二氧化硅在真空低价法制备铝过程中的歧化行为研究

        引入"物质吉布斯自由能函数法"讨论在低价氟化法制备铝过程中,二氧化硅在不同压力和温度下生成低价氧化硅及其分解的热力学条件并进行了实验验证.研究得出:在100kPa时,二氧化硅与还原剂碳反应在1937K以上才能生成低价氧化硅;而当系统残余压力在100Pa～10Pa内时,在1463K～1352K以上即可以生成低价氧化硅;体系压力在100Pa～10Pa范围内,即低价氧化硅歧化分解温度在1535K～1415K间进行.实验结论:采用真空碳热还原铝土矿实验,在系统压力为150Pa,反应温度为1450℃时,得到含硅为4.87%的金属铝,铝纯度达到95.13%.实验验证了理论研究的正确性,为生产工艺的研究提供了热力学理论依据和实验基础.

        自从1939 年维尔穆(Ch. B. Willmore) 发现低价氟化物以来,很多研究者就不断对低价卤化物分解法进行研究。依据卤化试剂的不同又分为低价氟化物法和低价氯化物法等。国内对低价化合物法提取铝也有了一定的研究。其中低价氟化物分解法从氧化铝和铝土矿中制备铝的研究也取得了一定的进展 ,采用铝土矿为原料,其中的二氧化硅能否发生类似的反应,即在高温下生成气态的低价氧化硅(SiO) ,低价氧化硅在低温下分解为二氧化硅和单质硅,未见到报道。本文分析了低价氧化硅生成及其歧化分解的热力学并进行了实验验证。

结论

        (1) 热力学结论:在100kPa 时,二氧化硅与还原剂碳反应,在1937K以上才能生成低价氧化硅;而当系统残余压力在100Pa ～10Pa 内时, 在1463K～1352K 以上即可以生成低价氧化硅;形成低价氧化硅后进行歧化分解反应,体系压力在100Pa～10Pa范围内,即歧化分解温度在1535K～1415K间进行。

      (2) 实验结论:采用真空碳热还原实验,铝土矿为原料,在系统压力为150Pa ,反应温度为1450 ℃时,得到含硅为4.87%的金属铝, 铝纯度达到95.13 %。

        (3) 在利用低价氟化铝制备铝的过程中,如果原料中含有二氧化硅,生成低价氧化硅是不可避免的,但其分解条件与气态低价氟化铝分解(100Pa～10Pa时1075.71K～985.63K) 条件不同,通过控制分解冷凝条件可以控制硅不与铝共存,从而可以提高金属铝的纯度,为下一步用铝土矿提取铝实验研究提供重要的基础数据。

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