專利名稱：使用具有廢氣處理和再循環(huán)的單一爐碳熱還原的低碳鋁生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在以分批模式操作的單一反應(yīng)器室、碳熱爐中生產(chǎn)低 碳鋁的方法。
背景技術(shù)：
美國(guó)鋁業(yè)是世界上最大的鋁業(yè)之一，其2005年生產(chǎn)了約250萬(wàn)公 噸的原鋁。目前，鋁業(yè)依賴于三種主要的原鋁生產(chǎn)工藝由鋁土礦提 煉氧化鋁、陽(yáng)極生產(chǎn)以及通過(guò)在Hall-Heroult工藝中電解來(lái)熔煉鋁。 在熔煉工藝中，經(jīng)由碳陽(yáng)極和熔融鋁陰極，Hall-Heroult電解池電化 學(xué)地將氧化鋁還原成金屬鋁。熔煉是原鋁生產(chǎn)中最能量密集的步驟， 其占美國(guó)每年用電的2%和3%之間(約15 kWh/kg所生產(chǎn)的鋁)。熔 煉還產(chǎn)生了各種排放物、流出物、副產(chǎn)物和固體廢棄物。溫室氣體是 來(lái)自鋁生產(chǎn)的主要污染物且是由化石燃料的消耗、碳陽(yáng)極的消耗以及 因陽(yáng)極效應(yīng)的全氟化碳所引起的。來(lái)自陽(yáng)極生產(chǎn)的排放物包括微粒、 氟化物、多環(huán)芳烴(PAH)和二氧化硫(S02)。來(lái)自鋁熔煉的排放物 包括一氧化碳(CO ) 、 二氧化碳(C02) 、 S02、氟化物、全氟化碳(PFC, 例如CF4、 C2F6)和PAH。降低成本并減少?gòu)U棄物以便對(duì)于外國(guó)生產(chǎn)商保持竟?fàn)幜⑹怯欣?。由于高能耗以及牽涉氣候改變的不期望的?放物和副產(chǎn)物，所以熔煉步驟是進(jìn)行改進(jìn)的優(yōu)先領(lǐng)域。
鋁的碳熱還原是可選擇的鋁生產(chǎn)工藝，其使用反應(yīng)器中的化學(xué)還
原反應(yīng)。碳熱工藝需要比Hall-Heroult電解還原工藝小得多的物理空 間。作為Hall-Heroult工藝的替代工藝，鋁生產(chǎn)的碳熱還原工藝將帶 來(lái)降低的電消耗。長(zhǎng)期概算表明，碳熱工藝可將能量需求減少超過(guò)30
%至約8. 5kWh/kg。碳熱鋁生產(chǎn)工藝還將消除由碳陽(yáng)極效應(yīng)引起的全 氟化碳排放物、危險(xiǎn)的廢電解槽系列(spent potliner)以及與焙燒 可消耗的碳陽(yáng)極有關(guān)的烴排放物。這種可選擇的碳熱鋁生產(chǎn)工藝將比 傳統(tǒng)的鋁生產(chǎn)廠更加能量有效且對(duì)環(huán)境影響更小。
氧化鋁的直接碳熱還原已經(jīng)被描述在美國(guó)專利第2, 974, 032號(hào)
(Grunert等人)和美國(guó)專利第6, 440, 193 Bl號(hào)(Johansen等人) 以及由 S. Seetha濯an 和 D. Sichen 編輯的 Proceedings 6th Conference on Molten Slags， Fluxes and Salts (關(guān)于溶渣、炫劑 和鹽的第6次會(huì)議論文集)"Carbothermic Aluminum (碳熱鋁)，，，K. Johansen 、 J. Aune 、 M. Bruno 和 A.Schei， Stockholm, Sweden-Helsinki Finland, 2002年6月12日-17日中。
一直以來(lái)認(rèn)為，發(fā)生如下總的鋁碳熱還原反應(yīng)
A1203 + 3C — 2A1 + 3C0 (1)
或者通?？梢苑植竭M(jìn)行，例如
2A1203 + 9C — A14C3 + 6C0(蒸氣) (2)
