[发明专利]热还原法生产金属铝

说明书

本发明属于铝冶金的技术领域，具体是一种将铝的氯化物或氟化物通过热还原生产金属铝的方法。

铝是地壳中分布最广的元素之一，金属铝具有密度小，导电性良好，抗腐蚀性，足够的机械强度以及很大的塑性的优异性质。这些特性使纯的金属铝及铝基合金具有十分广泛的用途。例如：在电工工业上用纯铝制造电缆、电线、汇流板电容器、整流器等。铝的导电能力虽然只有铜的65％，但是，铝比铜轻，按照同样的导电能力计算，用铝量只有用铜量的46％，所以用铝更合算。由于高纯铝的抗腐能力很强，在化工机械制造方面得到广泛应用，用来制造日用仪表，并在食品工业上用作食品包装材料。在各个工业领域中铝合金都有着广泛的用途，其中包括航空工业、汽车工业、运输机械制造工业以及工业和民用建筑。就生产规模而言，铝已居各种有色金属的首位。铝的发展速度很快，全世界的铝产量每10年增加1倍。

1886年法国埃鲁和美国霍尔同时提出的埃鲁—霍尔法至今并无原则上的改动，它是把氧化铝溶解在熔融的冰晶石中用电解法炼铝。这是长期以来生产铝的唯一方法。由于电解铝的生产过程是一个消耗巨量电能的过程，因此电耗大，成本高，使铝的生产受到局限。

本发明的目的是提供一种不消耗电能，生产成本低，操作方法简单，高效且经济的铝金属的生产方法。

首先，要实现本发明的目的，必须使用廉价的金属钠、钾。本发明是使用热还原方法制得的、价格大大低于现在市场价格的金属钠、钾作为还原剂。

一、本发明的技术方案之一：以铝的氯化物为原料

1、按化学反应计量，将氯化铝、金属钠或钾分别装入二个密闭的容器中，并在容器外加热，使其产生蒸气，随后将两种蒸气都导入同一个反应器中，并在反应器外加热，加热温度700-900℃，使两种蒸气在反应器中发生瞬间反应，其化学反应式为：

2、反应生成液态铝和氯化钠，因两者比重不同而分层，铝的比重大，可从反应器的下部引出，经冷却收集，即得产品；

3、反应生成的氯化钠可以用于制作还原剂金属钠，不断循环使用，损耗仅5％左右，可供补充使用。

二、本发明的技术方案之二：以铝的氟化盐为原料

1、按化学反应计量，将氟化铝或者是氟铝酸钠，金属钠或钾分别装入二个密闭的容器中，并在容器外加热，使其产生蒸气，随后将两种蒸气都导入同一个反应器中，并在反应器外加热，加热温度900-1000℃，使两种蒸气在反应器中发生瞬间反应，其化学反应式为：

2、反应生成液态铝和氟化物，因比重不同或熔点不同，形成分层或可进行固液分离，冷却收集金属铝。

本发明突破了传统的生产方法，不消耗电能，生产工艺流程短，简便易行，不污染环境，投资小经济效益显著。

实施例1：

先将氯化铝132公斤，金属钠69公斤，分别装入二个密闭容器中，并在容器外加热，使其产生蒸气，随后将两种蒸气都导入同一个反应器中，在反应器外加热，加热温度800℃，使两种蒸气在反应器中发生瞬间反应。

反应生成液态铝和氯化钠，因两者比重不同而分层，铝的比重大，可从容器的下部引出，经冷却收集，即得27公斤金属铝。

实施例2：

先将氟化铝84公斤，金属钾120公斤，分别装入二个密闭容器中，并在容器外加热，使其产生蒸气，随后将两种蒸气都导入同一个反应器中，并在反应器外加热，加热温度1000℃，使两种蒸气在反应器中发生瞬间反应。

反应生成液态铝和氟化物，反应生成液态铝和氟化物，因比重不同分层，冷却收集金属铝。

实施例3：

先将210公斤氟铝酸钠，金属钠69公斤，分别装入二个密闭容器中，并在容器外加热，使其产生蒸气，随后将两种蒸气都导入同一个反应器中，并在反应器外加热，加热温度900℃，使两种蒸气在反应器中发生瞬间反应。

反应生成液态铝和固体氟化物，进行固液分离，并冷却收集金属铝。