本發明屬于制備金屬鋁的裝置領域，尤其涉及一種蓄熱式燃氣加熱的真空制備金屬鋁的裝置及系統。

背景技術：

目前，金屬鋁的工業生產方法主要采用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法，以氧化鋁作溶質、冰晶石作溶劑、炭素材料作電極，通入電流，進行電解而得到原鋁。但是，該電解法生產鋁存在以下缺陷：制備過程中需要消耗大量的昂貴原料，導致電解鋁的成本較其它金屬高；鋁電解過程中不僅會排放大量溫室氣體，還會產生大量含氟煙氣，陽極糊燒結產生的瀝青也會揮發，對周圍環境及人體健康造成損害；該電解法每生產噸鋁約耗電13000-15000千瓦?時，成本高。最近數十年，煉鋁新方法主要有常壓碳熱還原法、真空碳熱還原法（包括直接碳熱還原法、真空碳熱還原-硫化法以及真空碳熱還原-鹵化法）、離子液體電沉積法等。但是，上述煉鋁新方法生產鋁存在以下缺陷：常壓碳熱還原法還原溫度高達2000℃以上，需要在高溫的條件下進行，能耗非常高；離子液體電沉積法采用的原料成本高；直接碳熱還原法得到的產物在高溫下相互熔解，難以與渣相分離，幾乎得不到金屬鋁，造成產率低下。因此，如何設計出一種能耗低、金屬鋁的收率和純度高的煉鋁裝置，成為目前急需解決的難題。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的上述難題，本發明提供了一種制備金屬鋁的裝置，該制備金屬鋁的裝置采用蓄熱式燃氣加熱裝置，能夠取代現有電爐來進行真空碳熱還原制備金屬鋁，降低反應過程所消耗的能耗，進而降低真空碳熱還原制備金屬鋁的成本，為工業化的可能性更進一步；該新型燃氣式煉鋁裝置，將金屬鋁與三氯化鋁分別收集，提高了金屬鋁的收率以及金屬鋁的純度；該新型燃氣式煉鋁裝置采用蓄熱式燃燒方式，環狀加熱，反應室內溫度均勻，有利于還原反應的發生。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

本發明提供了一種制備金屬鋁的裝置，包括燃燒系統、反應系統、冷凝系統和真空系統，其中，所述燃燒系統包括燃燒室和蓄熱室，并與所述反應系統連接，為反應提供熱量；所述反應系統包括反應室和alcl3升華罐，所述反應室的周圍環繞布置有所述燃燒室，所述alcl3升華罐與所述反應室連接，其生成的氣態alcl3進入所述反應室發生氯化反應；所述冷凝系統包括金屬鋁冷凝罐和alcl3冷凝罐，用于將產物金屬鋁與產物三氯化鋁分別收集，其中，所述金屬鋁冷凝罐與所述反應室連通，所述alcl3冷凝罐與所述金屬鋁冷凝罐連接；所述真空系統與所述冷凝系統的alcl3冷凝罐相接，用于使所述反應系統及冷凝系統處于真空狀態，反應在真空條件下發生。

根據本發明的具體實施例，所述燃燒系統為蓄熱式燃燒系統，采用單蓄熱或者雙蓄熱的燃燒方式；所述蓄熱室與所述燃燒室相連。

根據本發明的具體實施例，所述燃燒系統還包括助燃風管道、燃氣管道和煙氣管道，所述蓄熱室的氣體入口分別與所述助燃風管道和/或者燃氣管道連接，所述蓄熱室的煙氣出口與所述煙氣管道連接，所述蓄熱室的煙氣入口與所述燃燒室連接。

根據本發明的具體實施例，所述燃燒系統還包括燃氣三通換向閥和/或助燃風三通換向閥，其中，所述燃氣三通換向閥分別與燃氣管道、煙氣管道和蓄熱室連接，所述助燃風三通換向閥分別與助燃風管道、煙氣管道和蓄熱室連接。

