化学冶炼法制备金属铝等m单质的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种冶炼制备各种金属与非金属单质的通用型的方法，尤其涉及一种通过化学反应冶炼制备金属铝或非金属磷的合成技术路线及其方法，采用该合成技术路线可以制备几乎所有的金属单质或非金属单质，典型的有铝、铅、镁、锌、钙、铁、铜、锡、镍、钛、硅、碳、硫、磷等等，与传统的冶炼制备各种金属单质或非金属单质的技术路线及其方法相比较，本发明申请的技术路线及其方法，较大的降低了冶炼的温度，节省了从矿石至M单质的整个冶炼制备过程的步骤，一般可降低生产成本20％～90％，不产生二氧化碳和一氧化碳废气，从根本上解决了传统冶炼法能耗高、二氧化碳和一氧化碳废气排放量大的问题，属于一种绿色、环保的冶炼法。
【专利说明】化学冶炼法制备金属铝等M单质
一、【技术领域】
[0001]本发明涉及一种冶炼制备各种金属与非金属单质的通用型的方法，尤其涉及一种通过化学反应冶炼制备金属铝或非金属磷的合成技术路线及其方法，采用该合成技术路线可以制备几乎所有的金属单质或非金属单质，典型的有铝、铅、镁、锌、钙、铁、铜、锡、镍、钛、硅、碳、硫、磷等等，与传统的冶炼制备各种金属单质或非金属单质的技术路线及其方法相比较，本发明专利申请的技术路线及其方法，较大的降低了冶炼的温度，节省了从矿石至M单质的整个冶炼制备过程的步骤，一般可降低生产成本20%~90%，不产生二氧化碳和一氧化碳废气，从根本上解决了传统冶炼法能耗高、二氧化碳和一氧化碳废气排放量大的问题，属于一种绿色、环保的冶炼法。
二、【背景技术】
[0002]近期，本 申请人:发明了以二氧化碳或一氧化碳与水或甲醇为原料合成乙烯或乙炔的技术，该技术中常涉及使用铝粉或锌粉裂解水制氢转化为氢氧化铝或氢氧化锌的步骤，然而，现实中铝粉和锌粉的价格是氢氧化铝和氢氧化锌的3~5倍，也是乙烯或乙炔产品价格的2~3倍，这个问题已经成为以二氧化碳为碳源，以水为氢源合成乙烯产品的技术路线产业化开发的致命障碍，没有一个企业愿意用高价位的原料去生产低价位的产品，故本 申请人:必须进一步开发以Al (OH)3或Zn(OH)2为原料制备Al或Zn的配套技术。通过仔细研究传统的冶炼制备铝单质的方法后，令人惊异的是迄今为止，全世界冶炼铝的工业行业仍然采用一百年前的两个在 校大学生发明的电解冶炼法制铝的技术路线，竟然还没发现有实施其它第二种工业制铝的方法的报道。然而，电解冶炼法制铝的电能消耗量和二氧化碳排放量巨大，致使铝的价格偏高，而且致使现在的中国铝业的整个行业巨额亏损。
[0003]传统的电解冶炼铝的工艺技术路线是以氧化铝作为电解铝的原料，而制备氧化铝的原料又是氢氧化铝。由于氢氧化铝的热稳定性较差，不能直接作为电解法高温制铝的原料，必须配套建立将氢氧化铝煅烧为氧化铝的步骤或生产过程，由此增加了制铝的生产成本。本 申请人:正是利用了 Al (OH) 3加热分解的不稳定性，发明了以Al (OH) 3直接作为原料一步法合成金属铝单质的技术路线，不仅实现了一种非电解冶炼法制铝，而且省去了将氢氧化铝煅烧为氧化铝的生产过程，节能降耗、减少污染的效果十分明显。
