CN108950603A - 一种提高电解质溶解度的电解铝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电解铝技术领域，涉及一种提高电解质溶解度的电解铝方法，先将除Al2O3和NaCl之外的电解质原料依次投入电解槽中，再将电解质中风干的Al2O3置于球磨机中进行机械化学活化，其中活化材料和研磨体的质量比为1∶100，活化时间为3～5min，将活化后的Al2O3和烘干的NaCl共同投入电解槽中，然后将电解槽电极接通电源进行电解，其中电解槽的电解参数为：电解槽中电解质熔体温度940～960℃，阳极电流密度0.8～1.0A/cm2，最后将阴极回收的铝进行搅拌、过滤，除去铝液中的杂质，得到纯铝，解决了现有的铝合金电解过程中，电解槽中的氧化铝溶解度低使得氧化铝沉积在电解槽底部，造成电解槽产生炉底沉淀，电压不稳定，电解槽电解效率降低的问题。
Description
技术领域
本发明属于电解铝技术领域，涉及一种提高电解质溶解度的电解铝方法。
背景技术
目前，电解铝是在约950℃温度下，通过溶解在氟化物熔体中的铝氧化物或氧化铝(Al2O3)的电解分解于电解浴(电解槽)中获得铝。熔体的主要成分是钠冰晶石(Na3AlF6)，对其添加例如氟化铝(AlF3)、诸如氟化锂(LiF)、氟化钾(KF)、氟化钙(CaF2)和氟化镁(MgF2)等碱金属氟化物和碱土金属氟化物，以便改善技术特性。作为引入添加剂的结果，改变了对于电解工艺重要的熔体特性，如电导率、密度、液线温度(熔点)、氧化铝溶解度、熔体上的蒸气压以及对于电极材料、耐火材料和电解槽构造的其他元件的腐蚀作用。
通过电解生产铝是最耗能的工艺之一。为了降低电能的比耗量，尝试了降低电解质的比电阻和电解温度。降低电解温度还能够减少电极、耐火材料和构造材料的腐蚀。然而，在降低电解温度继而降低电解质温度时，熔体中的氧化铝溶解度通常会减少，这导致必定降低电解槽的电解效率。
在铝合金电解过程中，由于氧化铝进入电解槽中溶解度不高，未溶解的氧化铝通常都会覆盖在电解槽底部，所以会造成氧化铝能源的浪费，当电解槽底部的氧化铝偏多的时候，电解槽中的电压会不稳定，电流效率下降，电解槽的生产力下降。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有的铝合金电解过程中，电解槽中的氧化铝溶解度低使得氧化铝沉积在电解槽底部，造成电解槽电压不稳定，电解槽电解效率降低的问题，提供一种提高电解质溶解度的电解铝方法，该电解铝方法能够增加氧化铝在电解槽中的溶解度，减少氧化铝在电解槽底部的沉积。
为达到上述目的，本发明提供一种提高电解质溶解度的电解铝方法，包括以下步骤：
A、配料：计算电解质各原料用量并按配比准备电解质原料，电解质的配方由以下组分按照重量百分比配制而成：NaF 25～30％，AlF327～29％，CaF23～4％，NaCl 2～3％，LiF 2～3％，MgF22～3％，LiCl 1～3％，MgCl2 1～3％，余量为Al2O3；
B、投料：将上述除Al2O3和NaCl之外的电解质原料按照上述配比依次投入电解槽中，并加热至熔融状态；
C、风干：将Al2O3和NaCl在250～300℃的条件下烘干5h，除去Al2O3和NaCl中的水分；
D、机械化学活化：将步骤C风干的Al2O3置于球磨机中进行机械化学活化，其中活化材料和研磨体的质量比为1∶100，活化时间为3～5min，将活化后的Al2O3和烘干的NaCl共同投入步骤B的电解槽中；
E、电解：将电解槽电极接通电源进行电解，其中电解槽的电解参数为：电解槽中电解质熔体温度940～960℃，阳极电流密度0.8～1.0A/cm2；
F、后处理：将阴极回收的铝进行搅拌、过滤，除去铝液中的杂质，得到纯铝进行包装。