根據本發明的具體實施例，所述燃燒室上布置有一對或多對燒嘴，所述燒嘴與燃燒室內腔圓周呈切線布置，并與所述蓄熱室連接。

根據本發明的具體實施例，所述助燃風管道內通入的助燃風為空氣或富氧空氣，燃氣管道通入的燃氣為天然氣、焦爐煤氣、水煤氣、熱解煤氣或石油液化氣。

根據本發明的具體實施例，所述反應室下部設有分布器，用于將alcl3升華罐中生成的氣態alcl3進行均勻分布后，進入所述反應室發生氯化反應。

根據本發明的具體實施例，所述反應室為圓柱形坩堝，所述原料置于所述反應室內；所述原料為含氧化鋁的鋁土礦與碳質還原劑，其中原料中氧化鋁與碳質還原劑的比例為1:（3-5），所述碳質還原劑為石墨、煤、蘭炭或生物質炭。

同時，本發明還提供了一種利用上述的一種制備金屬鋁的裝置的煉鋁方法，包括以下步驟：

（1）準備過程：將原料放入反應室中，將alcl3粉末置于alcl3升華罐中；打開真空系統，降低系統壓力；開啟燃燒系統，引入助燃風和燃氣通過蓄熱室預熱后進入燃燒室進行燃燒，或者引入助燃風通過蓄熱室預熱后和直接引入的燃氣進入燃燒室進行燃燒，燃燒產生的高溫煙氣加熱反應室；

（2）制備過程：反應室升溫完成后，原料充分進行碳熱反應，得到中間產物；然后，加熱alcl3升華罐進行氣化處理，得到氣態alcl3，所述氣態alcl3進入反應室中與所述中間產物進一步發生氯化反應得到alcl氣體；在真空系統的作用下，所述alcl氣體進入冷凝系統進行冷凝，得到金屬鋁和alcl3固體。

根據本發明的具體實施例，步驟（1）中的所述原料為氧化鋁或含氧化鋁的鋁土礦與碳質還原劑進行壓球處理制得的，其中，所述原料中氧化鋁與碳質還原劑的質量比例為1:（3-5），所述碳質還原劑為固定碳含量＞50%的含碳原料；所述系統壓力被降低為30pa左右；所述燃燒系統為蓄熱式燃燒系統，包括a側燃燒系統和b側燃燒系統，其具體操作過程是：使用a側燃燒系統進行燃燒過程，常溫的助燃風和燃氣進入燃燒室進行燃燒，產生的高溫煙氣加熱所述反應室后經b側燃燒系統的蓄熱室回收熱量后排出，完成蓄熱過程；完成一個燃燒周期后，b側燃燒系統進行燃燒過程，常溫的助燃風進入蓄熱室中進行預熱，同時常溫的燃氣進入蓄熱室中進行預熱或者不經過蓄熱室預熱過程，兩者進入燃燒室進行燃燒，產生的高溫煙氣加熱所述反應室后經a側燃燒系統的蓄熱室回收熱量后排出，完成蓄熱過程；如此重復、交替進行燃燒、蓄熱、放熱過程，保證持續、穩定加熱反應室，實現了高效利用燃燒余熱；其中，所述助燃風或者燃氣進入蓄熱室中進行預熱后升溫至900℃以上，所述高溫煙氣加熱反應室、再經由蓄熱室回收熱量后降溫至250℃左右，所述一個燃燒周期的時間為180s；步驟（2）中的所述反應室升溫至1200-1500℃過程中，發生碳熱反應，保溫時間為30-90min；所述alcl3升華罐進行氣化處理的溫度為80-250℃；所述冷凝系統具體操作過程為：所述金屬鋁冷凝罐的溫度控制在200-400℃左右，使得所述反應室得到的alcl氣體發生歧化反應生成金屬鋁和alcl3，其中，金屬鋁冷凝為固態，alcl3為氣態；所述氣態alcl3進入alcl3冷凝罐中進一步進行冷凝處理，得到alcl3固體。

本發明的有益效果如下：

（1）本發明提供了一種制備金屬鋁的裝置，通過采用蓄熱式燃氣加熱裝置，能夠取代現有電爐來進行真空碳熱還原制備金屬鋁，降低反應過程所消耗的能耗，進而降低真空碳熱還原制備金屬鋁的成本，為工業化的可能性更進一步。

