Изобретение относится к способу получения алюминия электролизом криолито-глиноземных расплавов. Способ включает направление оксида углерода в виде СО под подошву анода через выполненные в аноде каналы под давлением 1,1-1,2 атм с расходом около 1000-1050 м3 СО на тонну алюминия, причем СО получают из образующихся при электролизе отходящих газов после их газоочистки, фторирования и отмывки от СО2. Обеспечивается уменьшение расхода углерода, удешевление процесса и улучшение экологии окружающей...
ИЗОБРЕТЕНИЕ Заявка на изобретение RU2013137523/02, 09.08.2013
ИЗОБРЕТЕНИЕ Патент Российской Федерации RU2529264
Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению алюминия из металлургического глинозема.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
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.
rnrnrnrnrnrnrnrnrn
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 Al2O 3 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/см 2 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.
rnrnrnrnrnrnrnrnrn
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 Al 3+ 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/см 3, 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.
Формула изобретения
1. Способ получения алюминия, включающий переработку оксида алюминия путем плавления с использованием плазменно-дугового нагрева, отличающийся тем, что непрерывно поступающий глинозем плавят 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, а затем осаждают первичный алюминий на поверхности электрокорунда в электроосадительной камере путем пропускания через расплав постоянного тока 150-200 А и рафинируют в рафинировочной камере.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкий алюминий осаждают и собирают на поверхности электрокорунда при температуре 850-900°C.
Имя изобретателя: Бажин Владимир Юрьевич (RU), Фещенко Роман Юрьевич (RU), Патрин Роман Константинович (RU), Власов Александр Анатольевич (RU) Имя патентообладателя: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" (RU) Почтовый адрес для переписки: 199106, Санкт-Петербург, В.О., 21 линия, 2, ФГБОУ ВПО "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный", отдел интеллектуальной собственности и трансфера технологий (отдел ИС и ТТ) Дата начала отсчета действия патента: 09.08.2013
Разместил статью: miha111
Дата публикации: 21-11-2014, 14:08
Изобретение относится к системе подачи восстановленного железного материала в подвижную печь для восстановительной плавки. Система включает множество устройств 4 подачи материала, установленных зигзагообразно в направлении по ширине печи. В состав каждого из устройств входят бункер 10, выполненный с возможностью приема восстановленного железного материала и его выгрузки через порт 10а выгрузки, желоб 14, выполненный с возможностью соединения порта 10а выгрузки и части для загрузки материала,...
Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к технологии выщелачивания металла, и может быть использовано при подземном выщелачивании металлов из руд. Способ извлечения металлов из руд включает последовательную закачку в пласт через систему закачных скважин раствора, содержащего хлористый водород и гипохлорит натрия, откачку продуктивных растворов через систему откачных скважин. После подачи закачного раствора в пласт осуществляют подачу под давлением, превышающим...
Никакого начала не было - безконечная вселенная существует изначально, априори как безконечное пространство, заполненное энергией электромагнитных волн, которые также существуют изначально и материей, которая состоит из атомов и клеток, которые состоят из вращающихся ЭМ волн.
В вашей теории есть какие-то гравитоны, которые состоят из не известно чего. Никаких гравитонов нет - есть магнитная энергия, гравитация - это магнитное притяжение.
Никакого начала не было - вселенная, заполненная энергией ЭМ волн , существует изначально.
То есть, никакой энергетической проблемы не решилось от слова совсем. Так как для производства металлического алюминия, тратится уймище энергии. Производят его из глины, оксида и гидроксида алюминия, понятно что с дико низким КПД, что бы потом его сжечь для получения энергии, с потерей ещё КПД ????
Веселенькое однако решение энергетических проблем, на такие решения никакой энергетики не хватит.
Вместо трудновыполнимых колец, я буду использовать,цилиндрические магниты, собранные в кольцевой пакет, в один, два или три ряда. На мой взгляд получиться фрактал 1 прядка. Мне кажется, что так будет эффективней, в данном случае. И в место катушек, надо попробывать бифиляры или фрактальные катушки. Думаю, хороший будет эксперимент.
Проблема в том, что человечество зомбировано религией, что бог создал всё из ничего. Но у многих не хватает ума подумать, а кто создал бога? Если бога никто не создавал - значит он существует изначально. А почему самому космосу и самой вселенной как богу-творцу - нельзя существовать изначально?
Единственным творцом материального мира, его составной субстанцией, источником движения и самой жизни является энергия космоса, носителем которой являются ЭМ волны, которыми как и полагается богу заполнено всё космическое пространство, включая атомы и клетки.
От углеводородов кормится вся мировая финансовая элита, по этому они закопают любого, кто покусится на их кормушку. Это один. Два - наличие дешевого источника энергии сделает независимым от правительств стран все население планеты. Это тоже удар по кормушке.
Вначале было то, что существует изначально и никем не создавалось. А это
- безграничное пространство космоса
- безграничное время протекания множества процессов различной длительности
- электромагнитная энергия, носителем которой являются ЭМ волны, которыми как и положено творцу (богу) материального мира, заполнено всё безграничное пространство космоса, из энергии ЭМВ состоят атомы и клетки, то есть материя.
Надо различать материю и не материю. Материя - это то, что состоит из атомов и клеток и имеет массу гравитации, не материя - это энергия ЭМ волн, из которых и состоит материя
Изобретение относится к способу получения алюминия электролизом криолито-глиноземных расплавов. Способ включает направление оксида углерода в виде СО под подошву анода через выполненные в аноде каналы под давлением 1,1-1,2 атм с расходом около 1000-1050 м3 СО на тонну алюминия, причем СО получают из образующихся при электролизе отходящих газов после их газоочистки, фторирования и отмывки от СО2. Обеспечивается уменьшение расхода углерода, удешевление процесса и улучшение экологии окружающей...
Изобретение относится к системе подачи восстановленного железного материала в подвижную печь для восстановительной плавки. Система включает множество устройств 4 подачи материала, установленных зигзагообразно в направлении по ширине печи. В состав каждого из устройств входят бункер 10, выполненный с возможностью приема восстановленного железного материала и его выгрузки через порт 10а выгрузки, желоб 14, выполненный с возможностью соединения порта 10а выгрузки и части для загрузки материала,...
Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к технологии выщелачивания металла, и может быть использовано при подземном выщелачивании металлов из руд. Способ извлечения металлов из руд включает последовательную закачку в пласт через систему закачных скважин раствора, содержащего хлористый водород и гипохлорит натрия, откачку продуктивных растворов через систему откачных скважин. После подачи закачного раствора в пласт осуществляют подачу под давлением, превышающим...
Никакого начала не было - безконечная вселенная существует изначально, априори как безконечное пространство, заполненное энергией электромагнитных волн, которые также существуют изначально и материей, которая состоит из атомов и клеток, которые состоят из вращающихся ЭМ волн.В вашей теории есть какие-то гравитоны, которые состоят из не известно чего. Никаких гравитонов нет - есть магнитная энергия, гравитация - это магнитное притяжение.
