NO310426B1 - Carbothermal process for the manufacture of metal - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en ny fremgangsmåte for karbotermisk fremstilling av metall slik som aluminium, silisium, magnesium og lignende. Fremgangsmåten finner sted inne i et reaksjonskammer hvor metalloksider eller forbindelser av disse blir utsatt for intense jetstrømmer av varme forbrenningsgasser. De varme gassene leverer varme til materialene og setter dem i en intens roterende bevegelse som danner en kunstig sentrifugalkraft og genererer friksjonskrefter mellom partiklene som genererer ytterligere varme til prosessen. The present invention relates to a new method for carbothermic production of metal such as aluminium, silicon, magnesium and the like. The process takes place inside a reaction chamber where metal oxides or compounds thereof are exposed to intense jet streams of hot combustion gases. The hot gases deliver heat to the materials and set them in an intense rotating motion that creates an artificial centrifugal force and generates frictional forces between the particles that generate additional heat to the process.

Den foreliggende oppfinnelsen vil diskutere fremgangsmåten som anvendes ved produksjon av aluminium og i noe utstrekning silisium. The present invention will discuss the method used in the production of aluminum and to some extent silicon.

Aluminium blir pr. i dag fremstilt i storskala fasiliteter verden over ved den Aluminum is per today produced in large-scale facilities worldwide by it

elektrolytiske Hall-Heroult-prosessen. Det elektrolytiske badet inneholder alumininiumoksid, kryolitt og andre additiver. Elektrolysetemperaturen er ca. 1000°C. Karbon anvendes som elektrodemateriale. electrolytic Hall-Heroult process. The electrolytic bath contains aluminum oxide, cryolite and other additives. The electrolysis temperature is approx. 1000°C. Carbon is used as electrode material.

Hovedfordelen med denne fremgangsmåten er at den er godt utviklet og opererer under stabile betingelser. Det blir videre ansett som den billigste måten å fremstille aluminium fra aluminiumoksid (AI2O3) som oppgraderes fra bauxitt ved Bayer-prosessen. The main advantage of this method is that it is well developed and operates under stable conditions. It is also considered the cheapest way to produce aluminum from aluminum oxide (AI2O3) which is upgraded from bauxite by the Bayer process.

Hall-Heroult-prosessen er en svært energikrevende prosess. Teoretisk energiforbruk er The Hall-Heroult process is a very energy-intensive process. Theoretical energy consumption is

ca. 11 kWh pr. kg produsert aluminium. Dagens produksjonsteknologi opererer på about. 11 kWh per kg aluminum produced. Today's production technology operates on

nivået 13-14 kWh pr. kg aluminium produsert. Intensiv forskning foregår verden over for å forbedre dagens teknologi med siktemål å redusere energiforbruket. I tillegg til kostnadene knyttet til energiforbruket blir kostnadene for aluminium også påvirket av kostnadene av materialene som anvendes og gassrengjøringsfasiliteter for å møte krav til miljøhensyn. the level 13-14 kWh per kg of aluminum produced. Intensive research is taking place worldwide to improve current technology with the aim of reducing energy consumption. In addition to the costs associated with energy consumption, the costs of aluminum are also affected by the costs of the materials used and gas cleaning facilities to meet environmental requirements.

Produksjon av aluminium ved karbotermisk reduksjon av alumina har vært og foregår fremdeles for å utvikle en alternativ prosess av de fleste store aluminiumsprodusentene. Men pr. i dag er det ikke utviklet noen prosess som kan oppfylle de tekniske og miljømessige kravene. Production of aluminum by carbothermic reduction of alumina has been and is still taking place in order to develop an alternative process by most of the large aluminum producers. But per today, no process has been developed that can meet the technical and environmental requirements.

Aluminium har blitt produsert ved direkte reduksjon med karbon. Alle disse Aluminum has been produced by direct reduction with carbon. All of these

karbotermiske produksjonsprosessene er statiske prosesser. Temperaturene i prosessene er over 2000°C. Slike høye temperaturer forårsaker konstruksjons- og materialproblemer. Siden reoksydering av metall slik som aluminium er et alvorlig the carbothermic production processes are static processes. The temperatures in the processes are above 2000°C. Such high temperatures cause construction and material problems. Since reoxidation of metal such as aluminum is a serious

problem ved disse høye temperaturene, er en nøyaktig kontroll av tilbakereaksjon nødvendig. På den annen side er nedsettelse av energiforbruket og en vesentlig reduksjon av kapitalkostnadene svært interessant og har vært intensitet i forsknings- og utviklingsarbeid på karbotermiske prosesser for produksjon av aluminium. problem at these high temperatures, an accurate control of back-reaction is necessary. On the other hand, the reduction of energy consumption and a significant reduction of capital costs is very interesting and has been the focus of research and development work on carbothermic processes for the production of aluminium.