A14C3 +A1203 — 6A1 + 3C0(蒸氣) (3) A1203 + 2C— Ah0(蒸氣)+ 2C0(蒸氣) (4) A1203 + 4A1 — 3AhO(蒸氣) (5),以及
Al — Al (蒸氣) (6)。
反應(yīng)(2)，爐渣生產(chǎn)步驟，通常發(fā)生在1900。C和2000。C之間的 溫度下。反應(yīng)(3)，鋁生產(chǎn)步驟，通常發(fā)生在約2050。C以上的溫度 下并需要大量的熱量輸入。在反應(yīng)(2)和(3)期間，形成了大量的 鋁蒸氣物質(zhì)。除了反應(yīng)(2)和(3)中所示的物質(zhì)外，揮發(fā)性物質(zhì)還包括反應(yīng)(6)中的氣態(tài)Al和反應(yīng)(4)或(5)中形成的氣態(tài)的鋁的 低價(jià)氧化物(A120)。在總的碳熱還原工藝中，可通過(guò)在通常被稱為 蒸氣回收單元或蒸氣回收反應(yīng)器(VRR)的獨(dú)立反應(yīng)器中使Al20和Al 氣體與碳反應(yīng)來(lái)回收該A120和Al氣體。
涉及碳熱還原以生產(chǎn)鋁的其他專利包括美國(guó)專利說(shuō)明書(shū)第 4， 099， 959號(hào)(Dewing等人)、美國(guó)專利第4， 033， 757號(hào)和第4， 388， 107 號(hào)(均為Kibby)、美國(guó)專利第4， 334， 917號(hào)和第4， 533， 386號(hào)(均 為Kibby)、美國(guó)專利第6， 440， 193號(hào)(Johansen和Aune )以及美國(guó) 專利公布第US2006/0042413號(hào)(Fruehan )。
連續(xù)碳熱鋁生產(chǎn)方法的一種現(xiàn)有方法教導(dǎo)了在第一階段室中使C 與人1203反應(yīng)以生成含有A1203 +Al二的爐渣，該爐渣底流過(guò)擋板進(jìn)入 第二階段室中，在該室中通過(guò)升高溫度將ALC3還原成Al。此工藝的 不足之處在于所生成的鋁金屬含有高濃度的C，高達(dá)碳化鋁的飽和值 (~8% C)且不容易流出反應(yīng)器?，F(xiàn)有的分階段的連續(xù)碳熱工藝的另 一個(gè)不足之處在于，該方法需要將產(chǎn)物移出反應(yīng)器至外部脫碳裝置。 另一個(gè)不足之處在于，反應(yīng)器的爐渣制備部分與金屬制備部分之間可 能發(fā)生大量的返混。而且，在金屬制備期間碳化鋁不足。
圖l是另一種現(xiàn)有技術(shù)碳熱反應(yīng)工藝的簡(jiǎn)化圖解，該工藝生產(chǎn)Al， 將廢氣中的A1、 AhO和CO回收為A14C3、 Ah03和爐渣，并將此物料送 至熔煉爐。在圖l中，虛線表示氣體流，而實(shí)線表示固體和熔融物質(zhì) 的流。在

圖1中，來(lái)自碳熱熔煉爐中的廢氣3、廢氣4在第一階段1 和第二階段2期間被回收，并且送至密閉的廢氣反應(yīng)器5。進(jìn)入反應(yīng) 器5的廢氣的Al-組分與碳7反應(yīng)以形成A14C3、 Al力3和Al^-AhOJ/1 渣物料中的一種或多種。在第二階段2即金屬制備步驟期間，將ALC3 進(jìn)料至所述爐。
此方法的一個(gè)不足之處在于，盡管在階段2 (金屬制備步驟)中 需要A14C3以部分滿足此過(guò)程的化學(xué)要求，但是在該金屬制備步驟期 間，來(lái)自蒸氣回收反應(yīng)器的A1,C3流入物也可能將其他產(chǎn)物(例如，未 反應(yīng)的碳、爐渣和A1203 )添加到反應(yīng)器中。由于幾個(gè)原因，在^T屬制備步驟期間添加這些其他固體蒸氣回收反應(yīng)器物料是不期望的，原因
包括添加未反應(yīng)的碳將會(huì)增加所生成的一氧化碳(CO)的量，造成過(guò)
量的鋁的低價(jià)氧化物和鋁蒸發(fā)。還存在對(duì)變化的蒸氣回收固體排放物 的有效再循環(huán)的有限的耐受性。
