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2 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年4 期 歧化分解法真空冶金制备铝 李秋霞1 ’2 ，陈为亮2 ，戴永年2 1 ．云南师范大学化学化工学院，昆明，6 5 0 0 9 2 ； 2 ．昆弱理工大学真空冶金国家工程实验室，昆明，6 5 0 0 9 3 摘要利用低价氟化铝的歧化分解原理，用氧化铝和铝土矿进行了实验研究。得出16 7 3K 在系统压力小 于1 5 0P a 时用氧化铝、氟化铝与还原荆混合煤实验，可得到纯度为9 3 ．7 7 ％的金属铝；以焦碳作还原荆，铝 土矿为原料在l7 2 3K 进行了实验，得到纯度为9 5 ．1 3 ％的金属铝。 关键词铝；真空冶金；歧化；制备 中图分类号T 髓3 1文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 8 0 4 一0 0 2 4 0 2 P 唧a r a t i o no f 舢哪i n 哪b yD i s p r o p o r t i o no fS u 卜f l u o r i d ei nV a c u 嘲 U Q i 小 【i a l ”，C H E NW e i - 1 i a n 矿，D A IY o n g ．1 1 i a n 2 1 ．C h 鼬i s t r ya n dc h 髓正c a l 蛐e 瞳l gS c h 0 0 lo fY u ∞矗aN o m l a lU z l i v e 墙i t y ，K u n 畦z l g6 5 0 0 9 2 ，C h i m f 2 ．N a t i ∞| a 王E r l g i a ∞r i 堰L 8 b o 匏t o r yo fV a c u u mM h 8 I l u r g y ，K ∞m 协gU n v e 商t yo fS d e n 能a l d1 b c h ∞b g y ， K u 口m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i r m A b s t 髓d E x p 丽m e n to fa I 啪i n 啪e x t r a c t i n gf r o mb a u 五t ea n da l u m i n aw a sa n a l y t i c a l l ys t u d i e dt a k i n ga d v a n t a g eo f t h ed e c o m p o s i t i o no fa l u r m n 岫s u b _ n u o r i d BT h er e s u l t Ss h o wt h a tt h ep u r i t yo fa l u r m n u mi s9 3 ．7 7 ％、池i l et h e p r e 豁u r ei sl e s st h a n1 5 0P aa n dt h et e m p e r a t u r ei s16 7 3K 研t hA 1 2O b ，a l u n l i n u mn u o r i d ea n dc o a l ；t h ep u r i t yo f a l 啪i n 啪i s9 5 ．1 3 ％w h i l et h ep r e s s u r ei sl e s st h a n1 5 0P aa n dt h et 锄p e r a t u r e si sl6 7 3K 耐t hb a u 【i t e ，a l u r n i n u mn u o r i d ea n dc o k e ． K e y w o r d s A l u m i n 啪；V a c u u mm e t a l l u r g y ；D i s p r o p o r t i o n ；P r e p a r a t i o n 最近一些年来，中国铝业发展很迅速，但铝的生 产存在着能耗高n ] 、铝矿贫化等问题，我们开展了低 价化合物法提取铝的研究[ z - 5 ] ，但还有待于进一步深 入，尤其是利用低价氟化物提取铝的研究，因为它对 设备没有腐蚀性。本文用工业氧化铝和铝土矿为原 料，分别以混合煤[ 6 3 和焦炭作还原剂、氟化铝为氟化 物载体，使原料中的氧化铝生成气态低价氟化铝再分 解为金属铝和氟化铝或其它氟化物，氟化物回收再利 用。 1 实验原料 工业氧化铝 ～20 39 2 ．9 9 ％、S i QO ．6 1 ％、F e 20 3 O ．0 4 7 ％、T i o z O ．5 ％ 和铝土矿 A 1 20 37 5 ．0 ％、S i 0 2 3 ．1 3 ％、F e 20 31 ．o o ％、T i 0 24 ．2 6 ％ 由中州铝厂提 供。煤 表1 、工业氟化铝 云南铝厂提供 表l 煤种及主要性能指标 髓b l el ∞日l 灿刚删a l I d t l l e i rp e r f 0 舢n ∞i n d i 皤 基金项目9 7 3 计划前期研究专项 2 。7 c B 6 1 6 9 0 8 ；云南省自然科学基金资助项目 2 。 2 E 。0 1 2 R 作者简介李秋霞 1 9 7 1 一 。女，湖南连源人，博士，副教授． 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年4 期 2 5 2 实验操作 1 将实验所需氟化铝称量后置于异型坩埚 根 据试验设计 底部； 2 按实验方案将氧化铝混合煤混合均匀或铝土 矿与焦炭，压团。置于坩埚中部，安装好蒸馏盘底盘 再放蒸馏盘，密封真空炉； 3 抽真空，直到真空炉极限真空时升温，到 5 2 0 ℃左右保温约3 0r n i n ，再快速升温，直到主体反应 需要的温度，保温7 定时间，即炉内残余压力保持恒 定时，反应完毕； 4 切断电源，继续抽真空和水冷装置直到室温； 5 取样。 3 实验结果 3 ．