[發(fā)明專利]一種金屬鋁的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710846616.4
• 申請(qǐng)日: 2017-09-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107746972A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳秀敏;王家駒;李高鋒;周志強(qiáng);楊斌;徐寶強(qiáng);郁青春;劉大春;馬文會(huì);戴永年;蔣文龍;鄧勇;熊恒;吳鑒;龍萍;楊佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C22B21/00
• 分類號(hào): C22B21/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及有色金屬冶煉技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬鋁的制備方法。

背景技術(shù)

鋁是目前僅次于鐵的第二大類金屬，并且已經(jīng)擁有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地殼中鋁含量約為8.8%，與其他常用金屬不同的是，鋁被發(fā)現(xiàn)的時(shí)間并不長(zhǎng)。這是因?yàn)殇X是一種非常活潑的金屬，具有與氧強(qiáng)烈反應(yīng)的傾向，在空氣中鋁的表面常生成一層連續(xù)而致密的薄膜，起到使鋁不再繼續(xù)氧化的作用，所以在自然界不存在游離態(tài)的鋁，這也是鋁具有良好抗蝕性的原因。

鋁具有密度小、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、抗蝕性良好等突出優(yōu)點(diǎn)，又能與許多金屬形成優(yōu)質(zhì)鋁基輕合金，因此鋁在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)上應(yīng)用較為廣泛，主要用于建筑、交通、工程與電纜、包裝等其它領(lǐng)域。鋁的應(yīng)用主要有兩種形式：純鋁和鋁合金。

目前，世界上工業(yè)化煉鋁工藝通常分為兩個(gè)步驟：首先，采用拜耳法從鋁土礦提煉氧化鋁。用含鋁的氫氧化鈉溶液將礦石進(jìn)行浸出，浸出液結(jié)晶沉淀出氫氧化鋁，進(jìn)而得到氧化鋁。而后，采用霍爾-埃魯法制備原鋁，將溶解于熔融冰晶石中的氧化鋁進(jìn)行電解，提煉出金屬鋁。而該提煉鋁過(guò)程存在工藝流程繁多、基建設(shè)備投資大、能耗高、有溫室氣體及全氟碳化物(PFCs)的排出等缺點(diǎn)。

為避免上述問(wèn)題，對(duì)于金屬鋁的提取研究開(kāi)始轉(zhuǎn)向以氮化鋁為原料。目前，從氮化鋁中提取金屬鋁的研究主要集中于電解法和熱分解法。

Rhamdhani等人指出理論上，在700℃時(shí)氮化鋁可以分解為鋁和氮，且氮化鋁的分解電壓為0.75V，此分解電壓比AlCl₃(l)，Al₂S₃(s)和Al₂O₃(s)在相同的溫度下分解電壓都要低。因此從熱力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，電解具有良好的潛力，可用于從氮化鋁中提取鋁，但面臨的主要問(wèn)題是很難找到一種適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)來(lái)溶解非常穩(wěn)定的AlN(s)。Bonomi等人對(duì)660~700℃(Li₃N-LiCl)電解液的溶解度和AlN的熔鹽電解進(jìn)行了有限的研究。Goto等人使用LiCl-KCl-Li₃N熔鹽體系在鋁基板上沉積AlN薄膜。Yan等人在1133k溫度下CaCl₂-NaCl熔體中進(jìn)行了直接電化學(xué)還原氮化鋁實(shí)驗(yàn)，最后在陰極板上觀察到純鋁液滴，但這個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程只有3~5%的產(chǎn)量。

專利201510334601.0公開(kāi)了一種用氧化鋁碳熱氮化真空熱分解金屬鋁的制備方法。該專利在立式真空爐內(nèi)向氧化鋁中加入碳，然后混合均勻得到混合物料，將混合物料壓制成塊狀，在通入氮?dú)狻毫?0~50Pa、溫度1300~1700℃的條件下還原得到氮化鋁；將得到的氮化鋁在壓力為5~60Pa、溫度為1850~2050K的條件下進(jìn)行熱分解反應(yīng)20~60min，然后冷卻至室溫，在冷凝器上收集得到結(jié)晶良好的金屬鋁，但該專利制備得到金屬鋁純度與直收率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種的金屬鋁的制備方法，本發(fā)明主要利用真空熱分解反應(yīng)制備金屬鋁，本發(fā)明制備的金屬鋁的純度和直收率都比較高。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：首先在壓力為7.5～30Pa的真空條件下，將氮化鋁依次進(jìn)行第一加熱、第二加熱、第三加熱和第四加熱，第四加熱至終點(diǎn)溫度，然后將物料從終點(diǎn)溫度開(kāi)始進(jìn)行第一次降溫，并保溫，然后進(jìn)行 第二次降溫，從而得到金屬鋁。

本發(fā)明中金屬鋁的制備方法，具體操作如下：

（1）在壓力為7.5～30Pa的真空條件下，將氮化鋁依次進(jìn)行第一加熱、第二加熱、第三加熱和第四加熱，其中第一加熱至第一溫度為700~800℃，第二加熱至第二溫度為1100~1200℃，第三加熱至第三溫度為1400~1500℃，第四加熱至終點(diǎn)溫度為1650~1670℃，其中第一加熱的升溫速率為60~80℃/min，第二加熱的升溫速率為45~50℃/min，第三加熱的升溫速率為15~20℃/min，第四加熱的升溫速率為10~15℃/min，氮化鋁發(fā)生真空熱分解反應(yīng)，生成鋁蒸汽和氮?dú)猓?!-- SIPO -->

（2）然后將步驟（1）所得物料從終點(diǎn)溫度開(kāi)始進(jìn)行第一次降溫，降溫至1550~1650℃并保溫，保溫的時(shí)間為10~30min；

（3）將步驟（2）保溫結(jié)束后的物料進(jìn)行第二次降溫，降溫至100℃以下，從而得到金屬鋁。

所述第一降溫產(chǎn)生較大的溫度差，有利于產(chǎn)物鋁的富集，所述第一降溫及保溫過(guò)程中，氮化鋁繼續(xù)熱分解，生成的部分鋁蒸汽開(kāi)始冷凝。

所述第二次降溫可采用隨爐冷卻的方法，將熱分解反應(yīng)生成的鋁蒸汽冷凝為金屬鋁。