發(fā)明概述
鑒于前述內(nèi)容，本發(fā)明的廣泛目的是促進(jìn)更有效的碳熱鋁生產(chǎn)工藝。
相關(guān)目的是避免多級(jí)反應(yīng)器或使多級(jí)反應(yīng)器最少化。 進(jìn)一步的相關(guān)目的是使反應(yīng)器之間工藝物料的移動(dòng)最少化。 又進(jìn)一步的相關(guān)目的是提高對(duì)蒸氣回收反應(yīng)器可再循環(huán)的物料中 的變化的耐受性。
進(jìn)一步的相關(guān)目的是限制過(guò)量的一氧化碳(CO)生成和相應(yīng)的鋁
的低價(jià)氧化物和鋁蒸發(fā)。
相關(guān)目的是避免金屬制備步驟中碳化物不足。
又進(jìn)一步的相關(guān)目的是提供Al-C合金的原位脫碳。 在解決這些目的中的一個(gè)或多個(gè)時(shí)，本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，可以采用 單一室碳熱反應(yīng)器，其中在反應(yīng)器操作期間所收集的廢氣被收集在外 部蒸氣回收反應(yīng)器中且外部蒸氣回收反應(yīng)器使那些氣體與一種或多種 碳質(zhì)物料反應(yīng)以生成可再循環(huán)的物料。該可再循環(huán)物料的至少一部分 在爐渣制備操作期間被再循環(huán)(例如，輸送)至該單一室反應(yīng)器，以 至少部分地有助于含碳化鋁爐渣的生產(chǎn)。在金屬制備操作期間，不向 該單一室反應(yīng)器提供該可再循環(huán)的物料。本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，在爐渣制 備操作期間而不是在金屬制備操作期間將可再循環(huán)的物料循環(huán)至單一 室反應(yīng)器，提高了對(duì)蒸氣回收反應(yīng)器可再循環(huán)的物料中變化的耐受性， 限制了在金屬制備操作期間過(guò)量的一氧化碳(CO)、鋁的低價(jià)氧化物 和鋁的生成，以及避免了在金屬制備操作期間碳化物不足。本發(fā)明人 還認(rèn)識(shí)到，在金屬制備操作之后添加Ah03可通過(guò)將碳溶解到爐渣中以 減少Al-C合金中的碳含量來(lái)提供原位脫碳；在金屬放液(metaltapping)步驟期間，至少部分被原位脫碳的鋁流動(dòng)得更好。
在一個(gè)方面，提供了生產(chǎn)低碳氧化鋁的方法。 一種方法包括以下 步驟在具有單一反應(yīng)器室的單一爐反應(yīng)器中生產(chǎn)第一混合物；由第 一混合物形成上部Al-C合金相和下部爐渣相；從上部Al-C合金相中 提取碳到下部爐渣相中；從反應(yīng)器中移出上部A1-C合金相的至少一部 分；收集來(lái)自單一爐反應(yīng)器和外部蒸氣回收反應(yīng)器的廢氣；將碳質(zhì)物 料添加到外部蒸氣回收反應(yīng)器中，由此形成可再循環(huán)的物料；以及在 所述生產(chǎn)步驟期間將來(lái)自蒸氣回收反應(yīng)器的可再循環(huán)的物料進(jìn)料到所 述單一爐反應(yīng)器，以至少有助于第一混合物的生產(chǎn)。形成上部Al-C 合金的步驟和從該Al-C合金中提取碳的步驟也發(fā)生在該單一反應(yīng)器 室中。在一種方法中，第一混合物包括爐渣和碳化鋁，爐渣通常包括 A1203-A14C3。
在一種方法中，所述形成上部Al-C合金的步驟在沒(méi)有在所述爐反 應(yīng)器中使用任何可再循環(huán)的物料的情況下發(fā)生。也就是說(shuō)，在金屬制 備操作期間，沒(méi)有可再循環(huán)的物料被添加到單一 爐反應(yīng)器中。
