專利名稱：：一種用煤炭還原氧化鋁制備金屬鋁的方法
技術領域：
：本發明屬于熱還原法生產金屬鋁的
技術領域：
，特別是提供了一種用煤炭還原氧化鋁制備金屬鋁的方法。二
背景技術：
：隨著金屬鋁應用領域的不斷擴大，對金屬鋁的需求也在不斷增加。目前，金屬鋁的生產方法主要是冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法。熔融鹽電解是以高純氧化鋁為原料，碳為陰、陽極，在熔融狀態下通入直流電進行電解，陰極得到液體金屬鋁沉積，陽極放出C02。熔鹽電解法是目前金屬鋁生產的成熟工藝，但是其也存在許多缺點。比如對原料氧化鋁的純度要求較高、電能消耗較大等等。有很多研究者對碳熱還原制備金屬鋁進行研究。Motzfddt在1989年提出碳熱還原制備金屬鋁的研究分為兩個方向一是以碳為還原劑直接還原氧化鋁獲取金屬鋁；另一個方向是碳熱還原獲取金屬鋁的合金Ginsberg和Sparwald在1965年《碳熱還原冶煉鋁反應中的鋁-碳系統》(Beitr3gezurAluminumgewinnungdurchCarbothermisheRedutionAlumiumoxidsunterbesondereBerg(icksichtungdesSystemsAluminum-Kohlenstoff.Aluminum41，4118M1193.)中詳細描述了以上的兩個研究方向。Alcoa公司是最早采用碳熱還原法制備金屬鋁的公司之一。Foster在1956年和1958年《氧化鋁和碳反應中Al203-ALA相圖》和美國專利2829961(Foster,L.M.，Long,G.,Hunter,M.S.,1956.Reactionsbetweenaluminumoxideandcarbon.TheAI2O3—AI4C3phasediagram.JournaloftheAmericanCeramicSociety39，1—11.USPatent2,829,961April8,1958)對碳熱還原反應進行了如下的描述在反應的過程中熔融的金屬鋁相浮在鋁的碳氧化合物上，當冷卻熔融的碳化沉積物如碳化鋁時，碳化物可以通過加入助溶劑和熔融的金屬鋁分離開。由于該方法的成本上較電解法還高，所以沒有運用到實際的生產中。通過研究和實踐，人們發現通過碳熱還原反應獲取金屬鋁需要通過兩步。Alcoa和Reynolds公司都贊同這種新提法。Alcoa公司采用鼓風爐使用兩步法從完全熔融的氧化鋁和碳的熔鹽中獲取金屬鋁。第一步，碳和部分氧化鋁反應生成碳化物；第二步，提高溫度或者將第一步生成的熔鹽轉移到一個更高溫度的反應器中，這樣即能增加碳化物的含量也能是反應器中的物料充分反應生成熔融的金屬鋁和CO氣體。Reynolds公司對他們的工藝也進行了像Alcoa公司那樣的改進，Reynolds公司利用的原理為，在相對低溫的條件下反應生成碳氧鋁化合物后，再在高溫條件下反應生成金屬鋁。Reynolds公司采用工藝的這兩個過程是在同一個爐子內循環發生，輸送含碳的金屬和含氧的金屬僅僅在特定的一段時間。三
發明內容本發明的目的在于提供一種碳熱還原生產金屬鋁的方法，以工業純氧化鋁為提取金屬鋁的原料，煤炭為還原劑，在氬氣保護、2000。C250(TC條件下，通過碳熱還原過程使氧化鋁中的元素鋁被還原成蒸氣，冷凝后制得結晶良好的固體金屬鋁，工藝流程見附圖l。其按以下步驟完成(1)分別將原料氧化鋁和還原劑煤炭破磨至粒徑小于200目；所述的原料氧化鋁為工業純氧化鋁其主要成分重量百分比為A120390-92%，Si020.61-2.0%;所述的還原劑煤炭主要成分重量百分比為C63-70%，Si0211-15%;(2)以反應(a)中氧化鋁摩爾化學當量的0.81.5倍配入還原劑煤炭，反應原料中添加Si02作為添加劑，其質量為氧化鋁與煤炭總量的2~8%,混合均勻，得到氧化鋁煤炭和二氧化硅的混合原料；Al203+3C=2Al+3CO(g)(a)(3)將上述混合原料，以10Mpa50Mpa壓力壓制成圓柱形塊;所述的壓塊為15-20XI0-15mm的柱體；(4)塊狀原料裝入高頻感應爐中，氬氣保護、溫度20002500'C的條件下還原熔煉0.5~2.5小時；(5)降至室溫，開爐得到純度大于80%的金屬鋁。