（2）本發明提供了一種制備金屬鋁的裝置，通過將兩者產物金屬鋁與三氯化鋁分別進行收集，提高了金屬鋁的收率以及金屬鋁的純度。

（3）本發明提供了一種制備金屬鋁的裝置，通過采用蓄熱式燃燒方式，環狀加熱，反應室內溫度均勻，有利于還原反應的發生。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明的燃燒系統俯視圖。

其中，1、助燃風管道，2、燃氣管道，3、煙氣管道，4、三通換向閥，5、燒嘴，6、燃燒室，7、反應室，8、alcl3升華罐，9、金屬鋁冷凝罐，10、alcl3冷凝罐，11、真空泵。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例。下面描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。實施例中未注明具體技術或條件的，按照本領域內的文獻所描述的技術或條件或者按照產品說明書進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市購獲得的常規產品。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

根據本發明的一個方面，本發明提供了一種制備金屬鋁的裝置，包括燃燒系統、反應系統、冷凝系統和真空系統，其中，所述燃燒系統包括燃燒室6和蓄熱室，并與所述反應系統連接，為反應提供熱量；所述反應系統包括反應室7和alcl3升華罐8，所述反應室的周圍環繞布置有所述燃燒室，所述alcl3升華罐與所述反應室連接，其生成的氣態alcl3進入所述反應室發生氯化反應；所述冷凝系統包括金屬鋁冷凝罐和alcl3冷凝罐，用于將產物金屬鋁與產物三氯化鋁分別收集，其中，所述金屬鋁冷凝罐與所述反應室連通，所述alcl3冷凝罐與所述金屬鋁冷凝罐連接；所述真空系統與所述冷凝系統的alcl3冷凝罐相接，用于使所述反應系統及冷凝系統處于真空狀態，反應在真空條件下發生。

發明人發現，本發明提供了一種制備金屬鋁的裝置，通過采用蓄熱式燃氣加熱裝置，能夠取代現有電爐來進行真空碳熱還原制備金屬鋁，降低反應過程所消耗的能耗，進而降低真空碳熱還原制備金屬鋁的成本，為工業化的可能性更進一步；通過將金屬鋁與三氯化鋁分別收集，提高了金屬鋁的收率以及金屬鋁的純度；通過采用蓄熱式燃燒方式，環狀加熱，反應室內溫度均勻，有利于還原反應的發生。

本發明提供了一種制備金屬鋁的裝置，該裝置包括燃燒系統，用于為所述反應系統中的原料進行碳熱反應提供足夠的熱源。根據本發明的具體實施例，所述燃燒系統包括燃燒室和蓄熱室，所述蓄熱室與所述燃燒室相連；其中，所述燃燒室用于為助燃風和燃氣提供燃燒的場所，同時，燃燒產生的高溫煙氣加熱反應室；所述蓄熱室用于將加熱反應室后的高溫煙氣引入蓄熱室中進行回收熱量，同時，對助燃風和/或燃氣進行蓄熱室預熱處理后再進入燃燒室進行燃燒。由此，該裝置通過采用蓄熱式燃氣加熱裝置，能夠取代現有電爐來進行真空碳熱還原制備金屬鋁，降低反應過程所消耗的能耗，進而降低真空碳熱還原制備金屬鋁的成本，為工業化的可能性更進一步，實現了高效利用燃燒余熱。

根據本發明的具體實施例，所述燃燒系統為蓄熱式燃燒系統，采用單蓄熱或者雙蓄熱的燃燒方式。當所述燃燒系統為雙蓄熱式燃燒系統時，助燃風與燃氣通過蓄熱室蓄熱后進入燃燒室進行燃燒，同時，燃燒產生的高溫煙氣加熱反應室后再經蓄熱室回收熱量后排出，實現了高效利用燃燒余熱；當所述燃燒系統為單蓄熱式燃燒系統時，助燃風通過蓄熱室預熱后與不經蓄熱室預熱處理的燃氣進入燃燒室進行燃燒，同時，燃燒產生的高溫煙氣加熱反應室后再經蓄熱室回收熱量后排出，實現了高效利用燃燒余熱。

