Aparato y procedimiento de producción carbotérmica de aluminio.

Un procedimiento de producción carbotérmica de aluminio que comprende:

generar un baño de fundido

(810) y de gases efluentes (840) en un reactor de producción carbotérmica de aluminio (1), en el que el baño de fundido (810) comprende al menos uno de entre metal de aluminio, carburo de aluminio y escoria, y en el que

los gases efluentes (840) comprenden derivados de aluminio;

alimentar las materias primas (22) al reactor de producción carbotérmica (1) a través de un trayecto de alimentación (820) de las materias primas, en el que el trayecto de alimentación (820) de las materias primas está definido por una lumbrera en una cubierta del reactor de producción carbotérmica de aluminio (1), un electrodo (14) que entra por la parte superior que se comunica con el baño de fundido (810), y una pared interior (26) que circunscribe, al menos parcialmente, al electrodo (14) que entra por la parte superior;

hacer fluir los gases efluentes (840) en el interior del trayecto de alimentación (820) de las materias primas;

retirar al menos algunos derivados de aluminio de los gases efluentes (840) por medio de la interacción de los gases efluentes (840) con las materias primas (22),

que se caracteriza porque

la etapa de generar comprende generar una primera porción de los gases efluentes (840) fuera del perímetro de la pared interior (26), y porque la etapa de hacer fluir comprende hacer fluir al menos algo de la primera porción de los gases efluentes (840) en el interior del trayecto de alimentación (820) de las materias primas a través de una abertura situada en la pared interior (26).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12161298.

Solicitante: ALCOA INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: Alcoa Corporate Center, 201 Isabella Street Pittsburgh, PA 15212-5858 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: LEPISH,JOSEPH A, CARKIN,GERALD E.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR > CALEFACCION ELECTRICA; ALUMBRADO ELECTRICO NO PREVISTO... > H05B3/00 (Calefacción por resistencia óhmica)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR > CALEFACCION ELECTRICA; ALUMBRADO ELECTRICO NO PREVISTO... > Detalles de los dispositivos de calefacción > H05B1/02 (Disposiciones de conmutación automática especialmente adaptadas a los aparatos de calefacción (conmutadores accionados térmicamente H01H 37/00))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR > CALEFACCION ELECTRICA; ALUMBRADO ELECTRICO NO PREVISTO... > Calefacción por resistencia óhmica > H05B3/60 (Dispositivos de calefacción en los cuales la corriente de calefacción circula en un material granulado, en polvo o fluido, p. ej. horno de baño de sales, calefacción electrolítica (H05B 3/38 tiene prioridad))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ILUMINACION; CALENTAMIENTO; HORNOS; ESTUFAS > HORNOS, ESTUFAS, HOGARES O RETORTAS DE DESTILACION,... > Hornos de solera, p. ej. hornos de reverbero (F27B... > F27B3/08 (con calefacción eléctrica, p. ej. hornos de arco eléctrico, con o sin otra fuente de calor)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ILUMINACION; CALENTAMIENTO; HORNOS; ESTUFAS > PARTES CONSTITUTIVAS O ACCESORIOS DE LOS HORNOS,... > F27D13/00 (Aparatos para el precalentamiento de las cargas; Dispositivos para el precalentamiento de las cargas)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > PRODUCCION O AFINADO DE METALES (fabricación de... > Tratamiento electrotérmico de minerales o productos... > C22B4/08 (Aparatos)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ILUMINACION; CALENTAMIENTO; HORNOS; ESTUFAS > HORNOS, ESTUFAS, HOGARES O RETORTAS DE DESTILACION,... > Hornos de solera, p. ej. hornos de reverbero (F27B... > F27B3/20 (Disposición de los dispositivos de calentamiento)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ILUMINACION; CALENTAMIENTO; HORNOS; ESTUFAS > PARTES CONSTITUTIVAS O ACCESORIOS DE LOS HORNOS,... > Disposición de los elementos de calefacción eléctrica... > F27D11/04 (con paso directo de la corriente a través del material a calentar)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ILUMINACION; CALENTAMIENTO; HORNOS; ESTUFAS > HORNOS, ESTUFAS, HOGARES O RETORTAS DE DESTILACION,... > Hornos de solera, p. ej. hornos de reverbero (F27B... > F27B3/18 (Disposición de los dispositivos de carga)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > PRODUCCION O AFINADO DE METALES (fabricación de... > Obtención de aluminio > C22B21/02 (con reducción)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > ILUMINACION; CALENTAMIENTO; HORNOS; ESTUFAS > PARTES CONSTITUTIVAS O ACCESORIOS DE LOS HORNOS,... > Disposición de los elementos de calefacción eléctrica... > F27D11/10 (Disposición de los electrodos (control automático de la temperatura G05D 23/00; aparatos de descarga H01T; dispositivos para suministrar o guiar electrodos H05B 7/10; control automático de la potencia por posicionamiento de los electrodos H05B 7/144))