Som kjent kan karbotermisk prosess oppdeles i to grupper. For det første blir ren alumina fremstilt fra urene råmaterialer og deretter blir det redusert til ren aluminium. As is known, the carbothermic process can be divided into two groups. First, pure alumina is produced from impure raw materials and then it is reduced to pure aluminum.

For det andre blir de urene råmaterialene fullstendig redusert for å danne en legering, vanligvis bestående hovedsakelig av aluminium og silisium, og mindre mengder jern. Second, the impure raw materials are completely reduced to form an alloy, usually consisting mainly of aluminum and silicon, and minor amounts of iron.

Fra denne legeringen kan aluminium fremstilles ved separasjons- og Aluminum can be produced from this alloy by separation and

raffineringsprosesser. refining processes.

I foreliggende oppfinnelse kan imidlertid begge materialene anvendes for fremstilling In the present invention, however, both materials can be used for production

av aluminium eller en aluminiumlegering. of aluminum or an aluminum alloy.

Foreliggende oppfinnelse angår således en karbotermisk prosess for produksjon av The present invention thus relates to a carbothermic process for the production of

metaller slik som aluminium, silisium, magnesium og lignende fra metallforbindelser, kjennetegnet ved at metallforbindelsen/e slik som oksidet/er eller hydroksider varmes opp av forbrenningsgasser og intern friksjon mellom partiklene i innmatningen generert ved mekaniske krefter fra jetgassene inne i et prosesskammer, sammen med enten fritt vann eller vanndannende kjemikalier i aluminiumsforbindelsen/e og karbon og/eller olje og/eller naturgass på en slik måte at materialet i reaktorkammeret oppfører seg som en varm mekanisk etablert fluidisert seng hvorved vannet kan splittes i hydroksyl og hydrogenradikaler og gjør at hydrogenradikalene reagerer med oksygenet i den/de varme og nå ustabile aluminiumforbindelsen/e og således erstatter aluminiumatomer, og hydroksylradikalet reagerer tilbake til vann og overskudd av oksygen reagerer med karbon til CO. metals such as aluminium, silicon, magnesium and the like from metal compounds, characterized by the metal compound(s) such as the oxide(s) or hydroxides being heated by combustion gases and internal friction between the particles in the feed generated by mechanical forces from the jet gases inside a process chamber, together with either free water or water-forming chemicals in the aluminum compound(s) and carbon and/or oil and/or natural gas in such a way that the material in the reactor chamber behaves as a hot mechanically established fluidized bed whereby the water can be split into hydroxyl and hydrogen radicals and causes the hydrogen radicals to react with the oxygen in the hot and now unstable aluminum compound(s) and thus replace aluminum atoms, and the hydroxyl radical reacts back to water and excess oxygen reacts with carbon to CO.

Den foreliggende oppfinnelsen beskriver fremgangsmåter for å produsere aluminium, silisium og lignende metaller fra metall ved karbonreduksjonsprosessen. I tillegg til å anvende alumina som råmateriale er det også mulig ved denne prosessen å anvende aluminiumhydroksid Al(OH)3. Den foreliggende fremgangsmåten er en høyeffektiv krakkingprosess av aluminiumforbindelser til aluminium, vann og CO ved lavt trykk og temperatur. Energibehovet er mindre enn alle andre kjente fremgangsmåter og anvender ikke kryolitt og har begrenset emisjon av toksiske gasser. The present invention describes methods for producing aluminium, silicon and similar metals from metal by the carbon reduction process. In addition to using alumina as raw material, it is also possible in this process to use aluminum hydroxide Al(OH)3. The present method is a highly efficient cracking process of aluminum compounds to aluminium, water and CO at low pressure and temperature. The energy requirement is less than all other known methods and does not use cryolite and has limited emission of toxic gases.