根據本發明的具體實施例，所述燃燒系統還包括助燃風管道1、燃氣管道2和煙氣管道3，其中，所述蓄熱室的氣體入口分別與所述助燃風管道和/或者燃氣管道連接，用于向蓄熱室中引入助燃風和/或者燃氣，在已回收熱煙氣熱量的蓄熱室中進行預熱處理，得到蓄熱處理后的高溫助燃風和/或者高溫燃氣；所述蓄熱室的煙氣出口與所述煙氣管道連接，用于排放蓄熱室中經回收熱量后得到的低溫煙氣；所述蓄熱室的煙氣入口與所述燃燒室連接，用于將燃燒室內助燃風和燃氣燃燒，得到的高溫煙氣，在為反應室提供熱源后，送入蓄熱室內，使熱量留在蓄熱體上，完成蓄熱后的煙氣隨即排出。根據本發明的具體實施例，所述燃燒系統還包括三通換向閥4。高溫煙氣進入蓄熱室完成蓄熱后，三通換向閥換向，低溫的助燃風或者燃氣進入蓄熱室，吸收蓄熱體上的熱量，進而得到高溫助燃風或者高溫燃氣。進一步的，所述三通換向閥4包括燃氣三通換向閥和/或助燃風三通換向閥，其中，所述助燃風三通換向閥分別與助燃風管道、煙氣管道和蓄熱室連接；所述燃氣三通換向閥分別與燃氣管道、煙氣管道和燃燒室連接。進一步的，當只設有助燃風三通換向閥時，所述燃燒系統為單蓄熱式燃燒系統，所述燃氣管道直接與所述燃燒室連接，使得燃氣不進行預熱處理、而助燃氣進行預熱處理，通過蓄熱室預熱后的助燃風與不經蓄熱室預熱處理的燃氣進入燃燒室進行燃燒，同時，燃燒產生的高溫煙氣加熱反應室后再經蓄熱室回收熱量后排出，實現了高效利用燃燒余熱；當助燃風三通換向閥和燃氣三通換向閥都存在時，所述燃燒系統為雙蓄熱式燃燒系統時，使得助燃氣和燃氣同時進行預熱處理。由此，實現了高效利用燃燒余熱，降低了能源的生產成本。

根據本發明的具體實施例，所述燃燒室布置在所述反應室四周，呈環狀布置，用于通過燃氣和助燃風進行燃燒后產生的高溫煙氣為所述反應室提供碳熱反應的熱源。根據本發明的具體實施例，所述燃燒室的側壁上設有燒嘴5，所述燒嘴與所述蓄熱室連接，用于為所述燃燒室引入燃氣和助燃風或者排放熱煙氣。所述燃燒室的燒嘴呈切線布置，燃燒產生的高溫煙氣加熱反應室后再經蓄熱室回收熱量后由煙氣管道排出。進一步的，所述燒嘴的數量為一對或多對，交替進行燃燒、蓄熱、預熱、燃燒過程，保證持續、穩定加熱反應室。

根據本發明的具體實施例，所述燃燒系統包括a側燃燒系統和b側燃燒系統，用于為所述反應室提供熱源。所述燃燒系統的具體工作過程如下：使用a側燃燒系統進行燃燒過程，常溫的助燃風和燃氣進入燃燒室進行燃燒，產生的高溫煙氣加熱所述反應室后經b側燃燒系統的蓄熱室回收熱量后排出，完成蓄熱過程；完成一個燃燒周期后，b側燃燒系統進行燃燒過程，常溫的助燃風進入蓄熱室中進行預熱，同時常溫的燃氣進入蓄熱室中進行預熱或者不經過蓄熱室預熱過程，兩者進入燃燒室進行燃燒，產生的高溫煙氣加熱所述反應室后經a側燃燒系統的蓄熱室回收熱量后排出，完成蓄熱過程；如此重復、交替進行燃燒、蓄熱、放熱過程，保證持續、穩定加熱反應室，實現了高效利用燃燒余熱。

