CN101654794A - 氧化铝电解用添加剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金领域中的氧化铝电解用添加剂，为Li2O·5Al2O3、Li2O·2Al2O3、LiAlO2或Li5AlO4。其中，Li2O·5Al2O3为采用铝热还原法生产金属锂过程中，产出的副产物炉渣，或由碳酸锂和氢氧化铝作原料，按克分子比1∶10的比例混料，混合好的物料送入连续运转的回转窑炉或隧道窑炉内，在500～1200℃之间进行合成而得到。另外，Li2O与γ－Al2O3按克分子比1∶0.2～5比例混料，混合好的物料送入连续运转的回转窑炉或隧道窑炉内，在1100～1200℃下反应或900～1200℃下反应，也得到本发明的氧化铝电解用添加剂。本发明的技术方案具有成本低、降能耗效果好，改善环境保护等特点。
Description
技术领域：
本发明属于冶金领域，具体是一种氧化铝电解用添加剂。
背景技术：
在氧化铝电解生产金属铝工艺中，通常采用碳酸锂为添加剂，目的是改善电解过程，以降低能耗。但是多年来的实践告之我们：首先是碳酸锂价格昂贵，虽然它能提高电流效率和电解质导电率，但向电解槽投入后，由于锂离子局部浓度过高(高达20％)，不仅造成电解质——冰晶石中锂离子浓度的分布不均匀，同时它能分解氟化铝造成局部氧化铝沉淀槽底，形成结疤。为此要经常搅拌和捅槽。还有，当向电解槽加入碳酸锂粉料时，由于碳酸锂分解出的二氧化碳气体会夹带部分粉料从电解槽的排风系统被抽走，造成碳酸锂粉料损失。正因为如此，有时，电解槽的运行不够稳定。
因此，中国专利CN1030218A，提供了一种添加剂：一种含锂氧化铝的生产工艺；其特征在于以锂辉石矿和铝土矿为原料，将从锂辉石矿浸出来的含锂溶液LiOH，加入到从铝土矿溶出而得到的铝酸钠溶液中去，从而制得LiAl(OH)4，该化合物经焙烧后，即得到含锂的氧化铝；西德专利NO1913646提出在种分前往铝酸钠溶液中添加锂盐(例LiOH·H2O)以生产含锂氧化铝。总之，上述制备含锂氧化铝生产工艺，虽采用铝土矿和锂辉石矿(或锂盐)生产，产品成本较低，但由于投资大，建厂难，铝土矿源多分布在我国山西、广西、河南等地，而锂辉石矿源又分布在四川、新疆和江西，两种矿源地相距甚远，运送矿石成本很高，不易实现二种工艺就近联合加工生产含锂的氧化铝。采用上述工艺生产出的含锂氧化铝，其Li2O的含量均在0.1％至0.05％之间，其锂的含量又偏低了些。而且，上述专利文献中没有给出该含锂氧化铝的化学分子式，存在形态及结构式。
发明目的：本发明的目的是为了克服现有添加碳酸锂成本高、降能耗效果差的缺陷，为人们提供一套成本低、降能耗效果好的氧化铝电解用添加剂。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
本发明的氧化铝电解用添加剂为Li2O·5Al2O3(LiAl5O8)、Li2O·2Al2O3、LiAlO2或Li5AlO4。
上述方案中，所述Li2O·5Al2O3为采用铝热还原法生产金属锂过程中，产出的副产物炉渣。
上述方案中，所述Li2O·5Al2O3的生产工艺为：由碳酸锂和氢氧化铝作原料，按克分子比1∶10的比例混料，混合好的物料送入连续运转的回转窑炉或隧道窑炉内，在500～1200℃之间进行合成，得到Li2O·5Al2O3。
上述方案中，所述Li2O·5Al2O3的生产工艺中，碳酸锂和氢氧化铝在200℃进料，使氢氧化铝分解过程经过γ-Al2O3阶段，保持其活性，然后在500～900℃条件下同分解后的碳酸锂进行反应，生成氧化锂和氧化铝的复盐，再经过1100～1200℃反应，生成为Li2O·5Al2O3。
上述方案中，所述Li2O·5Al2O3的生产工艺中，碳酸锂和含水10～12％的氢氧化铝在200℃进料，经过500～600℃分解，和800～900℃复分解反应，再经过1100～1200℃煅烧过程，最后生产出有序排列的Li2O·5Al2O3。