Den totale reaksjonen for karbotermisk reduksjon av alumina kan skrives som: The overall reaction for the carbothermic reduction of alumina can be written as:

Denne ligningen beskriver nettoreaksjonen, mens de fysiske og kjemiske prosessene er langt mer komplekse. Reduksjonen kan finne sted i tre trinn: This equation describes the net reaction, while the physical and chemical processes are far more complex. The reduction can take place in three stages:

I tillegg til dannelsen av aluminiumkarbid og aluminiumoksykarbid finner også følgende reaksjoner sted i løpet av prosessen: In addition to the formation of aluminum carbide and aluminum oxycarbide, the following reactions also take place during the process:

Prinsippet for den foreliggende oppfinnelsen som også kalles Jet Cracking Process (JCP), er å behandle forbindelsene i en pneumatisk varm fluidisert seng. Den fluidiserte sengen gir opphav til følgende effekter for å oppnå krakkingen: 1. I tillegg til den kalorimetriske energien fra de drivende gassene vil varme også bli levert fra materialfriksjon og hydrodynamiske krefter. 2. Vann, som er tilstede på råmaterialene, vil fordampes med en redusert hastighet i løpet av prosessen og således danne mikrobobler med ekstremt trykk og temperatur. 3. Bråkjøling av den frigjorte varmen fra mikroboblene til prosessomgivelsestemperaturen. 4. Dannelse av temperaturflekker mellom kornene i bevegelse forårsaket av interne friksjonskrefter. The principle of the present invention, which is also called the Jet Cracking Process (JCP), is to treat the compounds in a pneumatically hot fluidized bed. The fluidized bed gives rise to the following effects to achieve the cracking: 1. In addition to the calorimetric energy from the propellant gases, heat will also be supplied from material friction and hydrodynamic forces. 2. Water, which is present on the raw materials, will evaporate at a reduced rate during the process and thus form microbubbles with extreme pressure and temperature. 3. Rapid cooling of the released heat from the microbubbles to the process ambient temperature. 4. Formation of temperature spots between the moving grains caused by internal frictional forces.

Den fluidiserte sengen finner sted i reaktorkammeret ved jetstrømmer av forbrenningsgasser som injiseres tangentielt inn i reaktorkammeret. The fluidized bed takes place in the reactor chamber by jet streams of combustion gases that are injected tangentially into the reactor chamber.

Energien for prosessen leveres fra forbrenningsgasser - både termisk og kinetisk. Dette oppnås ved trykksatt forbrenning, hvor forbrenningsgassene injiseres inn i reaktoren på en slik måte at det genereres en roterende bevegelse av materialet i reaktoren. Energien som overføres til materialet vil være en kombinasjon av varmen i gassene og bevegelsen av partiklene i reaktoren. Rotasjonen av partiklene i reaktoren vil generere skjærkrefter mellom partiklene, som genererer maksimale temperaturer og en sentrifugalkraft, som vil separere forskjellige faser i reaktoren. The energy for the process is supplied from combustion gases - both thermally and kinetically. This is achieved by pressurized combustion, where the combustion gases are injected into the reactor in such a way that a rotating movement of the material in the reactor is generated. The energy transferred to the material will be a combination of the heat in the gases and the movement of the particles in the reactor. The rotation of the particles in the reactor will generate shear forces between the particles, which generate maximum temperatures and a centrifugal force, which will separate different phases in the reactor.

Aluminiumforbindelsen leveres til prosesskammeret sammen med den korrekte molare mengden av karbon som er korrekt balansert med energitilførselen. Karbon kan også leveres fra forbrenningsgassen. The aluminum compound is delivered to the process chamber together with the correct molar amount of carbon which is correctly balanced with the energy supply. Carbon can also be supplied from the combustion gas.

Når råmaterialet er aluminiumhydroksid i stedet for alumina, vil vannet fordampes etter den såkalte "flashevaporation". I løpet av fordampningen vil det genereres ultralydvibrering i dampen forårsaket av partiklene i bevegelse og trykket i fronten av gasstrømmene. When the raw material is aluminum hydroxide instead of alumina, the water will evaporate after the so-called "flash evaporation". During the evaporation, ultrasonic vibration will be generated in the steam caused by the particles in motion and the pressure in the front of the gas streams.

