CN105132952B - 一种能降低全氟化碳排放量的电解质体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能降低全氟化碳排放量的电解质体系，所述电解质体系是以NaF，AlF₃，MgF₂，CaF₂，Al₂O₃，LiF，SmF₃，NdF₃，CeF₃ 2‑5份和ZnF₂为原料构成的。本发明电解质体系中高全氟化碳的生产电位显著提高了，能有效降低铝电解生产过程中全氟化碳的排放量。避免了全氟化碳产生的温室效应。降低了工业生产对环境的污染。

Description

一种能降低全氟化碳排放量的电解质体系

技术领域

本发明涉及一种电解铝用电解质体系，特别是一种能降低全氟化碳排放量的电解质体系。

背景技术

铝是仅次于钢铁的第二大金属，是国民经济发展的重要基础材料和国防军工建设的重要战略物资。中国是世界第一产铝大国，也是最大消费国，铝冶炼技术的快速发展，满足了我国国民经济高速发展的需要。铝冶炼发展的同时，也带来了巨大的资源和环境压力。研究发现铝在稳定电解条件下仅生产CO₂气体，当处于非稳定状态(阳极效应)或介稳态下就会产生全氟化碳(包含CF₄，C₂F₆，C₃F₈)，根据文献记载，全氟化碳的温室效应当量是CO₂的6500-9200倍。铝电解过程中全氟化碳气体的减排逐渐成为世界电解铝企业关注的焦点，抑制铝电解生产过程中含氟气体的排放，已成为世界铝行业的重大关键共性课题。

众所周知，全氟化碳的产生的一个主要原因是电解质中的氧化铝浓度。正常的铝电解反应就会发生变化，如下列反应式：

正常铝电解生产时的电化学反应式和反应电位

2Al₂O₃+3C＝4Al+3CO₂ E₀＝1.16V

如果当氧化铝浓度不足时，发生如下反应：

Na₃AlF₆+3C＝4Al+12NaF+3CF₄ E₀＝2.55V

2Na₃AlF₆+2C＝2Al+6NaF+C₂F₆ E₀＝2.68V

同时引发“阳极效应”，产生的气体不再是CO₂，而是全氟化碳。目前，抑制全氟化碳生产的技术主要是控制氧化铝浓度在一个合理的范围内，这也是被业界所熟知的通过降低“阳极效应”系数来降低铝电解过程全氟化碳的排放量。但最新的测试研究发现，当电解质中氧化铝浓度处于正常的范围时，部分电解槽也会排放全氟化碳，即铝电解过程中非阳极效应时同样能产生全氟化碳。

发明内容

本发明的目的，是提供一种能降低全氟化碳排放量的电解质体系。本发明电解质体系中高全氟化碳的生产电位显著提高了，能有效降低铝电解生产过程中全氟化碳的排放量。避免了全氟化碳产生的温室效应。降低了工业生产对环境的污染。

本发明是这样实现的。一种能降低全氟化碳排放量的电解质体系，它是以下述重量配比的原料制成：NaF 30-50份，AlF₃ 40-50份，MgF₂ 1-2份，CaF₂ 1-2份，Al₂O₃ 3-5份，LiF3-5份，SmF₃ 1-4份，NdF₃ 1-2份，CeF₃ 2-5份和ZnF₂ 1-2份。

有益效果：申请人对铝电解用电解质体系进行了长时间大量的研究，经多次试验发现将SmF₃，NdF₃，CeF₃和ZnF₂引入电解质体系中，可使电解质体系形成络合离子，从而提高了整个电解质体系全氟化碳生成的电化学电位，进而降低铝电解生产过程中全氟化碳的排放量。经过测试发现，与未加入SmF₃，NdF₃，CeF₃和ZnF₂的电解质体系相比，使用本发明电解质体电解铝时，烟气中的全氟化碳排放浓度降低了150-350ppm；避免了全氟化碳产生的温室效应。降低了工业生产对环境的污染。

以下为本发明的实验研究：

实验例1：

选取电解质91公斤，经分析，该电解质主要成分是NaF 45％，AlF₃ 47％，MgF₂ 1％，CaF₂ 1％，Al₂O₃ 3％，LiF 3％，并将该电解质分成10组，依次编号为A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1、I1，每组9.1公斤，并将各组电解质磨成粒度为100微米的粉末；然后取质量比为1:2:5:1的SmF₃，NdF₃，CeF₃和ZnF₂混合后的粉末9公斤，分成10组，依次编号为A0、B0、C0、D0、E0、F0、G0、H0、I0，每组0.9公斤，然后将A0组的粉末加入到A1组电解质粉末中，搅拌均匀，得混合粉体A10；然后将B0组的粉末加入到B1组电解质粉末中，搅拌均匀，得混合粉体B10；按上述方法操作，得混合粉体C10、D10、E10、F10、G10、H10、I10。然后将上述混合粉体分别装入小型试验电解槽中，加热熔化，进行电解试验，电流强度为均100A。测试烟气中全氟化碳排放浓度，结果取平均值。经过测试发现，加入SmF₃，NdF₃，CeF₃和ZnF₂的混合粉末之前，烟气中全氟化碳排放平均浓度为300ppm，加入SmF₃，NdF₃，CeF₃和ZnF₂的混合粉之后，烟气中的排放平均浓度降低为50ppm。