當所述燃燒系統為單蓄熱式燃燒系統時，調整a側燃燒系統中所述助燃風三通換向閥，使所述助燃風管道與蓄熱室的氣體入口保持連通，所述燃氣管道直接與所述燃燒室連接，使得助燃風經蓄熱室進行預熱處理、燃氣不進行蓄熱室預熱處理，即，常溫的助燃風進入已蓄熱回收熱煙氣熱量的蓄熱室中進行加熱處理得到預熱后的助燃風，常溫的燃氣不經過蓄熱室進行預熱處理，直接與蓄熱室排出的所述預熱助燃風通過燒嘴一起通入所述燃燒室進行燃燒，燃燒產生的高溫煙氣對所述反應室進行碳熱反應提供熱源，得到降溫后的熱煙氣，經由燒嘴排出并進入b側燃燒系統中的所述蓄熱室進行蓄熱回收熱量處理，最后經由煙氣管道排出；當所述燃燒系統為雙蓄熱式燃燒系統時，調整a側燃燒系統中所述助燃風三通換向閥和所述燃氣三通換向閥，使得助燃風和燃氣同時進行預熱處理，即，常溫的助燃風和常溫的燃氣分別進入已蓄熱回收熱煙氣熱量的蓄熱室中進行加熱處理得到預熱后的助燃風和燃氣，通過燒嘴一起通入所述燃燒室進行燃燒，燃燒產生的高溫煙氣對所述反應室中進行的碳熱反應提供熱源，得到降溫后的熱煙氣，經由燒嘴排出并進入b側燃燒系統中的所述蓄熱室進行蓄熱回收熱量處理，最后經由煙氣管道排出。然后，待完成一個燃燒周期后，b側燃燒系統進行燃燒過程，常溫的助燃風進入蓄熱室中進行預熱，同時常溫的燃氣進入蓄熱室中進行預熱或者不經過蓄熱室預熱過程，兩者進入燃燒室進行燃燒，產生的高溫煙氣加熱所述反應室后經a側燃燒系統的蓄熱室回收熱量后排出，完成蓄熱過程；如此重復、交替進行燃燒、蓄熱、放熱過程，保證持續、穩定加熱反應室，實現了高效利用燃燒余熱。

本發明提供了一種制備金屬鋁的裝置，該裝置包括反應系統，用于為原料進行反應提供場所。根據本發明的具體實施例，所述反應系統包括反應室和alcl3升華罐，所述反應室設置在所述alcl3升華罐的上方，所述反應室用于氧化鋁或含氧化鋁的鋁土礦等與碳質還原劑進行碳熱反應、然后與alcl3升華罐中產生的氣態alcl3進一步發生氯化反應，最終得到產物alcl氣體；所述alcl3升華罐，用于加熱alcl3升華罐，使固體alcl3氣化得到氣態alcl3，所述氣態alcl3經由與反應室相接的管道進入反應室內。

根據本發明的具體實施例，所述反應室的周圍環繞布置有所述燃燒室，用于提高反應室溫度，使之達到原料的反應溫度，由此，通過采用蓄熱式燃燒方式，環狀加熱，反應室內溫度均勻，有利于還原反應的發生。所述反應室下部設有分布器，用于將alcl3升華罐中生成的氣態alcl3進行均勻分布后進入所述反應室進一步發生氯化反應，得到產物alcl氣體。進一步的，所述反應室為圓柱形坩堝。

本發明提供了一種制備金屬鋁的裝置，該裝置包括冷凝系統，與所述反應系統相接，所述反應系統反應生成的產物進入冷凝系統冷卻后，得到最終產物金屬鋁。根據本發明的具體實施例，所述冷凝系統包括金屬鋁冷凝罐9和alcl3冷凝罐10，所述金屬鋁冷凝罐與所述反應室連通、并布置在所述反應室上方，用于將反應室得到的alcl氣體在真空系統的作用下引入到金屬鋁冷凝罐中進行歧化反應，生成金屬鋁和alcl3，其中，金屬鋁冷凝為固態，alcl3為氣態，同時，反應過程中生成的co氣體在真空系統的作用下排出；所述alcl3冷凝罐與所述金屬鋁冷凝罐連接，用于氣態alcl3進入到alcl3冷凝罐中進一步冷凝，得到alcl3固體。由此，本發明通過將金屬鋁與三氯化鋁分別收集，提高了金屬鋁的收率以及金屬鋁的純度。

