El aluminio de la bauxita existe en forma de alúmina. El aluminio metálico obtenido por reducción directa no se puede separar de otras impurezas, por lo que no se puede reducir directamente. con agentes reductores. Este artículo estudia el principio de la fundición directa de aluminio a partir de bauxita mediante descomposición por reducción carbotérmica de cloruro de bajo precio al vacío, proporcionando una referencia para las prácticas de ingeniería relacionadas.
Palabras clave: Tecnología de vacío de fundición de aluminio con reducción carbotérmica
Introducción
El aluminio es un metal ligero con abundantes reservas en la naturaleza. Su densidad es 1/3 de la del acero, tiene una gran relación resistencia/peso y buena conductividad eléctrica y térmica. Hay una película de óxido sobre la superficie del aluminio para protegerla del óxido y la tasa de recuperación del aluminio es alta. Por lo tanto, el aluminio se utiliza ampliamente en las industrias de fabricación de automóviles, construcción y aeroespacial y es un metal económico y estratégico importante. Por lo tanto, algunos países que carecen de recursos de bauxita están estudiando métodos para producir alúmina a partir de estas materias primas. Entre ellos, los más estudiados son el método ácido, el método hidroquímico de alta presión y el método de sinterización de piedra caliza. Sin embargo, entre los diversos métodos de tratamiento integral de la alunita, en la producción industrial sólo se ha utilizado el método de tostación reductora. Además, en la producción industrial se ha utilizado ampliamente el tratamiento integral de la nefelina mediante el método de sinterización. Basado en el análisis de estos métodos comunes, este artículo estudia el principio de fundición de aluminio mediante el método de cloración por reducción carbotérmica al vacío.
1 Métodos comunes de fundición de aluminio
1.1 Método ácido
Las materias primas distintas de la bauxita se caracterizan por un alto contenido de sílice. En principio, se tratan mediante el método ácido. Los ingredientes son razonables. Existen varios esquemas para producir alúmina por el método ácido dependiendo del tipo de ácido inorgánico utilizado, pero tienen las mismas características y procesos de producción similares, incluido el pretratamiento del mineral (tostación y molienda), lixiviación ácida (conversión de alúmina en sal de aluminio de ácido inorgánico soluble ), eliminación de hierro de la solución de lixiviación, descomposición de la sal de aluminio, calcinación del hidróxido de aluminio y recuperación de ácido. Muchos países han estudiado materias primas con alto contenido de silicio y aluminio, incluidos el ácido clorhídrico, el ácido sulfúrico, el ácido nítrico y otros métodos ácidos. Algunas personas también han estimado el consumo de materia prima y energía, el costo unitario del producto y la inversión cuando se utilizan varios métodos ácidos para tratar diferentes materias primas en algunos países, y han hecho estimaciones optimistas para la futura aplicación industrial de los métodos ácidos. Sin embargo, el método ácido aún se encuentra en etapa experimental y necesita ser mejorado y perfeccionado.
1.2 Método hidroquímico de alta presión
Este método fue inventado por académicos de la antigua Unión Soviética en la década de 1950. El procesamiento húmedo de materias primas con alto contenido de silicio y aluminio para producir alúmina es un método nuevo, es decir, se trata con cal o una solución alcalina de alta concentración y luego se evapora y cristaliza para obtener el producto. Los principios y técnicas físicos y químicos de este método se han estudiado extensamente durante mucho tiempo y se han logrado grandes avances.
Comparado con el método de sinterización, el método hidroquímico de alta presión tiene muchas ventajas: evita el proceso de sinterización con una gran inversión y un alto consumo de energía, y puede obtener mayores velocidades de disolución de Al2O3 y Na2O en condiciones adecuadas sin consumir El carbón de alta calidad es bueno para la protección del medio ambiente. Según los resultados de las pruebas semiindustriales, las comparaciones técnicas y económicas muestran que el consumo de energía, la inversión y los costes del producto son significativamente menores que con el método de sinterización. Sin embargo, este método todavía tiene muchas deficiencias y es necesario estudiarlo y mejorarlo.
1.3 Método de tostación reductora
Este método es actualmente la única forma de procesar integralmente la alunita en la industria. El alumbre se deshidrata, se reduce y se tuesta para eliminar el SO3 y luego se trata con el método Bayer. Los productos son alúmina, sulfato de potasio y ácido sulfúrico.
Dado que la mayor parte de la bauxita de mi país pertenece al tipo de diáspora con alto contenido de aluminio y silicio, y la proporción de aluminio a silicio es moderadamente baja, es imposible producir alúmina de manera económica utilizando el proceso convencional de Bayer en el extranjero. , y la mayoría solo puede usar álcali. La alúmina se produce mediante métodos de mezcla y sinterización de cal. En comparación con el proceso extranjero convencional de Bayer para procesar bauxita de alta calidad, estos dos métodos de producción tienen las siguientes desventajas: alto consumo integral de energía por unidad de producto, largo flujo de proceso y gran inversión en construcción. Para proyectos de construcción de plantas de alúmina de tamaño grande y mediano, la construcción de producto unitario del método híbrido es mucho mayor que la del método convencional de Bayer. A medida que las calidades de bauxita de mi país disminuyan gradualmente y los precios de la energía sigan aumentando, los indicadores técnicos y económicos de las plantas de métodos mixtos existentes se deteriorarán gradualmente y los costos de producción también aumentarán en consecuencia. En los últimos años, las plantas de alúmina de mi país han utilizado una gran cantidad de minería privada de alta ley, lo que ha resultado en un desperdicio de recursos y pobreza. A medida que la producción continúa desarrollándose, el mineral de alta calidad pronto se agotará y se espera que dure sólo unos pocos años. Si se utiliza mineral de baja calidad, la capacidad de producción de la planta de aluminio se reducirá considerablemente, el costo aumentará y los beneficios económicos se deteriorarán. Las deficiencias antes mencionadas hacen que la industria de la alúmina de China carezca de competitividad a nivel internacional, lo que dificulta aún más su supervivencia y desarrollo. A medida que los precios de la energía aumentan y las leyes de bauxita disminuyen año tras año, este desafío será cada vez más grave.
