[发明专利]一种室温下还原制备金属铝的方法

说明书

本发明涉及一种室温下还原制备金属铝的方法，该方法是在惰性气体保护下，通过电解得到具有强还原性的Zintl中间产物，同时使所述Zintl中间产物与无水铝盐接触以对铝离子进行还原得到金属铝，所述Zintl中间产物通式为：(TBA⁺)₂Bi₂^2‑。该方法不但避免了高温高压下冶炼单质铝的条件苛刻问题，成功在常温低压条件下，通过安全可控的电化学的方法获得单质铝；而且工艺步骤简单、原料成本低、耗时短。

技术领域

本发明涉及金属铝的制备领域，更具体地，涉及一种室温下还原制备金属铝的方法。

背景技术

铝是元素周期表第三周期ⅢA族元素。元素符号Al，原子序数13，原子量26.98164。铝原子的电子构型为1s²2s²2p⁶3s²3p¹。原子半径0.143nm，离子半径0.057nm。铝是一种轻金属，具有银白色的金属光泽，是一种优良的导电材料，铝的导电性能仅次于金、铂、铬、铜和汞，铝的纯度越高其导电性能越好。由于金属铝及其合金具有许多优良性能，而且铝的资源又很丰富，因此，铝工业自问世以来发展十分迅速。Aluminium一词从明矾衍生而来，古罗马人称明矾为Alumen。1746年Pott从明矾制取一种金属氧化物。Marggraf认为粘土和明矾中含有同一种金属氧化物。1876年Morvean称此种氧化物为Alumine(英文为Alumina)。1807年英国Davy试图用电解法从氧化铝中分离出金属，未成功。1808年他称呼此种拟想中的金属为Aluminium。以后沿用此名。

从那时起，化学家开始认识到，氧化铝是一种从未见过的金属氧化物，并开始投入精力从氧化铝中分离其中的金属铝。金属铝的冶炼始于十八世纪，至今金属铝的冶炼史可以分为三个阶段：活泼金属置换法、熔盐电解法、碳热还原法。当今金属铝的工业化生产方法为氧化铝—冰晶石熔盐电解法即霍尔—埃鲁法。

申请公开号为CN102218545B(申请号为CN201110142205.X)的中国发明专利申请公开了一种制备纳米铝的方法。具体步骤如下：(1)在惰性气体保护的情况下，将原料无水无机铝盐化合物、氢化锂铝、和非氧化性有机磷以及非氧化性有机溶剂加入反应器中，采用搅拌或超声的方法把原料分散到非氧化性有机溶剂中；(2)在搅拌的条件下把反应器温度缓慢提升至140-200℃，反应过程中不断通入惰性气体，反应时间为5分钟-2小时，升温速率控制在0.5-10℃/分钟；反应过程中保持搅拌并不断通入惰性气体，直到反应结束，在保持通入惰性气体的条件下降温；(3)将反应产物取出后离心处理，把上清液倒掉后加入非氧化性有机溶剂洗涤反应产物多次，最后得到的产物真空干燥后密封保存。该方法涉及一种制备纳米级铝的方法,利用化学方法,主要是采用热分解铝化合物的方法来制备纳米铝所制得的纳米铝粒径为10-100nm,该发明具有低成本安全性高、操作简便、产品粒度可控的优点；但是，过程比较复杂繁琐。

2009年，蒋等提出了一种常压下碳热还原氧化铝炼铝的方法(蒋文龙.氧化铝碳热还原制备金属铝的研究[D]昆明理工大学，2009)。具体步骤如下：(1)按一定比例将氧化铝、还原剂混合均匀、干燥后，用液压压片机将物料用6MPa的压力压制成块状物料；(2)将(1)中干燥、压成块状的物料称量质量以后置入反应坩埚内，按从内到外的顺序安装实验设备；(3)设备安装完毕以后，检查石英管的密封性。确定石英管具有良好的气密性后，开始通入保护气体氢气；(4)通入氢气十分钟后，打开高频感应炉水冷系统开始升温。升温的过程以电流的大小控制升温的速率，升温过程保持均匀速率；(5)当温度升达到一定的值后，经过一定时间的保温缓慢降温，直至关闭加热电源；(6)待温度降至室温时，关闭冷却水、保护气体，取出反应坩埚得到单质铝。该方法利用氧化铝作为铝源，木炭和煤炭作为还原剂，通过碳热还原的方法得到了铝单质。虽然在一定程度上能够得到铝单质，但是实验过程中对温度要求比较高(约1300℃以上)。