在一種方法中，所述提取碳的步驟包括向單一爐反應(yīng)器中添加氧 化鋁的步驟。在一個(gè)實(shí)施方案中，在提取步驟之后，Al-C合金包括小 于5 wt。/。的碳，諸如小于3 wt。/。的碳。因此，促進(jìn)了原位脫碳。
在一種方法中，所述收集廢氣的步驟通常發(fā)生在生產(chǎn)第一混合物 的步驟和形成上部Al-C合金相的步驟中的至少 一個(gè)步驟期間。在一個(gè) 具體實(shí)施方案中，在這些生產(chǎn)步驟和形成步驟期間均發(fā)生了收集廢氣 的步驟。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述收集步驟發(fā)生在從Al-C合金相中提 取碳的步驟和移出上部Al-C相的至少一部分的步驟中的至少一個(gè)步 驟期間。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，在這些提取步驟和移出步驟期間均 發(fā)生了所述收集步驟。在一種方法中，所述廢氣包括A120、 Al和CO 中的至少一種的蒸氣。因此，促進(jìn)了用于生產(chǎn)可再循環(huán)的物料的各種 廢氣的捕集。
將碳質(zhì)物料添加到外部蒸氣回收反應(yīng)器的步驟通常與收集廢氣的 步驟相伴發(fā)生。因此，促進(jìn)了可再循環(huán)的物料的生產(chǎn)。在一種方法中，所述可再循環(huán)的物料包括A14C3。在一種方法中，所述可再循環(huán)物料包 括爐渣和AhC3兩者。
在一種方法中，將可再循環(huán)的物料進(jìn)料到蒸氣回收反應(yīng)器作為所 述生產(chǎn)步驟的一部分而發(fā)生。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，進(jìn)料可再循環(huán) 的物料的步驟進(jìn)一步包括與所述生產(chǎn)步驟相伴的、將Ah03和C的至少 一種添加到單一爐反應(yīng)器中的步驟。因此，促進(jìn)了可再循環(huán)的物料的 使用和第一混合物的生產(chǎn)。
附圖簡(jiǎn)述
圖1是顯示了用于生產(chǎn)鋁的現(xiàn)有碳熱還原工藝的一個(gè)實(shí)例的流程圖。
圖2是用于操作單一室碳熱反應(yīng)器的工藝的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。
發(fā)明詳述
現(xiàn)在將參考附圖，這至少有助于闡釋本發(fā)明的各種相關(guān)特征。圖 2闡釋了用于在單一室爐中生產(chǎn)鋁的碳熱方法的一個(gè)實(shí)施方案。在所 闡釋的實(shí)施方案中，使用了具有側(cè)壁和底部，以及單一的、中空的反 應(yīng)器室13的單一爐11，而沒(méi)有內(nèi)部底流分隔壁/擋板。爐11可具有 基本上為矩形、方形、圓形或橢圓形的形狀。爐ll的側(cè)壁內(nèi)是浸沒(méi)式 電阻加熱電極16，電極16位于反應(yīng)器的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁中，和/或底 部中。電極16可以由碳、石墨或不可消耗的惰性陶瓷材料制成，其中 每一個(gè)電極由電流裝置(未示出)單獨(dú)供電。在所闡釋的實(shí)施方案中， 電阻加熱電極16是水平的且使用在金屬制備中，以便與頂部加熱電極 相比減少過(guò)度加熱金屬、減少過(guò)度蒸發(fā)和限制高速率的電極消耗。電 極16可以位于/鄰近底部相熔渣相/料位22處，如以下進(jìn)一步詳細(xì)討 論的步驟20、 30和40中所示。
在生產(chǎn)爐渣的步驟10中，將氧化鋁(A1203 )和碳(C)添加到單 一室反應(yīng)器爐11中以生產(chǎn)第一混合物13，第一混合物13通常包括爐