[0004]本发明专利申请的技术路线的原理来源于题名为“C02和CO的脱氧自偶联反应”的论文(见申请号为201210336204.3的发明专利)，即在强碱、弱亲核性以及较低温度的化学环境中，C-O键不能转化为C = O键，Al-O键也难以转化为Al = O键，而且碱性越强，亲核性越小，温度越低，脱氧自偶联的速度相对越快，例如，本 申请人:将Al (OH) 3 (A1-0键)放置在强碱性的离子液体中，加热至其分解，没发现有Al2O3(Al = O键)的产物，主要产物为金属铝单质，并且进一步的小试证明，虽然铝可以与氢氧化钠水溶液反应产生氢气，但基本上不与熔融无水的氢氧化钠反应，由此就发现了以Al (OH)3直接作为原料一步法制备金属铝的合成技术路线，迄今，还未发现有关该技术路线的文献和信息的报道。
[0005]本 申请人:进一步研究发现，几乎绝大部分的金属氢氧化物或非金属氢氧化物都存在类似于Al (OH)3的热分解不稳定性，所以，在此说明书中，以M代表各种金属或非金属元素，本 申请人:发明了以Μ(0Η)η(η = I~10)为原料一步法制备M单质的通用型的技术路线及其方法。
[0006]我们由中学时代的化学原理可知，卤化盐或硫酸盐，比如氯化锌、氯化镁、氯化铁等与NaOH反应生成Zn (OH) 2、Mg (OH) 2、Fe (OH) 3等，硫酸锌、硫酸镁、硫酸铁与NaOH反应也生成Zn (OH) 2、Mg (OH) 2、Fe (OH) 3，所以，在此说明书中，本 申请人:也发明了以MnXm或Mn (S04) m (η或m = I~10)为原料一锅法制备M单质的通用型的技术路线及其方法。
三、
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种以M (OH) n或MnXni或Mn (SO4) m (分子通式中η或m = I~10 ;M表示铝、铅、镁、锌、钙、铁、铜、锡、镍、钛、硅、碳、硫、磷等所有的金属单质或非金属单质；X表示氧、氟、氯、溴、碘元素)为原料一步合成M单质的技术路线及其方法，与传统的冶炼制备各种金属单质或非金属单质的技术路线及其方法相比较，较大的降低了冶炼的温度，节省了冶炼的步骤，一般可降低生产成本20%~90%，尤其是不产生二氧化碳和一氧化碳废气。
[0008]1、以M(OH)n为原料一步合成M单质的技术路线是如下所述的化学方程式:
[0009]
【权利要求】
1.以M(OH)nS原料一步合成M单质的技术路线，其特征是如下所述的化学方程式:
2.以氢氧化铝为原料一步合成金属铝的技术路线，其特征是如下所述的化学方程式:
3.以MnXm*Mn(S04)m为原料制备M单质的技术路线，其特征是如下所述的化学方程式:
4.以M(OH)n或MnXni或Mn(SO4)ni为原料制备M单质的方法，包括以下次序的几个步骤:投入计算量的无水氢氧化钠或无水氢氧化钾或无水氢氧化锂或它们的无水混合物，或投入常规的强碱性的离子液体于反应釜中，启动搅拌，加热至反应釜中物料至熔融状态，控制温度160°C~850°C，在真空或隔绝空气的条件下，缓缓加入计算量的M(OH)n或MnXm或Mn (SO4)m或招土矿或磷矿石等M矿石的颗粒或粉末,保温反应I~48小时,生成招等M单质与NaOH等固体碱的无水混合物，然后将该混合物进行固-固分离，得到铝等M单质， 上述分子通式中的M表示铝、铅、镁、锌、钙、铁、铜、锡、镍、钛、硅、硫、磷等所有的金属单质和非金属单质，η = I~10, X表示氧、氟、氯、溴、碘元素。
【文档编号】C22B34/12GK104004924SQ201310084785
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年2月26日 优先权日:2013年2月26日
【发明者】李坚 申请人:李坚