本文提供了一种以原料混合物中氯化铝和镁的质量比为3.69-1.00，在900-1150℃的温度和0.01-5atm的总压力下，在惰性气体流中用镁对三氯化铝进行金属热还原来制备铝的方法。该方法在具有位于反应器内的薄壁陶瓷填料(6)和锥状下部（2）的圆筒形反应器（1）中实施。该反应器的上游安装有使镁进入惰性气体流的釜式蒸发器，而在其下游具有用于从镁和氯化铝的剩余混合物分离液体镁的单元，所述装置的所有部件在内部均衬有耐火材料（5）。技术效果是在保证连续还原过程和优异环境友好的情况下提高生产率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及有色冶金，具体地说，涉及铝生产技术。
技术介绍
在有色冶金中，使用所谓的Heroult-Hall方法生产铝，该方法是将冰晶石-氧化铝熔体电解。电化学设备和槽的特征特别在于相当低的有效体积利用指数，这是因为所述操作仅在电极-电解质的表面，而不是反应器的所有体积中进行。当按照Heroult-Hall方法进行该过程时，仅一个电极即阴极负责全部量的所完成的有效功。其结果是，电解具有相当低的生产率，每24小时的不大于3-4吨。因此，生产铝的设备配备有数百和数千个电解槽，它们占据巨大的面积并在构建时相当耗资。 槽由于它们的结构特征而不是密封的，并且整个过程伴随向大气中排放氟化钠、氟化铝、氟化氢、致癌的多环芳烃化合物、巨大体积的温室气体，尤其是二氧化碳和全氟烃。考虑到所有上述提及的，通过冰晶石-氧化铝熔体的电解来生产铝是相当过时的，这是因为其与地壳中铝的丰度(在多种金属中处于领先位置)或其独特的一系列物理、结构和技术性能不一致。基于金属热法通过按照如下反应用钾(F. Wohler, 1828)或钠(S ' K.Deville, 1854)将铝从氯化铝进行还原来制备铝是众所周知的A1C13+3M=3MC1+A1(I)，其中M是碱金属。然而，当按反应I使用碱金属时，金属和电能的消耗量相当高。因此，当其涉及钾时，回收Ikg铝耗费4. 33kg碱金属和35kW/h电能。对于钠，回收Ikg铝必需2，555kg金属和25，5kff/h电能。至于其它已知的类似方法，N. N. Beketov的提议是最有实质性的一个。根据该提议，铝可通过镁将其从作为格陵兰锂冰晶石组分的氟化铝或冰晶石还原来进行制备2 (3NaFxAlFs) +3Mg=6NaF+3MgF2+2Al(2)。氟化物是比较耐高温的化合物，并且还原过程以及实施该方法的装置比较复杂。此外，格陵兰冰晶石的唯一矿藏早在19世纪就已耗竭。与这种方法最接近的原型是金属钛的生产，该生产是通过金属镁将钛从四氯化物还原而进行(V. A. Garmata et al. Metallurgia titana. M. , Metallurgia, 1968, ρ237~238,ρ241)TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti(3)该过程非常复杂，这是因为钛氯化物中含有不同价态，反应参与物(participant)处于不同的聚结态钛氯化物为气态，镁和氯化镁为液态，而钛为固态。其结果是，这种方法需要时常将装置降压以提取钛，这降低了该方法的生产率并且使其生态特性变得糟糕。本专利技术介绍的技术效果由于还原过程的连续性而具有较高的生产率并且由于提供装置密封性而具有较好的生态特性。
技术实现思路
在技术上，该目的通过用镁将三氯化铝进行金属热还原的反应制备铝得到满足2AlCL3(g)+3Mg(g)=3MgCl2⑴+2A1 ⑴ (4)， 还原以初始混合物中氯化铝和金属镁的质量比为3. 69-1. 00，在惰性气体流中于900° -1150°C的温度和O. 01-5atm的总压力下进行。在该情况下，镁的消耗量将为每Ikg铝仅I. 35kg的量，电解镁的电能要求将为每Ikg铝约17. 9kW/h。当使用以金属热法方式制备续，即按照 Pidgeon 技术(V. A. Lebedev, V. I. Sedykh. Metallurgy of Magnesium.Irkutsk, 2010, p. 149)通过高娃铁从菱镁矿或白云石初步回收镁时,结果会更好。