ВЫСОКОСКОРОСТНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ АЛЮМИНИЯ
ДЛЯ УГОЛЬНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
О.Г. Парфенов , А.Д. Кустов
ФГБУН Институт химии и химической технологии СО РАН, г. Красноярск, Россия
Предложен новый способ получения алюминия непрямым карботермическим восста-новлением металла из глинозема (ICRP) (обобщенная реакция 1/2Al2O3 + 9/2C + 6/4O2 → Al + 9/2CO) на основе принципов высокоскоростной металлургии (HSM). Отличие нового способа от уже известных ICRP в том, что алюминий восстанавливается через последователь-ность химических превращений при нормальном давлении и температуре не выше 1000 °С без прямых затрат электрической энергии. Основная реакция восстановления алюминия идет при температуре 300÷450 °C.
Способ включает цепочку химических превращений Al2O3 → AlCl3 → AlI3 → Al и ре-циклинг ( > 99%) участвующих в этих превращениях химических реагентов: Cl2, Br2, I2, CaO, SiO2, H2O и Zn. В новом способе затраты углерода на восстановление алюминия меньше, чем в обычном электролизном способе, использующем электроэнергию, вырабатываемую на угольных ТЭЦ (сегодня более 50% всего первичного алюминия в мире производится с помощью именно такой электроэнергии). Углерод может быть получен из обычного угля путем его деминерализации выщелачиванием рециклируемой бромистоводородной кислотой. HSM может эффективно извлекать Al2O3 из каолиновой глины, кианитовых концентратов или бокситов с переработкой всех сопутствующих компонентов (SiO2, FeOx, TiO2,…) в товарные продукты: кремний, железо, титан, микрокремнезем, пигменты и пр.
|
|
|
Продуктом металлургического цикла является Al-Zn сплав с содержанием алюминия от 5 до 99,5 и более массовых процентов в зависимости от режима проведения процесса. Полученный алюминий может быть использован, например, в алюминий – воздушных батареях, которые считаются эффективными и хорошо изученными источниками электрической энергии. Al-air батарея в сочетании с HSMалюминия может рассматриваться как угольный ТЭ, в котором энергия топлива преобразуется в электрическую, минуя ее преобразование в механическую энергию и связанное с этим термодинамическое ограничение на к.п.д. Перспективным пред-ставляется сопряжение с угольными ТЭ электростанций, вырабатывающих электроэнергию в паротурбинном цикле, для повышения суммарного к.п.д. таких станций. Решение этой за-дачи позволит приблизиться к решению более важной задачи – снижению стоимости алюми-ния 99,5% до стоимости низкосортной стали $500-600/t.
РАЗВИТИЕ НОВОГО ПРИНЦИПА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ГЛИНОЗЕМА, РАСТВОРЕННОГО ВО ФТОРИДНОМ РАСПЛАВЕ
П.В. Поляков 1, А.Б. Ключанцев 2, А.С. Ясинский 1, Ю.Н. Попов 3
1 ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск, Россия
|
|
|
2 ООО «РУСАЛ ИТЦ», г. Красноярск, Россия
3 ООО «Легкие металлы», г. Красноярск, Россия
С. 574-576
Введение
Несколько лет назад была предложена парадоксальная технология получения алюминия электролизом криолитоглиноземных расплавов [1, 2], одной из особенностей которой стало заполнение межэлектродного зазора анод-катод (МПЗ) суспензией, содержащей более 30 % глинозема (остальное – фторидный расплав). Нерастворенный глинозем, разделяющий приа-нодное и прикатодное пространство, из «врага» электролизника, создающего массу проблем (осадки, коржи, проблемы питания, усиленная МГД конвекция, дополнительные анодные эффекты и др.) по этой идее превращался в «союзника» и становился неотъемлемой частью подсистемы «электролит». Основными (но не исчерпывающими) преимуществами решения, использующего такую технологию, являются:
– Эффективное разделение суспензией продуктов реакции (алюминия и анодных газов), позволяющее в условиях подавленной конвекции подавить «обратную» реакцию, повы-сить выход по току и снизить в 2-4 раза толщину МПЗ. Использование малых МПЗ поз-воляет с лихвой компенсировать ухудшение сопротивления, вызванное использованием непроводящей суспензии.
|
|
|
– Применение электролитов с малой растворимостью глинозема (с низкой температурой ликвидуса, с иными, чем принято в современной технической практике составами) и проводить электролиз при температурах менее 700 °С.
– Использование вертикально (или наклонно) ориентированных электродов, как биполяр-ных, так и монополярных. Такая ориентация резко увеличивает удельную производи-тельность (с 1 м2 площади или 1 м3 объема) аппарата. На рисунке 1 представлена слегка видоизмененная зависимость Бека [3], связывающая производительность аппа-рата и его объем и нанесены наши данные, исходящие из допущений, что каждая элек-трохимическая ячейка (включая толщины анода, катода и МПЗ) в многоэлектродном электролизере имеет ширину 4 см и высоты соответственно 0,1; 0,3 и 0,5 м. в этом случае объем аппарата (как и рабочая площадь) при той же производительности, снижается в несколько раз (по сравнению с размерами современного промышленного электроли-зера). Резко возросшая площадь электродов позволяет уменьшить плотность тока, электрическую работу диссипации и, следовательно, снизить удельный расход энергии.
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 160; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!