ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Техническим результатом изобретения является удешевление и уменьшение экологической нагрузки производства металлического алюминия.

Это достигается тем, что в известном способе получения

металлического алюминия, включающем: глинозему(сырью) добавляется в соотношении 10:1 раствор криолита (фторалюмината натрия), раствор нагревается до 1200°С. Нагретый раствор подвергается электролизу под большим напряжением и большим расходом электричества. А также идет большой расход углеродистого анодного материала (400кг/ 1т продукта металлического алюминия.), и выброс в окружающую среду углекислого газа и канцерогенного фторуглерода.

Электролиз окиси алюминия: Основным оборудованием для электролиза является специальная ванна, футерованная углеродистыми блоками. К ней подводят электрический ток. В ванну погружаются угольные аноды, сгорающие при выделении из окиси чистого кислорода и образующие окись и двуокись улглерода. Ванны, или электрилизеры, как их называют специалисты, включаются в электрическую цепь

последовательно, образуя серию. Сила тока при этом составляет 150 тысяч ампер. Аноды могут быть двух типов: обожженные из больших угольных блоков, масса которых может быть больше тонны и самообжигающиеся, состоящие из угольных брикетов в алюминиевой оболочке, которые спекаются в процессе электролиза под действием высоких температур. Рабочее напряжение на ванне обычно составляет около 5 вольт. Оно учитывает и Напряжение, необходимое для разложения окиси, и

неизбежные потери в разветвленной сети. Из растворенной в расплаве на основе криолита окиси алюминия жидкий металл, который тяжелее солей электролита, оседает на угольном основании ванны. Его периодически откачивают. Процесс производства алюминия требует больших затрат электроэнергии. Чтобы получить одну тонну алюминия из глинозема, нужно израсходовать около 13,5 тысяч кВт*ч электроэнергии постоянного тока. Поэтому еще одним условием создания крупных производственных центров является работающая рядом мощная электростанция.

Рафинация алюминия: Наиболее известный метод - это

трехслойный электролиз. Он также проходит в электролизных ваннах с угольными подинами, футерованных магнезитом. Анодом в процессе служит сам расплавленный металл, который подвергается очистке. Он располагается в нижнем слое на токопроводящей подине. Чистый алюминий, который из электролита растворяется в анодном слое, понимается вверх и служит катодом. Ток к нему подводится с помощью графитового электрода. Электролит в промежуточном слое - это фториды алюминия или чистые или с добавлением натрия и хлорида бария.

Нагревается он до температуры 800°С. Расход электроэнергии при трехслойном рафинировании составляет 20 кВт*ч на один кг металла, то есть на одну тонну нужно 20 тысяч кВт*ч. Вот почему, как ни одно производство металлов, алюминий требует наличия не просто источника электроэнергии, а крупной электростанции в непосредственной близости. В рафинированном алюминии в очень малых количествах содержатся железо, кремний, медь, цинк, титан и магний. После рафинирования алюминий перерабатывается в товарную продукцию. Это и слитки, и проволока, и лист, и чушки. Продукты сегрегации, полученные в

результате рафинирования, частично, в виде твердого осадка,

используются для раскисления, а частично отходят в виде щелочного раствора. Абсолютно чистый алюминий получают при последующей зонной плавке металла в инертном газе или вакууме. Примечательной его характеристикой является высокая электропроводность при криогенных температурах. - (источник: http://fb.ru/article/243799/alyuminiy- proizvodstvo-alyuminiya-tehnologiya-protsess-i-opisanie) АЛЮМИНИЯ ОКСИД (глинозем) А1 ₂ 0 ₃ , бесцветные кристаллы; т. пл. 2044°С; т. кип. 3530 °С. Единственная стабильная до 2044°С.

Алюминия оксид не растворяется в воде, хорошо растворяется в расплавленном криолите. Амфотерен. С NH3-H20 не реагирует.

Химическая активность синтетического Алюминия оксид сильно уменьшается с повышением температуры его получения. Природный и искусственный (образовавшийся выше 1200°С) корунд на воздухе при обычных условиях химически инертны и негигроскопичны. Ок. 1000°С интенсивно взаимодействует со щелочами и карбонатами щелочных металлов, давая алюминаты. Медленно реагирует с Si02 и кислыми шлаками с образованием алюмосиликатов. При сплавлении

взаимодействует с KHS04. Корунд, образовавшийся из диаспора при 500- 600 °С, взаимодействует также с растворами кислот и щелочей.

