熱力學(xué)研究得出: 當(dāng)系統(tǒng)殘余壓力為100~ 10 Pa 時(shí), SiO2 與碳反應(yīng)在1465~ 1353 K 以上即可生成Si 和CO; 在1329~ 1225 K 以上即可生成SiC 和CO; SiO2 和還原劑碳及氟化鋁在1464~ 1353 K 以上反應(yīng)生成SiF4 和CO 及鋁。實(shí)驗(yàn)考察了真空低價(jià)氟化法煉鋁過(guò)程中SiO2 的分布。XRD 表明: SiO2 在低價(jià)氟化法煉鋁過(guò)程中有五種走向: (1) 被還原成SiC, 存在于殘?jiān)��?(2) 被還原為單質(zhì)硅, 再與還原出的鐵生成硅鐵, 存在于殘?jiān)��? (3) SiO2 與冰晶石生成鋁硅酸鹽進(jìn)入氣相中; (4) SiO2 與冰晶石生成氣態(tài)SiF4 , 再與冰晶石分解的氟化鈉形成Na2SiF6 進(jìn)入冷凝相; (5) 形成氣態(tài)低價(jià)氧化硅, 再在合適溫度下分解為單質(zhì)硅進(jìn)入冷凝相。

　　我國(guó)鋁土礦資源雖然豐富, 但主要是一水硬鋁石型礦物, 大多數(shù)礦物中SiO2 含量較高, 提取難度大, 不宜采用拜耳法工藝^{[1- 2]} 。我國(guó)鋁土礦資源的特點(diǎn)決定了使其具有脫硅難度較大的選礦特性^{[3- 4]} 。經(jīng)過(guò)選礦學(xué)者幾十年的探索和研究, 開(kāi)發(fā)了多種鋁土礦脫硅的方法。我國(guó)在高硅硬鋁石脫硅主要在化學(xué)脫硅、生產(chǎn)過(guò)程脫硅和選礦脫硅方面取得了重大科技成果^[5] , 其中燒結(jié)法是高能耗的化學(xué)脫硅; 生產(chǎn)過(guò)程脫硅包括: 高壓脫硅、中壓脫硅、常壓脫硅、深度脫硅、連續(xù)脫硅等。目前, 我國(guó)采用的鋁土礦選礦預(yù)脫硅方法主要有物理選礦、化學(xué)選礦和生物選礦。中科院過(guò)程工程研究所采用亞熔鹽技術(shù)對(duì)難溶性、一水硬鋁石提取工藝進(jìn)行了相關(guān)研究, 大幅度降低溶出操作的工藝條件、設(shè)備費(fèi)用和能耗。

　　采用人為調(diào)整溶液中SiO2 過(guò)飽和度的方式進(jìn)行了中低品位鋁土礦溶出過(guò)程中硅溶出抑制的研究^[4] 。文獻(xiàn)^[6-8] 報(bào)道了真空低價(jià)法提取金屬鋁和SiO2在低價(jià)法煉鋁過(guò)程中生成低價(jià)氧化硅進(jìn)入氣相, 再歧化分解為硅和氧化硅。

　　SiO2 是困擾鋁工業(yè)現(xiàn)工藝和生產(chǎn)成本的最主要的因素之一, 在新法煉鋁工藝中是否同樣受到SiO2的困擾。本文用鋁土礦為原料考察SiO2 在真空低價(jià)氟化物法提取鋁中的分布。

1、熱力學(xué)研究

3、結(jié)論

　　(1) 熱力學(xué)結(jié)論: 在100 kPa 時(shí), SiO2 與還原碳反應(yīng), 在1952 K 以上生成Si 和CO, 在1780 K 以上才能生成SiC 和CO; 當(dāng)系統(tǒng)殘余壓力為100~ 10 Pa 內(nèi)時(shí), 在1465~ 1352 K 以上即可生成Si 和CO, 在1329~ 1225 K 以上即可生成SiC 和CO, 在1464~ 1353 K以上即可生成SiF, 在1062~ 979 K 以上即可生成SiF2, 在814~ 746 K 以上即可生成SiF4。

　　(2) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論: 在低價(jià)氟化鋁歧化分解法煉鋁過(guò)程中, 鋁土礦中的SiO2 的主要走向?yàn)? 氧化硅與碳及鐵的氧化物生成了單質(zhì)硅、碳化硅以及硅鐵等非氣態(tài)成分, 存在于殘?jiān)��? 不影響鋁的質(zhì)量; SiO2 與碳生成氣態(tài)低價(jià)氧化硅, 在較低溫度區(qū)域歧化分解為單質(zhì)硅, 進(jìn)入了冷凝金屬鋁中; 1400度 時(shí)礦石中的氧化硅與氧化鋁、冰晶石生成Al2SiO5,Al4SiC4, Na2Si3O7 等化合物, 為實(shí)驗(yàn)提供溫度依據(jù);生成的低價(jià)氧化硅與被氧化的氧化鋁及冰晶石生成了鋁硅酸鈉進(jìn)入冷凝相中; 原料中的氧化硅與冰晶石生成了SiF4 氣體, 再與冰晶石分解產(chǎn)物氟化鈉, 形成了Na2SiF6 進(jìn)入冷凝相中與金屬鋁共存。如何控制冷凝的硅、鋁硅酸鈉與冷凝金屬鋁分離等問(wèn)題有待于進(jìn)一步深入研究。

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