På grunn av den ekstreme separasjonen av fluidene i de faste stoffene som finner sted før de fordampes, genererer separasjonen i tillegg til vibreringen mikrobobler i det fluidiserte bedet med ekstreme temperaturer og trykk på flere tusen grader Kelvin og atmosfærer hvorved vann krakkes til hydrogen og oksygenradikaler. Due to the extreme separation of the fluids in the solids that takes place before they evaporate, the separation in addition to the vibration generates microbubbles in the fluidized bed with extreme temperatures and pressures of several thousand degrees Kelvin and atmospheres whereby water is broken into hydrogen and oxygen radicals.

I tidligere eksperimenter i en 25 kW reaktor ble det funnet at vann kan krakkes ved en prosesstemperatur på 250° og svært høy bevegelse mellom partiklene i størrelsesorden 40-200 m/s. In previous experiments in a 25 kW reactor, it was found that water can be cracked at a process temperature of 250° and very high movement between the particles in the order of 40-200 m/s.

Når reaktantene kommer inn i reaktoren under disse betingelsene, vil de bli varmet opp til disse prosesstemperaturene som beskrevet ovenfor. When the reactants enter the reactor under these conditions, they will be heated to these process temperatures as described above.

I løpet av prosessen vil hydrogenradikaler reagere med oksygen i alumina og danne vann. Hydroksylradikaler (OFf<1->) som kan dannes vil reagere tilbake til vann og oksygen. Til prosessen kan det tilsettes såkalte hydrogenleverende materialer forskjellig fra vann slik som naturgass eller olje. Alternativt kan karbon leveres og således vil oksygen reagere med karbon til CO. During the process, hydrogen radicals will react with oxygen in the alumina and form water. Hydroxyl radicals (OFf<1->) that can be formed will react back to water and oxygen. So-called hydrogen-yielding materials other than water such as natural gas or oil can be added to the process. Alternatively, carbon can be supplied and thus oxygen will react with carbon to form CO.

Når det anvendes alumina (AI2O3), skrives reaksjonene som følger: When alumina (AI2O3) is used, the reactions are written as follows:

Krakking av vann: Cracking of water:

Tilbakereaksjon: Backlash:

Oksygenet vil omsettes til CO eller CO2 ved tilsetning av karbon. The oxygen will be converted to CO or CO2 when carbon is added.

Et mol AI2O3 (molekylvekt på 102 g) gir 2 mol Al med molekylvekt 54. One mole of AI2O3 (molecular weight of 102 g) gives 2 moles of Al with a molecular weight of 54.

6 mol H2O med molekylvekt 18. 6 mol H2O with molecular weight 18.

1,5 mol C med molekylvekt 12. 1.5 mol C with molecular weight 12.

Således trengs for hvert kg aluminium som produseres: Thus, for each kg of aluminum produced:

Mol Al: 1000/27 = 37,04 Moles Al: 1000/27 = 37.04

M0IAI2O3: = 37,04/2= 18,52 M0IAI2O3: = 37.04/2= 18.52

M0IH2O: = 18,52<*>6=111 M0IH2O: = 18.52<*>6=111

MolC: = 18,52<*>1,5 = 27,79 MolC: = 18.52<*>1.5 = 27.79

Dette gir i kg: This gives in kg:

AI2O3: = 18,52<*>102/1000= 1,89/kg Al H20: = 111<*>18,02/1000 = 2 kg AI2O3: = 18.52<*>102/1000= 1.89/kg Al H20: = 111<*>18.02/1000 = 2 kg

C: = 27,79<*>12/1000 = 0,33 kg C: = 27.79<*>12/1000 = 0.33 kg

Ved anvendelse av aluminiumhydroksid Al(OH)3 er hovedreaksjonen: When using aluminum hydroxide Al(OH)3, the main reaction is:

Således har vi: Hvert mol Al(OH)3 (molekylvekt 77,99) gir et mol Al med molekylvekt 27. Således gir 4 mol Al(OH)3 4 mol Al og krever 3 mol C med molekylvekt 12. Thus we have: Each mole of Al(OH)3 (molecular weight 77.99) gives one mole of Al with a molecular weight of 27. Thus, 4 mol of Al(OH)3 gives 4 mol of Al and requires 3 mol of C with a molecular weight of 12.

