真空碳熱還原氯化法煉鋁原理分析論文

真空碳熱還原氯化法煉鋁原理分析論文

　　摘要：鋁土礦中的鋁是以氧化鋁的形式存在的，因直接還原得到的金屬鋁與其它雜質無法分離而不能用還原劑將其直接還原出來。文章研究了在真空條件下用碳熱還原低價氯化物分解法從鋁土礦直接煉鋁的原理，為相關工程實踐提供參考。

　　關鍵詞：煉鋁真空技術碳熱還原法

　　引言

　　鋁是一種輕金屬，在自然界中有豐富的儲量。其密度是鋼鐵的1/3，具有大的強度/重量比值和良好的導電性、導熱性，鋁的表面被一層氧化膜保護而不生銹，同時鋁的再生利用率高，因此鋁被廣泛應用在汽車制造工業，建筑工業和航天航空工業上，是一種重要的經濟、戰略金屬。因此一些缺乏鋁土礦資源的國家都在研究利用這些原料生產氧化鋁的方法，其中研究最多的是酸法、高壓水化學法和石灰石燒結法。但綜合處理明礬石的眾多方法中已用于工業生產的只有還原焙燒法，此外用燒結法綜合處理霞石已經有大規模的工業生產。本文在分析了這幾種常見方法的基礎上研究了真空碳熱還原氯化法煉鋁的原理。

　　1 常見的煉鋁方法

　　1.1酸法

　　非鋁土礦原料的共同特點是含有很高的氧化硅，用酸法處理這些原料原則上是合理的。根據所用的無機酸種類的不同，酸法生產氧化鋁有各種不同的方案，但它們有著共同的特點，具有類似的生產過程，其中包括礦石的預處理(焙燒和磨細)，用酸溶出(使氧化鋁轉變為可溶性的無機酸鋁鹽)，溶出液除鐵，鋁鹽的分解和氫氧化鋁鍛燒以及酸的回收等。不少國家高硅含鋁原料進行了包括鹽酸、硫酸、硝酸以及其它酸法流程的研究。也有人對一些國家用各種酸法處理不同原料時的原材料及能量消耗、單位產品的成本和投資進行了估算，并對未來酸法的工業應用作出了樂觀的估計。但酸法目前還處于試驗階段，有待改進和完善。

　　1.2高壓水化學法

　　此法是上世紀五十年代原蘇聯學者發明的，它是一種用濕法處理高硅含鋁原料生產氧化鋁的新方法，即以石灰或高濃度堿液處理，再經蒸發、結晶等得到產品。對這一方法的物理化學原理和工藝己經洲行了長期、廣泛的研究，取得了重大進展。

　　高壓水化學法與燒結法相比有許多優點：避開了投資大、能耗高的燒結過程，在適當的條件下溶出，可獲得高的Al2O3和Na2O溶出率，不用消耗優質煤，有利于環境保護。根據半工業試驗結果進行的技術經濟比較表明：能耗、投資與產品成本都比采用燒結法顯著降低。但這一方法還存在不少缺點，尚需研究改進。

　　1.3還原焙燒法

　　這種方法是目前工業上綜合處理明礬石的唯一方法。明礬石經脫水及還原焙燒脫出SO3后，再用拜爾法處理，產品為氧化鋁、硫酸鉀和硫酸。

　　由于我國的鋁土礦絕大部分屬于高鋁、高硅難溶的一水硬鋁石型，鋁硅比中等偏低的特點，不能經濟地采用國外常規拜耳法生產氧化鋁，而大部分只能采用堿石灰燒結法和混聯法生產氧化鋁的工藝技術，這兩種生產方法與國外處理高品位鋁土礦的常規拜耳法比較，存在以下缺點:單位產品的綜合能耗高，工藝流程長，建設投資大。對于大、中型氧化鋁廠建設工程，混聯法單位產品的建設比常規拜耳法高很多，隨著我國鋁土礦品位的逐步下降以及能源價格的不斷上漲，現有的混聯法廠的技術經濟指標將逐步惡化，制造成本將相應提高。我國混聯法氧化鋁廠近年來均采用大量高品位的民采礦，導致采富棄貧，資源浪費嚴重。隨著生產的不斷發展，高品位礦石也將很快用完，預計僅能維持幾年的時間。若采用低品位礦將使現在鋁廠生產能力大幅度下降，成本升高，經濟效益惡化。上述缺點使我國氧化鋁工業在國際上競爭力不強，進而對其生存與發展提出了挑戰。且隨著能源價格的不斷上漲和鋁土礦品位的逐年下降，這種挑戰將變得日趨嚴重。 2真空碳熱還原氯化法煉鋁原理

