氧化铝还原-氯化-歧化制备金属铝粉的基础研究

The traditional method of preparation of metal aluminium powder is gas atomization with raw material metal aluminum. In this project a new method of carbothermic reduction alumina-AlCl3 chlorination-AlCl disproportionation is put forward to produce metal powder with raw material alumina. AlCl3 chlorination is a selection process to the product of alumina carbothermic reduction, and a small amount of non-aluminum components is left in the residues. AlCl disproportionation is a multiphase reaction process. The metal aluminium regulation of particle size is realized by changing the nucleation conditions. .In this project the thermodynamics, kinetics and reaction mechanism of alumina carbon reduction will be studied. AlCl3 solid sublimation, condensing, chlorination mechanism and the effect of temperature and vacuum degree will be investigated. At the same time, AlCl polymerization, disproportionation and the influence on the aluminum powder particle size caused by temperature and diffusion of gas path will be studied. All of done is to find the restrictive link to realize high-purity ultrafine aluminum powder preparation of metal. On the base of this research, the carbothermic reduction alumina, AlCl3 chlorination and AlCl disproportionation process can be improved and optimized. This project is effective to rich and promote the traditional metal aluminium preparation technology for its high efficiency and energy saving.

传统的金属铝粉制备方法是以金属铝为原料，采用气雾化法制备。项目提出以氧化铝为原料，采用氧化铝碳热还原-AlCl3氯化-AlCl歧化分解制备超细高纯金属铝粉的新方法。AlCl3氯化是对氧化铝碳热还原产物的选择过程，能够将少量非铝成分遗留在残渣中；AlCl歧化分解是多相反应过程，通过改变形核条件，实现对金属铝粉粒径的调控。本研究对丰富和提升传统的金属铝粉制备工艺，实现制备过程高效、环保具有重要意义。.拟研究真空下氧化铝碳热还原反应热力学和反应动力学行为，氧化铝碳热还原反应机理；AlCl3固体升华与冷凝特性、氯化反应机理，温度、真空度AlCl3氯化反应的影响；AlCl聚合、歧化分解反应机理，以及温度、气体扩散路径对铝粉粒径的影响。寻找氧化铝碳热还原、AlCl3氯化、AlCl歧化分解反应过程的限制性环节，实现高纯超细金属铝粉的制备。在此研究的基础上，完善和优化工艺流程。

雾化法是制备金属铝粉的主要方法。金属铝熔融后与高速气流相互作用形成细小液滴，在凝固成粉末的过程中，铝液中的杂质也会一起进入到铝粉中，要提高铝粉的纯度，必须要用精铝或高纯铝做原料。本项目以氧化铝为原料，通过碳热还原、氯化、歧化的方法直接制备得到金属铝粉，简化了金属铝粉的制备工，对于促进我国有色金属产业的发展具有重要意义。. 氧化铝碳热还原过程是氧化铝晶格结构发生变化的过程，AlCl3氯化得到AlCl气体阶段，是对氧化铝碳热还原产物的选择过程，将少量非铝成分如Fe、Si等遗留在残渣中，过程本身具有提纯作用；AlCl歧化分解得到金属铝，通过改变体系温度、压力条件，控制金属铝形核粒径。项目研究发现，在50～100Pa、1773K时，在氧化铝碳热过程中生成的CO随着反应时间的增加而不断减少，氧化铝碳热还原生成Al4O4C与Al4C3且生成量随着反应时间的增加而增加，Al4O4C逐渐碳热转化为Al4C3，Al2O3碳热还原反应体系生成以下化合物或单质的顺序为Al4O4C，Al4C3，Al2OC，Al2O和Al；在氯化反应过程中，体系中CO的浓度并没有随着氯化反应的进行而增加；在Al4C3与AlCl3 (g)发生反应后，物料中C的含量增加，生成的絮状的C包裹着未反应完全的Al4C3颗粒，气相中的低价氯化铝可形成[AlCl]n团簇，然后发生歧化分解，在冷凝器中得到金属铝粉。冷凝器内的温度梯度对铝蒸气的冷凝有重要的作用，并且在相同的直径及高度的冷凝器中，温度梯度约1.4K/mm时可以制得铝珠，温度梯度约19.5K/mm时制得铝粉。. 通过项目研究，发表学术论文10篇，其中SCI收录4篇，EI收录4篇，获授权专利2件，出版专著1部；培养毕业硕士生4人，项目组所在团队获全国专业技术人才先进集体和云南省科技进步一等奖各一项，参加国内外学术会议7人次，提高了项目组成员的科研业务能力。