碳热还原生产的铝的脱碳方法
阅读：1016发布：2020-11-26
专利汇可以提供碳热还原生产的铝的脱碳方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了一种回收 铝 的方法。提供含有Al4C3和铝的 合金 熔体。将该混合物冷却，然后在约700℃到约900℃的 温度 下向该合金熔体中加入足量的精细分散的气体。所回收的铝是经脱 碳 的碳热还原生产的铝，其中加入足量精细分散的气体的步骤实现通过浮选分离铝和Al4C3沉淀，导致两个相：Al4C3沉淀在上层， 脱碳 的铝在下层。然后，通过倾析从Al4C3沉淀回收铝。，下面是碳热还原生产的铝的脱碳方法专利的具体信息内容。
1.用于回收经脱碳的铝的方法，包括如下步骤：
提供包含Al4C3和铝的合金熔体；
冷却该合金熔体；
在700℃到900℃的温度下向该合金熔体中加入足量的精细分散的气体，从而将铝和Al4C3沉淀分离；和
从Al4C3沉淀回收铝，
其中所回收的铝是经脱碳的碳热还原生产的铝，
其中加入足量的精细分散气体的步骤实现Al4C3沉淀的浮选，
其中向该合金熔体中加入足量的精细分散的气体的步骤包括将合金熔体表面上的所得固体材料捣打进合金熔体中。
2.权利要求1所述的方法，其中从Al4C3沉淀回收铝的步骤是通过将铝倾析、亚表面或真空放液到接受器中进行的。
3.权利要求1所述的方法，其中所述气体是氩气、二氧化碳或氮气。
4.权利要求1所述的方法，其中使用的气体是氩气或二氧化碳。
5.权利要求1所述的方法，其中所述气体是混合气体。
6.权利要求5所述的方法，其中混合气体是惰性气体与反应气体的混合物。
7.权利要求6所述的方法，其中所述惰性气体是氩气，所述反应气体是氯气。
8.权利要求1所述的方法，其中通过旋转分散器，起泡管或多孔扩散器向合金熔体中引入气体。
9.权利要求7所述的方法，其中所述混合气体包含95体积％的氩气和5体积％的Cl2。
碳热还原生产的铝的脱碳方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2008年12月15日提交的、名称为“DECARBONIZATION PROCESS FOR CARBOTHERMICALLY PRODUCED ALUMINUM”的美国专利申请12/334687的优先权，通过引用将其全文并入本文。
背景技术
[0004] 通常，直接碳热还原氧化铝以生产铝的总反应是：Al2O3+3C＝2Al+3CO。碳热还原氧化铝可能在数个步骤中进行：(1)2Al2O3+9C＝Al4C3+6CO和(2)Al4C3+Al2O3＝6Al+3CO。
[0005] 本发明涉及在碳热还原氧化铝以生产铝之后的脱碳方法。
发明内容
[0006] 在一个实施方案中，本发明提供回收商品级铝的方法。在另一个实施方案中，提供通过如下方式从包含Al4C3沉淀和铝的合金熔体中回收铝的方法：冷却合金熔体；然后在约700℃到约900℃的温度下向合金熔体中添加足量的精细分散的气体从而将铝和Al4C3沉淀分离。所回收的铝是经脱碳的碳热还原生产的铝，其中加入足量的精细分散的气体实现了Al4C3沉淀的浮选。
[0007] 在一个实施方案中，分离铝和Al4C3沉淀的最后步骤是通过将脱碳的铝倾析、亚表面或真空放液(tapping)到接受器中。
[0008] 在另外的实施方案中，使用的精细分散的气体是惰性气体。在另一实施方案中，使用的惰性气体是氩气或二氧化碳。
[0009] 在另一个实施方案中，使用的精细分散的气体是混合气体。在另一个实施方案中，混合气体是惰性气体和反应气体混合物。在另外的实施方案中，使用的惰性气体是氩气，且反应气体是氯气。
[0010] 在另外的实施方案中，气体是通过旋转分散器、起泡管或多孔扩散器引入到合金熔体中的。
