化學冶煉法制備金屬鋁等m單質的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種冶煉制備各種金屬與非金屬單質的通用型的方法，尤其涉及一種通過化學反應冶煉制備金屬鋁或非金屬磷的合成技術路線及其方法，采用該合成技術路線可以制備幾乎所有的金屬單質或非金屬單質，典型的有鋁、鉛、鎂、鋅、鈣、鐵、銅、錫、鎳、鈦、硅、碳、硫、磷等等，與傳統的冶煉制備各種金屬單質或非金屬單質的技術路線及其方法相比較，本發明申請的技術路線及其方法，較大的降低了冶煉的溫度，節省了從礦石至M單質的整個冶煉制備過程的步驟，一般可降低生產成本20％～90％，不產生二氧化碳和一氧化碳廢氣，從根本上解決了傳統冶煉法能耗高、二氧化碳和一氧化碳廢氣排放量大的問題，屬于一種綠色、環保的冶煉法。
【專利說明】化學冶煉法制備金屬鋁等M單質
一、【技術領域】
[0001]本發明涉及一種冶煉制備各種金屬與非金屬單質的通用型的方法，尤其涉及一種通過化學反應冶煉制備金屬鋁或非金屬磷的合成技術路線及其方法，采用該合成技術路線可以制備幾乎所有的金屬單質或非金屬單質，典型的有鋁、鉛、鎂、鋅、鈣、鐵、銅、錫、鎳、鈦、硅、碳、硫、磷等等，與傳統的冶煉制備各種金屬單質或非金屬單質的技術路線及其方法相比較，本發明專利申請的技術路線及其方法，較大的降低了冶煉的溫度，節省了從礦石至M單質的整個冶煉制備過程的步驟，一般可降低生產成本20%~90%，不產生二氧化碳和一氧化碳廢氣，從根本上解決了傳統冶煉法能耗高、二氧化碳和一氧化碳廢氣排放量大的問題，屬于一種綠色、環保的冶煉法。
二、【背景技術】
[0002]近期，本 申請人:發明了以二氧化碳或一氧化碳與水或甲醇為原料合成乙烯或乙炔的技術，該技術中常涉及使用鋁粉或鋅粉裂解水制氫轉化為氫氧化鋁或氫氧化鋅的步驟，然而，現實中鋁粉和鋅粉的價格是氫氧化鋁和氫氧化鋅的3~5倍，也是乙烯或乙炔產品價格的2~3倍，這個問題已經成為以二氧化碳為碳源，以水為氫源合成乙烯產品的技術路線產業化開發的致命障礙，沒有一個企業愿意用高價位的原料去生產低價位的產品，故本 申請人:必須進一步開發以Al (OH)3或Zn(OH)2為原料制備Al或Zn的配套技術。通過仔細研究傳統的冶煉制備鋁單質的方法后，令人驚異的是迄今為止，全世界冶煉鋁的工業行業仍然采用一百年前的兩個在 校大學生發明的電解冶煉法制鋁的技術路線，竟然還沒發現有實施其它第二種工業制鋁的方法的報道。然而，電解冶煉法制鋁的電能消耗量和二氧化碳排放量巨大，致使鋁的價格偏高，而且致使現在的中國鋁業的整個行業巨額虧損。
[0003]傳統的電解冶煉鋁的工藝技術路線是以氧化鋁作為電解鋁的原料，而制備氧化鋁的原料又是氫氧化鋁。由于氫氧化鋁的熱穩定性較差，不能直接作為電解法高溫制鋁的原料，必須配套建立將氫氧化鋁煅燒為氧化鋁的步驟或生產過程，由此增加了制鋁的生產成本。本 申請人:正是利用了 Al (OH) 3加熱分解的不穩定性，發明了以Al (OH) 3直接作為原料一步法合成金屬鋁單質的技術路線，不僅實現了一種非電解冶煉法制鋁，而且省去了將氫氧化鋁煅燒為氧化鋁的生產過程，節能降耗、減少污染的效果十分明顯。