Således har vi for hvert kg aluminium: Thus, for each kg of aluminium, we have:

Mol Al: 1000/27 = 37,04 mol Mol Al: 1000/27 = 37.04 mol

Mol Al(OH)3: = 37,04/1 = 37,04 mol Mol Al(OH)3: = 37.04/1 = 37.04 mol

Mol C: = 37,04/16* 12 = 27,79 mol Moles C: = 37.04/16* 12 = 27.79 moles

Dette gir i kg: This gives in kg:

Al(OH)3): = 37,04<*>77,99/1000 = 2,98 kg/kg Al Al(OH)3): = 37.04<*>77.99/1000 = 2.98 kg/kg Al

C: = 26,79<*>12/1000 = 0,33 kg C: = 26.79<*>12/1000 = 0.33 kg

Ved anvendelse av et mineral slik som anatrositt som inneholder silisium- og aluminiumoksid, kan følgende bemerkes: When using a mineral such as anatrosite containing silicon and aluminum oxide, the following can be noted:

Reduksjonen av Si02 til SiC finner sted ved en betydelig lavere temperatur enn reaksjonen fra AI2O3 til AI4O4C. I en kombinert reaksjon er det derfor forventet at første trinnet vil være en fullstendig reaksjon av silisiumoksid til silisiumkarbid: The reduction of SiO2 to SiC takes place at a significantly lower temperature than the reaction from AI2O3 to AI4O4C. In a combined reaction, it is therefore expected that the first step will be a complete reaction of silicon oxide to silicon carbide:

Denne selektive reaksjonen av silisiumoksid er blitt bekreftet ved reduksjon av leire og laboratorieeksperimenter ved reduksjon av sammensmeltet mullitt. This selective reaction of silica has been confirmed by the reduction of clay and laboratory experiments by the reduction of fused mullite.

Når alt SiCh har reagert, vil neste trinnet være reaksjonen mellom alumina og karbon for å danne oksykarbid: Once all the SiCh has reacted, the next step will be the reaction between alumina and carbon to form oxycarbide:

Som tidligere nevnt for alumina, vil oksykarbidet være mer eller mindre fullstendig i smeltefase. Vi kan formulere det etterfølgende reaksjonstrinnet med støkiometrisk aluminiumoksykarbid, samtidig som det forutsettes en ladet sammensetning som muliggjør anvendelsen av alt oksid og alt friskt karbon i to etterfølgende trinn. Metallproduksjonsreaksjonen kan deretter skrives: As previously mentioned for alumina, the oxycarbide will be more or less complete in the molten phase. We can formulate the subsequent reaction step with stoichiometric aluminum oxycarbide, while assuming a charged composition that enables the use of all oxide and all fresh carbon in two subsequent steps. The metal production reaction can then be written:

Begrepet (m) etter oksykarbid indikerer at dette vil være tilstede i smeltefasen ved temperaturen nødvendig for at reduksjonen finner sted ved et likevektstrykk på 1 atm. Molarforholdet mellom Al:Si = 4:3. Ved høyere aluminainnhold vil det være noe fritt alumina igjen ifølge reaksjonene. Med mer alumina vil noe AI4C3 være dannet i det siste reaksjonstrinnet. The term (m) after oxycarbide indicates that this will be present in the melt phase at the temperature necessary for the reduction to take place at an equilibrium pressure of 1 atm. The molar ratio of Al:Si = 4:3. At a higher alumina content, there will be some free alumina left according to the reactions. With more alumina, some AI4C3 will have been formed in the last reaction step.

Når prosesstemperaturen oppnås, blir reaktantene automatisk tilsatt reaktoren. Prosessen balanseres ved tilsetning av materialet og energitilseting som følger: Når den ønskede prosesstemperaturen oppnås, blir utslipp av aluminium gjort via et utslippsarrangement som kan være en roterventil, pumpe eller annen praktisk utrustning. Når prosessen er balansert, går reduksjon og innmatning mer eller mindre kontinuerlig. When the process temperature is reached, the reactants are automatically added to the reactor. The process is balanced by the addition of the material and the addition of energy as follows: When the desired process temperature is reached, aluminum is discharged via a discharge arrangement which can be a rotary valve, pump or other practical equipment. When the process is balanced, reduction and input are more or less continuous.

Gassreaksjonsproduktene fra prosessen, damp og CO fjernes fra reaktoren via et rørarrangement for varmegjenvinning og gassrengjøringssystem, som forvarmer forbrenningsluften. The gaseous reaction products from the process, steam and CO, are removed from the reactor via a pipe arrangement for heat recovery and gas cleaning system, which preheats the combustion air.

