[发明专利]一种碳热还原制备金属铝的方法

说明书

本发明提供了一种碳热还原制备金属铝的方法，属于金属材料制备技术领域。本发明通过氧化铝与碳在1550～1650℃进行碳热还原，并通过控制保护性气流及反应仓与收集仓的分离，控制生成的气态铝在收集仓形核和富集为液态铝，避免无保护气流控制下气态铝冷凝过程生成的冷凝物分散度高导致的氧化问题，并可抑制碳热还原过程低价氧化铝气体的生成，从而有效避免了低价氧化铝气体冷凝过程的歧化反应，及低价氧化铝气体与一氧化碳气体生成碳化铝及碳氧化铝的弊端，进而提高了金属铝的直收率和纯度。实验结果表明，本发明提供的方法简单，能耗低，铝的直收率高，生产的金属铝纯度高。

技术领域

本发明涉及金属材料制备技术领域，具体涉及一种碳热还原制备金属铝的方法。

背景技术

铝是目前仅次于钢铁的第二大类金属，具有密度低、抗腐蚀性能优良、导热导电性好、弹性模量高等优点，拥有广阔的应用领域：铝以其在空气中的稳定性和经阳极处理后极佳的外观被广泛应用在建筑业；铝具有密度低，且高强度、塑性好，可用于加工成各种型材；铝具有优良导电性和导热性等优点，被广泛应用于航空航天以及军工等领域；铝还被广泛应用于汽车制造，集装箱运输，日常用品，家用电器，机械设备等方面。

金属铝常通过提炼技术制备，常见的提炼技术有电热法、电解法和直接碳热还原法。电热法是一种通过电热的途径还原铝化合物以制取纯金属铝的方法。电热法存在着电耗高，提炼产品纯度低的弊端，只能适应于电价便宜的地区。电解法是目前铝生产领域中唯一的商业方法，需采用自耗碳阳极。但是电解法会产生大量赤泥无法处理，并且还会产生全氟碳化物气体，具有高污染、高能耗的弊端，并且生产出的金属铝中杂质不易脱出。

直接碳热还原法通过在高温条件下利用碳把金属从金属氧化物中直接还原出来，具有流程短、节能的优点，受到广泛关注。但氧化铝直接碳热还原反应中如果不加保护性气体控制还原生成的金属铝与生成的碳化铝、碳氧化铝等物质混合在一起难于分离一直制约着该方法的推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳热还原制备金属铝的方法。本发明提供的方法能耗低，生产温度低，对环境污染显著减小。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳热还原制备金属铝的方法，包括以下步骤：

(1)将氧化铝粉、碳粉和水混合后进行压制，得到压坯；

(2)将所述压坯置于反应仓中，在1～10Pa条件下将所述压坯升温至800℃；再向反应仓中通入保护性气体，同时通过压力控制装置控制反应仓内压强，当反应仓内压强达到100～500Pa后升温至1550～1650℃进行碳热还原反应，生成的气态铝在保护性气流的作用下在收集仓中富集，得到液态金属铝；

所述收集仓和反应仓通过管道连通。

优选的，所述收集仓位于反应仓的下部；所述保护性气体的通入口位于压坯正上方14～16cm。

优选的，所述步骤(2)中两次升温的速率独立地为5～30℃/min。

优选的，所述步骤(2)中保护性气体的流量为2～5.2L/min。

优选的，所述步骤(2)中保护气体包括氮气和/或氩气。

优选的，所述步骤(2)中碳热还原反应的为60～180min。

优选的，所述步骤(1)中氧化铝粉和碳粉的质量比为7:(3～5)；水的质量与氧化铝粉和碳粉总质量的比为1：(8～10)。

优选的，所述氧化铝粉和碳粉的粒径独立在50目以下。

优选的，从化学成分上，所述碳粉为焦碳、石油焦和焦煤中的一种或多种。

优选的，所述步骤(1)中压制的压力为5～10MPa。