实验例2：

选取电解质182公斤，经分析，该电解质主要成分是NaF 40％，AlF₃ 49％，MgF₂1.5％，CaF₂ 2％，Al₂O₃ 3.5％，LiF 4％。并将该电解质分成10组，依次编号为A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1、I1，每组18.2公斤，然后将各组电解质磨成粒度为500微米的粉末；然后取质量比为2:2:3:2的SmF₃，NdF₃，CeF₃和ZnF₂混合后的粉末18公斤，分成10组，各组依次编号为A0、B0、C0、D0、E0、F0、G0、H0、I0，每组1.8公斤，然后将A0组的粉末加入到A1组电解质粉末中，搅拌均匀，得混合粉体A10；将然后将B0组的粉末加入到B1组电解质粉末中，搅拌均匀，得混合粉体B10；按上述方法操作，得混合粉体C10、D10、E10、F10、G10、H10、I10。然后将上述混合粉体分别装入小型试验电解槽中，均加热至920℃熔化，进行电解试验，电流强度为150A。测试烟气中全氟化碳排放浓度，结果取平均值。经过测试发现，加入SmF₃，NdF₃，CeF₃和ZnF₂的混合粉末之前，烟气中全氟化碳排放的平均浓度为180ppm，加入SmF₃，NdF₃，CeF₃和ZnF₂的混合粉之后，烟气中的排放平均浓度降低为20ppm。

实验例3：

选取电解质88公斤，经分析，该电解质主要成分是NaF 35％，AlF₃ 55％，MgF₂1.5％，CaF₂ 1％，Al₂O₃ 3.5％，LiF 4％。并将该电解质分成10组，依次编号为A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1、I1，每组8.8公斤，然后将各组将电解质直接加入100A的试验电解槽中，熔化成熔体。然后取质量比为1:1:5:1的SmF₃，NdF₃，CeF₃和ZnF₂混合后的粉末12公斤，分成10组，各组依次编号为A0、B0、C0、D0、E0、F0、G0、H0、I0，每组1.2公斤，然后将A0组的粉末加入到A1组电解质熔体中，待熔体均匀后，得混合熔体A10；将然后将B0组的粉末加入到B1组电解质熔体中，待熔体均匀后，得混合熔体B10；按上述方法操作，得混合熔体C10、D10、E10、F10、G10、H10、I10。向上述混合熔体中通入100A电流进行电解试验，电解温度为970℃A。测试烟气中全氟化碳排放浓度，结果取平均值。经过测试发现，加入SmF₃，NdF₃，CeF₃和ZnF₂的混合物之前，烟气中全氟化碳排放平均浓度为480ppm，加入SmF₃，NdF₃，CeF₃和ZnF₂的混合粉之后，烟气中的排放平均浓度降低为150ppm。

由上述实验可知，使用本发明电解质体电解时，可大大降低烟气中的全氟化碳排放浓度；避免了全氟化碳产生的温室效应。降低了工业生产对环境的污染。

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例1.

配方：NaF 40kg，AlF₃ 45kg，MgF₂ 1.5kg，CaF₂ 1.5kg，Al₂O₃ 4kg，LiF 4kg，SmF₃3kg，NdF₃ 1.5kg，CeF₃ 2.5kg和ZnF₂ 1.5kg。

工艺：按配方量的称取各原料，磨成粒度为100-500微米的粉末，将装入电解槽中，加热熔化，即得。

实施例2.

配方：NaF 50kg，AlF₃ 50kg，MgF₂ 2kg，CaF₂ 2kg，Al₂O₃ 5kg，LiF 5kg，SmF₃ 4kg，NdF₃ 2kg，CeF₃ 5kg和ZnF₂ 2kg。

工艺：按配方量的称取各原料，磨成粒度为200-500微米的粉末，将装入电解槽中，加热熔化，即得。

实施例3.

配方：NaF 30kg，AlF₃ 40kg，MgF₂ 1kg，CaF₂ 1kg，Al₂O₃ 3kg，LiF 3kg，SmF₃ 1kg，NdF₃ 1kg，CeF₃ 2kg和ZnF₂ 1kg。

工艺：按配方量的称取各原料，磨成粒度为200-300微米的粉末，将装入电解槽中，加热熔化，即得。

实施例4.

配方：NaF 30-50kg，AlF₃ 40-50kg，MgF₂ 1-2kg，CaF₂ 1-2kg，Al₂O₃ 3-5kg，LiF 3-5kg，SmF₃ 1-4kg，NdF₃ 1-2kg，CeF₃ 2-5kg和ZnF₂ 1-2kg。

工艺：按配方量的称取各原料，磨成粒度为200-300微米的粉末，将装入电解槽中，加热熔化，即得。

Claims (1)

1. 一种能降低全氟化碳排放量的电解质体系，其特征在于，它是以下述重量配比的原料制成：NaF 30-50份， AlF₃ 40-50份， MgF₂ 1-2份，CaF₂ 1-2份，Al₂O₃ 3-5份，LiF 3-5份，SmF₃ 1-4份，NdF₃ 1-2份，CeF₃ 2-5份和ZnF₂ 1-2份。