真空下低价氯化铝生成及其分解热力学简化研究

利用新的热力学研究方法一"物质吉布斯自由焓函数法"对不同压力下三氧化二铝生成低价一氯化铝及低价一氯化铝分解进行热力学条件的简化计算.研究得出:在100 kPa时,三氧化二铝在有还原剂碳存在下与三氯化铝反应需在2069.75 K以上才能生成低价一氯化铝,而当系统压力在100～10 Pa内时,温度在1294.49～1374.79 K以上就可以生成低价一氯化铝;在压力为105～10 Pa范围,1538.061～1049.311 K以下都可以进行一氯化铝的岐化分解,简化计算与实验事实更接近.     

三氧化二铝在低价化合物法制备铝过程中的歧化行为研究

利用"物质吉布斯自由焓函数法",讨论了不同压力下三氧化二铝生成低价一氧化铝及低价一氧化铝分解的热力学条件.研究得出:在100 kPa时,三氧化二铝与还原剂碳反应在3097.86 K以上才能生成低价一氧化铝;而当系统压力在100～10 Pa内时,温度在2372.07～2194.31 K以上就可以生成低价一氧化铝;在压力为105～10 Pa范围,温度在2544.02 K以下低价一氧化铝都可以进行歧化分解.     

二氧化硅在真空低价法制备铝过程中的歧化行为研究

本文引入"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.     

二氧化钛在低价化合物法制备铝过程中的歧化行为研究

利用"物质吉布斯自由焓函数法",讨论了不同压力下低价化合物法介取铝过程中二氧化钛生成低价氧化钛及低价氧化钛分解的热力学条件.研究得出:在100 kPa时,二氧化钛与还原剂碳反应在2373.96 K以上才能生成低价氧化钛;而当系统残余压力在100～10 Pa时,在1743.41～1613.46 K即司以生成低价氧化钛;在残余压力为105～10 Pa范围,温度在1890 K以下都可以进行低价氧化钛的歧化分解.     

SiO2在真空低价氟化法炼铝过程的分布

热力学研究得出:当系统残余压力为100~10 Pa时,SiO2与碳反应在1465~1353 K以上即可生成Si和CO;在1329~1225 K以上即可生成SiC和CO;SiO2和还原剂碳及氟化铝在1464~1353 K以上反应生成SiF4和CO及铝。实验考察了真空低价氟化法炼铝过程中SiO2的分布。XRD表明:SiO2在低价氟化法炼铝过程中有五种走向:(1)被还原成SiC,存在于残渣相;(2)被还原为单质硅,再与还原出的铁生成硅铁,存在于残渣相;(3)SiO2与冰晶石生成铝硅酸盐进入气相中;(4)SiO2与冰晶石生成气态SiF4,再与冰晶石分解的氟化钠形成Na2SiF6进入冷凝相;(5)形成气态低价氧化硅,再在合适温度下分解为单质硅进入冷凝相。     

真空下生成AlF2的热力学研究

利用铝的低价氟化物（AlF2）在高温下存在，低温下不稳定且容易分解而得到金属铝的特性，从热力学角度引入：“物质吉布斯自由能函数法”讨论在不同压力下，氧化铝、三氟化铝与还原剂碳的反应生成低价氟化物（AlF2）的条件。研究表明在常压下反应在1820K以上发生。而在真空度（即残压）为20000～20Pa时，反应在1683～1345K时就能进行，比常压下降低了137～475℃，为真空下铝的低价卤化物歧化分解炼铝提供热力学理论依据。     

低价氯化铝法从氧化铝直接碳还原炼铝的机理分析

碳热过程的热力学分析表明,系统压力为100 Pa时,生成Al4O4C与Al4C3以及Al4O4C与C结合生成Al4C3的初始温度分别为1690,1711,1472 K;碳热-氯化过程的热力学分析表明,在101 Pa,1500 K时,氧化铝直接碳热-氯化的吉布斯自由能为-20.041 kJ;系统压力为100 Pa时,Al4O4C,Al4C3以及Al2O3联合Al4O4C,Al4C3参与氯化反应的初始温度分别为1459,1378,1416 K。实验结果显示:碳热过程在50~100 Pa、高于1693 K时,Al4O4C与Al4C3开始生成且含量随着温度的升高而增加;随着温度的继续升高或系统压力的减小,Al2O3及Al4O4C碳热转化为Al4C3。在50~100 Pa,1693 K时进行了实验,证明了该过程没有发生碳热-氯化反应。在70~150 Pa,1753~1853 K的范围时进行实验,均得到金属铝,说明要发生碳热-氯化反应必须先发生氧化铝与碳的碳热反应,即生成Al4O4C与Al4C3。     

对氧化铝碳热还原-氯化法炼铝过程中碳化铝的氯化反应研究

采用热力学分析及X射线衍射、扫描电子显微镜及能谱仪等方法与手段,系统研究了中真空条件下碳化铝与氯化铝的反应。通过热力学研究,在10～100 Pa,温度低于1773 K时,Al与C生成Al4C3的反应及Al4C3与AlCl3的反应满足反应发生的热力学条件。实验研究表明,Al4C3可以通过Al与C反应制得;在1773 K、10～100 Pa下,Al4C3与AlCl3可以发生反应,并在冷凝区得到金属铝,热力学研究与实验研究完全一致。在真空碳热-氯化法炼铝过程中存在着Al4C3与AlCl3发生的反应,其是氯化过程中的重要反应之一。     

真空下生成低价氟化铝的热力学分析

本文从热力学角度引入“物质吉布斯自由函数行列式法”讨论在不同压力下氧化铝、氟化铝与还原剂碳的反应生成低价氟化物（AIF）的条件。研究表明在常压下反应在2100K以上发生；而在真空度为350～28Pa时，反应在1800～1500K时能进行，比常压下降低了300-600K，为生产工艺的研究提供了热力学理论依据和试验基础。     

低价硫化物法直接提取铝的热力学研究

本文利用铝的低价硫化物（AlS）在高温下存在，低温下不稳定容易分解得到金属铝的特性，从热力学角度引入“物质吉布斯自由能函数法”讨论在不同压力下，氧化铝、硫化亚铁与还原剂碳的反应生成低价硫化物（AlS）的条件。研究表明在常压下反应在2480K以上发生；而在真空度（即残压）为300Pa-15Pa时，反应在1800K-1610K时就能进行，比常压下降低了680K-870K，同时用氧化铝、硫化亚铁与还原剂碳在真空炉内试验，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试验基础。