[0011] 在另一个实施方案中，当合金熔体处于约700℃到约900℃的温度下时，将气体引入到合金熔体中。
[0012] 因此，本发明的一个实施方案提供了含碳量很低的铝的生产方法。
[0013] 本发明的另一实施方案提供了回收脱碳的碳热还原生产的铝的方法，如本文所要求的。
[0015] 为了更全面的理解发明，参考下面的描述以及相应的附图，其中：
[0016] 图1是流程图，显示了根据本发明生产铝的方法的一个实施方案。
具体实施方式
[0017] 以下是本申请中使用的术语的定义。本文所使用的术语“合金熔体”是指至少铝合金和Al4C3的颗粒的熔体。注意，合金熔体可以包括或包含其它材料如Al2O3、碳、碳氧化物等。
[0018] 本文中所使用的术语“足量”是指促进铝和碳化铝分离从而回收大于90重量％的可用铝的量。
[0019] 本发明提供一种使铝脱碳的方法。
[0020] 在一个实施方案中，本发明公开了从碳热还原生产的合金熔体中回收铝的方法，该合金熔体包含铝和碳化铝，例如Al4C3。将合金熔体冷却，并在约700℃到约900℃的温度下向合金熔体中加入足量的精细分散的气体，将铝和Al4C3沉淀分离。
[0021] 在一个实施方案中，图1所示的流程图概括了本发明的主要步骤。此处，在第一步骤10中，提供合金熔体。在第二步骤20中，将合金熔体冷却。在第三步骤30中，向合金熔体中加入精细分散的气体，从而促进固体沉淀传送离开铝，形成两个相，固体在上层。然后，在第四步骤40中，通过倾析或放液来取出并回收铝。
[0022] 在最初的步骤中，提供合金熔体。在一个实施方案中，在很高的温度下将合金熔体放液到坩埚或浇包中，碳在溶液中为Al4C3的形式。在一个实施方案中，合金熔体的温度至少约为2000℃。
[0023] 在第二步骤中，将合金熔体冷却。随着合金熔体冷却，Al4C3凝固并沉淀。在一个实施方案中，将合金熔体冷却到约700℃到约900℃的温度。在一个实施方案中，通过添加固体和/或液体铝将合金混合物冷却。在一个实施方案中，冷却用的铝是具有可接受组分的固体和/或液体废料。
[0024] 在第三步骤中，向合金熔体中加入精细分散的气体。在一个实施方案中，气体是通过起泡管、或旋转分散器或多孔扩散器，在约700℃到约900℃的温度下分散到合金熔体中的。在另一实施方案中，在将固体颗粒传送离开铝而使固体颗粒上升到表面中，气体的作用提供了浮选的效果。在一个实施方案中，旋转分散器是带有多个叶片的直的多叶片涡轮，其总直径为处理坩埚或浇包的40至60％。在另一个实施方案中，分散器以每分钟100至250转进行旋转。在另一实施方案中，将浮选气体通过分散器的中空轴的旋转密封注入，在涡轮底面的下方离开。
[0025] 可用于本发明的合适类型的气体包括但不限于：惰性气体如氩气、二氧化碳或氮气、或惰性气体与反应气体如Cl2的混合物。在一个实施方案中，氩气与约2到10体积％的Cl2混合。在一个实施方案中，氩气与5体积％的Cl2气体混合。在本发明的一个实施方2 3
案中，将铝和Al4C3沉淀分离所需的有效气体流动速率是每cm 坩埚横截面面积约5cm/分钟。在一个实施方案中，气体分散时间约为20至30分钟。在另一实施方案中，气体的变化量取决于合金熔体的量。
案中，将铝和Al4C3沉淀分离所需的有效气体流动速率是每cm 坩埚横截面面积约5cm/分钟。在一个实施方案中，气体分散时间约为20至30分钟。在另一实施方案中，气体的变化量取决于合金熔体的量。
[0026] 在第四步骤中，随后从处理坩埚或浇包中回收脱碳的铝。在一个实施方案中，将铝倾析到接收器，例如模具。
[0027] 任选地，然后将处理容器中存留的固体取出并存储，用于碳热还原炉的将来循环。
[0029] 表一
[0030]
[0031] 实施例1
