用于铝废料回收的高级纯化单元的制作方法

背景技术：

1、传统上，铝由源自铝土矿矿石的氧化铝(al2o3)制成。氧化铝(al2o3)到铝的转化通常已通过熔炼方法进行，所述熔炼方法需要将氧化铝(al2o3)溶解在冰晶石(熔融溶剂)中，且接着使电流传递通过混合物，使来自碳阳极的碳附着到溶解的氧化铝(al2o3)中的氧组分上，从而产生铝和作为副产物的二氧化碳。已进行各种努力来纯化铝，包含“胡普斯法(hoopes process)”(参见美国专利第1,534,315号)以及共同拥有的国际专利申请wo2016/130823中描述的那些方法。

技术实现思路

1、大体上，本公开涉及用于经由铝纯化单元生产纯化铝的方法和系统，所述铝纯化单元可包含在单元内部的一个或多个储集器。举例来说，在一个实施例中，单元可包含以下中的一个或两个：(i)单元内部的进料储集器和(ii)单元内部的纯化金属储集器。将一个或多个储集器定位在单元内部可限制/防止氧化，因为至少部分地，单元可以是气密密封的。在一些实施例中，可以通过端口提供进入和离开单元的流体以维持气密密封。举例来说，在一个实施例中，进料端口可以提供到进料储集器的通路和/或排出端口可以提供到纯化金属储集器的通路。在一些情况下，还可以向单元提供惰性气体以进一步防止/限制铝金属的氧化。在一个或多个储集器位于单元内部的情况下，惰性气体可以向包含一个或多个储集器的单元提供惰性气氛。在一些实施例中，当生产纯化铝时，一个或多个储集器可减少由于(i)将铝原料进料到单元和/或(ii)从纯化金属储集器排出纯化铝而引起的单元干扰。本公开还可以在铝纯化单元的操作期间减少热损失且改善能耗。本文所公开的方法可例如在生产纯化铝产品方面更具成本效益。

2、在一个方面，本公开包含一种用于纯化铝的方法，包含：在铝纯化单元中由铝原料生产纯化铝，其中纯化铝具有小于铝纯化单元的电解质的密度，其中电解质具有小于铝纯化单元的熔融金属垫的密度；以及使纯化铝经由溢流通道从铝纯化单元的单元室流动到纯化金属储集器，其中纯化金属储集器位于铝纯化单元内部。

3、在一些实施例中，生产步骤包含将铝原料进料到铝纯化单元中，其中铝原料包含铝金属(例如，铝废料)，且其中铝纯化单元包含熔融金属垫和电解质。

4、在一些实施例中，进料铝原料步骤包含使铝原料经由位于铝纯化单元内部的进料储集器流动到熔融金属垫中。在一些实施例中，铝原料是铝合金废料。在一些实施例中，铝合金废料包含1xxx系列铝合金、2xxx系列铝合金、3xxx系列铝合金、4xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金、7xxx系列铝合金、8xxx系列铝合金或其任何组合的废料。在一些实施例中，铝合金废料包含新铝废料和/或旧铝废料。

5、铝废料可以描述为新废料或旧废料。新铝废料是来自制造工艺的铝废料，旧铝废料是来自消费使用后的铝废料。新铝废料在铝半制造产物和最终产物的制造期间产生。旧铝废料是来自在消费者弃置后收集的产品的废料。旧铝废料可能比新铝废料更受污染。旧铝废料的一些实例包含但不限于报废车辆、拆除的建筑物、拆除的建筑材料、废弃的包装材料、家庭和办公器具以及机械设备。

6、铝废料(例如，旧铝废料)的收集和分类可能是一个复杂的方案，其涉及数百万家庭、本地和地区当局、中小型收集者和金属商家。废物和环境政策也可能对收集方案的有效性产生强烈影响。

7、铝废料有时需要被分离、进一步分类和预处理，然后可以在熔炉中回收金属。在此阶段分离铝废料可以通过各种机械操作进行，例如磁力、重力、涡流或颜色传感器。还可通过x射线、x射线荧光(xrf)光谱法和/或激光诱导击穿光谱法(libs)方法实现不同铝合金的进一步分离。举例来说，锻造合金和铸造合金可以在机械处理之前分离。

