SiO2在真空低價氟化法煉鋁過程的分布
熱力學(xué)研究得出: 當(dāng)系統(tǒng)殘余壓力為100~ 10 Pa 時, 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。實驗考察了真空低價氟化法煉鋁過程中SiO2 的分布。XRD 表明: SiO2 在低價氟化法煉鋁過程中有五種走向: (1) 被還原成SiC, 存在于殘渣相;(2) 被還原為單質(zhì)硅, 再與還原出的鐵生成硅鐵, 存在于殘渣相; (3) SiO2 與冰晶石生成鋁硅酸鹽進入氣相中; (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 進入冷凝相; (5) 形成氣態(tài)低價氧化硅, 再在合適溫度下分解為單質(zhì)硅進入冷凝相。
我國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] 。我國鋁土礦資源的特點決定了使其具有脫硅難度較大的選礦特性[3- 4] 。經(jīng)過選礦學(xué)者幾十年的探索和研究, 開發(fā)了多種鋁土礦脫硅的方法。我國在高硅硬鋁石脫硅主要在化學(xué)脫硅、生產(chǎn)過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。中科院過程工程研究所采用亞熔鹽技術(shù)對難溶性、一水硬鋁石提取工藝進行了相關(guān)研究, 大幅度降低溶出操作的工藝條件、設(shè)備費用和能耗。
采用人為調(diào)整溶液中SiO2 過飽和度的方式進行了中低品位鋁土礦溶出過程中硅溶出抑制的研究[4] 。文獻[6-8] 報道了真空低價法提取金屬鋁和SiO2在低價法煉鋁過程中生成低價氧化硅進入氣相, 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, 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, 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) 實驗結(jié)論: 在低價氟化鋁歧化分解法煉鋁過程中, 鋁土礦中的SiO2 的主要走向為: 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, 存在于殘渣中, 不影響鋁的質(zhì)量; SiO2 與碳生成氣態(tài)低價氧化硅, 在較低溫度區(qū)域歧化分解為單質(zhì)硅, 進入了冷凝金屬鋁中; 1400度 時礦石中的氧化硅與氧化鋁、冰晶石生成Al2SiO5,Al4SiC4, Na2Si3O7 等化合物, 為實驗提供溫度依據(jù);生成的低價氧化硅與被氧化的氧化鋁及冰晶石生成了鋁硅酸鈉進入冷凝相中; 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題有待于進一步深入研究。
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