[0032] 在实施例1中，熔体重约1kg。铝碳合金组合物包含约1.3到约3.2％的碳。将该组合物冷却，然后将95％氩气和5％Cl2的气体混合物在750℃的温度下通过转子精细分散到合金组合物中。此处，铝回收率为96％以上，铝产品包含少于100ppm的碳和少于100ppm的氯化物。
[0033] 实施例2
[0034] 在实施例2中，熔体重约10-16kg。铝碳合金组合物包含约1.1到4.2％的碳。将组合物冷却，然后将95％氩气和5％Cl2的气体混合物在750-800℃的温度下通过转子精细分散到合金组合物中。此处，铝回收率为95％以上，铝产品包含少于600ppm的碳。
[0035] 应注意，铝回收率是合金熔体中初始碳含量的函数。回收率随碳含量的增加而降低。根据实验结果，碳含量每增加1％，回收率降低约4-5％。
[0036] 实施例3
[0037] 在实施例3中，在774℃下，将50.9kg的不纯的碳热还原合金加入到50.9kg熔融铝中，该熔融铝容纳于15.5英寸直径×23.25英寸深的粘土-石墨坩埚中。使用不锈钢工具将该碳热还原合金机械浸入。将石墨转子浸入熔融的混合物中，该石墨转子具有6”的直径，其圆周周围均匀分布9个齿。该转子连接于直径为3英寸的石墨管。通过以350rpm使轴/转子组件旋转将Ar-5％Cl2的气体混合物通过轴供应并分散到熔融混合物中。在使用该气体混合物的30分钟处理期间，熔融合金混合物表面上的固体材料通过机械捣打连续地压入表面下方。在处理结束后，将转子从金属中移出，并将聚集在表面上的厚的渣料层取出。应注意，该渣料中含有Al4C3的颗粒、氧化铝、铝的氧碳化物和一些夹带(entrained)铝金属。之后，使用钢勺从坩埚中手动取出所得的产品金属。从此操作中取出了总量77.3kg的金属。随后，通过将取出的渣料浸入熔融盐浴(50％NaCl-50％KCl)中以回收渣料中的残留金属将其在单独的步骤中处理。在这个步骤中，从渣料中取出了总量2.1kg的金属。对于造渣(fluxing)操作，总的金属回收率的计算为[(77.3-50.9)/(77.3-50.9+2.1)]*100＝92.6％。从该过程中取出的铝的碳含量为11.6ppm。
[0038] 实施例4
[0039] 在实施例4中，在774℃下，将50.9kg的不纯的碳热还原合金加入到50.9kg熔融铝中。采用与实施例3相同的方法处理熔融混合物，但不同的是，处理气体为纯氩气。本实施例中没有使用氯气。从此过程中取出了总量为74.0kg的铝。从渣料中回收了额外的2.4kg的铝，给出了90.6％的总金属回收率。从此过程中回收的铝的碳含量为26.3ppm。
[0040] 实施例5
[0041] 在实施例5中，在774℃下，将50.9kg的不纯的碳热还原合金加入到50.9kg熔融铝中。采用与实施例4相同的方法处理熔融混合物，但不同的是，此过程中的漂浮在表面的材料不是通过捣打机械地浸入的。在本实施例过程中，没有进行捣打。从此过程中取出了总量为64.0kg的铝。从渣料中取出了额外的8.0kg的铝，给出了62.0％的总金属回收率。从此过程中取出的铝的碳含量为22.0ppm。
[0042] 实施例3、4和5表明，含有约3.5％的碳的不纯的碳热还原合金可以使用造渣方法纯化从而制备碳含量小于30ppm的商业上可接受的合金。实施例3和4的比较显示，可以在造渣气体中含有或不含氯气的情况下使用造渣方法。实施例5与实施例3和4比较显示，在造渣方法中，捣打大大改善了回收率。在没有捣打的情况下，回收率为62％；而采用捣打时，回收率大于90％。
[0043] 尽管已经详细描述本发明特定的实施方案，但本领域技术人员将理解，可以在依照本公开的总体教导对这些细节进行多种变化和替代。因此，已经公开的特定设置仅是说明性的，而不限制本发明的范围，本发明范围由所附权利要求及其所有的等同物的全部范围给出。
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