一種真空碳熱還原從氧化鋁提取金屬鋁的方法
2023-10-09 13:35:24
專利名稱：：一種真空碳熱還原從氧化鋁提取金屬鋁的方法
技術領域：
：本發明涉及一種真空碳熱還原從氧化鋁提取金屬鋁的方法,屬於真空冶金
技術領域：
。二、
背景技術：
-鋁的工業化生產主要是採用冰晶石、氧化鋁熔鹽電解法。儘管在過去的100年裡，人們已經在氧化鋁的生產及電解鋁的生產等方面取得了很多的成果，但電解煉鋁生產過程仍存在著很多的問題，如需要氧化鋁、氟化鹽、碳素材料等昂貴原料，設備投資大，單槽產量低，噸鋁成本高，溫室氣體排放量大等。因此一直以來都有很多科研工作者都在從事非電解的煉鋁新方法的研究，其中之一為低價化合物歧解法煉鋁。公知的低價氯化物歧解法從含氧化鋁及含氧化鋁的礦物中直接提取金屬鋁的原理是將氧化鋁或含鋁的礦物與還原劑混合後，在一定的真空度與高溫下與三價鋁化合物發生反應得到低價鋁化合物與一氧化碳，在較低的溫度下低價鋁化合物發生分解得到金屬鋁和三價鋁的化合物，而其它的成分則留在反應殘渣中。由此將金屬鋁從氧化鋁中還原出來，或從礦石中將金屬鋁提煉出來，具體可以用下列反應方程式來表示j/2(93(s)+,/3(g)+3C0)~>3CO(g)+3乂/C7(g)總反應方程式J/2030)+3C(;y)->2」/(/)+3CO(g)在專利文獻ZL200510011067.6中公開了一種真空下從含氧化鋁原料中用低價氯化鋁分解法煉鋁，他所選用的原料為工業氧化鋁(含A120392.99%)及鋁土礦(含Al2O375.0%)，木炭及煤作碳質還原劑，三氯化鋁作氯化劑，在真空壓力為5-40Pa與50-100Pa的條件下，分別在130(TC與1500'C反應100-120分鐘得到純度為98.46%(回收率70%)與95.82%(回收率68%)的金屬鋁。另外，專利ZL200910094094公布了一種低價氟化物歧化分解從工業氧化鋁及鋁土礦中提取金屬鋁的方法，該法採用工業氧化鋁、鋁土礦為原料，輔以煤或焦炭為還原劑，使用冰晶石或工業氟化鋁為氟化劑，在體系壓力為10-500Pa的真空爐內進行，溫度在1300-170(TC，反應時間60-120min的條件下得到低價氟化鋁氣體(A1F)，低價氟化鋁氣體(A1F)在600-900'C的低溫區歧化分解得到金屬鋁與三氟化鋁，獲得的金屬鋁純度為92.5%,三氟化鋁的回收率達到78%以上。上述低價氯化鋁與低價氟化鋁歧化分解法提取金屬鋁，由於氧化鋁的碳熱過程未恆溫一定時間而進行氯化、氟化反應使得金屬鋁的直收率不高。美國專利US.Pat.No.3793003中公開了一種常壓下從含氧化鋁原料中用低價氯化鋁分解法煉鋁，他所選用的原料首先是伴隨磷巖鹽生產而產生的礦泥，此礦泥中含Al2O318.70%，SiO231.60%，其次是油頁巖，此油頁巖的組成為Al2O330.1%，Si0261.1%，Fe2O35.0%，此外，他還以氧化鋁生產過程中所得到的赤泥為原料，此赤泥的組成為Al20326%，Si028.5%，Fe2O350.5%，他所用的氯化劑有氯氣、三氯化鋁、四氯化碳。另外美國專利US.Pat.No.4188207中公開了將含氧化鋁原料(包括鋁土礦、粘土、高嶺土等)、氯化鈣及還原劑(建議為碳和含矽化合物)混合，然後加熱到1600°C，得到低價氯化鋁氣體(A1C1)，將它通到冷凝區分解得到金屬鋁和三氯化鋁與一氧化碳氣體，得到的三氯化鋁與碳酸鈣反應重新得到氯化鈣，就可以循環使用，當然也可以不循環，而是將氣態的三氯化鋁直接冷凝為固體，作為該法的一種副產品。目前國內外文獻已報導了各種低價氯化鋁氣體(AICI)分解法從含氧化鋁礦中煉鋁的研究，但是至今為止由於設備、物料反應程度低、金屬鋁直收率低等原因，該法仍未實現工業化應用。本發明使用石墨作還原劑，工業氧化鋁作原料，三氯化鋁作氯化劑，工業氧化鋁恆溫碳熱反應60-90min後，再通入三氯化鋁氣體對工業氧化鋁碳熱反應殘渣進行氯化反應，氯化反應恆溫維持30-60min，可使金屬鋁的直收率達到80%，其純度達95%以上，三氯化鋁回收率達80%以上。