本發明提供了一種制備金屬鋁的裝置，該裝置包括真空系統，與所述冷凝系統連接，用于降低整個系統的壓力，使之處于真空狀態，使得反應在真空條件下發生反應。根據本發明的具體實施例，在真空系統的作用下，反應室得到的alcl氣體進入冷凝系統冷卻分離得到產物金屬鋁和alcl3固體，同時，反應過程中生成的co氣體排出。進一步的，所述真空系統包括真空泵11。

根據本發明的另一個方面，本發明還提供了一種利用上述的一種制備金屬鋁的裝置的煉鋁方法，包括以下步驟：

（1）準備過程：將原料放入反應室中，將alcl3粉末置于alcl3升華罐中；打開真空系統，降低系統壓力；開啟燃燒系統，引入助燃風和燃氣通過蓄熱室預熱后進入燃燒室進行燃燒，或者引入助燃風通過蓄熱室預熱后和直接引入的燃氣進入燃燒室進行燃燒，燃燒產生的高溫煙氣加熱反應室。

根據本發明的具體實施例，該裝置包括真空系統，與所述冷凝系統連接，用于降低整個系統的壓力，使之處于真空狀態，使得反應在真空條件下發生反應。進一步的，所述系統壓力被降低為30pa左右。在真空系統的作用下，反應室得到的alcl氣體進入冷凝系統冷卻分離得到產物金屬鋁和alcl3固體，同時，反應過程中生成的co氣體排出。進一步的，所述真空系統包括真空泵。

根據本發明的具體實施例，所述燃燒系統為蓄熱式燃燒系統，包括a側燃燒系統和b側燃燒系統，其具體操作過程是：使用a側燃燒系統進行燃燒過程，常溫的助燃風和燃氣進入燃燒室進行燃燒，產生的高溫煙氣加熱所述反應室后經b側燃燒系統的蓄熱室回收熱量后排出，完成蓄熱過程；完成一個燃燒周期后，b側燃燒系統進行燃燒過程，常溫的助燃風進入蓄熱室中進行預熱，同時常溫的燃氣進入蓄熱室中進行預熱或者不經過蓄熱室預熱過程，兩者進入燃燒室進行燃燒，產生的高溫煙氣加熱所述反應室后經a側燃燒系統的蓄熱室回收熱量后排出，完成蓄熱過程；如此重復、交替進行燃燒、蓄熱、放熱過程，保證持續、穩定加熱反應室，實現了高效利用燃燒余熱。其中，所述助燃風或者燃氣進入蓄熱室中進行預熱后升溫至900℃以上，所述高溫煙氣加熱蓄熱室回收熱量后降溫至250℃左右，所述一個燃燒周期的時間為180s。

根據本發明的具體實施例，所述燃燒系統可以采用單蓄熱或者雙蓄熱的燃燒方式，助燃風可以為空氣、富氧空氣，燃氣可以為天然氣、焦爐煤氣、水煤氣、熱解煤氣、石油液化氣等。進一步的，當燃氣為天然氣、熱解氣、石油液化氣等高熱值燃料，采用單蓄熱燃燒方式，即助燃風經過蓄熱室，燃氣不經過蓄熱室；當燃氣為焦爐煤氣、水煤氣等低熱值煤氣，則既可采用單蓄熱燃燒方式，即助燃風經過蓄熱室、燃氣不經過蓄熱室，又可采用雙蓄熱燃燒方式，即助燃風與燃氣均經過蓄熱室后參與燃燒。當所述燃燒系統為雙蓄熱式燃燒系統時，助燃風與燃氣分別通過蓄熱室預熱后升溫至900℃以上，進入燃燒室進行燃燒，同時，燃燒產生1500-1700℃左右的高溫煙氣加熱反應室，使得反應室內溫度達到1200-1500℃，再經蓄熱室回收熱量后排出，實現了高效利用燃燒余熱；當所述燃燒系統為單蓄熱式燃燒系統時，助燃風通過蓄熱室預熱后升溫至900℃以上，與不預熱處理的常溫燃氣進入燃燒室進行燃燒，同時，燃燒產生1500-1700℃左右的高溫煙氣加熱反應室，使得反應室內溫度達到1200-1500℃，再經蓄熱室回收熱量后排出，實現了高效利用燃燒余熱。

