真空下低價二氯化鋁生成及其分解熱力學簡化研究

2010-02-14 劉永成 昆明理工大學真空冶金國家工程實驗室

  對不同壓力下三氧化二鋁與碳、氯化鋁在低價氯化物法煉鋁過程中生成低價二氯化鋁及低價二氯化鋁分解的熱力學條件進行簡化計算。研究得出:在100 kPa 時,三氧化二鋁與還原劑碳反應在1896 K以上才能生成低價二氯化鋁;而當系統壓力在100~10 Pa 內時,溫度在1294~1396 K 以上就可以生成低價二氯化鋁;在壓力為105~10 Pa 范圍,1195~829 K 以下都可以進行二氯化鋁的岐化分解,而且溫度降低,溫度越低,歧化分解越容易進行,且簡化計算與實驗事實更接近。

  三氧化二鋁被炭還原與三氯化鋁反應,在高溫下既生成氣態的AlCl, 也生成氣態的二氯化鋁,生成二氯化鋁(AlCl2)的反應以及低價二氯化鋁(AlCl2)歧化分解反應未見進行熱力學的報道。

  本文采用“物質吉布斯自由焓函數法”討論其生產及分解的熱力學。

1、基本反應原理和計算公式

  還原劑碳、氯化鋁與鋁土礦中的三氧化二鋁反應,在高溫下生成氣態的低價二氯化鋁(AlCl2)的反應以及氣態的低價化合物歧化分解反應如下:

4AlCl3(g)+Al2O3(s)+3C(s) =6AlCl2(g)+3CO(g)(1)
3AlCl2(g)= 2AlCl3(g)+Al(s,l ) (2)

  依據如下公式:

  限于篇幅,文章中間章節的部分內容省略,詳細文章請郵件至作者索要。

4、結論

  (1) 在常壓下,三氧化二鋁、碳與三氯化鋁反應生成低價二氯化鋁(AlCl2)所需的最低溫度為1896 K,當體系內殘壓為102~10 Pa 時,反應最低溫度為1294~1396 K。隨著壓力降低,反應溫度也降低,壓力降低的幅度越大反應所需的溫度降低也越顯著。

  (2) 在常壓下,二氯化鋁發生岐化分解反應的最高溫度為1195 K ,殘余壓力在100~10 Pa范圍,溫度低于829~888 K 以下都可進行。與三氧化二鋁反應、炭與三氯化鋁反應生成一氯化鋁(AlCl)的反應溫度和分解溫度相比,在鋁制備過程中,二氯化鋁先生成以及后分解。