铝热法(thermite process)

以铝作还原剂生产铁合金的方法。用铝还原某些金属氧化物所释放出的化学反应热，就能完成氧化物还原反应并得到分离好的合金与炉渣，而不需从外部补充热量。铝热法与用硅铁作还原剂的硅热法同属利用自热反应生产铁合金的方法，称金属热法，又称炉外法。它们以铝粒、硅铁粉或铝镁合金粉作还原剂。铝热法主要用来生产含有高熔点金属与难还原元素的铁合金、中间合金、铬与锰等。产品特点是含碳量极低(一般<0．05％)。铝热法生产设备简单，占地面积小，生产规模可根据任务确定，产品品种较多，生产周期短等特点。

简史   1859年俄国科学家别克托夫(H．H．BeKeTOBy)在《论若干还原现象》中提到“用铝还原氧化钡得到24％Ba和33％Ba的钡铝合金”。这是对铝热法试验的最早报告，但当时在工业上没有得到使用。1893年戈尔德施米特(H．Goldschmidt)发现金属氧化物的粉末和粉状还原金属(基本上是铝)的混合料，点火引发反应后，就能自动继续进行，直至炉料反应完毕。1898年戈尔德施米特在德国电化学学会上做了关于金属热还原法的报告，人们才知道铝热法在工业生产上已取得良好效果，可以经济地、大批量地生产不含碳的铁合金与纯金属。这一年应该是铝热法用于工业生产的起点。工业上用铝热法生产的铁合金主要有：钛铁、钼铁、铌铁、硼铁、钒铁、钨铁、金属铬、金属锰以及镍基、钛基、铝基等中间合金。

中国以铝热法工业生产铁合金是从1957年底吉林铁合金厂生产钼铁开始的。

原理   铝还原氧化物的反应属置换型化学反应，

铝热还原反应能否进行，可以根据氧化物的相对稳定性来判断。而氧化物的稳定性则根据氧化物生成自由能ΔF。=-kTlnpO2来判断。与铁合金生产有关的主要氧化物的生成ΔF。-T的关系见图1。

所有氧化物都随温度的升高而更易分解，从而也更易还原。各种氧化物的氧势差在高温下变小。从图1可以估计还原情况。在ΔF。-T图中，位置低的元素可以还原位置较高的氧化物。两条ΔF。-T线间的距离越大，则还原反应产生的热量愈多。铝(或硅)热还原反应的先决条件是ΔF。≤0，即反应自由能的负值越大，铝热还原反应就越容易进行。从ΔF。-T图分析铝(或硅)热还原反应时，未考虑动力学过程，所以这种判断是定性的。所有的金属热还原反应在较低温度下的ΔF。比较高温度下的ΔF。的负值大，因此在反应能够进行的条件下，将反应温度尽可能控制在比较低的水平，这样对还原反应向右进行有利。

铝热还原反应有的可以把金属全部从相关的氧化物中置换出来，如铁、钨、钼等；而有的只能进行到合金液与炉渣中的氧化物接近平衡，一部分氧化物留在炉渣中。有些氧化物在铝热还原过程中被还原成低价氧化物，如TiO2被还原成TiO，从酸性氧化物转变为碱性氧化物，与还原过程产生的AI2O3结合成铝酸盐而留在炉渣中，增加了钛的损失。为了减少低价氧化物在炉渣中的损失：(1)是增加还原金属的加入量，在还原剂过剩的条件下避免低价氧化物产生；(2)是添加碱性氧化物如CaO、MgO、BaO即可减少炉渣中TiO、MnO等的含量，提高金属元素的回收率。碱性氧化物还可以降低炉渣的熔点和改进炉渣的流动性。氧化物与AI2O3组成的二元渣系的液相线变化见图2。碱性氧化物添加的数量应尽量少，以免增加渣量影响反应过程。