El principio de fundición de aluminio mediante el método de cloración por reducción carbotérmica al vacío
La presente invención utiliza las propiedades de compuestos de aluminio de bajo precio que son estables a altas temperaturas y se descomponen a bajas temperaturas para obtener aluminio metálico y compuestos trivalentes de aluminio. El gas de aluminio se pasa al sistema de reacción de bauxita y coque, y la bauxita y el coque reaccionan con tricloruro de aluminio para obtener monocloruro de aluminio (AlCl). El cloruro de aluminio obtenido se produce a una temperatura más baja en el sistema de reacción y se descompone para obtener metal. aluminio y tricloruro de aluminio, que pueden reciclarse después de su recolección. Es decir, en todo el sistema de reacción, el tricloruro de aluminio solo sirve como medio para la reducción directa con carbono de la alúmina en la bauxita, pero debido a su presencia, la temperatura de la reacción de reducción se reduce considerablemente y se puede obtener aluminio metálico relativamente puro. haciendo así posible producir aluminio metálico mediante la reducción directa de carbono de la bauxita. Según este principio, la reacción para formar cloruro de aluminio de baja valencia a alta temperatura es una reacción en la que el volumen de gas aumenta, por lo que se puede llevar a cabo al vacío, lo que facilita este paso de la reacción. Al mismo tiempo, la investigación sobre la fundición de aluminio al vacío se debe principalmente a las siguientes razones:
(1) El primer paso en el mecanismo de fundición de aluminio de este método es la reacción de aumentar el volumen de gas ( Al2O3+AlC13 gas+3c...3LCL gas + 3CO gas), desde 1 volumen de gas hasta 6 volúmenes de gas. Por lo tanto, reducir la presión del sistema de reacción (bajo vacío) promoverá en gran medida la reacción, y la descomposición térmica del carbono de los compuestos de aluminio de baja valencia reduce la alúmina. El primer paso es que la alúmina reacciona con carbono y compuestos de aluminio de alta valencia a altas temperaturas para generar compuestos de aluminio de baja valencia. El segundo paso es que los compuestos de aluminio de baja valencia obtenidos se descomponen a bajas temperaturas para obtener aluminio metálico.
(2) Dado que se lleva a cabo al vacío, la dirección de las emisiones de gases de escape generadas durante todo el proceso es fácil de controlar, por lo que el control de la contaminación también es fácil y eventualmente puede convertirse en un sistema de baja emisión. proceso de contaminación;
(3) Dado que el sistema de reacción se lleva a cabo en condiciones de vacío continuo, la velocidad del gas en el sistema es muy alta. El aluminio metálico líquido obtenido al descomponer el monocloruro de aluminio puede reaccionar rápidamente con los gases. (monóxido de carbono, tricloruro de aluminio) presentes en el sistema. Separar para evitar la reacción del aluminio metálico con estos gases, provocando la pérdida del aluminio metálico y la reducción de la pureza.
(4) A través del cálculo del consumo energético teórico requerido para la fundición de aluminio mediante el método de cloración por reducción carbotérmica, se puede observar que el método de cloración por reducción carbotérmica tiene mayores ventajas en el consumo de energía que otras fundiciones de aluminio actuales. métodos.
(5) Otros componentes de la bauxita, como óxido de hierro, óxido de zinc, óxido de silicio, etc. Dado que el gas no reacciona para generar gas y solo puede permanecer en la escoria, la temperatura de reacción puede ser inferior a la temperatura bajo presión normal al vacío. La dirección del flujo del gas AlCl es segura, por lo que el punto de condensación y descomposición del AlCl es fácil. controlar, logrando así la posibilidad de obtener aluminio metálico a partir de bauxita en un solo paso, y al quedar otros componentes en la escoria, el aluminio metálico obtenido es de alta pureza.
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A medida que la calidad de la bauxita en mi país disminuye gradualmente y los precios de la energía continúan aumentando, los costos de fabricación aumentarán en consecuencia y pronto se agotará el mineral de alta calidad. Si se utiliza mineral de baja ley, la capacidad de producción de la planta de aluminio se reducirá considerablemente, el costo aumentará y los beneficios económicos se deteriorarán. El método de fundición de aluminio descrito en este artículo puede cambiar el proceso de producción tradicional de aluminio metálico y es una reforma importante. Por lo tanto, la investigación sobre este método tiene un gran valor de desarrollo y perspectivas de aplicación.
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