Алюмогель nl022-30.jpgA1203, полученный при обжиге ги-дроксидов А1 при ~550°С, весьма гигроскопичны и химически активны, реагируют с растворами кислот и щелочей. (Источник:

http://www.xumuk.ni/encyklopedia/l 81.html)

БРОМ (от греч. bromos - зловоние; название связано с неприятным запахом брома; лат. Bromum) Вг, хим. элемент VII гр. периодич. системы, ат. н. 35, ат. м. 79,904; относится к галогенам. Прир. бром состоит из стабильных изотопов 79Вг (50,56%) и 81Вг (49,44%). Конфигурация внеш. электронной оболочки 4s24p5; степени окисления— 1 (бромиды), + 1 (гипобромиты), + 3 (бромиты), + 5 (броматы) и + 7 (перброматы); энергия ионизации йри последоват. переходе от Вг° до Вг7+ соотв. 1 1 ,84, 21 ,80, 35,90, 47,3, 59,7, 88,6, 109,0, 192,8 эВ; электроотрицательность по Полингу 2,8; атомный радиус 0,119 нм, ионные радиусы Вг- (6), ВгЗ+ (4), Вг5+ (3), Br7+ (6Х Вг7+ (4) соотв. 0,182, 0,073, 0,045, 0,053, 0,039 нм (в скобках указано координац. число). Молекула брома двухатомна (в парах обнаружены молекулы Вг4), длина связи в молекуле 0,228 нм; энергия диссоциации 190,0 кДж/моль, степень диссоциации 0,16% при 800°С и 18,3% при 1284°С

Содержание брома в земной коре 1 ,6* 10-4 % по массе (1015-1016 т). Собственно минералы бромаргирит AgBr и эмболит Ag(Cl, Вг) редки. Бром находится в природе в рассеянном состоянии, являясь постоянным спутником хлора. Соли брома легко выщелачиваются и накапливаются в морской воде (0,065% по массе), рассолах соляных озер (до 0,2%) и в подземных рассолах (до 0, 1 %), обычно связанных с соляными и

нефтяными месторождениями. В виде изоморфной примеси бром

содержится в поваренной соли NaCl (0,005-0,03% по массе), сильвине КС1 (0,02-0,1%), карналлите KMgC13*6H20 (0,1-0,39), бишофите MgC12*6H20 (до 0,6%).

При обычных условиях бром - тяжелая жидкость с резким запахом, в отраженном свете темно-фиолетового, почти черного цвета, в проходящем - темно-красного; легко образует желто-бурые пары; т. пл. - 7,25 °С, т. кип. 59,2 °С. Твердый бром - красно-коричневые игольчатые кристаллы со слабым металлич. блеском, к-рые при— 252 °С становятся бесцветными. (Источник: htp://www.xumuk.rn/encyklopedia/627.html )

Алюминия бромид: Внешний вид: бесцветные моноклинные кристаллы. Брутто-формула (система Хилла): А1ВгЗ. CAS N°: 7727-15-3. Молекулярная масса (в а.е.м.): 266,69. Температура плавления (в °С): 97,5. Температура кипения (в °С): 256,3. Растворимость (в г/100 г или

характеристика): ацетон: растворим вода: растворим диэтиловый эфир: растворим сероуглерод: растворим этанол: растворим. Вкус, запах, гигроскопичность: гигроскопичен. Плотность: 3,01 (25°С, г/смЗ). 2,64 (100°С, г/смЗ). Давление паров (в мм.рт.ст.): 1 (81°С). Ю (118°С). 100 (178°С).Диэлектрическая проницаемость: 3,38 (100°С). Стандартная энтальпия образования АН (298 К, кДж/моль): -513,4 (т). Стандартная энергия Гиббса образования AG (298 К, кДж/моль): -490,6 (т). Стандартная энтропия образования S (298 К, Дж/моль-К): 180,2 (т).

Стандартная мольная теплоемкость Ср (298 К, Дж/моль-К): 100,5 (т).

Энтальпия плавления АНпл (кДж/моль): 11 ,25. Энтальпия кипения АНкип (кДж/моль): 50,2 (источник: http://www.xumulc.ru/spravochnik/344.html )

Согласно изобретению, в емкость с глиноземом (А1203) при комнатной температуре вливается жидкий бром (Вг). Раствор нагревается до 70°С, происходит самостоятельная экзотермическая реакция

замещения. По реакции: 2А1 ₂ 0 ₃ +6Вг ₂ =4А1Вг ₃ +30 ₂ †+Q . (в мольном соотношении: 2(26*2+16*3)+6(80*2)= 4(26+80*3)+3(16*2)

соответственно: 200г/моль+960г/моль = 1064г/моль + 96г/моль). На 1 (один) килограмм глинозема необходимо 4кг800гр жидкого брома. В результате реакции получается : 5кг 320гр Бромида алюминия и 480гр кислорода.

Из емкости удаляется остаточный кислород, введением

газообразного аргона. Бромид алюминия (А1ВгЗ t плавления = 97,5 °С) нагревается до 115°С. Полученный расплав подвергается электролизу. Катодом является алюминиевая решетка, анодом является платиновая решетка. Испаряющийся бром конденсируется, далее возвращается в производственный цикл. На катоде алюминий восстанавливается, и оседает на катодной решетке. Катодная решетка с восстановленными алюминиевыми «наростами» подвергатеся плавке и формовой отливке.

При электролизе 1 (одного) килограмма Бромида алюминия получается: 98грамм металлического алюминия, и 902грамм конденсированного брома.

Техническая новизна изобретения: Значительное удешевление и упрощение процесса производства металлического алюминия. Отсутствие необходимости высоких температур реакции, расходного угольного анодного материала (2А1 ₂ Оз+ЗС+е = 4А1+ ЗС0 ₂ ). Отсутствие выброса в окружающую среду ядовитого и канцерогенного фторида водорода и соединений фтора.

Ключевые слова: Алюминий, Бромид алюминия, электролиз, получение алюминия.