8、在一些实施例中，铝纯化单元包含至少部分地由耐火侧壁、耐火顶盖和单元底部限定的单元室，且其中单元底部位于底座附近。在一些实施例中，本公开包含经由穿透单元室的耐火顶盖的进料端口提供到纯化金属储集器的通路。在一些实施例中，本公开包含经由形成于单元室的耐火顶盖中的惰性气体入口向单元室提供惰性气体，从而向单元室提供惰性气氛。在一些实施例中，本公开包含维持铝纯化单元的单元室的惰性气氛，同时将铝原料进料到进料储集器中，生产纯化铝，且经由排出端口从铝纯化单元去除纯化铝。

9、在一些实施例中，本公开包含经由位于单元室的耐火顶盖中的排出端口从纯化金属储集器去除纯化铝。在一些实施例中，本公开包含在进行去除步骤的同时，限制或防止纯化铝的氧化。在一些实施例中，本公开包含进料储集器的进料端口和纯化金属储集器的排出端口至少部分地限定单元室的气密密封。

10、在一些实施例中，本公开包含至少一个阳极与至少一个阴极重叠，从而限定阳极-阴极重叠，其中至少一个阴极的远端接近至少一个阳极的中间部分，且其中至少一个阳极的远端接近至少一个阴极的中间部分。在一些实施例中，生产步骤包含使电流通过电解质传递到至少一个阳极中且传递到至少一个阴极中，(i)其中至少一个阳极和至少一个阴极部分地设置在电解质中，且(ii)其中至少一个阳极部分地设置在熔融金属垫中。在一些实施例中，生产步骤包含在电解质中生产铝离子，且在铝纯化单元的至少一个阴极处或附近还原铝离子中的至少一些。在一些实施例中，生产步骤包含从至少一个阳极生产铝离子，将铝离子中的至少一些移动到电解质中，以及在铝纯化单元的至少一个阴极处或附近还原铝离子中的至少一些。

11、在另一方面，本公开包含一种铝纯化单元，包含：单元室，包含单元底部、耐火侧壁和耐火顶盖；至少一个阳极，从单元底部向上延伸；阴极连接器，位于耐火顶盖附近；至少一个阴极，从阴极连接器向下延伸；以及溢流通道，从单元室延伸到位于铝纯化单元内部的纯化金属储集器。

12、在一些实施例中，铝纯化单元进一步包含位于单元室的耐火顶盖中的排出端口200和进料端口。在一些实施例中，进料端口和排出端口至少部分地限定单元室的气密密封。在一些实施例中，铝纯化单元进一步包含位于铝纯化单元内部的进料储集器。在一些实施例中，进料储集器将铝原料直接引导到单元室的熔融金属垫中。在一些实施例中，铝纯化单元进一步包含惰性气体入口，其形成于耐火顶盖中且配置成向单元室提供惰性气氛。在一些实施例中，至少一个阳极90的远端92和至少一个阴极150的远端152部分地重叠。

13、虽然本公开大体上涉及纯化铝，但本文所描述的设备、系统和方法适用于纯化其它金属(例如，镁)。

技术特征：

1.一种用于纯化铝的方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在生产步骤(a)之前：

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述进料所述铝原料步骤包括：

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝原料包括铝合金废料。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述铝合金废料包括1xxx系列铝合金、2xxx系列铝合金、3xxx系列铝合金、4xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金、7xxx系列铝合金、8xxx系列铝合金或其任何组合。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述铝合金废料包括新铝废料和/或旧铝废料。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述铝纯化单元进一步包括至少部分地由耐火侧壁、耐火顶盖和单元底部限定的所述单元室，且其中所述单元底部位于底座附近。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述进料储集器的进料端口和所述纯化金属储集器的所述排出端口至少部分地限定所述单元室的气密密封。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：

13.根据权利要求12所述的方法，包括在进行去除步骤的同时，限制或防止所述纯化铝的氧化。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中至少一个阳极与至少一个阴极重叠，从而限定阳极-阴极重叠，其中所述至少一个阴极的远端接近所述至少一个阳极的中间部分，且其中所述至少一个阳极的远端接近所述至少一个阴极的中间部分。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述生产步骤(a)包括：

