化學(xué)冶煉法制備金屬鋁等m單質(zhì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種冶煉制備各種金屬與非金屬單質(zhì)的通用型的方法，尤其涉及一種通過化學(xué)反應(yīng)冶煉制備金屬鋁或非金屬磷的合成技術(shù)路線及其方法，采用該合成技術(shù)路線可以制備幾乎所有的金屬單質(zhì)或非金屬單質(zhì)，典型的有鋁、鉛、鎂、鋅、鈣、鐵、銅、錫、鎳、鈦、硅、碳、硫、磷等等，與傳統(tǒng)的冶煉制備各種金屬單質(zhì)或非金屬單質(zhì)的技術(shù)路線及其方法相比較，本發(fā)明申請的技術(shù)路線及其方法，較大的降低了冶煉的溫度，節(jié)省了從礦石至M單質(zhì)的整個(gè)冶煉制備過程的步驟，一般可降低生產(chǎn)成本20％～90％，不產(chǎn)生二氧化碳和一氧化碳廢氣，從根本上解決了傳統(tǒng)冶煉法能耗高、二氧化碳和一氧化碳廢氣排放量大的問題，屬于一種綠色、環(huán)保的冶煉法。
【專利說明】化學(xué)冶煉法制備金屬鋁等M單質(zhì)
一、【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種冶煉制備各種金屬與非金屬單質(zhì)的通用型的方法，尤其涉及一種通過化學(xué)反應(yīng)冶煉制備金屬鋁或非金屬磷的合成技術(shù)路線及其方法，采用該合成技術(shù)路線可以制備幾乎所有的金屬單質(zhì)或非金屬單質(zhì)，典型的有鋁、鉛、鎂、鋅、鈣、鐵、銅、錫、鎳、鈦、硅、碳、硫、磷等等，與傳統(tǒng)的冶煉制備各種金屬單質(zhì)或非金屬單質(zhì)的技術(shù)路線及其方法相比較，本發(fā)明專利申請的技術(shù)路線及其方法，較大的降低了冶煉的溫度，節(jié)省了從礦石至M單質(zhì)的整個(gè)冶煉制備過程的步驟，一般可降低生產(chǎn)成本20%~90%，不產(chǎn)生二氧化碳和一氧化碳廢氣，從根本上解決了傳統(tǒng)冶煉法能耗高、二氧化碳和一氧化碳廢氣排放量大的問題，屬于一種綠色、環(huán)保的冶煉法。
二、【背景技術(shù)】
[0002]近期，本 申請人:發(fā)明了以二氧化碳或一氧化碳與水或甲醇為原料合成乙烯或乙炔的技術(shù)，該技術(shù)中常涉及使用鋁粉或鋅粉裂解水制氫轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁或氫氧化鋅的步驟，然而，現(xiàn)實(shí)中鋁粉和鋅粉的價(jià)格是氫氧化鋁和氫氧化鋅的3~5倍，也是乙烯或乙炔產(chǎn)品價(jià)格的2~3倍，這個(gè)問題已經(jīng)成為以二氧化碳為碳源，以水為氫源合成乙烯產(chǎn)品的技術(shù)路線產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的致命障礙，沒有一個(gè)企業(yè)愿意用高價(jià)位的原料去生產(chǎn)低價(jià)位的產(chǎn)品，故本 申請人:必須進(jìn)一步開發(fā)以Al (OH)3或Zn(OH)2為原料制備Al或Zn的配套技術(shù)。通過仔細(xì)研究傳統(tǒng)的冶煉制備鋁單質(zhì)的方法后，令人驚異的是迄今為止，全世界冶煉鋁的工業(yè)行業(yè)仍然采用一百年前的兩個(gè)在 校大學(xué)生發(fā)明的電解冶煉法制鋁的技術(shù)路線，竟然還沒發(fā)現(xiàn)有實(shí)施其它第二種工業(yè)制鋁的方法的報(bào)道。然而，電解冶煉法制鋁的電能消耗量和二氧化碳排放量巨大，致使鋁的價(jià)格偏高，而且致使現(xiàn)在的中國鋁業(yè)的整個(gè)行業(yè)巨額虧損。
[0003]傳統(tǒng)的電解冶煉鋁的工藝技術(shù)路線是以氧化鋁作為電解鋁的原料，而制備氧化鋁的原料又是氫氧化鋁。由于氫氧化鋁的熱穩(wěn)定性較差，不能直接作為電解法高溫制鋁的原料，必須配套建立將氫氧化鋁煅燒為氧化鋁的步驟或生產(chǎn)過程，由此增加了制鋁的生產(chǎn)成本。本 申請人:正是利用了 Al (OH) 3加熱分解的不穩(wěn)定性，發(fā)明了以Al (OH) 3直接作為原料一步法合成金屬鋁單質(zhì)的技術(shù)路線，不僅實(shí)現(xiàn)了一種非電解冶煉法制鋁，而且省去了將氫氧化鋁煅燒為氧化鋁的生產(chǎn)過程，節(jié)能降耗、減少污染的效果十分明顯。