按照反应(4)，该情形中总的能量消耗量将不超过每Ikg铝13kWh，其比得上有关Heroult-Hall方法的消耗值并且在铝生产方法的镁-热模式阶段认为是非常好的指数。然而，按照反应(4)用镁将铝从三氯化物还原是独立的科学与工程问题。作为本专利技术基础(foundation)的反应(4)比作为钛的镁-热还原原型的反应(3)实施起来要简单得多。然而可以具有讽刺意味地看出，作为用镁将铝从三氯化物还原的结果，生产铝却需要较高的温度和压力。实际上，作为还原剂的镁具有1103° _1107°C的沸点(蒸气压力达到I个大气压)，其熔化温度为651°C。至于反应(4)的其它参与物，铝在660°C下熔化。特别宽的液态范围是沸点温度为2497°C的铝的特性。其意味着铝实际上在镁的沸点(1107°C)不蒸发。氯化镁在708° _714°C下熔化并在不低于1412° _1417°C沸腾，亦即其具有相对宽的液态温度范围。最后，三氯化铝在179. 7°C的温度下升华并且在标准大气压下不可能处于液态。因此，原料即三氯化铝和镁在高于1107°C的温度下呈气态，而金属铝和氯化镁在相同的温度下呈液态，这对于组织连续高度有效的生产是种合宜的情形。如热力学计算结果所证明，反应⑷过程的特征为在1300K(1027°C )的温度下负240kJ的焓值和负210kJ的Gibbs能值。其意味着该过程自发地运行，从而释放大量的热。然而，对与气态金属镁和氯化铝的高反应性有关的还原过程的过高可能速度应加以谨慎，氯化铝过热约900°且同时呈气态并且部分离解为一氯化物。此外，反应(4)，其中标记《g》和《I》对应于气态和液态，它们遵循勒沙特列原理和热力学第二定律，在较高压力条件下的平衡相当大地向右移动。至于其动力学，该反应可以爆炸式地进行，因此为了控制其速度，原料成分即氯化铝和镁应当以分别的惰性气体流以低于反应器能承受的温度供给。还原过程可以在900°C的温度下进行，因为在这些条件下镁的饱和蒸气压相当大并且例如在927 °C达到约O. 19。同时，将温度升高到相当大地高于镁的沸点(1103° -1107°C )并不是合理的，因为该温度升高将伴随着该过程远远过高的速度值，因此可设定1150°C作为最上限。反应器中气态相的总压确定在O. 01-5. Oat范围内，氯化铝和镁的最佳分压用实验方法进行确定。优选趋向总压的上限值，但是避免达到其爆炸极限。至于为还原所供给的气体混合物的组成，其应当与反应(4)中涉及的化学计量质量比一致并且在供给到反应器时以三氯化铝和镁的质量流计达到3. 69: I。所要求保护的专利技术的可行性并不引起怀疑，因为存在类似地以镁-热方式由钛的四氯化物生产钛。此外，所要求保护的制备铝的方法进行起来要简单很多。镁还是比铝的电负性大得多的金属。在通过镁的还原并结合与氯化镁电解的传统方法从白云石制备镁时电能输入可以相当地小。此外，该过程是自发的。使用气态氯化铝和镁作为原料用以制备呈液态的所得的氯化镁和铝产物的方法可以在密封设备中实施。其是自动控制友好的并且不需要任何手工劳动输入或应用任何服务该过程的机械装置。本专利技术在使用密封设备方面的高度被认可的生态特性似乎是明显的。以每个反应器高的生产率、低的建造和生产投入来设计装置的可能性是所提供方法的主要优点之一。本专利技术的可行性通过存在使用镁热法从四氯化钛有力且有效的工业提取钛以及通过在锆和铪的镁热过程中从它们的氯化物顺利地实现它们的还原而得到证明。关于钛制备的镁热方式，最初使用圆筒形钢容器作为还原装置。它们可例如由内衬有钥(molibdenum)板的铬-镍钢制成。后来，内衬开始由低碳钢制成。该过程在比金属熔点低的温度下实施，因此钛以其像海绵体的固相状态被制备。为了本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔贝特·伊万诺维奇·彼甘诺夫，
申请(专利权)人：阿尔贝特·伊万诺维奇·彼甘诺夫，
类型：
国别省市：
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