針對現(xiàn)行的Hall-Heroust法冶煉金屬鋁工藝流程繁多、基建設(shè)備投資大、能耗高、有溫室氣體及全氟碳化物(PFCs)的排出等弊端。結(jié)合目前直接碳熱還原法、間接碳熱還原法(氯化法、氮化法)、高爐煉鋁法、離子液體電解法等新的煉鋁方法思想,本文創(chuàng)新性提出采用具有流程短、污染小、操作簡單、占地面積小等優(yōu)點的氮化鋁真空熱分解制備金屬鋁的方法,以期為制備金屬鋁的新工藝提供理論和技術(shù)依據(jù)。本論文首先對氮化鋁真空熱分解的可能反應(yīng)式進(jìn)行熱力學(xué)計算,并繪制出ΔG-T曲線圖。得出在1873K～2073K,30Pa、60Pa的條件下,氮化鋁真空熱分解反應(yīng)是可行的,真空度為30Pa、60Pa下的反應(yīng)開始溫度分別為1900K、1920K。根據(jù)熱力學(xué)計算結(jié)果,采用Material Studio軟件的CASTEP模塊,對W-A1N真空熱分解反應(yīng)在1873K～2073K,30Pa、60Pa的條件下進(jìn)行了 10ps動力學(xué)模擬,對Z-A1N真空熱分解反應(yīng)在1973K、30Pa、60Pa的條件下也進(jìn)行了 10ps動力學(xué)模擬。對比動力學(xué)模擬前后兩種晶型A1N的晶體結(jié)構(gòu)、偏態(tài)密度、Mulliken電荷布局和差分電荷密度等結(jié)果,得出在30pa和60pa條件下W-A1N真空熱分解是可行的,且30pa條件下W-A1N動力學(xué)模擬前后變化最明顯,動力學(xué)模擬過程中層與層間的A1-N鍵最先發(fā)生斷裂,接著是同一層中的A1-N鍵斷裂。而Z-A1N在1973K、30pa和60pa條件下動力學(xué)模擬前后變化不明顯,表明Z-A1N不易分解。最后,結(jié)合熱力學(xué)計算和分子動力學(xué)模擬結(jié)果,采用纖鋅礦型塊狀分析純氮化鋁原料,在壓強為7.5～70Pa,溫度為1600～1700℃的實驗條件下開展了一系列氮化鋁真空熱分解實驗研究。結(jié)果顯示,氮化鋁發(fā)生了分解,所得產(chǎn)物主要為金屬鋁。通過XRD檢測結(jié)果分析,一、二級冷凝盤上收集到與標(biāo)準(zhǔn)JCPDS鋁(Card No.85-1327)一致,均為立方結(jié)構(gòu)的金屬鋁,且金屬鋁的最高純度為95.826wt%,金屬鋁的直收率為98.83%。
【學(xué)位單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TF821
【部分圖文】：

長率９．４５％，而同期全球其他地區(qū)整體增速為－０．６４％，使得我國氧化鋁產(chǎn)能在全??球中占比不斷上升。截至２０１５年我國氧化鋁產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到７，１６０．２７萬噸，占全??球總產(chǎn)能的５１．９８％⑶。全球主要國家氧化鋁產(chǎn)量變動以及產(chǎn)量増速如圖１．１和??１．２所示。??１６０００?０?ｒ?—｜?Ｓ５?０Ｏ＊ｆ??１４０００?〇?｜??１２０００?０?｜?■■議?一??ｚ：！?Ｉ?Ｉ?＼Ａｌ?Ｉ?＾??三?Ｗｉｌｌｉ?＝??２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５?２０１６??？？■卞兇?■■■■■侖砵?占比??圖１．１?２０１?］至２０】６年氧化鋁產(chǎn)能變動（單位：萬噸）??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｃｈａｎｇｅｓ?ｉｎ?ａｌｕｍｉｎａ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｃａｐａｃｉｔｙ?ｆｒｏｍ?２０１１?ｔｏ?２０１６??１??

?？？＊■＊＿此美？�。�??作．＋�。褐牛荩ㄦ藓孝龋�??圖１．２?２０１１至２０１６年氧化鋁產(chǎn)能增速??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ａｌｕｍｉｎａ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ｇｒｏｗｔｈ?ｆｒｏｍ?２０１１?ｔｏ?２０１６??據(jù)統(tǒng)計，２０１７年中國氧化鋁預(yù)計新投產(chǎn)產(chǎn)能６００萬噸，屆時總產(chǎn)能有望達(dá)??到８０００萬噸，按照今年８２％年平均開工率算，２０１７年產(chǎn)量有望達(dá)到６５６０萬噸，??同比增速９．２％［２］。??我國氧化鋁產(chǎn)能分布具有明顯的資源導(dǎo)向特性，主要分布在鋁土礦資源豐富??的河南、山西、廣西、貴州四地（見圖１．３），２０１５年合計產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的??６４．２１％。山東省雖然鋁土礦儲量并不豐富，但憑借沿海優(yōu)勢，鋁土礦進(jìn)口相對便??利，加上省內(nèi)鋁產(chǎn)業(yè)鏈較為成熟，氧化鋁需求量大，２０１５年已經(jīng)超越河南成為??我國氧化鋁產(chǎn)量第一大省。??２０００?００?１８９７Ｗ??１８００．００?？?１－７３，上＂／』的??１６００?００?＃常??－??１４００?００?－?１２＾＾２７２?９１?１－?３２１７?＾??１２００?００?■?ｇ?■河南??ｉ〇〇〇〇ａ?■?■?＿??８００?００?＊?．?２１５８?Ａ?■廣西??：Ｊｉｌｌ?董?歡乂??：Ｕｈｌ?■?■??山東?ｍ?山西廣西?ｓ州云甬重莊其他?■其ｆ??＊產(chǎn)１?（方啤＞??圖１．３?２０１５年主要省份氧化鋁產(chǎn)量以及產(chǎn)量占比??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ａｌｕｍｉｎａ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ?ｏｆ?ｃｈｉｎａ?ｉｎ?２０１５??２０１２年以來

Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｇｌｏｂａｌ?ａｌｕｍｉｎａ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ?ｉｎ?２０１５??ｌ．?ｌ鍋土礦資源??ｌ．ｉ．ｉ世界鋁土礦資源現(xiàn)狀??世界鋁土礦儲藏量巨大（如圖１．５），目前鋁土礦年消費量約為０．９５？１億噸，??按當(dāng)前的消費速度，鋁土礦的蘊藏量可以供幾百年的開采。在所有的鋁土礦床中，??大約９０％的礦床分布于近赤道地區(qū)，主要的出產(chǎn)地為澳大利亞、幾內(nèi)亞、巴西等??＋４ｊ。許多西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家缺少鋁土礦資源，但他們具有龐大數(shù)量的鋁硅酸鹽??（黏土，煤渣，鈣長石）材料作煉鋁原料，這些貧礦的含鋁量約為１０％？２０％，??是未來煉鋁的潛在資源。在目前煉鋁技術(shù)水平上開發(fā)這些礦物是可行的，但是沒??有經(jīng)濟(jì)效益。??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2876193