176637. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés aluminium előállítására
5 176637 6 11. ábra a 4—6. ábrák szerinti készülék további módosított formájának az oldalnézeti rajza, a 12. és 13. ábra a 4—6. ábrák szerinti készülék egy másik módosított alakjának az alaprajza és oldalnézeti rajza, a 14. ábra a 4—6. ábrák szerinti készülék egy másik módosított alakjának az oldalnézeti rajza, a 15. és 16. ábra a 4—6. ábrák szerinti készülék alaprajzát és oldalnézeti rajzát mutatja be, ahol az elektródok módosított elrendezésűek, a 17. ábra olyan készülék alaprajzát ábrázolja, ahol az elektródok tovább módosítottak, a 18. ábra egy 3-fázisú váltóárammal működő készülék alaprajzát ábrázolja, a 19A és 19B ábra a 2. és 3. ábra szerinti rendszer hőmérsékletdiagramját és a felvett elektromos teljesítmény-diagramját szemlélteti. Az eljárás alapelveit könnyen megérthetjük az 1. ábrára hivatkozva, ahol egy jellegzetes működési ciklus körülményei vannak feltüntetve az A1203—AI4C3 rendszer fázis-diagramján. Az ABCD vonal mutatja a szilárd és a folyékony fázisok közötti határfelületet. Az EF vonal a (II) egyenlet szerinti reakciónak a hőmérsékleti körülményeit és összetételét mutatja, ha a reakció 1 atm nyomáson játszódik le. A GH vonal a (III) egyenlet szerinti reakciónak a hőmérsékleti viszonyait és összetételét szemlélteti, ha a reakció 1 atm nyomáson megy végbe. Az EF és a GH vonalak helyzete természetesen felfelé eltolódik a nyomás növekedésével. Az olvadt salak az A1 fém és a CO gáz termékektől (körülbelül 1 atm Össznyomáson) való elkülönítés után az U pontnak megfelelő hőmérséklettel és összetétellel rendelkezik. Az olvadt salak az alacsony hőmérsékletű reakciózónába betáplált szénnel érintkezésbe kerül, a (II) egyenlet szerinti reakció lejátszódik, az A14C3 feldúsul a salakban és annak a hőmérséklete lecsökken egészen a V pontig (mivel a reakció endoterm). Az alacsony 40 reakciózónából származó, Al4C3-ban feldúsult salakot ezután melegítjük. A (III) egyenlet szerinti reakció a magas hőmérsékletű zónában megkezdődik, CO és A1 szabadul fel akkor, ha a folyékony anyag reakciónyomása 45 az X pontban egyenlő a lokális sztatikus nyomással, ezután a hőbevezetés folytatása és/vagy a lokális sztatikus nyomás csökkenése (a folyadék/gáz-elegy növekedése következtében) a (III) egyenlet szerinti reakció lejátszódását okozza és a salak 50 Al4C3-tartalma lecsökken. Stacionárius állapotban a műveleti körülmények visszatérnek az U ponthoz. Ennek az eredménynek az elérése érdekében a nyersanyagok, betáplálási sebességének, a teljesítménynek és a keringési sebességnek egyensúlyban 55 kell lennie. Az UVX háromszöggel ábrázolt műveleti ciklus idealizált, az 1. ábrán bemutatott U és V értékek a műveleti értékek csupán egy lehetséges kombinációja. Kívánatos az, hogy olyan U értéken dolgozzunk, 60 amely a lehető legközelebb esik a H ponthoz, így a fejlődött gáz hőmérsékletét a lehető legalacsonyabban tudjuk tartani és következésképpen a füst- tartalmat lecsökkentjük. Abban az esetben, ha egy Al4C3-ban gazdag összetételnél választjuk meg a V 65 pontot, például az F pont mögött, akkor szilárd A14C3 csapódik ki a salakból és ez nem kívánatos. A timföldet a szénnel együtt táplálhatjuk be a (II) egyenlet szerinti reakció zónájába, ennek azon- 5 ban nem kell szükségszerűen így történnie. A timföldet bevihetjük az Al-fémet tartalmazó szakaszba is, amelynek az az előnye, hogy ily módon csökkenthetjük a fémben oldott A14C3 mennyiségét. Mivel a timföld sűrűbb, mint a felülúszó olvadt 10 fémréteg, áthalad ezen és bejut az olvadt salakba. Abban az esetben, ha a beadagolt timföldet nem melegítjük elő teljesen, akkor a hőfejlesztést a (II) egyenlet szerinti reakció zónájába történő visszaszállítás során végezzük a salakban és ily módon 15 küszöböljük ki a hőmérsékletesést. Annak érdekében, hogy az eljárás gyakorlati alkalmazásának a megértését megkönnyítsük, a 2. és 3. ábrákon vázlatosan bemutatjuk a műveleti ciklust. Miután a (II) egyenlet szerinti olvadt salak 20 például 1950-2050 °C-on elhagyta az (A) reakciózónát, Al4C3-ban feldúsúlt és belép egy általában U alakúra kialakított (HD) melegítő csőbe ahol azt a két (E) elektród között folyó váltóárammal létesített hőenergia segítségével felmelegítjük. A fo- 25 lyékony anyag, miközben végighalad a (HD) melegítő csövön, hőmérséklete arra az értékre emelkedik, amelyen a (III) egyenlet szerinti reakció megindul (körülbelül 2050-2150 °C-on, a salakösszetételtől és a helyi nyomástól függően.) Ennél 30 a pontnál a salak már úgy tekinthető, hogy belépett az említett magas hőmérsékletű zónába. Ettől kezdve a (C) termékgyűjtő zónába történő előrehaladása folyamán a közölt energia hatására megindul a (III) egyenlet szerinti reakció, gázbuborékok ke- 35 letkeznek és fém válik ki cseppek (B) alakjában. A cső ezen a szakaszon vízszintes vagy a folyásirányban felfelé emelkedhet, ily módon lehetővé válik az, hogy a buborékok felemelkedjenek és szívóemelőként működjenek. A (C) termékgyűjtő zónában a gázt eltávolítjuk a (GE) gázkivezetőn keresztül, a folyékony alumíniumot összegyűjtjük az olvadt salak felületén és a (TO) csapon át eltávolítjuk. A folyékony alumínium nagy mennyiségű Al4C3-at tartalmaz oldott állapotban. A folyékony Al-nek az Al4C3-ból való kinyerésére ismeretesek módszerek, ezek azonban nem tartoznak a találmány körébe. Azt a zónát, amelyben a (III) egyenlet szerinti reakció végbemegy, lényegében a (HD) melegítő cső felszálló szakasza alkotja, bár további reakció mehet végbe a (C) termékgyűjtő zónában is, amint a felszálló salak sztatikus nyomásesése folytatódik. A salak, amely megszabadult A14C3- -tartalmától és lényegében az 1. ábrán feltüntetett U ponttal jelölt hőmérsékletű, belép az (RD) viszszaszállító csőbe, amely - mivel elektromosan párhuzamos a (HD) melegítő csővel - úgy van méretezve, hogy nagyobb elektromos ellenállású, mint a (HD) melegítő cső, így kevesebb áramot szállít. Mihelyt a salak eléri az (A) reakciózónát, ahol a (II) egyenletnek megfelelő reakció megy végbe, és ahova a szénreagenst (CR) és a timföldreagenst (AR) adagoljuk, reakcióba lép ezekkel, mivel a hőmérséklete az egyensúlyhoz szükséges hőmérsékletnél magasabb, az endoterm reakció entalpiáját úgy biztosítjuk, hogy hűtjük a folyadékot. Az (A) 3