9渣(即，由碳化鋁飽和的A1203-A14C3)和過(guò)量的固體A14C3。在此步驟 IO期間，爐11通常在約1875'C至2000X:下操作。在步驟10中產(chǎn)生 廢氣3，廢氣3可以含有包括Al (蒸氣)、鋁的低價(jià)氧化物(A120， 蒸氣)在內(nèi)的各種鋁物質(zhì)和一氧化碳(CO)，以及將廢氣3提供到外 部蒸氣回收反應(yīng)器5，在反應(yīng)器5中用碳質(zhì)物料7處理(例如，反應(yīng)) 廢氣3以產(chǎn)生可再循環(huán)的物料6的至少一部分。碳質(zhì)物料7可以包括 木炭、石油焦(粗的或煅燒過(guò)的)、化學(xué)提純的煤、焦化的碳水化合 物等中的一種或多種。所產(chǎn)生的可再循環(huán)的物料6可以含有以任意組 合的下列物質(zhì)中的一種或多種A14C3、 A 1203、 A 1203-A14C3爐渣和未反 應(yīng)的碳。可再循環(huán)的物料6可以用作原料以輔助所述爐渣生產(chǎn)步驟(步 驟10)。任選地，可以使用至少一個(gè)頂部的垂直可伸縮的外部電極12， 以便在啟動(dòng)時(shí)熔化固體Al203和C，或可以用于生產(chǎn)熔渣。
金屬形成步驟(步驟20)與爐渣生產(chǎn)步驟IO發(fā)生在同一個(gè)室13 中。金屬形成步驟包括，通過(guò)將單一反應(yīng)器爐11的溫度升高至約2050 。C到約2100X:之間來(lái)形成Al-C合金上部相21和下部爐渣相22。來(lái)自 金屬形成步驟的A1-C中的碳含量是約4 wt%-8 wt%C。此金屬形成 步驟不需要或不使用另外的A14C3。在金屬形成步驟期間，可產(chǎn)生廢氣 3a，且廢氣4可以含有包括A1 (蒸氣)、鋁的低價(jià)氧化物(A120，蒸 氣)在內(nèi)的各種鋁物質(zhì)和一氧化碳(CO)。廢氣4可以被提供至外部 蒸氣回收反應(yīng)器5，且用碳質(zhì)物料7處理以產(chǎn)生可再循環(huán)的物料6的 至少一部分。在金屬制備(步驟20)期間，不將可再循環(huán)的物料7進(jìn) 料到所述反應(yīng)器的室13中。
碳提取步驟(步驟30)發(fā)生在與爐渣生產(chǎn)步驟10和金屬制備步 驟20相同的室13中。碳提取步驟用于通過(guò)將人1203添加到爐中來(lái)從上 部Al-C相21提取碳到下部爐渣相22中，此添加有助于生產(chǎn)富A1203 爐渣且有助于將溫度降低至約1900°C - 1950。C之間。添加人1203連同 降低溫度促進(jìn)了將來(lái)自Al-C相的碳的至少一些移到富氧化鋁的 Al203-ALC3爐渣中。在碳提取步驟期間，將會(huì)移出Al-C合金中的碳的 平均約20 wt%-65 wt%。因此，在碳提取步驟之后，A卜C合金通常將會(huì)包含不大于5 wt。/。的C,且優(yōu)選不大于3 wt。/。的C。
金屬放液步驟(步驟40)涉及從單一爐反應(yīng)器11中移出Al-C合 金。在金屬放液步驟中，來(lái)自碳提取步驟(步驟30)的脫碳了的Al-C 合金被移至外部反應(yīng)器60中用于進(jìn)一步脫碳，以生產(chǎn)低碳A1-C合金 62和脫碳渣滓64。低碳A1-C合金62通常包含不大于0. 1 wt %的碳。 反應(yīng)器室13中剩余的爐渣可以用作任選地在相同的單一爐反應(yīng)器中 的后續(xù)循環(huán)的爐渣生產(chǎn)步驟(步驟10)中的原料。
在步驟10、 20和30中的一個(gè)或多個(gè)步驟中，A120、 CO和Al作為 料流3和4排放至蒸氣回收反應(yīng)器5。這些蒸氣物質(zhì)被收集在蒸氣回 收反應(yīng)器5中并用碳質(zhì)物料7處理。所述蒸氣回收反應(yīng)器可以是，例 如由Lindstad在美國(guó)專利第6， 530， 970號(hào)中所描述的蒸氣回收反應(yīng) 器，該美國(guó)專利在此以引用方式全文并入。蒸氣回收反應(yīng)器使用這些 廢氣來(lái)生產(chǎn)可再循環(huán)的物料6的至少一部分，它的至少一部分在爐渣 制備步驟(步驟IO)期間進(jìn)料到反應(yīng)器11的室13中。在金屬制備(步 驟20)期間，不將可再循環(huán)的物料7進(jìn)料到所述反應(yīng)器的室13中。