[0004]本發明專利申請的技術路線的原理來源于題名為“C02和CO的脫氧自偶聯反應”的論文(見申請號為201210336204.3的發明專利)，即在強堿、弱親核性以及較低溫度的化學環境中，C-O鍵不能轉化為C = O鍵，Al-O鍵也難以轉化為Al = O鍵，而且堿性越強，親核性越小，溫度越低，脫氧自偶聯的速度相對越快，例如，本 申請人:將Al (OH) 3 (A1-0鍵)放置在強堿性的離子液體中，加熱至其分解，沒發現有Al2O3(Al = O鍵)的產物，主要產物為金屬鋁單質，并且進一步的小試證明，雖然鋁可以與氫氧化鈉水溶液反應產生氫氣，但基本上不與熔融無水的氫氧化鈉反應，由此就發現了以Al (OH)3直接作為原料一步法制備金屬鋁的合成技術路線，迄今，還未發現有關該技術路線的文獻和信息的報道。
[0005]本 申請人:進一步研究發現，幾乎絕大部分的金屬氫氧化物或非金屬氫氧化物都存在類似于Al (OH)3的熱分解不穩定性，所以，在此說明書中，以M代表各種金屬或非金屬元素，本 申請人:發明了以Μ(0Η)η(η = I~10)為原料一步法制備M單質的通用型的技術路線及其方法。
[0006]我們由中學時代的化學原理可知，鹵化鹽或硫酸鹽，比如氯化鋅、氯化鎂、氯化鐵等與NaOH反應生成Zn (OH) 2、Mg (OH) 2、Fe (OH) 3等，硫酸鋅、硫酸鎂、硫酸鐵與NaOH反應也生成Zn (OH) 2、Mg (OH) 2、Fe (OH) 3，所以，在此說明書中，本 申請人:也發明了以MnXm或Mn (S04) m (η或m = I~10)為原料一鍋法制備M單質的通用型的技術路線及其方法。
三、
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種以M (OH) n或MnXni或Mn (SO4) m (分子通式中η或m = I~10 ;M表示鋁、鉛、鎂、鋅、鈣、鐵、銅、錫、鎳、鈦、硅、碳、硫、磷等所有的金屬單質或非金屬單質；X表示氧、氟、氯、溴、碘元素)為原料一步合成M單質的技術路線及其方法，與傳統的冶煉制備各種金屬單質或非金屬單質的技術路線及其方法相比較，較大的降低了冶煉的溫度，節省了冶煉的步驟，一般可降低生產成本20%~90%，尤其是不產生二氧化碳和一氧化碳廢氣。
[0008]1、以M(OH)n為原料一步合成M單質的技術路線是如下所述的化學方程式:
[0009]
【權利要求】
1.以M(OH)nS原料一步合成M單質的技術路線，其特征是如下所述的化學方程式:
2.以氫氧化鋁為原料一步合成金屬鋁的技術路線，其特征是如下所述的化學方程式:
3.以MnXm*Mn(S04)m為原料制備M單質的技術路線，其特征是如下所述的化學方程式:
4.以M(OH)n或MnXni或Mn(SO4)ni為原料制備M單質的方法，包括以下次序的幾個步驟:投入計算量的無水氫氧化鈉或無水氫氧化鉀或無水氫氧化鋰或它們的無水混合物，或投入常規的強堿性的離子液體于反應釜中，啟動攪拌，加熱至反應釜中物料至熔融狀態，控制溫度160°C~850°C，在真空或隔絕空氣的條件下，緩緩加入計算量的M(OH)n或MnXm或Mn (SO4)m或招土礦或磷礦石等M礦石的顆粒或粉末,保溫反應I~48小時,生成招等M單質與NaOH等固體堿的無水混合物，然后將該混合物進行固-固分離，得到鋁等M單質， 上述分子通式中的M表示鋁、鉛、鎂、鋅、鈣、鐵、銅、錫、鎳、鈦、硅、硫、磷等所有的金屬單質和非金屬單質，η = I~10, X表示氧、氟、氯、溴、碘元素。
【文檔編號】C22B34/12GK104004924SQ201310084785
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月26日 優先權日:2013年2月26日
【發明者】李堅 申請人:李堅