[发明专利]由含金属氧化物材料获得的金属氯化物和金属

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2006年3月23日提交的美国专利申请序列号11/386,852的优先权，将其内容以其整体在此引入。

技术领域

本发明涉及高温冶金术，其包括用于由具有金属氧化物成分的材料例如煤层的相邻岩层，或从工业资源例如工厂的固体副产品生产金属氯化物和金属的工艺和设备。

背景技术

历史上，由矿石生产用于金属加工工业的某些金属，该矿石可包含高重量百分比的，例如高于50重量％的所关注的金属氧化物(高等级来源)。铁通常由赤铁矿(Fe₂O₃)或磁铁矿(Fe₃O₄)生产，铝由铝土矿(Al₂O₃)生产和钛由金红石(TiO₂)或钛铁矿(FeTiO₃)生产。它们的饱和含量和大部分这些矿石仅具有一种金属氧化物的事实使得分离和纯化变得简单，使这些矿石成为用于金属加工工业的首选来源。

然而，金属氧化物存在于所有种类的天然来源例如地质矿产例如火成岩、沉积岩或变质岩材料或来自人造来源例如工业废料。然而这些来源具有低于50重量％的金属氧化物含量，并且经常以不同金属氧化物的混合形式存在。低金属氧化物含量和高含量的不期望的硅酸盐和其它杂质导致其经济上定位为废料。例如，在采煤时相邻岩层描述位于煤层之上或之下的材料；通常由具有某些煤的岩石组成。在采煤期间，还挖掘出一些不期望的相邻岩层。这种材料通常作为煤矿废料沉积在覆盖大面积地貌的地面上。典型地，煤矿废料包括含碳材料(煤、焦油等)和含矿成分(metaliferous content)的岩石材料，根据相邻岩层的地理特性，包括氧化铝、氧化铁、氧化钛和其它金属氧化物。一般地，在煤矿废料中的金属氧化物的总重量百分比的范围在煤矿废料的15至30重量％之间。在过去，这些量太低，以致不会从经济上考虑将煤矿废料作为用于金属氯化物或元素金属的来源。这同样适用于源自工业来源的含金属氧化物材料例如来自燃煤电厂的灰烬，其由于地质成因，也具有在25％至35％之间的金属氧化物重量百分比。

美国专利6,808,695B1公开了用于从粘土例如高岭石、伊利石或硅质铝土矿中连续生产铝的工艺。美国专利4,349,420描述了用于生产氯化铝的分级冷凝/蒸馏的工艺。

发明内容

本发明涉及用于生产金属氯化物和由这些金属氯化物生产金属的方法和设备。对于这些产品的来源可为任意含金属氧化物材料，该含金属氧化物材料还可优选含有可燃热源。此外，能够将用于该方法和设备的能源保存和再循环，以将其用在整个工艺和设备中的其它部分。

本发明涉及用于由含金属氧化物材料制备至少一种金属氯化物的方法，该方法包括在足以得到包含至少一种金属氧化物的煅烧产物的温度条件下煅烧含金属氧化物材料，并选择性地氯化该煅烧产物以形成至少一种金属氯化物。

本发明进一步涉及在金属产生过程中保存能量的方法，其包括燃烧热源以煅烧含金属氧化物材料，氯化至少一种金属氧化物，并将能量从燃烧或氯化的至少之一转移到工艺的其它部分。

此外本发明涉及一种设备，其包括用于氯化含金属氧化物材料所构建和配置的氯化器，和用于再循环氯化器中释放的能量所构建和配置的能量再循环器。

用于由含金属氧化物材料制备至少一种金属氯化物的方法可进一步包含干燥含金属氧化物材料。

该至少一种金属氧化物包括含以下的金属的至少一种氧化物：碱金属和碱土金属、除硼之外的第III主族、除碳和硅之外的第IV主族、全部过渡金属、全部镧系元素和锕系元素。

含金属氧化物材料的煅烧可在1450和1750℉之间的温度下进行。

含金属氧化物材料可具有焓(heat content)，并且该用于煅烧的热可由存在于含金属氧化物材料中的焓提供。

煅烧可包括添加热源。

选择性氯化可包含碳氯化(carbochlorination)。

选择性氯化可包括确定在含金属氧化物材料中金属氧化物的含量，和基于该确定在选择性氯化时使用氯源的量和来自碳源的碳量。氯源的量可包括0.1至2重量％的过量，基于金属氧化物含量。

所述至少一种金属氯化物可包含至少两种金属氯化物并将该至少两种金属氯化物分离。该分离可包括在分级分离该至少两种金属氯化物的压力和温度下分级冷凝/蒸馏该至少两种金属氯化物。

该至少一种含金属氧化物材料可包括煤矿废料和/或固体工业副产品。