真空下低价二氯化铝生成及其分解热力学简化研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)昆明理工大学真空冶金国家工程实验室 作者:刘永成

  对不同压力下三氧化二铝与碳、氯化铝在低价氯化物法炼铝过程中生成低价二氯化铝及低价二氯化铝分解的热力学条件进行简化计算。研究得出:在100 kPa 时,三氧化二铝与还原剂碳反应在1896 K以上才能生成低价二氯化铝;而当系统压力在100~10 Pa 内时,温度在1294~1396 K 以上就可以生成低价二氯化铝;在压力为105~10 Pa 范围,1195~829 K 以下都可以进行二氯化铝的岐化分解,而且温度降低,温度越低,歧化分解越容易进行,且简化计算与实验事实更接近。

  三氧化二铝被炭还原与三氯化铝反应,在高温下既生成气态的AlCl, 也生成气态的二氯化铝,生成二氯化铝(AlCl2)的反应以及低价二氯化铝(AlCl2)歧化分解反应未见进行热力学的报道。

  本文采用“物质吉布斯自由焓函数法”讨论其生产及分解的热力学。

1、基本反应原理和计算公式

  还原剂碳、氯化铝与铝土矿中的三氧化二铝反应,在高温下生成气态的低价二氯化铝(AlCl2)的反应以及气态的低价化合物歧化分解反应如下:

4AlCl3(g)+Al2O3(s)+3C(s) =6AlCl2(g)+3CO(g)(1)
3AlCl2(g)= 2AlCl3(g)+Al(s,l ) (2)

  依据如下公式:

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4、结论

  (1) 在常压下,三氧化二铝、碳与三氯化铝反应生成低价二氯化铝(AlCl2)所需的最低温度为1896 K,当体系内残压为102~10 Pa 时,反应最低温度为1294~1396 K。随着压力降低,反应温度也降低,压力降低的幅度越大反应所需的温度降低也越显著。

  (2) 在常压下,二氯化铝发生岐化分解反应的最高温度为1195 K ,残余压力在100~10 Pa范围,温度低于829~888 K 以下都可进行。与三氧化二铝反应、炭与三氯化铝反应生成一氯化铝(AlCl)的反应温度和分解温度相比,在铝制备过程中,二氯化铝先生成以及后分解。

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