PDF original: ES-2459317_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Aparato y procedimiento de producción carbotérmica de aluminio Antecedentes El metal de aluminio es fabricado generalmente por dos técnicas: el procedimiento tradicional Hall, en el que se pasa una corriente eléctrica entre dos electrodos para reducir electrolíticamente la alúmina a metal de aluminio, y el procedimiento carbotérmico, en el que el óxido de aluminio se reduce químicamente a aluminio por medio de una reacción química con carbono. La reacción de reducción carbotérmica general de aluminio:

Al2O3+ 3C → 2Al + 3CO (1)

tiene lugar, o se puede hacer que tenga lugar, por medio de una serie de reacciones químicas, tales como:

2Al2O3 + 9C →Al4C3 + 6CO (vapor) (2)

Al4C3 + Al2O3 → 6Al + 3CO (vapor) (3)

Al2O3 + 2C → Al2O (vapor) + 2CO (vapor) (4)

Al2O3 + 4Al → 3Al2O (vapor) (5)

Al → Al (vapor) (6)

La reacción (2) , generalmente conocida como la etapa de producción de escoria, se lleva a cabo a menudo a temperaturas comprendidas entre 1875°C y 2000°C. La reacción (3) , generalmente conocida como la etapa de producción de aluminio, se lleva a cabo a menudo a temperaturas por encima de aproximadamente 2050°C. Unos derivados de vapor de aluminio se pueden formar durante las reacciones (2) y (3) , aunque los derivados de vapor de aluminio se puede formar por medio de las reacciones (4) , (5) , y (6) .

Sumario de la divulgación En términos generales, la presente divulgación se refiere a procedimientos para producir carbotérmicamente aluminio. Los procedimientos pueden emplear un electrodo que entra por la parte superior y una pluralidad de electrodos que entran lateralmente. La corriente alterna se puede utilizar en conjunto con los electrodos, lo que puede facilitar la producción eficiente de aluminio.

De acuerdo con un aspecto de la divulgación, se proporciona un sistema para producir carbotérmicamente aluminio, incluyendo el sistema un reactor carbotérmico y una alimentación eléctrica. El reactor carbotérmico comprende una cámara adaptada para contener un baño de fundido, estando definida la cámara al menos parcialmente por un casco exterior y un suelo del reactor de producción carbotérmica de aluminio. Un conjunto de electrodos que entran lateralmente penetra en el casco exterior y están en comunicación con la cámara. Un electrodo único que entra por la parte superior está en comunicación con la cámara, y el electrodo que entra por la parte superior se puede mover en la dirección hacia arriba -hacia abajo. En una realización, se utiliza una cubierta que cubre sustancialmente la cámara. La cubierta incluye una primera lumbrera para recibir al electrodo único que entra por la parte superior. En una realización, la cubierta incluye al menos una lumbrera adicional para recibir las materias primas que se deben alimentar a la cámara.

