真空下从铝土矿中直接提取铝的研究

利用低价铝氟化物歧化反应分解可以得到金属铝的特性,用焦炭作还原剂,在真空条件下,从铝土矿中提取铝进行了实验研究。实验得到:残余压力300Pa以下时可以得到金属铝,温度在1300～1550℃范围内都可以得到金属铝。氧化铝的还原率随反应温度的升高而升高,当温度达1400℃时还原率达80%以上,当温度达1450℃时还原率超过81%。冷凝温度在700～830℃区间,金属铝颗粒直径达3～4mm。此工艺也可以用于从低品位含氧化铝原料中直接提取金属铝。     

氧化铝真空碳热还原—氯化法炼铝的工艺研究

本文采用金属铝直收率、物料失重率、X射线衍射与扫描电子显微镜、能谱仪等手段与方法,研究了真空条件下氧化铝碳热还原温度、氯化铝升华速率、物料配比、碳热与氯化时间以及添加剂对氧化铝碳热还原-氯化法炼铝工艺的影响。研究结果表明,在50~100 Pa时,碳热还原及氯化温度不高于1763 K,控制无水氯化铝升华速率在0.32 g/min以下,石墨还原剂与氧化铝摩尔比为3∶1,碳热还原时间为40 min,碳热-氯化时间为40~50 min,物料不熔融、氯化铝升华孔不堵塞将有利于碳热-氯化过程的顺利进行。在1713~1723 K时,石墨与氧化铝摩尔比为4∶1,添加10.0%Fe2O3后,金属铝直收率达72.09%;1753~1763 K时,添加2.5%~15.0%SiO2后,金属铝直收率与物料失重率均明显低于不添加者,对该法炼铝过程不利;1753~1763 K时,石墨与氧化铝摩尔比为4∶1,添加10.0%TiO2后,金属铝直收率达82.38%,该金属铝的纯度达94.67%以上。此研究为真空碳热-氯化法从铝土矿中提取金属铝工艺提供了很好的实验依据。     

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。     

氟化钙催化碳热还原氧化镁的实验研究

首先比较了4种碳质还原剂对MgO的还原能力,得到的还原效果依次为:焦炭>木炭>活性炭>石墨。选取还原最佳的焦炭作为还原剂进行正交实验,结果表明焦碳的粒度影响最大,其次是时间和碳配比,而温度的影响相对较小。另外,添加氟化钙(CaF2)可以加速MgO的还原,使之在较低温度下的还原率增加。在1500℃×1h时,添加3%(质量分数)CaF2的MgO还原率从67%提高到了99%,而在1400℃×1h时,添加5%CaF2的MgO还原率也达到91%。     

氧化镁真空碳热还原法炼镁的工艺研究

采用物料失重率、金属Mg还原率、X射线衍射(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)等手段与方法,研究了真空条件下氧化镁碳热还原温度、物料造球成型压力、物料配比、碳热还原保温时间以及催化剂对氧化镁碳热还原法炼镁工艺的影响。研究结果表明,在30~100 Pa时,碳热还原温度高于1553 K,控制物料压块压力为8 MPa,此时物料失重率最大,最有利于氧化镁的还原。随着焦煤还原剂与氧化镁摩尔比以及碳热还原时间的增加,碳热还原反应速率加大,还原率提高,但是变化效果不明显,加入氟盐CaF2后,物料失重率明显提高,添加CaF2的质量超过物料总质量的3%时,物料失重率超过95%,还原率也相应大幅提高。因此,选择适当的焦煤还原剂与氧化镁摩尔比值以及碳热还原时间,添加超过3%CaF2,将有利于该法炼镁过程的顺利进行与金属Mg还原率的提高。此研究为真空碳热法从氧化镁中提取金属Mg工艺提供了很好的实验依据。     

真空碳热还原法炼铝的研究进展

综述了目前氧化铝碳热还原法及碳热还原-卤化法炼铝的研究进展,重点总结了上述炼铝法的机理及研究现状,讨论了金属铝的制备方法及其影响因素,并指出了制约上述各炼铝法金属铝直收率提高的影响因素。结果表明:常压及真空直接碳热还原法炼铝过程,由于氧化铝碳热还原过程生成的碳化铝,导致碳化铝、氧化铝和金属铝三元系在高温下相互熔解,以致气相不能分离,致使铝的提取率较低,且难以与渣相分离。真空碳热还原-硫化法炼铝存在低价硫化铝歧解得到的产物金属铝与硫化铝(Al2S3)的分离困难,且硫化铝易吸水潮解,生成剧毒物质H2S,造成环境污染;真空碳热还原-氯化法炼铝,虽产物金属铝与冷凝物氯化铝易于分离,但该法存在氯化铝对设备的腐蚀及含六个结晶水的氯化铝脱水处理问题,若能克服上述问题,则该过程就存在连续化作业的可能;而真空碳热还原-氟化法炼铝过程存在机理研究不清及炉型结构设计不合理,从而导致产物金属铝的直收率不高。     

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.     

以铝铁合金为还原剂的真空热还原炼镁实验研究

在铝电解生产金属铝过程中会产生部分的铝铁合金固体废弃物,该铝铁合金尚未得到很好的利用。本文对以煅后白云石为原料,以铝电解过程中产生的铝铁合金为还原剂的真空热还原炼镁过程进行了研究。通过对铝铁合金和还原渣的物相和成分分析,对铝铁合金还原炼镁的机理进行了分析,并同以纯铝粉为还原剂的铝热还原法和以硅铁为还原剂的皮江法炼镁的氧化镁还原率进行了对比。实验结果表明:以铝铁合金为还原剂真空热还原炼镁技术是可行的,在还原温度1200℃,还原时间2 h,还原剂添加量为1.0和无氟盐添加剂的条件下,氧化镁的还原率可达90%以上。在还原剂条件相同的情况下,以铝铁合金为还原剂可获得比铝粉和硅铁还原剂更高的氧化镁还原率。应用铝铁合金为还原剂真空热还原炼镁不仅有利于降低镁的生产成本,而且可实现铝电解部分废弃物的回收利用。     

新法真空铝热还原炼镁的研究

对以煅后白云石和煅后菱镁石为原料,以铝粉为还原剂的新法炼镁技术的热力学进行了分析,并进行了真空热还原实验。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对还原渣的主要物相与物质形态进行了分析。实验结果表明:以煅后白云石和煅后菱镁石为原料,以铝粉为还原剂的新法真空热还原炼镁技术是可行的,在还原温度1200℃,还原时间2 h,铝粉过量5%和无氟盐添加剂的条件下,氧化镁的还原率可达90%,CaF2或MgF2的添加可大幅度地提高还原过程中氧化镁的还原率,降低还原温度。还原后还原渣主要物相为CaO.2Al2O3,还原渣中氧化铝的含量在65%以上,氧化硅含量低于2%,是一种非常适合生产氢氧化铝的原料。     

CaC_2还原MgO热力学分析与实验研究

本文对常压及真空条件下以碳化钙为还原剂制取金属镁的热力学分析,计算出平衡状态下镁蒸汽的露点,并进行真空热还原实验研究.结果表明:常压下临界反应温度为2095K;当系统压力降至10~3Pa和10Pa,临界反应温度依次降为1376K和1030K;达到平衡时,还原温度1316K时,镁蒸汽的露点为熔点,还原温度为1273K、1373K时,露点分别为901K、958K.升高还原温度或延长还原时间可提高镁收率和CaC_2利用率;理论配比的反应物料在1423K条件下还原2h的镁收率为83.1%.而当还原时间达到2.5h,镁还原率和CaC_2利用率均超过80%.