For eksempel kan overmettet damp anvendes for å forvarme materialet for å redusere energiforbruk. For example, supersaturated steam can be used to preheat the material to reduce energy consumption.

Energiforbruket er summen av energien som kreves for å varme oksidet til prosesstemperaturen, for å varme og fordampe vannet ved samme temperatur og energien som kreves for de kjemiske reaksjonene. Vi nevnte at energien som anvendes for å krakke vannet gjenvinnes ved den eksoterme reaksjonen som finner sted ved tilbakereaksjon til vann. The energy consumption is the sum of the energy required to heat the oxide to the process temperature, to heat and evaporate the water at the same temperature and the energy required for the chemical reactions. We mentioned that the energy used to crack the water is recovered by the exothermic reaction that takes place in the back reaction to water.

Det produserte aluminiumet fra reaktoren kan komme ut enten som aluminiumpulver til en nøytral atomosfære eller som smeltet aluminium. The produced aluminum from the reactor can come out either as aluminum powder to a neutral atomosphere or as molten aluminium.

Ved produksjon av flytende aluminium vil vi ha en blandesone i reaktoren med ikke-reagert alumina og flytende aluminium. Ved kontinuerlig innmatning av materialet blir When producing liquid aluminium, we will have a mixing zone in the reactor with unreacted alumina and liquid aluminium. With continuous feeding of the material becomes

i dette automatisk balansert i reaktoren. in this automatically balanced in the reactor.

Nyheten ved den foreliggende oppfinnelsen er en kinetisk og dynamisk The novelty of the present invention is a kinetic and dynamic one

reaksjonsprosess hvor alle parametrene kan kontrolleres slik som temperatur, reaction process where all parameters can be controlled such as temperature,

retensjonstid, trykk og hastigheten og temperaturen til forbrenningsgassene. retention time, pressure and the velocity and temperature of the combustion gases.

Reaktoren kjennetegnes ved at den ikke har noen bevegelige deler og at den kan isoleres The reactor is characterized by the fact that it has no moving parts and that it can be isolated

for å motstå operasjonstemperaturene som er i området på 1000-2500°C avhengig av metallene som skal produseres. to withstand the operating temperatures which are in the range of 1000-2500°C depending on the metals to be produced.

Energien leveres til reaktoren i form av trykksatte forbrenningsgasser, som forbrennes under trykk i et separat forbrenningskammer. Gassene forlater forbrenningskammeret og kommer inn i reaktoren gjennom en eller flere tangentielt orienterte slisser i reaktoren. The energy is delivered to the reactor in the form of pressurized combustion gases, which are burned under pressure in a separate combustion chamber. The gases leave the combustion chamber and enter the reactor through one or more tangentially oriented slits in the reactor.

Prosessen kan ha mange forskjellige arrangementer og lay-out av reaktoren - enten The process can have many different arrangements and layout of the reactor - either

vertikal eller horisontal og kan ta en hvilken som helst form hvor prinsippet kan anvendes. I følgende beskrivelse er det vist en foretrukken utførelsesform. vertical or horizontal and can take any form where the principle can be applied. In the following description, a preferred embodiment is shown.

Fig. 1 viser et forenklet flytskjema av prosessen med følgende hovedelementer: Fig. 1 shows a simplified flowchart of the process with the following main elements:

a) er en beholder med en intern blander for mottak av reaktantene, for eksempel alumina, karbon og vann. I bunnen av beholderen er det anbrakt en transportskrue b) a) is a container with an internal mixer for receiving the reactants, for example alumina, carbon and water. A transport screw is placed at the bottom of the container b)

drevet av en variabel motor c) som leverer materialet til reaktorkammeret d). Rundt reaktorkammeret er det anbrakt en spiralformet forlengelse e) av forbrenningskammeret driven by a variable motor c) which supplies the material to the reactor chamber d). A spiral-shaped extension e) of the combustion chamber is placed around the reactor chamber

f). På reaktorkammeret er det anbrakt et ventilarrangement g) for metallutføring og et rør h) for utslipp av damp og CO. Gassene føres til en varmeveksler i) hvor trykksatt f). A valve arrangement g) for metal discharge and a pipe h) for the discharge of steam and CO are placed on the reactor chamber. The gases are fed to a heat exchanger i) where pressurized

