真空氯化亚铝歧化法从氧化铝中提取铝

研究了以氧化铝和石墨为原料真空氯化亚铝歧化法提取铝的条件,包括反应温度、预反应和冷凝器的结构。结果表明：在1643~1843 K的温度范围内,氧化铝与碳的反应程度随着反应温度的升高而提高,但铝的提取率首先随着反应温度的升高而提高,在1743 K时达到最高,继续升高反应温度,铝的提取率反而降低;氧化铝与碳进行预反应可以提高金属铝的提取率;金属铝与CO的接触面积越小、冷凝温度越低,C、Al4C3和Al2O3杂质的含量越低,这取决于冷凝器的结构。     

真空下碳热还原氧化铝的二次反应

通过热力学分析和实验研究了真空条件下碳热还原氧化铝的二次反应.热力学分析表明:低温、高压有利于碳热还原氧化铝的产物Al2O、Al与CO的二次反应.分别绘制了Al2O和Al在一定分压下,与CO的二次反应平衡曲线图,给出了各二次反应的CO平衡分压与温度的关系,根据CO的分压和温度、利用二次反应平衡曲线图分析二次反应的产物.氧化铝与石墨的真空碳热还原实验研究证实:Al2O与CO降低温度首先生成Al4O4C和C,Al与CO降低温度首先生成Al4O4C和Al4C3,符合根据二次反应平衡曲线图分析得到的结论,说明二次反应平衡曲线图的合理性.     

氧化铝真空碳热还原-氯化工艺中二氧化钛的行为分析

在不同温度下氧化铝真空碳热还原和氯化反应的过程中,利用XRD、SEM和EDS检测手段分析TiO2的行为。在制备材料时,Al2O3和C的摩尔比为1：4,并添加10%TiO2和过量的AlCl3。结果表明,TiO2从锐钛矿型转化为金红石型后与C反应生成TiC。在1763-1783K的温度区间,在残渣和冷凝物中没有发现Ti和Al的化合物。生成铝的纯度达到98.35%,且TiO2不参与氧化铝真空碳热还原和氯化过程。     

真空下碳热还原氧化铝的热力学

对真空条件下碳热还原氧化铝进行热力学研究.结果表明:在1 643～1 843 K的温度范围内,真空碳热还原氧化铝生成气体产物,该气体在温度降低时发生二次反应形成冷凝物,反应过程中体系压力保持在5～150 Pa.热力学分析表明:当体系压力为1～100 Pa时,在1 200～1 900 K的温度范围内,碳热还原氧化铝生成Al2O、Al和CO;生成Al2O的初始反应温度低于生成Al的初始反应温度,但反应温度高于一定值时,更易生成Al气体,该温度取决于体系的压力;当CO的分压分别为1、10和100 Pa时,Al2O稳定存在的温度分别高于1 462、1 560和1 674K,Al气体稳定存在的温度分别高于1 514、1635和1 777K.     

氧化铝在碳热还原-氯化法炼铝过程中的行为

采用XRD、气相色谱仪、EDS及质量损失等手段与方法,在不同反应温度、系统压力、添加剂及反应时间对氧化铝在碳热及氯化过程进行研究。结果表明:碳热与氯化过程生成的气体主要是CO,含量达98.4%(质量分数)以上;碳热过程在50～100Pa、高于1693K时,Al4O4C与Al4C3开始生成,且含量随着温度的升高与保温时间的延长而增加;在1Pa及1773K时,Al4O4C碳热转化为Al4C3;分别添加10%Fe2O3与10%SiO2(质量分数),在40～100Pa、1803K、保温120～150min时,可使物料质量损失率达到26.70%与30.13%,促进碳热过程向生成Al4O4C与Al4C3方向进行;温度高于1853K不利于该反应的进行;碳热-氯化过程是Al2O3与Al4O4C、Al4C3及AlCl3共同反应生成低价氯化铝AlCl,气态AlCl进入低温区歧解得到金属铝。     