本發明與公知技術相比的優點及積極效果本發明采用碳還原時，以二氧化硅作為添加劑，通過控制反應物料中Si02量只需一次升溫過程，而后自然冷卻就能得到金屬鋁，簡化碳熱還原反應的步驟；本發明僅僅利用高頻感應爐就實現了還原出金屬單質鋁，降低了對設備的要求；還原劑為煤炭價格低廉、易得。四圖1是工藝流程圖。五具體實施例方式本發明所釆用工業氧化鋁、煤炭及添加劑中主要成分重量百分比的含量如表1表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例1將1摩爾(以AW)3計算)的工業純氧化鋁(35g)與0.9摩爾(以C計算)的煤炭(10.8g)混合均勻，原料中含Si02的質量1.3g占總反應原料質量的2.1%，lOMPa壓力下壓制成塊，裝入高頻感應爐，開啟感應爐，升溫至200(TC時，還原熔煉2小時，降至室溫，打開感應爐，從石墨坩堝上取n^得到的金屬，通過X射線衍射分析，確定為金屬鋁，其純度>80%實施例2將1摩爾(以A1203計算)的工業純氧化鋁與1摩爾(以C計算)的煤炭(12g)混合均勻，反應物工業純氧化鋁和煤炭中的Si02的質量為1.52g添加0.36gSi02，則含&02的質量百分數為4%，25MPa壓力下壓制成塊，裝入高頻感應爐，開啟感應爐，升溫至2500'C時，還原熔煉l小時，降至室溫，打開感應爐，從石墨坩堝上取下得到的金屬，通過X射線衍射分析，確定為金屬鋁，其純度>卯％。實施例3將1摩爾(以A1203計算)的工業純氧化鋁，1.25摩爾(以C計算)的煤炭(15g)混合均勻，反應物工業純氧化鋁和煤炭中的Si02的質量為1.75g，添加125gSi02則含Si02的質量百分數為4%。50MPa壓力下壓制成塊，裝入高頻感應爐，開啟感應爐，升溫至200(TC時，還原熔煉1.5小時，降至室溫，打開感應爐，從石墨坩堝上取下得到的金屬，通過X射線衍射分析，確定為金屬鋁，其純度>65%。權利要求1、一種用煤炭還原氧化鋁制備金屬鋁的方法，其特征在于其按以下步驟完成，1)分別將原料氧化鋁和還原劑煤炭破磨至粒徑小于200目；2)以反應中氧化鋁摩爾化學當量的0.8～1.5倍配入還原劑煤炭，反應原料中添加SiO2作為添加劑，其添加量為氧化鋁與煤炭總量的2～8％，混合均勻，得到氧化鋁煤炭和二氧化硅的混合原料；3)將上述混合原料，以10Mpa～50Mpa壓力壓制成圓柱形壓塊；4)塊狀原料裝入高頻感應爐中，控制溫度2000～2500℃的條件下還原熔煉0.5～2.5小時；5)降至室溫，開爐得到純度大于80％的金屬鋁。2、根據權利要求1所述的用煤炭還原氧化鋁制備金屬鋁的方法，其特征在于所述的原料氧化鋁為工業純氧化鋁其主要成分重量百分比為A120390-92%，Si020.61-2.0%;所述的還原劑煤炭主要成分重量百分比為C63-70%，Si0211-15%。3、根據權利要求1所述的用煤炭還原氧化鋁制備金屬鋁的方法，其特征在于所述的壓塊為15-20X10-15mm的柱體。全文摘要本發明涉及一種碳熱還原直接獲取金屬鋁的方法，以工業純氧化鋁為提取金屬鋁的原料，煤炭碳為還原劑，二氧化硅為反應的添加劑。在常壓、高頻感應爐內2000℃～2500℃條件下，還原熔煉0.5～2.5小時。通過碳熱還原過程使氧化鋁中的元素鋁還原成單質，冷凝后制得結晶良好的固體金屬鋁。工藝流程簡單，原料價格低廉、易得，過程中僅需加入二氧化硅作添加，整個反應過程在保護氣氛中進行，且對環境污染較小，設備和工藝得到簡化。文檔編號C22B5/00GK101358289SQ200810058949公開日2009年2月4日申請日期2008年9月25日優先權日2008年9月25日發明者劉大春,劉永成,周曉奎,徐寶強,戴永年,濤曲,斌楊,駿楊,汪鏡福,蔣文龍,郁青春,馬文會申請人:昆明理工大學