二氧化硅在真空低价法制备铝过程中的歧化行为研究

本文引入"物质吉布斯自由能函数法"讨论在低价氟化法制备铝过程中,二氧化硅在不同压力和温度下生成低价氧化硅及其分解的热力学条件并进行了实验验证。研究得出:在100kPa时,二氧化硅与还原剂碳反应在1937K以上才能生成低价氧化硅;而当系统残余压力在100Pa～10Pa内时,在1463K～1352K以上即可以生成低价氧化硅;体系压力在100Pa～10Pa范围内,即低价氧化硅歧化分解温度在1535K～1415K间进行。实验结论:采用真空碳热还原铝土矿实验,在系统压力为150Pa,反应温度为1450℃时,得到含硅为4.87%的金属铝,铝纯度达到95.13%。实验验证了理论研究的正确性,为生产工艺的研究提供了热力学理论依据和实验基础。

SiO_2在真空低价氟化法炼铝过程的分布

热力学研究得出：当系统残余压力为10010 Pa时,SiO2与碳反应在14651353 K以上即可生成Si和CO;在13291225 K以上即可生成SiC和CO;SiO2和还原剂碳及氟化铝在14641353 K以上反应生成SiF4和CO及铝。实验考察了真空低价氟化法炼铝过程中SiO2的分布。XRD表明：SiO2在低价氟化法炼铝过程中有五种走向：（1）被还原成SiC,存在于残渣相;（2）被还原为单质硅,再与还原出的铁生成硅铁,存在于残渣相;（3）SiO2与冰晶石生成铝硅酸盐进入气相中;（4）SiO2与冰晶石生成气态SiF4,再与冰晶石分解的氟化钠形成Na2SiF6进入冷凝相;（5）形成气态低价氧化硅,再在合适温度下分解为单质硅进入冷凝相。