引入"物質吉布斯自由能函數法"討論在低價氟化法制備鋁過程中,二氧化硅在不同壓力和溫度下生成低價氧化硅及其分解的熱力學條件并進行了實驗驗證.研究得出:在100kPa時,二氧化硅與還原劑碳反應在1937K以上才能生成低價氧化硅;而當系統(tǒng)殘余壓力在100Pa～10Pa內時,在1463K～1352K以上即可以生成低價氧化硅;體系壓力在100Pa～10Pa范圍內,即低價氧化硅歧化分解溫度在1535K～1415K間進行.實驗結論:采用真空碳熱還原鋁土礦實驗,在系統(tǒng)壓力為150Pa,反應溫度為1450℃時,得到含硅為4.87%的金屬鋁,鋁純度達到95.13%.實驗驗證了理論研究的正確性,為生產工藝的研究提供了熱力學理論依據和實驗基礎.
自從1939 年維爾穆(Ch. B. Willmore) 發(fā)現(xiàn)低價氟化物以來,很多研究者就不斷對低價鹵化物分解法進行研究。依據鹵化試劑的不同又分為低價氟化物法和低價氯化物法等。國內對低價化合物法提取鋁也有了一定的研究。其中低價氟化物分解法從氧化鋁和鋁土礦中制備鋁的研究也取得了一定的進展 ,采用鋁土礦為原料,其中的二氧化硅能否發(fā)生類似的反應,即在高溫下生成氣態(tài)的低價氧化硅(SiO) ,低價氧化硅在低溫下分解為二氧化硅和單質硅,未見到報道。本文分析了低價氧化硅生成及其歧化分解的熱力學并進行了實驗驗證。
結論
(1) 熱力學結論:在100kPa 時,二氧化硅與還原劑碳反應,在1937K以上才能生成低價氧化硅;而當系統(tǒng)殘余壓力在100Pa ～10Pa 內時, 在1463K～1352K 以上即可以生成低價氧化硅;形成低價氧化硅后進行歧化分解反應,體系壓力在100Pa～10Pa范圍內,即歧化分解溫度在1535K～1415K間進行。
(2) 實驗結論:采用真空碳熱還原實驗,鋁土礦為原料,在系統(tǒng)壓力為150Pa ,反應溫度為1450 ℃時,得到含硅為4.87%的金屬鋁, 鋁純度達到95.13 %。
(3) 在利用低價氟化鋁制備鋁的過程中,如果原料中含有二氧化硅,生成低價氧化硅是不可避免的,但其分解條件與氣態(tài)低價氟化鋁分解(100Pa～10Pa時1075.71K～985.63K) 條件不同,通過控制分解冷凝條件可以控制硅不與鋁共存,從而可以提高金屬鋁的純度,為下一步用鋁土礦提取鋁實驗研究提供重要的基礎數據。