發明內容本發明的目的是提供了一種真空碳熱還原從氧化鋁提取金屬鋁的方法，在真空爐內，用氯化鋁氣體(A1C1)低溫分解法從含鋁原料中一步直接還原製備金屬鋁，該法可使金屬鋁的直收率達80%以上。該法可提高煉鋁的生產效率、降低能耗；不產生有害氟化物氣體。本發明按以下步驟完成1)原料及其配方原料為氧化鋁，碳質還原劑為石墨，氯化劑為無水三氯化鋁配料工業氧化鋁石墨無水三氯化鋁的質量比=1:0.2~0.4:1,2.;2)將工業氧化鋁與石墨混合均勻，在2-10MPa的壓力下製成O1020mmx510mm的塊料後，將塊狀物料置於真空爐的坩堝中；3)再把按配料比稱重好的無水三氯化鋁裝入石墨升華坩堝中，將該升華柑堝置於真空爐底的升華裝置內並密封；4)密封裝有上述原料的真空爐，之後啟動真空系統抽氣，使真空爐的壓力達到20-50Pa,啟動真空爐的電源，打開水冷裝置，經過60-120min的升溫，使真空爐的溫度達到1400-1600°C，在該溫度下保溫60-90min後，加熱三氯化鋁升華裝置，無水三氯化鋁將升華為氣態三氯化鋁，氣態三氯化鋁進入高溫反應坩堝內與氧化鋁碳熱反應的殘渣進行氯化反應30-60min，得到氯化鋁A1C1和CO氣體；5)生成的A1C1氣體在真空爐內冷凝盤溫度低於66(TC時將發生歧化分解反應，得到金屬鋁和三氯化鋁氣體，而三氯化鋁氣體將在溫度低於5(TC的真空爐頂部冷凝為固體；6)爐內真空度不變，則反應完畢，停止加熱，待爐溫達到室溫，停止抽真空，待爐內壓力達到常壓時，開爐。高溫部分的反應坩堝得到反應殘渣，冷凝區的冷凝盤裡得到金屬鋁，溫度低於50。C的真空爐頂部收集到三氯化鋁固體。本發明與現有技術相比所具有的優點1)、氧化鋁碳熱反應60-90min時間後，再通入三氯化鋁氣體與高溫坩堝內的工業氧化鋁碳熱反應殘渣進行氯化反應生成低價氯化鋁氣體(A1C1)，該低價氯化鋁氣體(A1C1)將在溫度低於66(TC的低溫區歧化分解得到金屬鋁，可使金屬鋁的直收率達到80%;2)、所得到的金屬純度高，鋁的質量百分含量可以高達95%以上；產物中的三氯化鋁回收率達80%以上，其還可回收利用；具體實施例方式實施例一以工業氧化鋁13.6g為原料，具體成分見表1，以3.4g石墨為碳質還原劑，以18.0g無水三氯化鋁為氯化劑，將氧化鋁與石墨混合均勻，在2MPa的壓力下制粒後，將其置於真空爐的反應坩堝內，並密封真空爐頂部。將按計量稱重好的無水三氯化鋁裝入升華坩堝中，並將升華坩堝置於真空爐的無水三氯化鋁升華裝置內，密閉真空爐底部。打開真空系統，控制系統壓力為50Pa，當溫度達到1530'C時，保溫60min後加熱無水三氯化鋁生化裝置，無水三氯化鋁將升華為氣態三氯化鋁，氣態三氯化鋁進入高溫反應坩堝內與氧化鋁碳熱反應的殘渣進行氯化反應30min,得到氯化鋁A1C1和CO氣體。得到的A1C1氣體在真空爐頂部抽真空的情況下進入低溫冷凝區，該氣體在溫度冷到66(TC以下後，將分解得到金屬鋁與氣態三氯化鋁，而氣態三氯化鋁將在溫度低於50°C的真空爐頂部冷凝成固體。冷凝後，最終得到5.80g金屬鋁以及三氯化鋁及反應殘渣。其中所得到的金屬鋁的純度達到95.83%，金屬鋁的直收率達到80%，三氯化鋁回收率達86%。