1 工业氧化铝实验 残余压力为3 0 0P a 以下，反应温度在13 0 0 ～ 图2 金属铝的s E M 图 15 5 0 ℃都可得到金属铝，当温度为14 0 0 ～l4 5 0 ℃时 F i 晷2 S E Mm i 唧p l l s0 f 触 得到的金属铝状态最佳。不同温度得到金属铝的纯 较高，还含有少量的硅，由于铝土矿中的二氧化硅也 度关系见图1 ，从图1 可以看出温度控制在l4 0 0 ℃ 发生了类似的反应，先生成气态低价氧化硅再歧化分 以上，金属铝的纯度可以达到9 2 ．5 4 ％以上。金属铝 解为金属硅；图3 是14 5 0 ℃时金属铝的S E M 图，金 的能谱图显示杂质含量很少，仅含少量氧；其中含的 属铝颗粒周围的粉状物为氟化物，是因为歧化分解反 氧第一来源为实验后自身氧化导致的，第二在分析过 应分解出的金属铝和氟化物是同时进行，分离不及时 程中激光照射金属铝表面引起的氧化所导致。 引胜。 摹 ～ 籁 惫 妞 掰嘎，℃ 图1 各温度下金属铝的纯度 质量分数 F i 舀lE 哝c to f 蛔叫’啪t I l 托伽t h e ．p 嘣t yo fa l 邶慨哪 图3 金属铝的S E M 图 图2 是金属铝的S E M 图，可以看出金属铝颗粒 F i 孚3s 置MI l l i 唧p h so f 朋 的切面呈金属状，纯度较高，同时金属铝颗粒周围附 4结论 有氟化物，是因为歧化分解为金属铝和氟化物是同时 进行的，分离不及时引起。 采用真空碳热还原剂进行实验，得到较优的实验 3 ．2 铝土矿实验 条件以氧化铝、氟化铝为原料，在系统压力为1 5 0 残余压力为1 5 0P a 时，用铝土矿为原料，用焦炭 p a ，反应温度在14 0 0 ℃得到纯度为9 3 7 7 ％的金属 作为还原用炭。反应温度在13 0 0 ～l5 5 0 ℃都可以 铝；以铝土矿、氟化铝为原料，在系统压力为1 5 0P a ， 得到金属铝。金属铝的能谱图显示金属铝颗粒纯度 下转第2 9 页 ％舛％s引帅舯端昕铂踮● 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年4 期 2 9 是Q2 一浓度随氧压变化的回归方程y 一2 ．6 5 f 5 ．8 3 x 一1 ．1 2 ，计算得在P 晓 1 ．1 时 0 3 2 - 浓度达到 最大，与实验结果基本吻合。 图8 表明，随氧压的增大，式 4 、 8 向右反应的 趋势增大，从而导致了s 1 2 一的浓度逐步减小。同时， 由图7 可看到过程中生成物中岛q 2 一的浓度逐步增 大，证明有部分的s 1 2 一转化为 Q 2 - ，这对浸金是较 为有利的。 5 结论 1 用硫粉和氢氧化钠制备硫代硫酸钠和多硫化 钠混合物的最佳条件是搅拌速度2 0 0r ／r I l i n ；反应时 间3 0 ～4 0I T l i n ；温度3 5 3K ；M N a O H M S 1 ．5 ； 氧气压力1 ．1M P a I 2 在加压制备该混合体系过程中，影响硫代硫 酸根和多硫化物生成的主要因素是温度和氧压。升 高反应温度，S 20 3 2 _ ，s 1 2 一的浓度显著增加，但当超过 3 5 3K 时，由于发生歧化和分解反应，二者浓度均降 低；另外，随着氧压增大。 Q 2 _ 浓度增加，而S 2 一的 浓度则逐渐减小，这一点于浸金有利，但当氧压大于 1 ．1M P a 时，S 20 3 2 - 浓度也开始减小。 参考文献 [ 1 ] z h a 吣J ，I _ 加xZ ．D i n gF ’e ta Lk 舵K 呕G 0 1 da I l d 跚、，e r b y 也eL s S SM e t h o d [ A ] ．／／1 6 t hI P M II n t e n I a 曲面c o n - f e 咖o f P r o c ∞d i l l g [ C ] ．P 删抽∞M e t a l s1 9 9 2 ，S c o t t s d a k ， 脑髓，U S A 。J u 他，1 9 9 2 ；2 8 9 2 9 8 ． [ 2 ] z h a I l gJ ，L 和x 乙，Y uNw ，e ta 1 ．k ∞h i n gG o l da l l d P h t i n 哪G ∞u pM e t 8 l sb yd 舱L s s sM e t h o d [ A ] ．／／1 7 t h m ⅦI n t e 咖曲弛1C o n f e r ∽e - 陬蛐[ c ] ．P r e d o ∞ M e t a l s1 9 9 3 ，N a ，p o r t ，R h o d eI s l a n d 。J u 舱，1 9 9 3 2 8 1 2 8 8 ． [ 3 ] 宋永辉，兰新哲．含硫试剂中金的溶解[ J ] ．有色金属， 2 0 0 5 。5 7 1 4 9 5 2 ． 上接第2 5 页 反应温度在14 5 0 ℃得到纯度为9 5 ．1 3 ％的金属铝。 参考文献 [ 1 ] 邱竹贤．2 l 世纪伊始铝电解正业的新进展[ J ] ．中国工程 科学，2 0 0 3 ，5 4 4 1 4 6 ． [ 2 ] 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，2 0 0 6 ，2 6 5 3 7 7 3 8 0 ． [ 3 ] 王平艳。杨部正，戴永年，等．碳热还原及低价氯化铝分解 法炼铝设备研究D ] ．矿冶工程，2 0 0 5 ，2 5 2 4 3 4 5 ． [ 4 ] 李秋霞，戴永年．真空下低价氟化铝歧化分解提取铝的研 究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 6 5 1 5 1 6 ，4 2 ． [ 5 ] 李秋霞，陈为亮，戴永年，等．真空下低价硫化物法直接提 取铝的热力学研究[ J ] ．真空科学与技术学报，2 0 0 6 。2 6 2 z 1 5 0 一1 5 4 ． [ 6 ] 李秋霞，罗志敏，熊今春，等．真空下低价化合物法提取铝 的新工艺一原料烧结实验研究[ J ] ．真空，2 0 0 6 ，4 3 2 5 4 5 8 ． 万方数据