一种用煤炭还原氧化铝制备金属铝的方法技术

本发明专利技术涉及一种碳热还原直接获取金属铝的方法，以工业纯氧化铝为提取金属铝的原料，煤炭碳为还原剂，二氧化硅为反应的添加剂。在常压、高频感应炉内２０００℃～２５００℃条件下，还原熔炼０．５～２．５小时。通过碳热还原过程使氧化铝中的元素铝还原成单质，冷凝后制得结晶良好的固体金属铝。工艺流程简单，原料价格低廉、易得，过程中仅需加入二氧化硅作添加，整个反应过程在保护气氛中进行，且对环境污染较小，设备和工艺得到简化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热还原法生产金属铝的
，特别是提供了一种用煤炭还原氧化 铝制备金属铝的方法。二
技术介绍
隨着金属铝应用领域的不断扩大，对金属铝的需求也在不断增加。目前，金属铝 的生产方法主要是冰晶石-氧化铝熔盐电解法。熔融盐电解是以高纯氧化铝为原料，碳 为阴、阳极，在熔融状态下通入直流电进行电解，阴极得到液体金属铝沉积，阳极放 出C02。熔盐电解法是目前金属铝生产的成熟工艺，但是其也存在许多缺点。比如对原料氧化铝的纯度要求较高、电能消耗较大等等。有很多研究者对碳热还原制备金属铝进行研究。Motzfddt在1989年提出碳热还原制备金属铝的研究分为两个方向 一是 以碳为还原剂直接还原氧化铝获取金属铝；另一个方向是碳热还原获取金属铝的合 金Ginsberg和Sparwald在1965年《碳热还原冶炼铝反应中的铝-碳系统》(Beitr3gezur Aluminumgewinnung durch Carbothermishe Redution Alumiumoxids unter besondere Berg(icksichtung des Systems Aluminum-Kohlenstoff. Aluminum 41，4118M1193.)中详 细描述了以上的两个研究方向。Alcoa公司是最早采用碳热还原法制备金属铝的公司之一 。Foster在1956年和1958 年《氧化铝和碳反应中Al203-ALA相图》和美国专利2829961 (Foster, L.M.， Long, G., Hunter, M.S., 1956. Reactions between aluminum oxide and carbon. The AI2O3—AI4C3 phase diagram. Journal of the American Ceramic Society 39， 1—11. US Patent 2,829,961 April 8,1958)对碳热还原反应进行了如下的描述在反应的过程中熔融的金属铝相浮 在铝的碳氧化合物上，当冷却熔融的碳化沉积物如碳化铝时，碳化物可以通过加入助 溶剂和熔融的金属铝分离开。由于该方法的成本上较电解法还高，所以没有运用到实 际的生产中。通过研究和实践，人们发现通过碳热还原反应获取金属铝需要通过两步。Alcoa和 Reynolds公司都赞同这种新提法。Alcoa公司采用鼓风炉使用两步法从完全熔融的氧 化铝和碳的熔盐中获取金属铝。第一步，碳和部分氧化铝反应生成碳化物；第二步， 提高温度或者将第一步生成的熔盐转移到一个更高温度的反应器中，这样即能增加碳化物的含量也能是反应器中的物料充分反应生成熔融的金属铝和CO气体。Reynolds 公司对他们的工艺也进行了像Alcoa公司那样的改进，Reynolds公司利用的原理为， 在相对低温的条件下反应生成碳氧铝化合物后，再在高温条件下反应生成金属铝。 Reynolds公司采用工艺的这两个过程是在同一个炉子内循环发生，输送含碳的金属和 含氧的金属仅仅在特定的一段时间。三
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳热还原生产金属铝的方法，以工业纯氧化铝为提取 金属铝的原料，煤炭为还原剂，在氩气保护、2000。C 250(TC条件下，通过碳热还原 过程使氧化铝中的元素铝被还原成蒸气，冷凝后制得结晶良好的固体金属铝，工艺流 程见附图l。