Utvikling av en dekarboniseringsprosess for karbotermisk aluminium

Carbothermic aluminum production has the potential to produce aluminum with lower energy consumption as well as having lower investment and operating costs compared to the traditional electrolysis process. The high temperature required to produce aluminum by Carbothermic reduction results in that the metal produced contains several percent carbon. In order to use aluminum in practical applications it is required that the content of carbon is reduced. Alcoa has received support from NRC to develop a decarbonization process for Carbothermic aluminum. It is well established that the Carbothermic alloy contains a significant amount of carbon in the form of aluminum carbide precipitates and oxy-carbide slag. Together, the impurities can add up to 25% of the total alloy weight. This is undesirable for the metal quality. Bench scale crushing tests performed at ReSiTec AS showed that an enrichment of the Carbothermic alloy is possible through a jaw-crushing and sieving treatment. About 73-83% of the total metal units were found to be manifested in the size fractions between 8 mm and 1.2 mm after jaw crushing. Some amount of aluminum carbide and oxy-carbide slag continue to remain in these coarse size fractions too. A few de-carbonization tests were attempted by heating some material representing these four enriched metal size fractions in a laboratory resistance furnace up to a temperature of 750oC to see if the enrichment treatment allowed an acceptable level of separation between the metal and the non-metallic fraction. These preliminary tests showed that the residual carbides and other inert constituents continue to prevent the release and coalescence of the metal in the metal-rich crushed size fractions of the alloy at this temperature. There was also a clear indication that application of external mechanical compressive forces to the material at this temperature could physically release the trapped molten metal. Additional tests are planned to be conducted in 2017 to look at the separation aspect in greater detail. However, Alcoa decided to stop the Carbothermic research project at the end of 2016. This is thus, the final report on this project work.

Alcoa har siden 1998 jobbet med å utvikle en ny prosess for å produsere aluminium - karbotermisk aluminiumsproduksjon. Fra starten av prosjektet samarbeidet Alcoa med Elkem, men i 2011 tok Alcoa over fullt eierskap til prosjektet og teknologien, og det bl e da bygget et testsenter ved siden av det tradisjonelle smelteverket på Lista. Karbotermisk aluminiumsproduksjon har potensial til å produsere aluminium med lavere energiforbruk, lavere investerings- og driftskostnader, mindre utslipp, og man kan operere med variabel krafttilførsel. Dette gjør metoden til en bærekraftig prosess. Metoden er verifisert i liten skala, men videreutvikling og oppskalering er svært kostbart, tidkrevende og ressurskrevende. Alcoa har mottatt støtte fra forskningsrådet for utvik ling av ovnsteknologien med mål om at ta frem designparametre for en oppskalert ovnprosess. Den høye temperaturen som kreves for å produsere aluminium med karbotermisk reduksjon resulterer i at metallet som produseres inneholder flere prosent karbon. For å kunne bruke aluminium i praktiske applikasjoner kreves at innholdet av karbon reduseres til ppm-nivå. Under tapping av metallet fra ovnsreaktoren vil løseligheten av karbon i aluminium reduseres raskt med fallende temperatur og det dannes aluminiumkarb id, Al4C3. Aluminiumkarbid felles ut som faste partikler og danner et gitter som holder inne det flytende aluminiumet. Dette kompliserer både representativ prøvetaking av metallet og separasjonen mellom fasene. Prosjektet vil undersøke parametre som inn virker på mengden karbid i metallet som tappes ut og finne muligheter for å redusere innholdet. Pålitelige metoder for prøvetaking og analysering av metallet vil bli utviklet under prosjektets gang. Prosjekts hovedmålsetning er å utvikle en dekarboniserin gsprosess for karbotermisk produsert aluminium. Dette vil ende opp i designparametre for et anlegg som produserer ren aluminium fra metall produsert i en pilotskala karbotermisk ovnsreaktor.