采用本发明专利技术的方法大量制备固态含碳化铝产物，其中混合物由含铝材料和碳质材料构成，所述碳质材料由碳组成，包含碳或产生碳。然后，将所得混合物加热到足以使碳质材料的碳与含铝材料的铝反应而生成固态碳化铝的温度。该固态碳化铝可以能够与铝化合物一起加热生成铝金属和一氧化碳，所述铝化合物是Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ４ＣＯ４、ＡｌＯ、Ａｌ２Ｏ及其混合物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及有关氧化铝的碳热还原法。
技术介绍
对于铝产物而言，基于碳热还原法的技术是有发展前途的，并且对于 Hall-Heroult电解技术有望提供一种可替代方案。相对于现有的电解法，成功的碳热还原 法将有潜力减少资本投资需要的50%至70%，以及运行成本的25%至35%。而且，碳热还 原法会避免氟化物排放的问题，同时相对于铝的电解制备，产生的含碳气体量也明显较低。采用碳热还原法制备铝的尝试已超过了 100年。然而，能够成功商业化制备铝的 最佳碳还原法仍有待实现。对现阶段调查的碳还原法(除了申请人的方法)需要温度高于 2000°C，并且需要在不同的复杂阶段精确控制反应物和产物。这些阶段包括(a)在高于2000°C，氧化铝和碳反应生成碳化铝；(b)在高于2150°C，碳化铝和氧化铝反应生成铝金属；以及(c)将铝从残留材料中分离。对于这样的碳热还原法面临的挑战包括成功地回收高水平的挥发铝，减少耐熔物 的损耗水平，降低各阶段间材料传输的难度和产生大量一氧化碳的问题。在操作温度高达 2000至2250°C时这些问题是难以避免的。热碳还原法的主要反应是2A1203+9C — A14C3+6C0(1)禾口 A1203+A14C3 — 6A1+3C0 (2)这些反应可以得到一个总反应A1203+3C — 2A1+3C0 (3)采用这些反应制备铝的早期工作在下述专利中进行了说明=Barnet等人的美国 专利 1219797 和 1222593 ；Kruh 的美国专利 2090451 和 2255549 ；Rasmussen 的美国专利 2755518 ；Grunert的美国专利2776884 ；和Miller的美国专利沘四961 ；和Grunert的美国 专利 2974032。近期的工作主要是在具有碳化铝和氧化铝熔渣的熔池中使氧化铝和碳反应。通常 熔池具有两个区进行操作，在第一个区生成碳化铝，在第二个区碳化物传送到该区与氧化 铝反应，生成铝金属。这样的工作在下述专利中进行了说明=Persson的美国专利4385930 ； Johansen等人的美国专利6440193 ；LaCarmera的美国专利6475260 ；Lindstad的美国专利 6530970 ；Fruehan等人的美国专利6849101 ；和美国专利申请公开2006/0042413。还有下述相关的出版物《铝的碳热还原制备(CarbothermalProduction of Aluminium)》，作者 Motzfeldt 等人，发表于 1989 年，出版社 Aluminium-Verlag GmbH,杜塞 尔多夫地区,德国；和基于DE-FC36-00ID13900合作协议书由MJ Bruno and Alcoa公司提 交给美国能源部的《铝碳热还原工艺(Aluminium Carbothermic Technology)》，日期2004 年12月31日。专利技术概述本申请人改进了他们特有的碳热还原法，该方法中碳化铝通过在氧化铝存在下初 始量的铝金属与碳质材料反应而生成。这种混合形成能够加热到氧化铝和碳化铝容易反应 而生成铝金属的温度的装料。在本申请人的国际专利公开W02007012123中揭示了将氧化 铝和碳注入熔融的铝金属的方法。在本申请人的国际专利申请PCT/AU2007/001986中揭示 了另外的方案，利用碳氢化合物和氧化铝注入熔融的铝金属。应当理解的是，本申请人的每 一个在先申请的公开内容都通过引用的方式包含在本说明书中作为本次公开的一部分。本专利技术旨在提供了一种可替代方案，该方案用于替代在本说明书之前列出的 “专利技术背景”部分中认为是第三方现有技术所采用的方法。