實(shí)施例
生產(chǎn)爐渣:為了啟動(dòng)該工藝，添加AL03和碳以制備液體爐渣，在 約1900°C-2000。C下具有約lOOk-mol爐渣(77mol% Al203和23mo1 % A14C3)和44 mol A14C3。 一些A120和Al蒸氣生成并收集在蒸氣回 收反應(yīng)器中。在開(kāi)始此工藝之后，隨后的爐渣生產(chǎn)步驟的起點(diǎn)是在前 一個(gè)循環(huán)中金屬移出后剩余的爐渣。在爐渣制備期間，還使用了來(lái)自 蒸氣回收反應(yīng)器的固體排放物料。
形成金屬:將具有44 k-mol的過(guò)量Al二的100 k-mol爐渣加熱 至約2050。C-2100。C。進(jìn)行金屬制備反應(yīng)，直到爐內(nèi)剩余15 k-mol A1203 和5 mol碳化物。該工藝生產(chǎn)372 raol Al，但62 mol將會(huì)蒸發(fā)，留 下310 mol液體Al，該液體Al含有約7. 5 wt。/。的C。將蒸發(fā)的鋁物 質(zhì)捕集在蒸氣回收反應(yīng)器中。
提取碳:將75 k-mol A1203添加到反應(yīng)器中，制備所得的爐渣，90 k-raol Ah03和5 k-mol A14C3。該爐渣變得富含A1203，且碳從金屬 轉(zhuǎn)移(例如，提取)至該爐渣中，得到頂層的低碳鋁。需要一些電力 來(lái)加熱并熔化人1203,同時(shí)從爐渣的顯熱中得到一些能量，這是因?yàn)槠?溫度高于脫碳所需要的溫度。允許將該爐渣-金屬體系冷卻至約1900 。C。鋁金屬的碳含量從約6. 0%減少至2. 5%。這是基于為2的碳分布 比(即，爐渣中碳wt。/。與金屬中碳wt。/。的比)，以及容器中具有8904 kg金屬和9900 kg爐渣。
移出金屬:將低碳鋁金屬放液，且剩余的爐渣(90 k-mol A1203 和12 k-mol A14C3)是下一批鋁生產(chǎn)的起點(diǎn)。然后，可以處理被放液 的低碳鋁以允許進(jìn)一步脫碳。
收集廢氣:在整個(gè)工藝中，產(chǎn)生了大量的CO并從爐中攜帶Al和 A120氣態(tài)物質(zhì)。在蒸氣回收反應(yīng)器中將碳質(zhì)物料添加到廢氣中以處理 這些鋁物質(zhì)。在蒸氣回收反應(yīng)器中，鋁廢氣被部分轉(zhuǎn)化成A14C3。還可 以將氧化鋁(A 1203 )添加到蒸氣回收反應(yīng)器中。蒸氣回收反應(yīng)器固體 排放物也可以含有未反應(yīng)的碳、爐渣和Al203。在從所述反應(yīng)器中移出 金屬之后，在爐渣生產(chǎn)期間，將來(lái)自蒸氣回收反應(yīng)器的固體排放物添 加到爐中的剩余爐渣中。
已經(jīng)描述了某些實(shí)施方案，應(yīng)該理解，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi) 可以以其他方式具體體現(xiàn)本發(fā)明。盡管以上已經(jīng)基于闡釋的目的描述 了本發(fā)明的具體實(shí)施方案，但是對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是明顯的 是，可以對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)做出許多變化而并不偏離由所附權(quán)利要求所
界定的本發(fā)明。