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述生产步骤(a)包括：

17.一种铝纯化单元，包括：

18.根据权利要求17所述的铝纯化单元，进一步包括：

19.根据权利要求18所述的铝纯化单元，其中所述进料端口和所述排出端口至少部分地限定所述单元室的气密密封。

20.根据前述权利要求中任一项所述的铝纯化单元，进一步包括：

21.根据权利要求20所述的铝纯化单元，其中所述进料储集器将铝原料直接引导到所述单元室的熔融金属垫中。

22.根据权利要求21所述的铝纯化单元，其中所述熔融金属垫包括至少5重量％铝金属，或至少10重量％铝金属，或至少15重量％铝金属，或至少20重量％铝金属，或至少25重量％铝金属，或至少30重量％铝金属，或至少35重量％铝金属，或至少40重量％铝金属，或至少45重量％铝金属，至少50重量％铝金属，至少55重量％铝金属，至少60重量％铝金属，至少65重量％铝金属，至少70重量％铝金属，至少75重量％铝金属，至少80重量％铝金属，至少85重量％铝金属，至少90重量％铝金属或至少95重量％铝金属。

23.根据权利要求21或权利要求22所述的铝纯化单元，其中所述熔融金属垫包括至少一种合金。

24.根据权利要求23所述的铝纯化单元，其中所述至少一种合金包括al、si、cu、fe、sb、gd、cd、sn、pb或其任何组合中的一种或多种。

25.根据前述权利要求中任一项所述的铝纯化单元，其中所述铝纯化单元中的所述至少一个阳极上的可湿性材料的组成与所述熔融金属垫相同或基本上类似。

26.根据权利要求25所述的铝纯化单元，其中所述可湿性材料的所述组成为金属。

27.根据权利要求26所述的铝纯化单元，其中所述金属包括铝、镁或其任何组合。

28.根据权利要求26所述的铝纯化单元，其中所述金属包括至少5重量％铝，或至少10重量％铝，或至少15重量％铝，或至少20重量％铝，或至少25重量％铝，或至少30重量％铝，或至少35重量％铝，或至少40重量％铝，或至少45重量％铝，至少50重量％铝，至少55重量％铝，至少60重量％铝，至少65重量％铝，至少70重量％铝，至少75重量％铝，至少80重量％铝，至少85重量％铝，至少90重量％铝或至少95重量％铝。

29.根据权利要求26所述的铝纯化单元，其中所述金属选自由铝合金、金属铝和其组合组成的群组。

30.根据前述权利要求中任一项所述的铝纯化单元，其中所述铝纯化单元进一步包括：

31.根据前述权利要求中任一项所述的铝纯化单元，其中所述至少一个阳极的远端和所述至少一个阴极的远端部分地重叠。

32.根据权利要求21所述的铝纯化单元，其中所述铝原料包括铝金属。

33.根据权利要求21或权利要求32所述的铝纯化单元，其中所述铝原料包括除铝金属之外的至少一种其它金属。

34.根据权利要求21、32或33中任一项所述的铝纯化单元，其中所述铝原料包括过渡金属。

35.根据权利要求21或32至34中任一项所述的铝纯化单元，其中所述铝原料包括至少50重量％铝金属、至少55重量％铝金属、至少60重量％铝金属、至少65重量％铝金属、至少70重量％铝金属、至少75重量％铝金属、至少80重量％铝金属、至少85重量％铝金属、至少90重量％铝金属或至少95重量％铝金属。

36.根据权利要求21或32至35中任一项所述的铝纯化单元，其中所述铝原料包括杂质。

37.根据权利要求36所述的铝纯化单元，其中所述铝原料的所述杂质包括cr、cu、fe、mg、mn、ni、si、ti、zn或其任何组合。

38.根据权利要求21或32至37中任一项所述的铝纯化单元，其中所述铝原料包括至多2重量％mg以及其它杂质。

39.根据权利要求21或32至38中任一项所述的铝纯化单元，其中所述铝原料包括所述铝原料的0.5重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的5.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的10.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的15.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的20.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的25.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的30.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的35.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的40.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的45.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至45.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至40.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至35.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至30.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至25.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至20.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至15.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至10.0重量％的杂质或所述铝原料的0.5重量％至5.0重量％的杂质。