本专利技术还对国际专利公开 W02007012123和国际专利申请CT/AU2007/001986中公开的本申请人的专利技术提供了替代方 案和/或改进方案。根据第一方面，本专利技术提供了一种大量制备含固态碳化铝产物的方法，该方法包 括以下步骤(a)形成含铝材料和碳质材料的混合物，该碳质材料由碳组成，含有碳或产生碳；(b)将步骤(a)中形成的混合物加热到足以使碳质材料的碳和含铝材料的铝发生 反应而生成固态碳化铝的温度。在本专利技术的方法中，碳质材料的碳和含铝材料的铝按照下述反应式进行反应，生 成碳化铝4A1+3C — Al4C3 (4)该反应显著发生在温度约为1100°C。然而，在高于1400°C更为活跃。该反应是发 热反应，并且相对于上述式(1)的生成碳化物的反应，该反应不产生任何一氧化碳气体。这 是本专利技术的一个显著的优点，因为式(1)的反应生成在现有的碳热还原法中生成的实际一 氧化碳量的三分之二。在第一方面的方法的一个方式中，步骤(a)中形成的混合物还包括铝氧化物，如 氧化铝。在另一方式中，源于步骤(b)的碳化铝最终与铝氧化物进行混合而生成块状物，该 块状物适合用于通过本说明书中详述的本专利技术第二方面的方法来生成铝。然而，这样的块 状物可以通过向步骤(b)中生成的碳化铝添加铝氧化物来制备。根据第二方面，本专利技术还可以提供一种回收铝金属的方法。在该方法中，根据本发 明的第一方面生成含碳化铝产物，并且将含碳化铝产物加热使得碳化铝和铝化合物反应， 生成铝金属和一氧化碳，该铝化合物选自A1203、A14C04、AW、Al2O及其混合物。碳化铝可以 在第一反应器中生成，并且在第二反应器中与铝氧化物反应。用于加热含碳化铝产物的第 二反应器可以与形成该产物的第一反应器分开。也就是说，含碳化铝产物可以转移到独立 的第二反应容器，在该反应容器中对其进行加热。根据本专利技术制备铝相对于步骤(b)中反应的铝提供了铝的净收益。当然净收益来 自于作为氧化物加入的铝。然而，反应生成碳化物的铝由本方法回收，并且对于该方法可以 存在两个重要的替代方案。第一个替代方案为反应生成碳化物的铝可以是、并且在一替代 方案中优选是回收的废弃材料。一种形式的废弃材料是来自于各种可能来源的回收铝金 属。另一种形式的回收废弃材料包括铝渣，该铝渣除了提供铝金属之外，还有助于生成铝氧 化物，铝可以在金属还原状态由该铝氧化物回收。在利用回收废料的替代方案中，在步骤 (b)中反应的铝通常可以是破碎成合适粒度的固体废料。第二种替代方案是回收部分由本方法生成的铝。由此，在步骤(a)中与碳质材料 混合的铝可以进行回收。在一替代方案中，作为液态回收铝，且将金属喷洒在碳质材料或碳 质材料和铝氧化物例如氧化铝的混合物上通常方便回收。本专利技术中依赖反应的能力与本领域的知识相悖。该反应被认为缺乏实用性， 因为认为Al4C3在高于约1450°C下不稳定。然而，我们发现情况并非如此。我们已经成功地 生成Al4C3，优选在高于约1400°C的温度，例如达到约1650°C，更优选约1450°C至1600°C。在装填了铝和碳的适当的反应器中可以进行反应0)。在反应结束时，可以在适当 的反应器内将氧化铝或者其它适合的铝氧化物源加入所得Al4C3，并且加热生成铝金属。反 应(4)在加入氧化物前不需要完成，因为该反应可以在加入氧化物后继续进行。实际上，在 本专利技术的替代方式中，可以制备碳、铝和氧化铝或其它铝氧化物源，然后如上所述加热该混 合物由反应(4)生成Al4C315在每一种情况下本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于大量制备含固态碳化铝产物的方法，其中所述方法包括以下步骤： （ａ）形成含铝材料与碳质材料的混合物，其中所述碳质材料由碳组成，含有碳或产生碳；并且 （ｂ）将步骤（ａ）中形成的混合物加热到足以使所述碳质材料的碳与所述含铝材料的铝反应而生成固态碳化铝的温度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：耶古卜·赛义德雅各比，
申请(专利权)人：瑟米克尔IP公司，
类型：发明
国别省市：AU
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