上述方案中，所述Li2O·5Al2O3、Li2O·2Al2O3、LiAlO2或Li5AlO4的生产工艺为：Li2O与γ-Al2O3按克分子比1∶0.2～5比例混料，混合好的物料送入连续运转的回转窑炉或隧道窑炉内，在1100～1200℃或900～1200℃下反应，生成Li2O·5Al2O3、Li2O·2Al2O3、LiAlO2或Li5AlO4。
上述方案中，所述连续式回转窑炉或隧道窑炉，其炉温分别控制为I、II、III三段，其中I段为500～600℃，II段为800～900℃，III段为1100～1200℃。
本发明所用添加剂，不是现有技术从水溶液中由LiAl(OH)4焙烧而成的含锂Al2O3，而是采用Li2CO3和Al(OH)3或Li2O和γ-AL2O3通过特定的克分子比，经过干法混料，分解和复分解反应，焙烧后制得的氧化锂和氧化铝的复盐。上述复盐均具备有各自特征的X-射线衍射谱图。用本发明的添加剂，降低了氧化铝电解过程向槽内加入添加剂中锂的浓度，并保持合理的浓度。以Li2O·5Al2O3为例，锂的浓度由原来的Li2CO3含锂18.9％，降至Li2O·5Al2O3含锂2.59％左右，每生产一吨铝，只要向电解槽添加10公斤左右Li2O·5Al2O3即可，每吨铝消耗锂不超过0.3公斤。
采用本发明的氧化铝电解用添加剂时，其优点如下(参见表一)：
1.可以使氧化铝电解过程中提高电流效率＞1％，同时可提高电解质导电率3％左右，可使生产每吨铝锭节约200度电。
2.当添加Li5AlO4时，可在原有情况下，进一步提高电解槽的电流强度，从而提高电解槽的单产能力。
3.由于用本发明的氧化铝电解用添加剂取代了Li2CO3，有效地减少CO2分解过程夹带的粉尘，从而减少原料Al2O3损耗。
4.采用Li2O·5Al2O3为氧化铝电解用添加剂时，可最大限度地保持电解质中锂的浓度始终维持在一定的水平上，不致于由于Li2CO3的加入或不加入时，造成电解槽中锂的浓度波动较大。因为Li2CO3中锂含量为18.9％，而Li2O·5Al2O3，其中锂的含量为2.59％，与生产中要控制的锂浓度接近一致。
5.本发明的氧化铝电解用添加剂售价仅为碳酸锂价格的四分之一，可有效地降低电解铝的生产成本，可为年产十万吨以上铝厂，每年新增可观的效益。同时本发明的氧化铝电解用添加剂又起到节能减排的作用，改善了操作环境，符合国家政策。
表一氧化铝电解工艺添加Li2O·5Al2O3后技术、经济指标
| 时间周期 | 铝的产能 | 电流效率 | 能耗千瓦小时/T.Al | 氧化铝单耗公斤/T.Al | 氟化铝单耗公斤/T.Al | 氟化锂在电解槽中平均浓度 |
| 按年 | 增长1％ | 提高1.2％ | 节约213度电 | 减少＞5.6 | 减少＞1.2 | 1.8-2.0％ |
综上所述，本发明是发明人提出的科学实用的技术方案，与现有技术相比，本发明的技术方案具有成本低、降能耗效果好，改善环境保护等特点。
附图说明：
图1为化合物LiAl5O8的频谱图。
图2为本发明的窑炉示意图。
图中：1.物料仓；2.供料机；3.窑身；4.冷却设备；5.产品收集仓；6.加热元件。
具体实施方式：
下面通过实施例进一步描述本发明，本发明不仅限于所述实施例。
实施例一
本例的氧化铝电解用添加剂为Li2O·5Al2O3(LiAl5O8)，是采用铝热还原法生产金属锂过程中，产出的副产物炉渣。
实施例二
本例的氧化铝电解用添加剂为Li2O·5Al2O3，生产工艺为：由碳酸锂和含水10～12％的氢氧化铝作原料，按克分子比1∶10的比例混料，混合好的物料在200℃下送入连续运转的回转窑炉内，其炉温分别控制为I、II、III三段，其中I段为500～600℃，II段为800～900℃，III段为1100～1200℃。物料经过500～600℃分解，使氢氧化铝分解过程经过γ-Al2O3阶段，保持其活性，然后在800～900℃复分解反应，生成氧化锂和氧化铝的复盐，再经过1100～1200℃煅烧过程，最后生产出有序排列的Li2O·5Al2O3。
实施例三
