專利名稱：熱還原法生產金屬鋁的制作方法
技術領域：
本發明屬于鋁冶金的技術領域，具體是一種將鋁的氯化物或氟化物通過熱還原生產金屬鋁的方法。
鋁是地殼中分布最廣的元素之一，金屬鋁具有密度小，導電性良好，抗腐蝕性，足夠的機械強度以及很大的塑性的優異性質。這些特性使純的金屬鋁及鋁基合金具有十分廣泛的用途。例如在電工工業上用純鋁制造電纜、電線、匯流板電容器、整流器等。鋁的導電能力雖然只有銅的65％，但是，鋁比銅輕，按照同樣的導電能力計算，用鋁量只有用銅量的46％，所以用鋁更合算。由于高純鋁的抗腐能力很強，在化工機械制造方面得到廣泛應用，用來制造日用儀表，并在食品工業上用作食品包裝材料。在各個工業領域中鋁合金都有著廣泛的用途，其中包括航空工業、汽車工業、運輸機械制造工業以及工業和民用建筑。就生產規模而言，鋁已居各種有色金屬的首位。鋁的發展速度很快，全世界的鋁產量每10年增加1倍。
1886年法國埃魯和美國霍爾同時提出的埃魯—霍爾法至今并無原則上的改動，它是把氧化鋁溶解在熔融的冰晶石中用電解法煉鋁。這是長期以來生產鋁的唯一方法。由于電解鋁的生產過程是一個消耗巨量電能的過程，因此電耗大，成本高，使鋁的生產受到局限。
本發明的目的是提供一種不消耗電能，生產成本低，操作方法簡單，高效且經濟的鋁金屬的生產方法。
首先，要實現本發明的目的，必須使用廉價的金屬鈉、鉀。本發明是使用熱還原方法制得的、價格大大低于現在市場價格的金屬鈉、鉀作為還原劑。
一、本發明的技術方案之一以鋁的氯化物為原料1、按化學反應計量，將氯化鋁、金屬鈉或鉀分別裝入二個密閉的容器中，并在容器外加熱，使其產生蒸氣，隨后將兩種蒸氣都導入同一個反應器中，并在反應器外加熱，加熱溫度700-900℃，使兩種蒸氣在反應器中發生瞬間反應，其化學反應式為
2、反應生成液態鋁和氯化鈉，因兩者比重不同而分層，鋁的比重大，可從反應器的下部引出，經冷卻收集，即得產品；
3、反應生成的氯化鈉可以用于制作還原劑金屬鈉，不斷循環使用，損耗僅5％左右，可供補充使用。
二、本發明的技術方案之二以鋁的氟化鹽為原料1、按化學反應計量，將氟化鋁或者是氟鋁酸鈉，金屬鈉或鉀分別裝入二個密閉的容器中，并在容器外加熱，使其產生蒸氣，隨后將兩種蒸氣都導入同一個反應器中，并在反應器外加熱，加熱溫度900-1000℃，使兩種蒸氣在反應器中發生瞬間反應，其化學反應式為
2、反應生成液態鋁和氟化物，因比重不同或熔點不同，形成分層或可進行固液分離，冷卻收集金屬鋁。
本發明突破了傳統的生產方法，不消耗電能，生產工藝流程短，簡便易行，不污染環境，投資小經濟效益顯著。
實施例1先將氯化鋁132公斤，金屬鈉69公斤，分別裝入二個密閉容器中，并在容器外加熱，使其產生蒸氣，隨后將兩種蒸氣都導入同一個反應器中，在反應器外加熱，加熱溫度800℃，使兩種蒸氣在反應器中發生瞬間反應。
反應生成液態鋁和氯化鈉，因兩者比重不同而分層，鋁的比重大，可從容器的下部引出，經冷卻收集，即得27公斤金屬鋁。
實施例2先將氟化鋁84公斤，金屬鉀120公斤，分別裝入二個密閉容器中，并在容器外加熱，使其產生蒸氣，隨后將兩種蒸氣都導入同一個反應器中，并在反應器外加熱，加熱溫度1000℃，使兩種蒸氣在反應器中發生瞬間反應。
反應生成液態鋁和氟化物，反應生成液態鋁和氟化物，因比重不同分層，冷卻收集金屬鋁。