碳热氯化歧化法炼铝的热力学分析

用碳热氯化歧化法对从含铝原料中炼铝过程进行了热力学分析,该过程分为三个步骤:首先,固态AlCl3在低温下升华得到AlCl3或Al2Cl6气体,升华气体经导气管进入高温反应器内;其次,Al2Cl6可能直接参与碳热氯化反应,也可能分解得到AlCl3气体,AlCl3再参与碳热歧化反应生成低价氯化铝AlCl;最后,AlCl在低温区歧解得到金属铝与AlCl3气体。实验结果表明:在12Pa~50Pa,353K~363K条件下,低温时固态AlCl3升华,得到的是Al2Cl6气体,而非AlCl3气体;升华得到的Al2Cl6气体进入高温区,在10Pa~100Pa,560K~615K时发生分解得到AlCl3气体;AlCl3气体参与了碳热氯化反应,而非Al2Cl6气体参与碳热氯化反应。     

真空AlCl歧化法生产铝的过程中C、Al4C3和Al2O3的形成热力学

通过热力学分析研究了真空Al Cl歧化法生产铝的过程中C、Al4C3和Al2O3的形成条件。结果表明,形成这些杂质的反应,即CO的歧化反应和金属铝与CO的反应,所需的反应温度随着压力的降低而降低。金属铝-CO体系的lg pCO-1/T图与实验结果相符,表明反应速率快,该体系在真空下接近平衡,该平衡图可以用来预测该体系在真空下可能的反应。     

电热法生产铝硅合金的理论研究

从理论角度系统研究了Al2O3-C系、SiO2-C系、Al2O3-SiO2-C系热力学。结果表明,在Al2O3-C系中,碳热还原氧化铝过程的中间产物Al4C3,它与A12O3、A1之间有很大的溶解度,导致铝的提取率较低,给利用电热法直接制备金属纯铝带来了困难。在Al2O3-SiO2-C系中,硅在很大程度上改善了铝还原的热力学条件,其中间产物Al4C3、SiC等碳化物分别与SiO2、Al2O3反应进而生成铝-硅合金,使电热法生产铝-硅合金得以实现。动力学研究结果表明,在电热法生产铝-硅合金中,Fe的存在使铝-硅合金生成反应的起始温度大大降低,且Fe与Al、Si在熔融状态下可以无限互溶,Fe还有助于破坏碳热还原过程中容易生成的碳化物。     

真空下以煤还原氧化铝的实验

研究真空下以煤为还原剂进行碳热还原氧化铝。结果表明:压力为10-2Pa~10Pa的条件下,温度在1450℃~1650℃范围内,氧化铝与煤中的碳反应生成碳化铝和铝,温度越高,反应程度越大。煤中的硅、铁也被还原。还原产物铝、硅、铁蒸发出来,部分硅、铁冷凝在温度较高的位置,形成碳化硅、硅铁合金。铝与另一部分硅铁冷凝在温度较低的位置,一部分金属铝形成碳化铝和铝硅铁合金。     

1000°～1800°K温度范围内Al-C-O系的热力学分析

本文对1000～1800°K 温度范围内的 Al—C—O 系进行了热力学分析。以稳定性标准和化学计量极限为基础,在所研究的整个温度范围内,确定了用石墨还原氧化铝的平衡条件。实验资料和计算数据表明,氧化铝和石墨反应生成碳化铝,碳化铝再还原氧化铝。在可实现的还原体系中,高温和相当小的 P_(Al) 和 P_(CO)值有利于这些反应的进行。本研究中确定的稳定的碳氧化物平衡与其它作者所断定的那些稳定反应不相符合。因此,文中报导的是对体系的动力学而不是对稳定平衡有利的那些反应。按照直接还原过程的要求,探讨了低价卤化物反应的热化学性质。验证了借生成一氯化铝以分离还原的铝的可能性。指出了这一方法在还原时是有效的,但此法在氧化铝还原工艺中尚未采用。     

碳热还原法制取铝硅合金的反应机理及其动力学

利用XRD、TG/DTA技术分别分析真空碳管炉内不同反应温度下的物相组成和碳热共还原Al2O3、SiO2的反应过程,并在此基础上探讨碳热还原法制取铝硅合金的反应机理.分别采用10、15、20和25 K/min升温速率的差热分析,研究动态氩气气氛中碳热法制取铝硅合金的反应动力学.结果表明:碳热还原反应过程可分为4个阶段,其中,以碳化物的生成与分解阶段为主.碳热还原反应的4种还原机理中,碳化物的生成与分解理论能较好地解释反应过程中出现的反应现象.各个吸热峰的表观活化能分别为848.9、945.4、569.7、325.7、431.9和723.1 kJ/mol,给出了各个吸热峰的动力学方程.同时,利用XRF和红外定硫定碳仪对碳管炉和电炉所得产物组成的定量分析,验证了动力学分析结果的可行性.     