1權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)低碳鋁的分批碳熱方法，所述方法包括在具有單一反應(yīng)器室和多個(gè)電阻加熱電極的單一爐反應(yīng)器中生產(chǎn)第一混合物，其中所述第一混合物包括爐渣和碳化鋁；在所述單一爐反應(yīng)器中由所述第一混合物形成上部Al-C合金相和下部爐渣相；從所述上部Al-C合金相中提取碳到所述下部爐渣相中；從所述單一爐反應(yīng)器中移出所述上部Al-C合金相的至少一部分；在所述生產(chǎn)步驟和所述形成步驟中的至少一個(gè)步驟期間，將來(lái)自所述單一爐反應(yīng)器的廢氣收集在外部蒸氣回收反應(yīng)器中，所述廢氣包括至少一種Al2O、Al和CO的蒸氣物質(zhì)；與所述收集步驟相伴地，將碳質(zhì)物料添加到所述外部蒸氣回收反應(yīng)器中，由此形成可再循環(huán)的物料，所述可再循環(huán)的物料包括Al4C3，以及其中所述生產(chǎn)步驟包括將來(lái)自所述蒸氣回收反應(yīng)器的所述可再循環(huán)的物料進(jìn)料到所述單一爐反應(yīng)器，以有助于所述第一混合物的生產(chǎn)。
2. 前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述收集步驟發(fā)生在所 述生產(chǎn)步驟和所述形成步驟兩者期間。
3. 前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述形成步驟在沒(méi)有在 所述單一爐反應(yīng)器中使用所述可再循環(huán)的物料的情況下發(fā)生。
4. 前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述提取步驟之后， 所述Al-C合金包括小于5 wt。/。的碳。
5. 前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述提取步驟之后， 所述A1-C合金包括小于3 wt。/。的碳。
6. 前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述進(jìn)料步驟進(jìn)一步包括與所述生產(chǎn)步驟相伴地，將Al203和C中的至少 一種添加到所述單一爐反應(yīng)器中。
7. 前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述收集步驟發(fā)生在所 述提取步驟和所述移出步驟中的至少一個(gè)步驟期間。
8. 前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述收集步驟發(fā)生在所 述提取步驟和所述移出步驟兩者期間。
9. 前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述可再循環(huán)的物料包 括爐渣和ALC3。
全文摘要
公開(kāi)了一種使用單一碳熱反應(yīng)器爐來(lái)生產(chǎn)低碳鋁的分批方法，其中爐渣制備、金屬制備和碳提取在單一爐、單一室反應(yīng)器(11)中進(jìn)行。將爐渣制備步驟和金屬制備步驟中所生成的Al₂O和Al蒸氣(3)回收在蒸氣回收反應(yīng)器(5)中，且用碳質(zhì)物料處理以生產(chǎn)包括Al₄C₃的可再循環(huán)的物料。該可再循環(huán)的物料用于輔助一個(gè)或多個(gè)隨后的爐渣制備步驟。
文檔編號(hào)C22B21/02GK101627137SQ200880005211
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2008年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者R·J·弗呂漢 申請(qǐng)人:美鋁公司;埃爾凱姆公司