當(dāng)前鋁工業(yè)生產(chǎn)普遍采用電解法。在電解法不斷被完善的同時(shí),冶金工作者也一直在努力尋求新的鋁的生產(chǎn)方法^[1-4] 。人們很早就發(fā)現(xiàn)了低價(jià)金屬鋁的歧化反應(yīng)現(xiàn)象,在歧化反應(yīng)應(yīng)用于鋁冶金的方面做了許多研究工作^[5-14] 。近年來,真空冶金的推廣使用促使歧化反應(yīng)在鋁冶金中的應(yīng)用再次被重視起來^{[15 - 19 ]} 。真空熱還原-鹵化-歧化反應(yīng)煉鋁的研究取得了一定的成果^[17-19] 。幾種鋁的低價(jià)化合物中氯化物最有應(yīng)用前景。氯化鋁升華點(diǎn)低,可以實(shí)現(xiàn)與鋁的分開冷凝,可能實(shí)現(xiàn)半連續(xù)作業(yè)。且以氯化鋁為氯化劑,可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)作業(yè),理論上氯化鋁在反應(yīng)流程中可以反復(fù)使用。

　　氯化鋁作為一種反應(yīng)物,其分壓是影響真空熱還原-鹵化-歧化反應(yīng)的一個(gè)重要條件。因此,如何控制氯化鋁進(jìn)入反應(yīng)體系的速率也就成為一個(gè)必須要解決的問題。在影響氯化鋁升華速率的可能因素中,溫度是最為重要的一個(gè)條件。前人的文獻(xiàn)中僅見到Philipp Gross 明確指出三氯化鋁的升華溫度選擇為120℃^[5] ,真空技術(shù)網(wǎng)的另外位投稿作者王平艷在操作步驟中提到三氯化鋁升華溫度為183℃^[18] 。本文研究了在一定的其他條件下,溫度對(duì)氯化鋁升華速率的影響規(guī)律。

1、升華實(shí)驗(yàn)

1.1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

　　使用專門為研究真空碳熱還原-鹵化-歧化生產(chǎn)鋁的工藝特別設(shè)計(jì)的三段式加熱的真空實(shí)驗(yàn)爐,如圖1 所示。使得氯化鋁揮發(fā)研究實(shí)驗(yàn)條件與生產(chǎn)鋁工藝研究條件基本一致。

圖1 　真空爐示意圖

　　真空泵功率:0.25kW 　抽速:1L/s 　石墨管內(nèi)徑:25mm

1.2、實(shí)驗(yàn)原料

　　無水氯化鋁:為分析純化學(xué)試劑

1.3、實(shí)驗(yàn)方法

　　把5g無水三氯化鋁加入到最下端的石墨筒中,抽真空至1Pa時(shí),對(duì)最下端石墨件升溫至一定的溫度,保溫一定的時(shí)間,停止加熱,降溫至70℃左右,取出未升華揮發(fā)的無水三氯化鋁,稱重。

　　由于氯化鋁具有強(qiáng)烈的吸水性,附著在石墨件內(nèi)壁的氯化鋁會(huì)吸收空氣中的水分,影響下次的實(shí)驗(yàn)。下次實(shí)驗(yàn)前需對(duì)石墨件在真空條件下升溫至300℃加熱處理,使吸水后的氯化鋁分解、石墨件上吸附的水分揮發(fā)。

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1、三氯化鋁在真空條件下的揮發(fā)規(guī)律

　　無水三氯化鋁在常壓下的升華溫度為183℃,真空條件下其升華溫度降低。我們計(jì)算了在不同的溫度下三氯化鋁的蒸汽壓如表1。

表1 　無水三氯化鋁在不同溫度下的蒸汽壓

　　當(dāng)體系的真空度達(dá)到三氯化鋁的蒸汽壓時(shí),開始升華。從表1 可見,溫度越低,蒸汽壓越低。所以真空度越高,開始升華的溫度越低。真空爐中,無水三氯化鋁在稍高于室溫條件后即開始升華,高于50℃后升華速度加快。我們?cè)诓煌�的溫度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),所得結(jié)果如圖2所示。80℃保溫10min ,升華出去的氯化鋁為52 % ,130 ℃保溫10min ,升華出去的氯化鋁達(dá)68% ,180℃保溫10min,揮發(fā)量已接近80%。所以,在進(jìn)行歧化法煉鋁的研究時(shí),氯化鋁的升華溫度應(yīng)保持在80 ℃左右,根據(jù)所需氯化鋁流量的大小適當(dāng)提高或降低升華溫度。但不應(yīng)該高于130℃、低于50℃。還應(yīng)注意氯化鋁升華時(shí),隨著時(shí)間的延長(zhǎng),升華速率降低。在130 ℃、180 ℃、220 ℃下延長(zhǎng)升華時(shí)間為60min、120min 時(shí)都不能使三氯化鋁升華揮發(fā)完全,殘余三氯化鋁的質(zhì)量都為0.5g。

圖2 　殘余物的質(zhì)量隨升華時(shí)間的變化