二氧化硅在真空低價(jià)法制備鋁過程中的歧化行為研究
引入"物質(zhì)吉布斯自由能函數(shù)法"討論在低價(jià)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(jià)氧化硅及其分解的熱力學(xué)條件并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.研究得出:在100kPa時,二氧化硅與還原劑碳反應(yīng)在1937K以上才能生成低價(jià)氧化硅;而當(dāng)系統(tǒng)殘余壓力在100Pa～10Pa內(nèi)時,在1463K～1352K以上即可以生成低價(jià)氧化硅;體系壓力在100Pa～10Pa范圍內(nèi),即低價(jià)氧化硅歧化分解溫度在1535K～1415K間進(jìn)行.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:采用真空碳熱還原鋁土礦實(shí)驗(yàn),在系統(tǒng)壓力為150Pa,反應(yīng)溫度為1450℃時,得到含硅為4.87%的金屬鋁,鋁純度達(dá)到95.13%.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論研究的正確性,為生產(chǎn)工藝的研究提供了熱力學(xué)理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ).
自從1939 年維爾穆(Ch. B. Willmore) 發(fā)現(xiàn)低價(jià)氟化物以來,很多研究者就不斷對低價(jià)鹵化物分解法進(jìn)行研究。依據(jù)鹵化試劑的不同又分為低價(jià)氟化物法和低價(jià)氯化物法等。國內(nèi)對低價(jià)化合物法提取鋁也有了一定的研究。其中低價(jià)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(jìn)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(yīng),即在高溫下生成氣態(tài)的低價(jià)氧化硅(SiO) ,低價(jià)氧化硅在低溫下分解為二氧化硅和單質(zhì)硅,未見到報(bào)道。本文分析了低價(jià)氧化硅生成及其歧化分解的熱力學(xué)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
結(jié)論
(1) 熱力學(xué)結(jié)論:在100kPa 時,二氧化硅與還原劑碳反應(yīng),在1937K以上才能生成低價(jià)氧化硅;而當(dāng)系統(tǒng)殘余壓力在100Pa ～10Pa 內(nèi)時, 在1463K～1352K 以上即可以生成低價(jià)氧化硅;形成低價(jià)氧化硅后進(jìn)行歧化分解反應(yīng),體系壓力在100Pa～10Pa范圍內(nèi),即歧化分解溫度在1535K～1415K間進(jìn)行。
(2) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:采用真空碳熱還原實(shí)驗(yàn),鋁土礦為原料,在系統(tǒng)壓力為150Pa ,反應(yīng)溫度為1450 ℃時,得到含硅為4.87%的金屬鋁, 鋁純度達(dá)到95.13 %。
(3) 在利用低價(jià)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(jià)氧化硅是不可避免的,但其分解條件與氣態(tài)低價(jià)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(shí)驗(yàn)研究提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
