Восстановление алюминия углеродом

Восстановление окиси алюминия углеродом может быть выражено следующим уравнением:

Аl2O3 + 3С ⇄ 2Аl + 3СО — 1 344 000 Дж.

Минимальная температура, необходимая для осуществления этой реакции, составляет ~2000° С, т. е. близка к температуре кипения алюминия. Эта температура легко достижима в дуговых электрических печах, однако восстановленный алюминий, испаряясь в этих условиях, быстро реагирует с углеродом, образуя карбид:

4Аl + 3С = Аl4С3.

При этой температуре упругость паров карбида алюминия велика и они смешиваются с парами алюминия. При понижении температуры равновесие реакции сдвигается влево, что приводит к появлению в продуктах реакции значительного количества окиси алюминия. Поэтому при попытках сконденсировать пары алюминия, полученные при восстановлении чистой окиси алюминия углеродом, в конденсате получают смесь алюминия, карбида алюминия и глинозема, непригодную для использования.

Однако если восстанавливать глинозем в присутствии какого-либо металла, обладающего более высокой температурой кипения, чем алюминий, и растворяющего его в жидком состоянии, можно получить соответствующий сплав алюминия с этим металлом.

Такими растворителями могут быть кремний, имеющий температуру кипения 2600° С, медь (2600°С) и железо (3000° С). При одной и той же температуре парциальное давление паров алюминия над сплавом гораздо ниже, чем над чистым алюминием. Вследствие этого потери алюминия при его восстановлении в присутствии другого металла будут значительно ниже. Кроме того, растворение алюминия в другом металле затрудняет образование карбида алюминия.

Исследования показали, что для восстановления наиболее всего удобен кремний, так как его можно вводить в виде дешевого кремнезема. При получении кремнеалюминиевых сплавов наряду с Аl2O3 восстанавливается и SiO2,причем последний, имея более низкую температуру восстановления и значительную упругость диссоциации, восстанавливается легче первого, что обеспечивает образование достаточного количества кремния до появления паров алюминия. Кремний почти не растворяет карбид алюминия. Кроме того, карбид алюминия взаимодействует с кремнеземом при высоких температурах по реакции

2Аl4С3 + 3SiO2 = 8Аl + 3Si + 6СО сплав

Это дает возможность прямым восстановлением Al2O3 и SiO2 получать кремнеалюминиевые сплавы, содержащие до 70% алюминия.

Статья на тему Восстановление алюминия углеродом