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。     

真空下低价化合物法提取铝的新工艺--原料烧结实验研究

概述了我国炼铝工艺的现状以及铝冶炼方法的研究状况，并初步讨论与研究了煤烧结的一些基本规律。基于常规冶金存在的局限性以及真空冶金的优势，我们探索一种新炼铝的工艺，对低价化合物直接提取法作了一定的研究，低价化合物提取法主要包括了原料烧结实验、提取实验两大部分。本文着重研究了原料烧结实验部分中不同煤的配比，焦结温度对烧结团块性能的影响，得到最佳煤配比，焦结温度等重要的工艺条件和参数。它们是实验成功的关键。实验得到物料的最佳配比为10^#煤：5^#煤：16^#煤：工业Al2O3=3：7：10：5，最佳烧结温度为520℃。     

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。     

真空下低价二氯化铝生成及其分解热力学简化研究

对不同压力下三氧化二铝与碳、氯化铝在低价氯化物法炼铝过程中生成低价二氯化铝及低价二氯化铝分解的热力学条件进行简化计算.研究得出:在100 kPa时,三氧化二铝与还原剂碳反应在1896 K以上才能生成低价二氯化铝;而当系统压力在100～10 Pa内时,温度在1294～1396 K以上就可以生成低价二氯化铝;在压力为105～10 Pa范围,1195～829 K以下都可以进行二氯化铝的岐化分解,而且温度降低,温度越低,歧化分解越容易进行,且简化计算与实验事实更接近.     

无水氯化铝在真空条件下的升华研究

AlCl3作为Al2O3的真空热还原-氯化-歧化反应的氯化剂,需要通过控制其升华条件以控制其进入反应体系的速率.本文研究了无水AlCl3在真空条件下的升华规律.采用研究Al2O3的真空热还原-氯化-歧化反应的三段式实验炉,在不同的温度和时间条件下进行实验.研究表明:在抽真空的条件下,温度高于室温,AlCl3开始升华.50℃后,升华速率加快.130℃后,升华速率太快.合适的升华温度为80℃左右.研究发现:AlCl3不能升华完全,残余在10%以上.残余物为粉末状、非晶物,吸水性减弱,大部分可溶解于水中,铝含量为29.14%,高于无水AlCl3的铝含量(20.24%),应当为非晶氯化铝含有聚合氯化铝和铝.     

真空碳热还原氯化法从铝土矿炼铝

采用真空碳热还原氯化法从铝土矿炼铝，实验结果表明：用这种方法可以从铝土矿一步得到纯度为93．82％的金属铝，而铝土矿中的其他杂质与碳会发生反应，但因为这些杂质及其反应产物没有挥发性而留在反应残渣中，因此它们的存在对用该炼铝法所得到的铝的纯度不会有太大的影响。     

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.     

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。     

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.     

低价氟化物法从氧化铝提取铝的研究

利用低价氟化铝歧化反应,用碳作还原剂,在真空条件下,从氧化铝中提取铝进行了实验研究.实验结果表明不同粘接指数的煤混合物作为还原剂可以防止喷料;同时得到较优的实验参数冰晶石与氧化铝的质量比为51,氧化铝的还原率达到80%以上;固定碳过量3.02倍时,还原率将近80%;温度在1400℃时金属铝纯度达92.54%.为下一步从低品位含氧化铝原料中直接提取金属铝提供依据.     

废铝合金真空蒸馏脱锌的研究

首先分析了用真空蒸馏的方法脱除废铝合金中金属Zn的可行性。对二种含Zn质量分数为10%,12.25%的废铝合金进行了真空蒸馏脱除锌的实验。最终的实验结果与理论分析是紧密一致的。本文利用真空蒸馏法脱除含锌废铝中的金属Zn,解决了废铝脱锌难的问题,且对环境友好,不会造成二次污染。     

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。     

真空铝热还原LiAlO2制取金属锂的研究

真空金属热还原法是一种具有工业应用前景的炼锂方法。本文对常压下以工业碳酸锂、氧化铝和氧化钙为原料合成LiAlO2以及真空条件下铝热还原LiAlO2提取金属Li进行了实验研究。研究了不同煅烧条件对LiAlO2合成的影响以及不同还原条件对铝热还原制取金属锂过程的影响。结果表明:在制团压力50MPa、煅烧温度1073 K和煅烧时间120 min的条件下,碳酸锂的分解率为98.21%,煅烧产物为LiAlO2和CaO。在还原温度1423 K,时间180min,铝粉过量20%,物料粒度-75μm和制团压力为45MPa的条件下金属锂的还原率为95.50%,铝粉利用率为79.17%。还原渣主要成分为CaO.Al2O3和12CaO.7Al2O3,可用于溶出氧化铝。     

影响铝合金真空钎焊质量的关键因素

通过钎剂、钎料、真空度、工装夹具和钎焊工艺等对铝合金真空钎焊质量的影响实验研究,明确了这些关键因素的影响机理,归纳出了钎焊工艺设计的关键点。工作压强≤1×10-3Pa是铝真空钎焊的必要条件,尽可能减少工装的热容量是基本的设计原则。     

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。     

Investigation of Inner Vacuum Sucking method for degassing of molten aluminum

Hydrogen is a harmful gas element that is appreciably soluble in aluminum and its alloys. Removal of hydrogen from molten aluminum has been one of the most important tasks in aluminum melt processing. In this paper, a patented degassing process, which is based on principle of vacuum metallurgy, is proposed. A porous head that connects a vacuum system is immersed in the molten aluminum. The vacuum is created within the porous head and the dissolved hydrogen will diffuse unidirectionally towards the porous head according to Sievert's law. In this way, the hydrogen in the molten aluminum can be removed. The Fick's diffusion equation is used to explain hydrogen transfer in the molten aluminum. RPT experiments are carried out to evaluate the effectiveness of the new degassing process. The experiments indicate that the hydrogen content can be dramatically reduced by use of this process.