[实用新型]一种制备金属铝的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于制备金属铝的装置领域，尤其涉及一种蓄热式燃气加热的真空制备金属铝的装置及系统。

背景技术

目前，金属铝的工业生产方法主要采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法，以氧化铝作溶质、冰晶石作溶剂、炭素材料作电极，通入电流，进行电解而得到原铝。但是，该电解法生产铝存在以下缺陷：制备过程中需要消耗大量的昂贵原料，导致电解铝的成本较其它金属高；铝电解过程中不仅会排放大量温室气体，还会产生大量含氟烟气，阳极糊烧结产生的沥青也会挥发，对周围环境及人体健康造成损害；该电解法每生产吨铝约耗电13000-15000千瓦•时，成本高。最近数十年，炼铝新方法主要有常压碳热还原法、真空碳热还原法（包括直接碳热还原法、真空碳热还原-硫化法以及真空碳热还原-卤化法）、离子液体电沉积法等。但是，上述炼铝新方法生产铝存在以下缺陷：常压碳热还原法还原温度高达2000℃以上，需要在高温的条件下进行，能耗非常高；离子液体电沉积法采用的原料成本高；直接碳热还原法得到的产物在高温下相互熔解，难以与渣相分离，几乎得不到金属铝，造成产率低下。因此，如何设计出一种能耗低、金属铝的收率和纯度高的炼铝装置，成为目前急需解决的难题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述难题，本实用新型提供了一种制备金属铝的装置，该制备金属铝的装置采用蓄热式燃气加热装置，能够取代现有电炉来进行真空碳热还原制备金属铝，降低反应过程所消耗的能耗，进而降低真空碳热还原制备金属铝的成本，为工业化的可能性更进一步；该新型燃气式炼铝装置，将金属铝与三氯化铝分别收集，提高了金属铝的收率以及金属铝的纯度；该新型燃气式炼铝装置采用蓄热式燃烧方式，环状加热，反应室内温度均匀，有利于还原反应的发生。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供了一种制备金属铝的装置，包括燃烧系统、反应系统、冷凝系统和真空系统，其中，所述燃烧系统包括燃烧室和蓄热室，并与所述反应系统连接，为反应提供热量；所述反应系统包括反应室和AlCl₃升华罐，所述反应室的周围环绕布置有所述燃烧室，所述AlCl₃升华罐与所述反应室连接，其生成的气态AlCl₃进入所述反应室发生氯化反应；所述冷凝系统包括金属铝冷凝罐和AlCl₃冷凝罐，用于将产物金属铝与产物三氯化铝分别收集，其中，所述金属铝冷凝罐与所述反应室连通，所述AlCl₃冷凝罐与所述金属铝冷凝罐连接；所述真空系统与所述冷凝系统的AlCl₃冷凝罐相接，用于使所述反应系统及冷凝系统处于真空状态，反应在真空条件下发生。

根据本实用新型的具体实施例，所述燃烧系统为蓄热式燃烧系统，采用单蓄热或者双蓄热的燃烧方式；所述蓄热室与所述燃烧室相连。

根据本实用新型的具体实施例，所述燃烧系统还包括助燃风管道、燃气管道和烟气管道，所述蓄热室的气体入口分别与所述助燃风管道和/或者燃气管道连接，所述蓄热室的烟气出口与所述烟气管道连接，所述蓄热室的烟气入口与所述燃烧室连接。

根据本实用新型的具体实施例，所述燃烧系统还包括燃气三通换向阀和/或助燃风三通换向阀，其中，所述燃气三通换向阀分别与燃气管道、烟气管道和蓄热室连接，所述助燃风三通换向阀分别与助燃风管道、烟气管道和蓄热室连接。

根据本实用新型的具体实施例，所述燃烧室上布置有一对或多对烧嘴，所述烧嘴与燃烧室内腔圆周呈切线布置，并与所述蓄热室连接。

根据本实用新型的具体实施例，所述助燃风管道内通入的助燃风为空气或富氧空气，燃气管道通入的燃气为天然气、焦炉煤气、水煤气、热解煤气或石油液化气。

根据本实用新型的具体实施例，所述反应室下部设有分布器，用于将AlCl₃升华罐中生成的气态AlCl₃进行均匀分布后，进入所述反应室发生氯化反应。

根据本实用新型的具体实施例，所述反应室为圆柱形坩埚，所述原料置于所述反应室内；所述原料为含氧化铝的铝土矿与碳质还原剂，其中原料中氧化铝与碳质还原剂的比例为1:（3-5），所述碳质还原剂为石墨、煤、兰炭或生物质炭。

本实用新型的有益效果如下：

（1）本实用新型提供了一种制备金属铝的装置，通过采用蓄热式燃气加热装置，能够取代现有电炉来进行真空碳热还原制备金属铝，降低反应过程所消耗的能耗，进而降低真空碳热还原制备金属铝的成本，为工业化的可能性更进一步。