真空下从铝土矿中直接提取铝的研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)云南师范大学化学化工学院 作者:李秋霞

  利用低价铝氟化物歧化反应分解可以得到金属铝的特性,用焦炭作还原剂,在真空条件下,从铝土矿中提取铝进行了实验研究。实验得到:残余压力300Pa 以下时可以得到金属铝,温度在1300~1550℃范围内都可以得到金属铝。氧化铝的还原率随反应温度的升高而升高,当温度达1400 ℃时还原率达80 %以上,当温度达1450 ℃时还原率超过81%。冷凝温度在700~830℃区间,金属铝颗粒直径达3~4mm。此工艺也可以用于从低品位含氧化铝原料中直接提取金属铝。

  冰晶石—氧化铝融盐电解法自发明以来,一直应用于铝生产中,已有一百多年的历史。在此期间,铝电解的生产技术有了重大的发展,增大了电解槽的电流强度,提高电解槽的单位产能,强化电解生产,降低电解温度;实现电解槽操作维护的机械化;革新集气系统。正是这些技术的改进,使铝产量有很大提高,中国年产超过1500 万吨电解铝[1] 。我国已成为世界第一原铝生产国,在世界铝工业中具有举足轻重的地位。虽然电解法有很大的改进,但仍然存在许多未能解决的问题[2-4 ] : 工艺复杂、流程长,而且需大量的原料;电解所用的原料和材料等都很贵;投资大,年产量为10 万吨的铝厂需700kW的电解槽数百个;生产能耗大,在直接生产费用中,能耗费用高达50 %,使生产成本居高不下;并且我国铝土矿含量丰富但质量不高,98 %以上为硬铝矿,铝硅比低,有高铝、高硅、低铁的特点造成铝的成本高[4-5] 。污染严重,环保差,电解铝车间大气中平均含氟量浓度超过国家卫生标准3~4 倍,同时氧化铝生产中废弃物赤泥每年数百万吨,占用土地,还污染环境。人们从来没有放弃研究新的方法来代替电解法的努力。研究低价化合物直接提取铝的方法取得了一定的认识和进展[6-11] 。本文对真空下用冰晶石从铝土矿直接提取金属铝的新工艺进行了实验研究。

1、实验原料

  铝土矿:中州铝厂铝土矿,其主要成分见表1

铝土矿主要成分

表1  铝土矿主要成分

  氟化物:工业冰晶石(Na3AlF6) (云南铝厂提供) 。

  还原剂: 焦炭,主要成分见表2。

4、结论

  (1) 真空下利用低价氟化物从铝土矿中直接提取金属铝在理论和工艺的角度是可行的,工艺简单。

  (2) 残余压力300Pa 以下时可以得到金属铝,温度在1300~1550 ℃范围内都可以得到金属铝,金属铝颗粒出现在从下而上的1 ,2 ,3 ,4 层冷凝器上,而且金属铝颗粒的大小从下而上变小。

  (3) 氧化铝的还原率随着反应温度的升高而升高,当温度达1400 ℃时还原率达80 %以上,当温度达1450 ℃时还原率超过81 %。

  (4) 冷凝温度在700~830 ℃区间,金属铝颗粒直径达3~4mm。

  (5) 在下一步的研究中可以探索冰晶石分解产物的循环使用,降低冰晶石的消耗。

参考文献:

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  [7]  王平艳,刘谋盛,戴永年. 真空碳热还原氯化法从铝土矿炼铝[J ]. 真空科学与技术学报,2006 ,26(5) :377 - 380
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