотных колебаний на сварной шов и околошовную зону осуществляют с частотой, равной частоте собственных колебаний участка трубопровода со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492037
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.09.2013
№216.012.6c8a

Система управления турбоагрегатом

Изобретение относится к области управления турбоагрегатами и направлено на обеспечение их работы с максимально возможным коэффициентом полезного действия не зависимо от изменения характеристики трубопровода. Система управления включает центробежный насос, электродвигатель, блок изменения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493437
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.10.2013
№216.012.726b

Ленточно-канатный конвейер с промежуточными приводами

Конвейер содержит ленту и размещенный внутри ее контура тяговый контур из двух канатов (3, 4), опирающийся на грузонесущей ветви (1) ленты на ролики (5,6) с ребордами. Борта грузонесущей ветви ленты опираются на наклонные ролики (7, 8) с формированием желобчатого профиля ленты. Канаты нижней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494948
Дата охранного документа: 10.10.2013
27.10.2013
№216.012.7ab6

Способ определения астрономического азимута и широты по неизвестным звездам

Изобретение относится к области астрономо-геодезических измерений и может быть использовано для определения по звездам астрономических азимутов направлений на земные ориентиры для решения разнообразных задач инженерной геодезии. Способ определения астрономического азимута и широты по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497076
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7d44

Головной однобарабанный привод ленточного конвейера с прижимной лентой

Привод содержит огибаемый конвейерной лентой (1) приводной барабан (2) с разгрузочной воронкой (3) и прижимную ленту (4), контур которой размещен под приводным барабаном с размещением отклоняющего барабана (5) в зоне сбегания конвейерной ленты с приводного барабана. Корпусы (6) подшипников...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497741
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7e88

Способ разработки пластов полезных ископаемых

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке пластов полезных ископаемых лавами, оборудованными очистными механизированными комплексами. Способ разработки пластов полезных ископаемых включает разделение отрабатываемого участка шахтного поля на столбы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498065
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7e8e

Комплекс для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью

Изобретение относится к горному делу и предназначено для проведения выработок в неустойчивых породах при строительстве метрополитенов с обеспечением сохранности поверхностных сооружений. Комплекс для проведения коротких выработок с тюбинговой крепью в слабоустойчивых породах содержит рабочий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498071
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7e8f

Способ комбинированной забутовки закрепного пространства

Изобретение относится к области строительства горных выработок в сложных инженерно-геологических условиях с повышенными смещениями массива или со значительным горным давлением, а также тоннелей различного назначения в аналогичных условиях. Технический результат направлен на повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498072
Дата охранного документа: 10.11.2013
+ добавить свой РИД