40.根据权利要求21或32至39中任一项所述的铝纯化单元，其中所述铝原料包括至少5重量％铜、至少10重量％铜、至少15重量％铜、至少20重量％铜、至少25重量％铜、至少30重量％铜、至少35重量％铜、至少40重量％铜、至少45重量％铜或至少50重量％铜。

41.根据权利要求21或32至40中任一项所述的铝纯化单元，其中所述铝原料包括铝合金废料。

42.根据权利要求41所述的铝纯化单元，其中所述铝合金废料包括1xxx系列铝合金、2xxx系列铝合金、3xxx系列铝合金、4xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金、7xxx系列铝合金、8xxx系列铝合金或其任何组合。

43.根据权利要求41所述的铝纯化单元，其中所述铝合金废料包括新铝废料和/或旧铝废料。

44.根据权利要求21至43中任一项所述的铝纯化单元，其中所述熔融金属垫包括至少5重量％铜、至少10重量％铜、至少15重量％铜、至少20重量％铜、至少25重量％铜、至少30重量％铜、至少35重量％铜、至少40重量％铜、至少45重量％铜或至少50重量％铜。

45.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中所述铝原料包括铝金属。

46.根据权利要求1至16或45中任一项所述的方法，其中所述铝原料包括除铝金属之外的至少一种其它金属。

47.根据权利要求1至16、45或46中任一项所述的方法，其中所述铝原料包括过渡金属。

48.根据权利要求1至16或45至47中任一项所述的方法，其中所述铝原料包括至少50重量％铝金属、至少55重量％铝金属、至少60重量％铝金属、至少65重量％铝金属、至少70重量％铝金属、至少75重量％铝金属、至少80重量％铝金属、至少85重量％铝金属、至少90重量％铝金属或至少95重量％铝金属。

49.根据权利要求1至16或45至48中任一项所述的方法，其中所述铝原料包括杂质。

50.根据权利要求49所述的方法，其中所述铝原料的所述杂质包括cr、cu、fe、mg、mn、ni、si、ti、zn或其任何组合。

51.根据权利要求1至16或45至50中任一项所述的方法，其中所述铝原料包括至多2重量％mg以及其它杂质。

52.根据权利要求1至16或45至51中任一项所述的方法，其中所述铝原料包括所述铝原料的0.5重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的5.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的10.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的15.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的20.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的25.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的30.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的35.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的40.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的45.0重量％至50.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至45.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至40.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至35.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至30.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至25.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至20.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至15.0重量％的杂质、所述铝原料的0.5重量％至10.0重量％的杂质或所述铝原料的0.5重量％至5.0重量％的杂质。

53.根据权利要求1至16或45至52中任一项所述的方法，其中所述铝原料包括至少5重量％铜、至少10重量％铜、至少15重量％铜、至少20重量％铜、至少25重量％铜、至少30重量％铜、至少35重量％铜、至少40重量％铜、至少45重量％铜或至少50重量％铜。

54.根据权利要求1至16或45至53中任一项所述的方法，其中所述熔融金属垫包括至少5重量％铜、至少10重量％铜、至少15重量％铜、至少20重量％铜、至少25重量％铜、至少30重量％铜、至少35重量％铜、至少40重量％铜、至少45重量％铜或至少50重量％铜。

技术总结本公开包含一种用于纯化铝的方法。所述方法包含：在铝纯化单元中由铝原料生产纯化铝；以及使所述纯化铝经由溢流通道从所述铝纯化单元的单元室流动到纯化金属储集器，其中所述纯化金属储集器位于所述铝纯化单元内部。在一些实施例中，进料储集器位于所述铝纯化单元内部，且可经由位于所述单元室的耐火顶盖中的进料端口进入。在一些实施例中，所述方法包含经由位于所述单元室的耐火顶盖中的排出端口从所述纯化金属储集器去除所述纯化铝。在一些实施例中，在进行去除步骤的同时，所述方法包含限制或防止所述纯化铝的氧化。技术研发人员：刘兴华受保护的技术使用者：美铝美国公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18