forbrenningsluft fra kompressor j) blir forhåndsoppvarmet før den kommer inn i forbrenningskammer f). Fra varmevekskler i) blir gassene ført til en kondensator k) hvor dampen kondenseres. Den avkjølte CO'en føres videre til en CO-brenner 1) for ytterligere varmegjenvinning. Det produserte metallet blir til slutt samlet opp i en tank m) hvor det blir suget av. combustion air from compressor j) is preheated before it enters combustion chamber f). From heat exchangers i) the gases are led to a condenser k) where the steam is condensed. The cooled CO is passed on to a CO burner 1) for further heat recovery. The produced metal is finally collected in a tank m) where it is sucked off.

Fig. 2 viser en utførelsesform av reaktorkammert d), forbrenningskammerforlengelsen Fig. 2 shows an embodiment of the reactor chamber d), the combustion chamber extension

e) som omgir reaktorkammeret d). De stiplede linjene av reaktoren viser varmeresistent belegg. Inne i reaktoren er det anordnet et trinn n) over den koniske delen o). I senteret e) which surrounds the reactor chamber d). The dashed lines of the reactor show heat resistant coating. Inside the reactor, a step n) is arranged above the conical part o). In the center

av reaksjonskammeret er det anbrakt et gassutløpsrør p). Den isolerte metalloppsamlingstanken m) er anbrakt i bunnen av den koniske delen o)., l den viste utførelsesformen er det ment at metallet skal flyte fra reaksjonskammeret direkte til of the reaction chamber, a gas outlet pipe p) is placed. The insulated metal collection tank m) is located at the bottom of the conical part o)., in the embodiment shown, it is intended that the metal should flow from the reaction chamber directly to

oppsamlingstanken m), men avhengig av operasjonsbetingelser og metallet som produseres kan et ventilarrangement anbringes mellom nederste del av den koniske delen o) og tanken m). the collecting tank m), but depending on operating conditions and the metal being produced, a valve arrangement can be placed between the lower part of the conical part o) and the tank m).

Som det fremgår av den tegnede fig. 2, har reaktoren en form som en vertikal syklon. As can be seen from the drawn fig. 2, the reactor has a shape like a vertical cyclone.

Når jetgassene kommer inn i reaksjonskammeret og setter materialet i rotasjon tilsvarende en syklon, vil et sjikt av materialet bygge seg opp på grunn av trinnet n) som etablerer et fluidisert bed i reaksjonssonen. When the jet gases enter the reaction chamber and set the material in rotation corresponding to a cyclone, a layer of the material will build up due to step n) which establishes a fluidized bed in the reaction zone.

Fig. 3 viser et tverrsnitt av reaktoren d) med forlengelsen e) og forbrenningskammeret Fig. 3 shows a cross-section of the reactor d) with the extension e) and the combustion chamber

f). Brenselgassen og luft leveres til forbrenningskammeret via rørarrangement q). Forbrenningsgassene kommer inn i reaksjonskammeret d) via slisser r) som er designet f). The fuel gas and air are delivered to the combustion chamber via pipe arrangement q). The combustion gases enter the reaction chamber d) via slits r) which have been designed

til å gi korrekt hastighet på gassene inn i reaktoren. to give the correct velocity of the gases into the reactor.

Fig. 4 viser et lay-out av en 1000 kW enhet designet til å produsere 50 kg aluminium pr. time med følgende elementer: Materialet bringes til beholderen a) og føres til reaktoren d) med en transportskrue b) drevet av en variabel drift c). Kompressoren leverer forbrenningsluften ved tilpasset trykk gjennom ledningen s) til varmeveksleren i). Forhåndsoppvarmet luft blir deretter ført til rørarrangementet g) hvor den blandes med gass levert fra en gasskompressor t). Forbrenningsgassene injiseres inn i reaktoren via forlengelsen e). Avløpsgassene fra reaktoren slippes ut av utløpsrøret h) til varmeveksleren fra hvilken de føres til en kondenser k). Den ikke-kondenserbare gassen CO passeres videre til en CO-brenner. Fig. 4 shows a lay-out of a 1000 kW unit designed to produce 50 kg of aluminum per hour with the following elements: The material is brought to the container a) and fed to the reactor d) with a transport screw b) driven by a variable drive c). The compressor supplies the combustion air at a suitable pressure through the line s) to the heat exchanger i). Preheated air is then led to the pipe arrangement g) where it is mixed with gas supplied from a gas compressor t). The combustion gases are injected into the reactor via extension e). The waste gases from the reactor are discharged through the outlet pipe h) to the heat exchanger from which they are led to a condenser k). The non-condensable gas CO is passed on to a CO burner.