[0004]本發(fā)明專利申請的技術(shù)路線的原理來源于題名為“C02和CO的脫氧自偶聯(lián)反應(yīng)”的論文(見申請?zhí)枮?01210336204.3的發(fā)明專利)，即在強(qiáng)堿、弱親核性以及較低溫度的化學(xué)環(huán)境中，C-O鍵不能轉(zhuǎn)化為C = O鍵，Al-O鍵也難以轉(zhuǎn)化為Al = O鍵，而且堿性越強(qiáng)，親核性越小，溫度越低，脫氧自偶聯(lián)的速度相對越快，例如，本 申請人:將Al (OH) 3 (A1-0鍵)放置在強(qiáng)堿性的離子液體中，加熱至其分解，沒發(fā)現(xiàn)有Al2O3(Al = O鍵)的產(chǎn)物，主要產(chǎn)物為金屬鋁單質(zhì)，并且進(jìn)一步的小試證明，雖然鋁可以與氫氧化鈉水溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，但基本上不與熔融無水的氫氧化鈉反應(yīng)，由此就發(fā)現(xiàn)了以Al (OH)3直接作為原料一步法制備金屬鋁的合成技術(shù)路線，迄今，還未發(fā)現(xiàn)有關(guān)該技術(shù)路線的文獻(xiàn)和信息的報(bào)道。
[0005]本 申請人:進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，幾乎絕大部分的金屬氫氧化物或非金屬氫氧化物都存在類似于Al (OH)3的熱分解不穩(wěn)定性，所以，在此說明書中，以M代表各種金屬或非金屬元素，本 申請人:發(fā)明了以Μ(0Η)η(η = I~10)為原料一步法制備M單質(zhì)的通用型的技術(shù)路線及其方法。
[0006]我們由中學(xué)時(shí)代的化學(xué)原理可知，鹵化鹽或硫酸鹽，比如氯化鋅、氯化鎂、氯化鐵等與NaOH反應(yīng)生成Zn (OH) 2、Mg (OH) 2、Fe (OH) 3等，硫酸鋅、硫酸鎂、硫酸鐵與NaOH反應(yīng)也生成Zn (OH) 2、Mg (OH) 2、Fe (OH) 3，所以，在此說明書中，本 申請人:也發(fā)明了以MnXm或Mn (S04) m (η或m = I~10)為原料一鍋法制備M單質(zhì)的通用型的技術(shù)路線及其方法。
三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種以M (OH) n或MnXni或Mn (SO4) m (分子通式中η或m = I~10 ;M表示鋁、鉛、鎂、鋅、鈣、鐵、銅、錫、鎳、鈦、硅、碳、硫、磷等所有的金屬單質(zhì)或非金屬單質(zhì)；X表示氧、氟、氯、溴、碘元素)為原料一步合成M單質(zhì)的技術(shù)路線及其方法，與傳統(tǒng)的冶煉制備各種金屬單質(zhì)或非金屬單質(zhì)的技術(shù)路線及其方法相比較，較大的降低了冶煉的溫度，節(jié)省了冶煉的步驟，一般可降低生產(chǎn)成本20%~90%，尤其是不產(chǎn)生二氧化碳和一氧化碳廢氣。
[0008]1、以M(OH)n為原料一步合成M單質(zhì)的技術(shù)路線是如下所述的化學(xué)方程式:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.以M(OH)nS原料一步合成M單質(zhì)的技術(shù)路線，其特征是如下所述的化學(xué)方程式:
2.以氫氧化鋁為原料一步合成金屬鋁的技術(shù)路線，其特征是如下所述的化學(xué)方程式:
3.以MnXm*Mn(S04)m為原料制備M單質(zhì)的技術(shù)路線，其特征是如下所述的化學(xué)方程式:
4.以M(OH)n或MnXni或Mn(SO4)ni為原料制備M單質(zhì)的方法，包括以下次序的幾個(gè)步驟:投入計(jì)算量的無水氫氧化鈉或無水氫氧化鉀或無水氫氧化鋰或它們的無水混合物，或投入常規(guī)的強(qiáng)堿性的離子液體于反應(yīng)釜中，啟動攪拌，加熱至反應(yīng)釜中物料至熔融狀態(tài)，控制溫度160°C~850°C，在真空或隔絕空氣的條件下，緩緩加入計(jì)算量的M(OH)n或MnXm或Mn (SO4)m或招土礦或磷礦石等M礦石的顆粒或粉末,保溫反應(yīng)I~48小時(shí),生成招等M單質(zhì)與NaOH等固體堿的無水混合物，然后將該混合物進(jìn)行固-固分離，得到鋁等M單質(zhì)， 上述分子通式中的M表示鋁、鉛、鎂、鋅、鈣、鐵、銅、錫、鎳、鈦、硅、硫、磷等所有的金屬單質(zhì)和非金屬單質(zhì)，η = I~10, X表示氧、氟、氯、溴、碘元素。
【文檔編號】C22B34/12GK104004924SQ201310084785
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月26日
【發(fā)明者】李堅(jiān) 申請人:李堅(jiān)