Aluminum production by carbothermo-chlorination reduction of alumina in vacuum

Aluminum production by carbothermo-chlorination reduction of alumina in vacuum was investigated by XRD, SEM, EDS and thermodynamic analysis. Thermodynamic calculations indicate that AlCl(g) generated by carbothermo-chlorination process among Al₂O₃-C-AlCl₃ system should be at 1 377–1 900 K (100 Pa) and AlCl (g) will disproportionate into aluminum and AlCl₃(g) below 950–1 050 K at 10–10² Pa. Experimental results demonstrate that Al₄O₄C and Al₄C₃ begin to be formed by Al₂O₃-C system over 1 698 K (40–150 Pa). It is Al₄O₄C and Al₄C₃ but not Al₂O₃-C that participate in the carbothermic-chlorination reaction. Temperature for AlCl(g) generated by Al₄O₄C-AlCl₃-C, Al₄C₃-Al₂O₃-AlCl₃ and Al₄O₄C-Al₄C₃-Al₂O₃-AlCl₃-C system is 1 703–1 853 K (40–150 Pa). Aluminum metal is produced by AlCl(g) disproportionation process below 933 K. The average purity of aluminum metal reaches 95.32%, which has perfect crystallization and uniform grain size.     

氟盐对炼镁还原渣中氧化铝浸出率的影响研究

以白云石和菱镁石为原料以铝粉为还原剂真空热还原炼镁过程中添加氟化钙可使镁还原率提高5%以上,还原温度降低50℃,还原后还原渣的主要物相为CaO.2Al2O3,加入的氟化钙在还原过程会参与反应生成氟铝酸钙。在实验室以氢氧化钠和碳酸钠的混合碱液对该含氟盐还原渣中氧化铝的浸出进行了研究,研究结果表明:经碱液浸出后还原渣中的CaO.2Al2O3全部被分解,还原渣中的氧化铝浸出率在70%以上,浸出渣的主要物相为CaCO3。含氟盐炼镁还原中氧化铝的浸出率比不含氟盐的氧化铝浸出率低10%以上,在还原过程中生成的氟铝酸钙和浸出过程中生成的水合铝酸钙是导致氧化铝损失增加的主要原因。     

改进的碳热还原法合成LiFePO_4/C材料

采用LiAc·2H2O作为锂源,利用熔盐碳热还原方法在较低的烧结温度和较短的烧结时间内(650℃,4h)合成纯相LiFePO4/C材料。扫描电镜照片显示这种方法合成的材料粒径大约为1μm,小于用Li2CO3作为锂源合成的材料。电化学测试表明,采用LiAc·2H2O作为锂源合成的材料表现出了高的放电容量和良好的倍率循环性能:在0.5C和5C倍率下,其首次放电容量分别为148mA.h/g和115mA.h/g;50次循环后,容量保持率分别为93%和89%。     

盐沉积条件下CO2对LY12铝合金大气腐蚀的影响

目的研究在有/无CO_2存在的恒温恒湿条件下,表面有沉积盐的LY12铝合金的大气腐蚀行为与腐蚀机理,搞清CO_2对其大气腐蚀的影响。方法将LY12铝合金表面分别沉积不同浓度的NaCl和MgCl_2,分别进行通/不通CO_2的恒温恒湿实验,借助扫描电镜(SEM/EDS)、X射线衍射(XRD)和X光电子能谱(XPS)等表面技术以及腐蚀失重分析方法,研究盐沉积条件下CO_2对LY12铝合金大气腐蚀的影响。结果在试验条件下,MgCl_2造成的LY12铝合金腐蚀都以点蚀为主,失重高于NaCl造成的。以MgCl_2为介质时,主要腐蚀产物都为(Mg1–xAlx(OH)_2)x+(Cl~–,CO~(2–))x×mH_2O(简写为LDH);以NaCl为介质时,主要腐蚀产物都为Al_2O_3或Al(OH)_3。两种介质的腐蚀产物都出现了Cu元素的富集。结论无论是否存在CO_2,Mg元素都参与了腐蚀产物的形成。合金元素Cu的存在及其富集,是造成CO_2对纯铝和LY12铝合金腐蚀行为不同影响的主要因素。