La alimentación eléctrica se encuentra en comunicación eléctrica con el conjunto de electrodos que entran lateralmente. En un enfoque, la alimentación eléctrica incluye un generador eléctrico adaptado para suministrar una fase de voltaje diferente a cada electrodo del conjunto de electrodos que entran lateralmente. En un enfoque, la alimentación eléctrica está adaptada para imponer el cambio de fase con respecto a cada electrodo del conjunto de electrodos. En una realización, la alimentación eléctrica es operable para suministrar una cantidad igual de cada fase de voltaje a cada electrodo. En una realización, la alimentación eléctrica es operable para suministrar una cantidad ajustable de cada fase de voltaje a cada electrodo. En una realización, cuando el electrodo que entra por la parte superior se encuentra en una primera posición, y durante la operación del reactor, por lo menos parte de la corriente de la red eléctrica pasa a través del baño de fundido en una configuración de triángulo. En una realización, cuando el electrodo que entra por la parte superior está en una segunda posición, y durante la operación del reactor, por lo menos parte de la corriente pasa a través del baño de fundido en una configuración de estrella.

El reactor puede incluir una pared interior interconectada con la cubierta y que se extiende hacia el suelo del reactor. En una realización, la pared interior circunscribe al menos parcialmente una porción del electrodo que entra por la parte superior. En otra realización, la pared interior circunscribe por completo una porción del electrodo que entra por la parte superior. En una realización, la pared interior está interconectada con un sistema de suministro de frio. En una realización, la pared interior incluye al menos un pasaje adaptado para que circule un refrigerante a través de la misma. En una realización, la pared interior comprende al menos una abertura que penetra completamente en la 2 5

pared, y la al menos una abertura está en comunicación de fluido con el la menos una lumbrera adicional de la cubierta, facilitando de esta manera el paso de los gases efluentes de la cámara al menos a una lumbrera adicional durante la operación del reactor.

En un enfoque, un alimentador está interconectado de forma fluida con la al menos una lumbrera adicional. El alimentador puede ser operable para alimentar materias primas al reactor a través de la al menos una lumbrera adicional, facilitando de este modo la interacción entre los gases efluentes que salen del reactor y las materias primas que entran en el reactor. En una realización, el alimentador comprende un miembro amovible situado proximal a la al menos una lumbrera adicional. El miembro amovible puede ser operable para empujar las materias primas dentro de la al menos una lumbrera adicional. En una realización, el alimentador comprende un calentador para precalentar los materiales de alimentación antes de suministrarlos al reactor. En una realización, el alimentador comprende una tolva.

En un enfoque, se utiliza una pluralidad de conjuntos de electrodos. En una realización, el sistema incluye un primer conjunto de electrodos y un segundo conjunto de electrodos. Las alturas y / o la separación relativas de los electrodos pueden ser variadas, entre los conjuntos o dentro de los conjuntos. En una realización, el primer conjunto de electrodos está alineado con un primer plano horizontal, y el segundo conjunto de electrodos está alineado con un segundo plano horizontal. En una realización, el primer plano horizontal es diferente del segundo plano horizontal. En una realización, los electrodos están espaciados equidistantes alrededor del perímetro del casco exterior del reactor. El sistema eléctrico puede estar configurado para operar cada conjunto de electrodos de forma independiente.

También se proporcionan procedimientos para operar los reactores de producción carbotérmica de aluminio. En un aspecto, el procedimiento incluye las etapas de generar un baño de fundido y de gases efluentes dentro del reactor carbotérmico, suministrar materias primas al reactor de producción carbotérmica a través de un trayecto de alimentación de las materias primas, hacer fluir los gases efluentes en el trayecto de alimentación de las materias primas, y eliminar al menos una porción de los derivados de aluminio de la fase de gases efluentes por medio de la interacción de los gases efluentes con las materias primas. El baño de fundido puede incluir al menos uno de entre metal de aluminio, carburo de aluminio y escoria. El gas puede incluir derivados de vapor de aluminio y monóxido de carbono. El trayecto de alimentación de las materias primas puede estar definido por una lumbrera en una cubierta del reactor de producción carbotérmica de aluminio, un electrodo que entra por la parte superior que se puede comunicar con el baño de fundido, y una pared interior que circunscribe... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento de producción carbotérmica de aluminio que comprende:

generar un baño de fundido (810) y de gases efluentes (840) en un reactor de producción carbotérmica de aluminio (1) , en el que el baño de fundido (810) comprende al menos uno de entre 5 metal de aluminio, carburo de aluminio y escoria, y en el que los gases efluentes (840) comprenden derivados de aluminio;

alimentar las materias primas (22) al reactor de producción carbotérmica (1) a través de un trayecto de alimentación (820) de las materias primas, en el que el trayecto de alimentación (820) de las materias primas está definido por una lumbrera en una cubierta del reactor de producción car

botérmica de aluminio (1) , un electrodo (14) que entra por la parte superior que se comunica con el baño de fundido (810) , y una pared interior (26) que circunscribe, al menos parcialmente, al electrodo (14) que entra por la parte superior;

hacer fluir los gases efluentes (840) en el interior del trayecto de alimentación (820) de las materias primas;

retirar al menos algunos derivados de aluminio de los gases efluentes (840) por medio de la interacción de los gases efluentes (840) con las materias primas (22) ,

que se caracteriza porque la etapa de generar comprende generar una primera porción de los gases efluentes (840) fuera del perímetro de la pared interior (26) , y porque la etapa de hacer fluir comprende hacer fluir al menos 20 algo de la primera porción de los gases efluentes (840) en el interior del trayecto de alimentación (820) de las materias primas a través de una abertura situada en la pared interior (26) .

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la etapa de alimentación comprende:

precalentar las materias primas (22) en una zona de precalentamiento situada externa al trayecto 25 de alimentación (820) de las materias primas.

3. El procedimiento de la reivindicación 2,

en el que la etapa de precalentar comprende calentar las materias primas (22) a una temperatura de al menos aproximadamente 100°C antes de entrar en el trayecto de alimentación (820) de las materias primas.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además:

calentar las materias primas (22) a una temperatura de al menos aproximadamente 600°C, mientras las materias primas (22) están situadas dentro del trayecto de alimentación (820) de las materias primas.

5. El procedimiento de la reivindicación 4,

en el que las materias primas (22) comprenden óxido de aluminio y un material carbonoso, y en el que la etapa de calentar comprende:

hacer reaccionar el óxido de aluminio con el material carbonoso para crear carburo de aluminio, mientras las materias primas (22) se encuentran situadas dentro del trayecto de alimentación (820) de las materias primas.

6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,

en el que la etapa de retirar comprende al menos una de entre hacer reaccionar al menos algunos deriva40 dos de aluminio con material carbonoso de las materias primas (22) y condensar al menos algunos derivados de aluminio sobre una superficie de las materias primas (22) .

7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la etapa de generar comprende:

hacer pasar una corriente multifase entre una pluralidad de electrodos que entran lateralmente en comunicación con el baño de fundido (810) .

8. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la etapa de generar comprende:

hacer circular una corriente alterna desde al menos uno de los electrodos que entran lateralmente al electrodo que entra por la parte superior.

9. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende además: posicionar el electrodo que entra por la parte superior en una primera posición vertical, haciendo pasar de este modo una primera cantidad de corriente alterna al electrodo que entra por la parte superior ; y mover, de manera concomitante con la etapa de generar, el electrodo que entra por la parte supe

rior a una segunda posición vertical, con lo cual circula una segunda cantidad de corriente alterna al electrodo que entra por la parte superior. 15 10. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende además: enfriar la pared interior por medio de una alimentación externa de refrigerante.

11. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que la etapa de enfriar comprende:

hacer circular el refrigerante por medio de al menos un pasaje situado dentro de la pared interior. 20