Det produserte metallet samles opp i tanken m) hvor det suges av. The produced metal is collected in the tank m) where it is sucked off.

Hele enheten kontrolleres fra kontrollenheten u). The entire unit is controlled from the control unit u).

Det må forstås at dette arrangementet bare er en av mange lay-out og alternativer for en aluminiumsproduserende enhete basert på prinsippene ifølge oppfinnelsen. It must be understood that this arrangement is only one of many layouts and options for an aluminum producing unit based on the principles of the invention.

Fig. 5 og 6 viser en forenklet illustrasjon av prosessen. Fig. 5 and 6 show a simplified illustration of the process.

Claims (6)

1. Karbotermisk prosess for produksjon av metaller slik som aluminium, silisium, magnesium og lignende fra metallforbindelser, karakterisert v e d at metallforbindelsen/e slik som oksidet/er eller hydroksider varmes opp av forbrenningsgasser og intern friksjon mellom partiklene i innmatningen generert ved mekaniske krefter fra jetgassene inne i et prosesskammer, sammen med enten fritt vann eller vanndannende kjemikalier i aluminiumsforbindelsen/e og karbon og/eller olje og/eller naturgass på en slik måte at materialet i reaktorkammeret (d) oppfører seg som en varm mekanisk etablert fluidisert seng hvorved vannet kan splittes i hydroksyl og hydrogenradikaler og gjør at hydrogenradikalene reagerer med oksygenet i den/de varme og nå ustabile aluminiumforbindelsen/e og således erstatter aluminiumatomer, og hydroksylradikalet reagerer tilbake til vann og overskudd av oksygen reagerer med karbon til CO.1. Carbothermic process for the production of metals such as aluminium, silicon, magnesium and the like from metal compounds, characterized by the fact that the metal compound(s) such as the oxide(s) or hydroxides are heated by combustion gases and internal friction between the particles in the feed generated by mechanical forces from the jet gases inside a process chamber, together with either free water or water-forming chemicals in the aluminum compound(s) and carbon and/or oil and/or natural gas in such a way that the material in the reactor chamber (d) behaves as a hot mechanically established fluidized bed whereby the water can be split into hydroxyl and hydrogen radicals and cause the hydrogen radicals to react with the oxygen in the hot and now unstable aluminum compound(s) and thus replace aluminum atoms, and the hydroxyl radical reacts back to water and excess oxygen reacts with carbon to CO. 2. Prosess ifølge krav 1, karakterisert ved at metalloksidet/ene kan blandes med andre radikalgenererende væsker.2. Process according to claim 1, characterized in that the metal oxide(s) can be mixed with other radical-generating liquids. 3. Prosess ifølge krav 1, karakterisert ved at forskjellige metalloksider kan reduseres til metall og på den måte danne en metallegering.3. Process according to claim 1, characterized in that different metal oxides can be reduced to metal and thus form a metal alloy. 4. Prosess ifølge krav 1, karakterisert ved at reaktorkammeret (d) kan være konisk som illustrert i fig. 2 med et forbrenningskammer (f) og en forlengelse (e) av samme og hvor forbrenningsgassene kan komme inn i reaksjonskammeret (o) som det fremgår av fig. 3 gjennom en eller flere tangentielt orienterte slisser i reaktoren.4. Process according to claim 1, characterized in that the reactor chamber (d) can be conical as illustrated in fig. 2 with a combustion chamber (f) and an extension (e) of the same and where the combustion gases can enter the reaction chamber (o) as can be seen from fig. 3 through one or more tangentially oriented slits in the reactor. 5. Prosess ifølge krav log4, karakterisert ved at forbrenningsgassene kan forbrennes under trykk.5. Process according to requirement log4, characterized in that the combustion gases can be burned under pressure. 6. Prosess ifølge krav 1, karakterisert ved at metallet kan samles opp i en tank (m) lokalisert på bunnen av den koniske delen av reaktoren (d).6. Process according to claim 1, characterized in that the metal can be collected in a tank (m) located at the bottom of the conical part of the reactor (d).