表1工業氧化鋁的成分(wt%)tableseeoriginaldocumentpage6實施例二以工業氧化鋁14.3g為原料，具體成分同表1，以4.3g石墨為碳質還原劑，以28.0g無水三氯化鋁為氯化劑，將氧化鋁與石墨混合均勻，在4MPa的壓力下壓製成塊後，將其置於真空爐的反應坩堝內，並密封真空爐頂部。將按計量稱重好的無水三氯化鋁裝入升華坩堝中，並將升華坩堝置於真空爐的無水三氯化鋁升華裝置內，密閉真空爐底部。打開真空系統，控制系統壓力為30Pa，當溫度達到143(TC時，保溫75min後加熱無水三氯化鋁生化裝置，無水三氯化鋁將升華為氣態三氯化鋁，氣態三氯化鋁進入高溫反應坩堝內與氧化鋁碳熱反應的殘渣進行氯化反應45min,得到氯化鋁A1C1和CO氣體。得到的A1C1氣體在真空爐頂部抽真空的情況下進入低溫冷凝區，該氣體在溫度冷到66(TC以下後，將分解得到金屬鋁與氣態三氯化鋁，而氣態三氯化鋁將在溫度低於5(TC的真空爐頂部冷凝成固體。冷凝後，最終得到5.93g金屬鋁以及三氯化鋁及反應殘渣。其中所得到的金屬鋁的純度達到97.17%，金屬鋁的直收率達82%，三氯化鋁回收率達80%。權利要求1、一種真空碳熱還原從氧化鋁提取金屬鋁的方法，其特徵在於其按以下步驟完成，1)原料及其配方原料為氧化鋁，碳質還原劑為石墨，氯化劑為無水三氯化鋁配料工業氧化鋁∶石墨∶無水三氯化鋁的質量比＝1∶0.2～0.4∶1.～2.；2)將工業氧化鋁與石墨混合均勻，在2-10MPa的壓力下製成Φ10～20mm×5～10mm的塊料後，將塊狀物料置於真空爐的坩堝中；3)再把按配料比稱重好的無水三氯化鋁裝入石墨升華坩堝中，將該升華坩堝置於真空爐底的升華裝置內並密封；4)密封裝有上述原料的真空爐，之後啟動真空系統抽氣，使真空爐的壓力達到20-50Pa，啟動真空爐的電源，打開水冷裝置，經過60-120min的升溫，使真空爐的溫度達到1400-1600℃，在該溫度下保溫60-90min後，加熱三氯化鋁升華裝置，無水三氯化鋁將升華為氣態三氯化鋁，氣態三氯化鋁進入高溫反應坩堝內與氧化鋁碳熱反應的殘渣進行氯化反應30-60min，得到氯化鋁AlCl和CO氣體；5)生成的AlCl氣體在真空爐內冷凝盤溫度低於660℃時將發生歧化分解反應，得到金屬鋁和三氯化鋁氣體，而三氯化鋁氣體將在溫度低於50℃的真空爐頂部冷凝為固體；6)爐內真空度不變，則反應完畢，停止加熱，待爐溫達到室溫，停止抽真空，待爐內壓力達到常壓時，開爐。高溫部分的反應坩堝得到反應殘渣，冷凝區的冷凝盤裡得到金屬鋁，溫度低於50℃的真空爐頂部收集到三氯化鋁固體。2、根據權利要求1所述的真空碳熱還原從氧化鋁提取金屬鋁的方法，其特徵在於:所述的原料氧化鋁化學成分重量百分比為Al20394.33%,氯化物0.01%,鐵0.01%,重金屬0.1%，硫酸鹽0.05%,鹼金屬及鹼土金屬0.5%，水中溶解物5.0%。全文摘要本發明提供一種真空碳熱還原從氧化鋁提取金屬鋁的方法，採用氧化鋁或含氧化鋁礦物為原料，輔以石墨還原劑，三氯化鋁氯化劑，在真空爐內，體系壓力在20Pa，還原溫度在1400-1600℃，碳熱反應60-90min後再對碳熱反應殘渣進行氯化反應，氯化反應維持在30-60min後得到低價氯化鋁氣體(AlCl)，當溫度下降時，低價氯化鋁氣體(AlCl)將歧化分解為金屬鋁與三氯化鋁，AlCl的歧化分解溫度＜660℃，獲得的金屬鋁純度＞95％，其直收率達到80％，三氯化鋁的回收率達到80％以上。工藝流程短、成本低、對環境汙染小。文檔編號C22B21/00GK101660059SQ200910095018公開日2010年3月3日申請日期2009年9月29日優先權日2009年9月29日發明者馮月斌,劉大春,劉永成,周曉奎,徐寶強,戴永年,朱富龍,斌楊,駿楊,汪鏡福,蔣文龍,袁海濱,鬱青春申請人:昆明理工大學