[发明专利]低价氟化物歧化分解提取铝的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种低价氟化物歧化分解提取铝的方法，属于真空冶金技术领域。

二、背景技术

回顾铝的生产历程，目前铝冶炼工艺虽然有了迅猛发展，但仍然存在消耗大量的原材料，生产每吨铝需要的钢材量就13.3t(对于320A的电解槽而言)，需要600kg碳阳极，电能消耗巨大，电解铝生产的电能耗平均每吨还在1.4-1.5万千瓦时，每吨电解铝电力成本约7000元，占生产成本六成左右，能量利用率相当低，不到50％；电解铝工业对环境最主要的影响是大气污染，目前沿用的霍尔—埃鲁特融盐电解法生产工艺，生产原料在950℃～970℃熔融电解过程中因分解、挥发、渗透与扬散，将产生很多含有HF、C₂F₄、C₂F₆、SO₂、H₂S、苯并芘的有害气体，温室气体和含氟、氧化铝、碳的粉尘，生产1吨电解铝将直接排放二氧化碳约12吨、二氧化硫92.5Kg等等问题，使铝业的发展受到严重限制。并且我国铝土矿质量不高，98％以上为一水硬铝矿(国外以三水铝石型为主)，造成铝的成本高。所以探寻一种既经济又合理的炼铝方法是当今铝业界最活跃的研究课题之一。为了解决铝业发展的瓶颈，在最近数十年内，人们研究了各种炼铝新方法，利用低价化合物法提取铝有一定的研究。其中专利号为ZL200510011067.6的“真空炭热还原炼铝的方法”和专利号为ZL20052009985.9的“一种直接从铝土矿中提炼铝的真空炉”是利用低价氯化铝的生成及其歧化分解用氧化铝或铝土矿为原料提取金属铝的专利。它与国外氯化的专利一样，所用的氯化剂是三氯化铝。公开号为CN1756852是美国阿尔科公司的“通过碳热还原氧化铝生产铝的办法与反应器”和公开号为CN101233081是澳大利亚瑟米克尔IP公司“碳热法”以及公开号为CN1898402是美国美铝公司等“使用选择的碳与在碳热还原生产铝中的A1₂O和Al蒸气反应的方法”，另外，公开号为CN101023190也是美国美铝公司等提出“使用具有炉内温度控制的单一炉碳热还原的方法”。这些发明都是利用碳热还原氧化铝生成铝的方法或设备，没有涉及到歧化分解的原理。

三、发明内容

1)本发明的目的是提供一种低价氟化物歧化分解提取铝的方法。采用氧化铝、工业氧化铝或铝土矿为原料，辅以煤或焦炭为还原剂，再用工业冰晶石或工业氟化铝作氟化剂，在内热式真空炉内，控制压力为10～500Pa间和温度在1300℃～1700℃内，反应时间60-120min的条件下得到AlF，控制冷凝区域温度600℃～900℃范围内，AlF歧化分解为金属铝和三氟化铝，获得的金属铝纯度为92.5％以上。三氟化铝的回收率达到78％以上。

本发明通过以下的技术方案实现：

1、以工业氧化铝为原料

1)备料：以工业氧化铝为原料，煤为还原剂，冰晶石或三氟化铝为氟化剂，工业氧化铝与过量1.5～3倍的煤混合均匀，磨碎至0.1-0.5mm，压制成直径为5～10×5～20mm的团块，称取工业氧化铝中氧化铝质量3-5倍氟化剂备用；

2)真空冶炼：将备好的氟化剂置入真空炉石墨坩埚的底部，再把压制好的团块置于坩埚的中部，再放上多层冷凝盘于坩埚上部，密闭抽真空至10-25Pa，升温至400-600℃，恒温30分钟，继续升温使反应坩埚的温度达到1300℃～1700℃，冶炼时间为60-120分钟，此过程中底部的氟化剂变成三氟化铝气体与团块反应，得到一氟化铝和一氧化碳气体，一氟化铝气体在真空炉顶部抽真空的情况下，沿着置于坩埚上的蒸发冷凝盘，从下往上走，在温度大于600℃低于900℃的冷凝盘上发生歧化分解反应，得到液态的金属铝和三氟化铝气体，液态的金属铝收集在相应温度的蒸发冷凝盘上；反应完成后，停止加热，待炉温冷到室温时，停止抽真空，待炉内压力达到正常压时，开炉，从冷凝盘上分别收集到三氟化铝和金属铝，氟化物回收循环利用。

2、以铝土矿为原料时，

1)备料：工艺及条件与以工业氧化铝为原料时相同；

2)真空冶炼：将备好的氟化剂置入真空炉石墨坩埚的底部，再把压制好的团块置于异型坩埚的中部，再放上多层冷凝盘于坩埚上部，密闭抽真空至50-150Pa，升温至反应坩埚的温度达到1300℃或以上，冶炼时间为60-120分钟，一氟化铝气体在温度大于600℃低于900℃的冷凝盘上发生歧化分解反应，得到液态的金属铝和三氟化铝气体，液态金属铝收集在相应温度的冷凝盘上。