根據本發明的具體實施例，步驟（1）中的所述原料為氧化鋁或含氧化鋁的鋁土礦等與碳質還原劑進行壓球處理制得的，其中，所述原料中氧化鋁與碳質還原劑的質量比例為1:3-5，所述碳質還原劑為石墨、煤、蘭炭、生物質炭等固定碳含量＞50%的含碳原料；所述系統壓力被降低為30pa左右。

（2）制備過程：待反應室升溫完成后，原料充分進行碳熱反應，得到中間產物；然后，加熱alcl3升華罐進行氣化處理得到氣態alcl3，所述氣態alcl3進入反應室中與所述中間產物進一步發生氯化反應得到alcl氣體；在真空系統的作用下，所述alcl氣體進入冷凝系統進行冷凝處理，得到金屬鋁和alcl3固體。

根據本發明的具體實施例，該裝置包括反應系統，用于為原料進行反應提供場所。所述反應系統包括反應室和alcl3升華罐，所述反應室的周圍環繞布置有所述燃燒室，用于提高反應室溫度，使之達到原料的反應溫度，由此，通過采用蓄熱式燃燒方式，環狀加熱，反應室內溫度均勻，有利于還原反應的發生；所述反應室設置在所述alcl3升華罐的上方，所述反應室下部設有分布器，用于將alcl3升華罐中生成的氣態alcl3進行均勻分布后進入所述反應室進一步發生氯化反應，得到產物alcl氣體；進一步的，所述反應室為圓柱形坩堝。根據本發明的具體實施例，所述原料置于所述反應室內，經由燃燒室加熱至1200-1500℃，進行碳熱反應30-90min，得到中間產物；然后，與alcl3升華罐中產生的氣態alcl3經由與所述反應室相接的管道進入所述反應室內，在置于所述反應室下部的分布器的作用下，均勻分布，與所述反應室中的中間產物進一步發生氯化反應，最終得到產物alcl氣體，所述alcl氣體在真空泵的作用下進入冷凝系統冷卻分離得到產物金屬鋁和alcl3固體；進一步的，反應過程中生成的co氣體在真空泵的作用下排出。其中，alcl3置于所述alcl3升華罐中，加熱所述alcl3升華罐至80-250℃，使alcl3氣化得到氣態alcl3，所述氣態alcl3經由與反應室相接的管道進入反應室內。

根據本發明的具體實施例，該裝置包括冷凝系統，與所述反應系統相接，所述反應系統反應生成的產物進入冷凝系統冷卻后，得到最終產物金屬鋁。根據本發明的具體實施例，所述冷凝系統包括金屬鋁冷凝罐和alcl3冷凝罐，所述金屬鋁冷凝罐與所述反應室連通、并布置在所述反應室上方，用于將反應室得到的alcl氣體在真空系統的作用下引入到金屬鋁冷凝罐中進行歧化反應，生成金屬鋁和alcl3，其中，金屬鋁冷凝為固態，alcl3為氣態，同時，反應過程中生成的co氣體在真空系統的作用下排出；所述alcl3冷凝罐與所述金屬鋁冷凝罐連接，用于氣態alcl3進入到alcl3冷凝罐中進一步冷凝，得到alcl3固體。所述冷凝系統的具體工作過程為：所述金屬鋁冷凝罐的溫度控制在200-400℃左右，使得所述反應室得到的alcl氣體發生歧化反應生成金屬鋁和alcl3，其中，金屬鋁冷凝為固態，alcl3為氣態；所述氣態alcl3進入alcl3冷凝罐中進一步進行冷凝處理，得到alcl3固體。