本例的氧化铝电解用添加剂为Li2O·5Al2O3，生产工艺为：由Li2O与γ-Al2O3按克分子比1∶5比例混料，混合好的物料送入连续运转的回转窑炉或隧道窑炉内，在1100～1200℃下反应，生成Li2O·5Al2O3。
实施例四
本例的氧化铝电解用添加剂为Li2O·2Al2O3，生产工艺为：由Li2O与γ-Al2O3按克分子比1∶2比例混料，混合好的物料送入连续运转的回转窑炉或隧道窑炉内，在1100～1200℃下反应，生成Li2O·2Al2O3。
实施例五
本例的氧化铝电解用添加剂为LiAlO2，生产工艺为：由Li2O与γ-Al2O3按克分子比1∶1比例混料，混合好的物料送入连续运转的回转窑炉或隧道窑炉内，在1100～1200℃下反应，生成LiAlO2。
实施例六
本例的氧化铝电解用添加剂为Li5AlO4，生产工艺为：由Li2O与γ-Al2O3按克分子比1∶0.2比例混料，混合好的物料送入连续运转的回转窑炉或隧道窑炉内，在900～1200℃下反应，生成Li5AlO4。
Claims (7)
1.一种氧化铝电解用添加剂，其特征在于所述氧化铝电解用添加剂为Li2O·5Al2O3、Li2O·2Al2O3、LiAlO2或Li5AlO4。
2.根据权利要求1所述的氧化铝电解用添加剂，其特征在于所述Li2O·5Al2O3为采用铝热还原法生产金属锂过程中，产出的副产物炉渣。
3.根据权利要求1所述的氧化铝电解用添加剂，其特征在于所述Li2O·5Al2O3的生产工艺为：由碳酸锂和氢氧化铝作原料，按克分子比1∶10的比例混料，混合好的物料送入连续运转的回转窑炉或隧道窑炉内，在500～1200℃之间进行合成，得到Li2O·5Al2O3。
4.根据权利要求3所述的氧化铝电解用添加剂，其特征在于所述Li2O·5Al2O3的生产工艺中，碳酸锂和氢氧化铝在200℃进料，使氢氧化铝分解过程经过γ-Al2O3阶段，保持其活性，然后在500～900℃条件下使碳酸锂和氢氧化铝分解后的产物进行反应，生成氧化锂和氧化铝的复盐，再经过1100～1200℃反应，生成为Li2O·5Al2O3。
5.根据权利要求4所述的氧化铝电解用添加剂，其特征在于所述Li2O·5Al2O3的生产工艺中，碳酸锂和含水10～12％的氢氧化铝在200℃进料，经过500～600℃分解，和800～900℃复分解反应，再经过1100～1200℃煅烧过程，最后生产出有序排列的Li2O·5Al2O3。
6.根据权利要求1所述的氧化铝电解用添加剂，其特征在于所述Li2O·5Al2O3、Li2O·2Al2O3、LiAlO2或Li5AlO4的生产工艺为：Li2O与γ-Al2O3按克分子比1∶0.2～5比例混料，混合好的物料送入连续运转的回转窑炉或隧道窑炉内，在1100～1200℃下反应或900～1200℃下反应，生成Li2O·5Al2O3、Li2O·2Al2O3、LiAlO2或Li5AlO4。
7.根据权利要求3所述的氧化铝电解用添加剂，其特征在于所述连续式回转窑炉或隧道窑炉，其炉温分别控制为I、II、III三段，其中I段为500～600℃，II段为800～900℃，III段为1100～1200℃。
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|---|---|---|---|---|
| CN102899688A (zh) * | 2012-10-26 | 2013-01-30 | 中南大学 | 一种低温铝电解质 |
| CN110344084A (zh) * | 2019-08-12 | 2019-10-18 | 辽宁科技大学 | 一种熔盐电解生产铝锂中间合金的方法 |
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- 2008-08-22 CN CN200810045857A patent/CN101654794A/zh active Pending
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