　　借助于鋁的低價化合物高溫穩定，低溫分解得到金屬鋁和鋁的三價化合物的特性，在鋁土礦與焦炭的反應系統中通入三氯化鋁的氣體，此時鋁土礦、焦炭、與三氯化鋁反應，得到一氯化鋁(AlCl)，得到的一氯化鋁在反應系統中溫度較低的部分分解得到金屬鋁和三氯化鋁，三氯化鋁經過收集可以循環使用，即在整個反應系統中三氯化鋁僅僅起到了將鋁土礦中三氧化鋁直接碳還原的媒介作用，但由于它的存在使還原反應溫度大大下降，而且可以得到比較純的金屬鋁，從而使從鋁土礦直接碳還原生產金屬鋁的過程成為可能。由于本原理中高溫下形成低價氯化鋁的反應是一個氣體體積增大的反應，因此可以選擇在真空下進行，這樣可使該步反應容易進行。同時選擇在真空下進行煉鋁的研究，主要還有以下一些原因：

　�。�1）該法煉鋁機理的第一步是氣體體積增加的反應(Al2O3+AlC13氣+3C……3AlCl氣+3CO氣)，從1個體積的氣體變到6個體積，因此降低反應系統的壓力(真空下)會大大有利于反應進行，低價鋁化合物分解碳熱還原氧化鋁或鋁土礦的反應分為兩步，第一步為高溫下氧化鋁與碳及高價鋁的化合物反應生成鋁的低價化合物，第二步為所得到的鋁的低價化合物在低溫下分解得到金屬鋁。

　�。�2）由于是在真空下進行的，整個過程所產生的尾氣排放方向控制容易，因此污染的控制也就容易，最終可以成為一個低污染的過程；

　�。�3）由于反應系統是在不斷抽真空的條件下進行的，因此系統中的氣體流速非常大，一氯化鋁分解得到的液態金屬鋁可以很快與系統中存在的氣體(一氧化碳，三氯化鋁)分開，避免金屬鋁與這些氣體發生反應，引起金屬鋁的損失及純度的降低。

　�。�4）通過對碳熱還原氯化法煉鋁所需理論電耗的計算可知道，碳熱還原氯化法煉鋁較目前的其他煉鋁方法在能耗方面有較大的優勢。

　�。�5）鋁土礦中的其它成分如氧化鐵、氧化欽、氧化硅等，由于不會發生生成氣體的反應，因此只能留在爐渣中，而在真空狀態下進行可讓反應溫度較常壓狀態下低，且AlCl氣體的氣流方向一定，使AlCl的冷凝分解點容易控制，從而實現從鋁土礦一步得到金屬鋁的可能，而且由于其它成分留在爐渣中，因此得到的金屬鋁有很高的純度。

　　結語

　　隨著我國鋁土礦品位的逐步下降以及能源價格的不斷上漲，制造成本將相應提高，同時，高品位礦石也將很快用完，若采用低品位礦將使現在鋁廠生產能力大幅度下降，成本升高，經濟效益惡化。文章所述這種煉鋁方法可以改變傳統的金屬鋁的生產工藝，是一種很大的改革，因此對該法的研究是很有開發價值和應用前景的。

【真空碳熱還原氯化法煉鋁原理分析論文】相關文章：

稅收籌劃原理及運用分析論文02-17

制鹽企業的節電原理分析論文02-21

（熱）管理學原理的論文05-20

經濟法的權利本位分析論文03-11

層次分析法的物流企業決策研究論文02-18

分析經濟轉型與低碳經濟間的關系論文02-19

歐盟碳排放交易體系的核心制度分析論文11-21

鋼琴熱現象研究分析論文03-11

管理學原理的論文05-16

編碼原理課程改革論文03-19