發明人發現，本發明提供了一種制備金屬鋁的裝置，通過采用蓄熱式燃氣加熱裝置，能夠取代現有電爐來進行真空碳熱還原制備金屬鋁，降低反應過程所消耗的能耗，進而降低真空碳熱還原制備金屬鋁的成本，為工業化的可能性更進一步；通過將金屬鋁與三氯化鋁分別收集，提高了金屬鋁的收率以及金屬鋁的純度；通過采用蓄熱式燃燒方式，環狀加熱，反應室內溫度均勻，有利于還原反應的發生。

實施例一

將氧化鋁與石墨破碎至200目，按1:3的比例配置，混合均勻后，2mpa壓力壓制成球，并放入反應室中。將約為氧化鋁2倍重量的alcl3粉末置于alcl3升華罐中。然后打開真空泵，降低系統壓力，當壓力降低至30pa左右時，投用燃燒系統，開始升溫。

首先，使用a側燃燒系統，常溫的助燃風與焦爐煤氣通過燒嘴進入燃燒室進行燃燒，燃燒產生的高溫煙氣加熱反應室后，經b側燃燒系統的蓄熱室回收熱量后，溫度降低至250℃左右，排出爐外。180s換向后，常溫的助燃風與焦爐煤氣經過b側的蓄熱后的蓄熱室，被預熱至900℃以上后，通過燒嘴進入燃燒室進行燃燒，燃燒產生的高溫煙氣加熱反應室后，經a側燃燒系統的蓄熱室回收熱量。如此交替進行，直至將反應室內的溫度升溫至1200~1300℃，并維持此溫度約50min，使反應室內的物料充分反應。

然后，加熱alcl3升華罐至200℃左右，使之氣化為alcl3氣體，所得的alcl3氣體通過與反應室相連的管道進入反應室中，在置于反應室下部的分布器的作用下，均勻分布，與上述反應室中的原料進一步發生氯化反應，得到產物alcl氣體，該氣體在真空泵的作用下，進入金屬鋁冷凝罐，控制其內溫度在250℃左右，alcl氣體發生歧化反應生成金屬鋁和alcl3，金屬鋁冷凝為固態，alcl3為氣態，進入與之相連的alcl3冷凝罐中進一步冷凝得到alcl3固體。反應得到的金屬鋁純度＞94%，直收率＞85%。

實施例二

將鋁土礦與石墨破碎至200目，按1:4的比例配置，混合均勻后，2mpa壓力壓制成球，并放入反應室中。將約為氧化鋁2倍重量的alcl3粉末置于alcl3升華罐中。然后打開真空泵，降低系統壓力，當壓力降低至30pa左右時，投用燃燒系統，開始升溫。

首先，使用a側燃燒系統，常溫的助燃風與焦爐煤氣通過燒嘴進入燃燒室進行燃燒，燃燒產生的高溫煙氣加熱反應室后，經b側燃燒系統的蓄熱室回收熱量后，溫度降低至250℃左右，排出爐外。180s換向后，常溫的助燃風與焦爐煤氣經過b側的蓄熱后的蓄熱室，被預熱至900℃以上后，通過燒嘴進入燃燒室進行燃燒，燃燒產生的高溫煙氣加熱反應室后，經a側燃燒系統的蓄熱室回收熱量。如此交替進行，直至將反應室內的溫度升溫至1200~1300℃，并維持此溫度約50min，使反應室內的物料充分反應。

然后，加熱alcl3升華罐至200℃左右，使之氣化為alcl3氣體，所得的alcl3氣體通過與反應室相連的管道進入反應室中，在置于反應室下部的分布器的作用下，均勻分布，與上述反應室中的原料進一步發生氯化反應，得到產物alcl氣體，該氣體在真空泵的作用下，進入金屬鋁冷凝罐，控制其內溫度在250℃左右，alcl氣體發生歧化反應生成金屬鋁和alcl3，金屬鋁冷凝為固態，alcl3為氣態，進入與之相連的alcl3冷凝罐中進一步冷凝得到alcl3固體。反應得到的金屬鋁純度＞88%，直收率＞60%。

以上對本發明進行了詳細介紹，本文中應用了實施例對本申請的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本申請的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本申請的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本申請的限制。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。