實施例3先將210公斤氟鋁酸鈉，金屬鈉69公斤，分別裝入二個密閉容器中，并在容器外加熱，使其產生蒸氣，隨后將兩種蒸氣都導入同一個反應器中，并在反應器外加熱，加熱溫度900℃，使兩種蒸氣在反應器中發生瞬間反應。
反應生成液態鋁和固體氟化物，進行固液分離，并冷卻收集金屬鋁。
權利要求
1.一種生產金屬鋁的熱還原方法，其特征在于以鋁的氯化物為原料，以金屬鈉或鉀或鈣為還原劑，并采用以下工藝步驟①按化學反應計量，將氯化鋁、金屬鈉或鉀分別裝入二個密閉的容器中，并在容器外加熱，使其產生蒸氣，隨后將兩種蒸氣都導入同一個反應器中，在反應器外加熱，加熱溫度700-900℃，使兩種蒸氣在反應器中發生瞬間反應；②反應生成液態鋁和氯化鈉，因兩者比重不同而分層，鋁的比重大，可從反應器的下部引出，經冷卻收集，即得產品；③反應生成的氯化鈉可以用于制作還原劑金屬鈉，不斷的循環使用。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于將氯化鋁132公斤，金屬鈉69公斤，分別裝入二個密閉容器中，并在容器外加熱，使其產生蒸氣，隨后將兩種蒸氣都導入同一個反應器中，并在反應器外加熱，加熱溫度800℃，使兩種蒸氣在反應器中發生瞬間反應；反應生成液態鋁和氯化鈉，因兩者比重不同而分層，鋁的比重大，可從容器的下部引出，經冷卻收集，即得27公斤金屬鋁。
3.一種生產金屬鋁的熱還原方法，其特征在于以鋁的氟化鹽為原料，以金屬鈉或鉀或鈣為還原劑，并采用以下工藝步驟①按化學反應計量，將氟化鋁或者是氟鋁酸鈉，金屬鈉或鉀分別裝入二個密閉的容器中，并在容器外加熱，使其產生蒸氣，隨后將兩種蒸氣都導入同一個反應器中，在反應器外加熱，加熱溫度900-1000℃，使兩種蒸氣在反應器中發生瞬間反應。②反應生成液態鋁和氟化物，因比重不同分層，或因熔點不同進行固液分離冷卻收集金屬鋁。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于將氟化鋁84公斤，金屬鉀120公斤，分別裝入二個密閉容器中，并在容器外加熱，使其產生蒸氣，隨后將兩種蒸氣都導入同一個反應器中，在反應器外加熱，加熱溫度1000℃，使兩種蒸氣在反應器中發生瞬間反應。反應生成液態鋁和氟化鉀，其因比重不同分層，冷卻收集金屬鋁。
5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于將210公斤氟鋁酸鈉，金屬鈉69公斤，分別裝入二個密閉容器中，并在容器外加熱，使其產生蒸氣，隨后將兩種蒸氣都導入同一個反應器中，在反應器外加熱，加熱溫度900℃，使兩種蒸氣在反應器中發生瞬間反應。反應生成液態鋁和固體氟化鈉，可進行固液分離，并冷卻收集金屬鋁。
全文摘要
本發明公開了一種生產金屬鋁的熱還原方法。系采用鋁的氯化物或者鋁的氟化鹽為原料,例如以三氯化鋁或氟化鋁或氟鋁酸鈉為原料;采用金屬鈉或鉀為還原劑。將鋁鹽和還原劑分別裝入二個密閉容器中,并在容器外加熱,使其產生蒸氣,隨后將兩種蒸氣都導入同一個反應器中,在反應器外加熱,加熱溫度800—1000℃,收集并冷卻反應生成的液態鋁,即得產品。本發明突破了傳統的生產方法,不消耗電能,生產工藝流程短,簡便易行,不污染環境,投資小,經濟效益顯著。
文檔編號C22B21/00GK1196398SQ9711011
公開日1998年10月21日 申請日期1997年4月12日 優先權日1997年4月12日
發明者鐘正偉 申請人:鐘正偉