其按以下步骤完成(1) 分别将原料氧化铝和还原剂煤炭破磨至粒径小于200目； 所述的原料氧化铝为工业纯氧化铝其主要成分重量百分比为A1203 90-92%， Si020.61-2.0%;所述的还原剂煤炭主要成分重量百分比为C 63-70%， Si0211-15%;(2) 以反应(a)中氧化铝摩尔化学当量的0.8 1.5倍配入还原剂煤炭，反应原料 中添加Si02作为添加剂，其质量为氧化铝与煤炭总量的2~8%,混合均匀，得到 氧化铝煤炭和二氧化硅的混合原料；Al203+3C = 2Al + 3CO(g) (a)(3) 将上述混合原料，以10Mpa 50Mpa压力压制成圆柱形块;所述的压块为15-20 XI0-15mm的柱体；(4) 块状原料装入高频感应炉中，氩气保护、温度2000 2500'C的条件下还原熔炼 0.5~2.5小时；(5) 降至室温，开炉得到纯度大于80%的金属铝。 本专利技术与公知技术相比的优点及积极效果本专利技术采用碳还原时，以二氧化硅作为添加剂，通过控制反应物料中Si02量只需一次升温过程，而后自然冷却就能得到金属铝，简化碳热还原反应的步骤；本专利技术仅仅 利用高频感应炉就实现了还原出金属单质铝，降低了对设备的要求；还原剂为煤炭价 格低廉、易得。四附图说明图1是工艺流程图。五具体实施例方式本专利技术所釆用工业氧化铝、煤炭及添加剂中主要成分重量百分比的含量如表1表1<table>table see original document page 5</column></row><table>实施例1将1摩尔(以AW)3计算)的工业纯氧化铝(35g)与0.9摩尔(以C计算)的煤炭 (10.8g)混合均匀，原料中含Si02的质量1.3g占总反应原料质量的2.1%， lOMPa 压力下压制成块，装入高频感应炉，开启感应炉，升温至200(TC时，还原熔炼2小时，降至室温，打开感应炉，从石墨坩埚上取n^得到的金属，通过X射线衍射分析，确定为金属铝，其纯度>80% 实施例2将1摩尔(以A1203计算)的工业纯氧化铝与1摩尔(以C计算)的煤炭(12g)混 合均匀，反应物工业纯氧化铝和煤炭中的Si02的质量为1.52g添加0.36g Si02，则含 &02的质量百分数为4%， 25MPa压力下压制成块，装入高频感应炉，开启感应炉， 升温至2500'C时，还原熔炼l小时，降至室温，打开感应炉，从石墨坩埚上取下得到 的金属，通过X射线衍射分析，确定为金属铝，其纯度>卯％。实施例3将1摩尔(以A1203计算)的工业纯氧化铝，1.25摩尔(以C计算)的煤炭(15g) 混合均匀，反应物工业纯氧化铝和煤炭中的Si02的质量为1.75g，添加125gSi02则 含Si02的质量百分数为4%。 50MPa压力下压制成块，装入高频感应炉，开启感应炉， 升温至200(TC时，还原熔炼1.5小时，降至室温，打开感应炉，从石墨坩埚上取下得 到的金属，通过X射线衍射分析，确定为金属铝，其纯度>65%。权利要求1、，其特征在于其按以下步骤完成，1)分别将原料氧化铝和还原剂煤炭破磨至粒径小于200目；2)以反应中氧化铝摩尔化学当量的0.8～1.5倍配入还原剂煤炭，反应原料中添加SiO2作为添加剂，其添加量为氧化铝与煤炭总量的2～8％，混合均匀，得到氧化铝煤炭和二氧化硅的混合原料；3)将上述混合原料，以10Mpa～50Mpa压力压制成圆柱形压块；4)块状原料装入高频感应炉中，控制温度2000～2500℃的条件下还原熔炼0.5～2.5小时；5)降至室温，开炉得到纯度大于80％的金属铝。2、 根据权利要求1所述的用煤炭还原氧化铝制备金属铝的方法，其特征在于 所述的原料氧化铝为工业纯氧化铝其主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用煤炭还原氧化铝制备金属铝的方法，其特征在于：其按以下步骤完成，　１）分别将原料氧化铝和还原剂煤炭破磨至粒径小于２００目；　２）以反应中氧化铝摩尔化学当量的０．８～１．５倍配入还原剂煤炭，反应原料中添加ＳｉＯ↓［２］作为添加剂，其添加量为氧化铝与煤炭总量的２～８％，混合均匀，得到氧化铝煤炭和二氧化硅的混合原料；　３）将上述混合原料，以１０Ｍｐａ～５０Ｍｐａ压力压制成圆柱形压块；　４）块状原料装入高频感应炉中，控制温度２０００～２５００℃的条件下还原熔炼０．５～２．５小时；　５）降至室温，开炉得到纯度大于８０％的金属铝。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌，戴永年，蒋文龙，徐宝强，郁青春，马文会，刘大春，曲涛，汪镜福，刘永成，周晓奎，杨骏，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]