进一步，步骤C中将Al2O3和NaCl置于烘箱中进行烘干。
进一步，步骤D中球磨机为行星式球磨机。
进一步，步骤D中研磨体为若干直径3～4mm的钢球，钢球质量为1kg。
进一步，步骤E中电解槽槽型为卧式槽、立式槽或者多室槽。
进一步，步骤E中电解槽阳极材料为消耗性碳阳极或者不消耗性导电阳极。
进一步，步骤E中电解槽阴极材料为全石墨化阴极材料、部分石墨化阴极材料或者TiB2/C复合阴极材料。
进一步，步骤E中电解质熔体的高度为20～25cm，电解质熔体过热度控制在5～10℃。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的电解质选用碱金属氟化物、碱金属氯化物、碱土金属氟化物或碱土金属氯化物作为添加剂，这些添加剂都可以提高电解熔体中氧化铝的溶解能力，可以达到改善冰晶石-氧化铝熔液物理化学性能的作用，增加氧化铝熔液在电解质中溶解的完整性和速度，减小电解槽内电解熔体的电阻，使得电解槽底部的电压差降低，消除了电解槽底部未溶解氧化铝形式的沉淀物，延长了电解池的使用寿命，这样电解槽的使用效率更高，同时可以同时生产更多的金属，提高电解槽的电解效率、节省电能、降低纯铝的生产成本。
2、本发明所公开的提高电解质溶解度的电解铝方法，在电解前先将氧化铝在行星式球磨机中进行机械化学活化处理，可以增加氧化铝在冰晶石中的溶解度，提高电解槽的电解效率，电解槽的电流和电压稳定，降低电解的电势差，延长电解槽使用寿命。
3、通过本发明所公开的提高电解质溶解度的电解铝方法进行电解铝的加工工艺：平均每生产一吨铝会节省20％左右的能源，并且由于工作中电流稳定，产铝的效率与常规活化的方法相比，产铝为为常规的1.5～2倍。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
一种提高电解质溶解度的电解铝方法，包括以下步骤：
A、配料：计算电解质各原料用量并按配比准备电解质原料，电解质的配方由以下组分按照重量百分比配制而成：NaF 25％，AlF3 27％，CaF2 3％，NaCl 2％，LiF 2％，MgF22％，LiCl 1％，MgCl2 1％，余量为Al2O3；
B、投料：将上述除Al2O3和NaCl之外的电解质原料按照上述配比依次投入电解槽中，并加热至熔融状态；
C、风干：将Al2O3和NaCl在置于250℃的烘箱中烘干5h，除去Al2O3和NaCl中的水分；
D、机械化学活化：将步骤C风干的Al2O3置于行星式球磨机中进行机械化学活化，其中活化材料和研磨体的质量比为1∶100，活化时间为5min，研磨体为若干直径3mm的钢球，钢球质量为1kg，将活化后的Al2O3和烘干的NaCl共同投入步骤B的电解槽中；
E、电解：将电解槽电极接通电源进行电解，其中电解槽的电解参数为：电解槽中电解质熔体温度960℃，电解质熔体过热度控制在10℃，阳极电流密度0.8A/cm2，电解槽槽型为多室槽，电解槽阳极材料为消耗性碳阳极，电解槽阴极材料为全石墨化阴极材料，电解质熔体的高度为25cm；
F、后处理：将阴极回收的铝进行搅拌、过滤，除去铝液中的杂质，得到纯铝进行包装。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，步骤A中电解质的配方由以下组分按照重量百分比配制而成：NaF 30％，AlF3 29％，CaF2 4％，NaCl 3％，LiF 3％，MgF2 3％，LiCl 3％，MgCl2 3％，余量为Al2O3。
实施例3
实施例3与实施例2的区别在于，步骤C中将Al2O3和NaCl在置于300℃的烘箱中烘干5h，除去Al2O3和NaCl中的水分。
实施例4
实施例4与实施例2的区别在于，步骤D中将风干的Al2O3置于行星式球磨机中进行机械化学活化，其中活化材料和研磨体的质量比为1∶100，活化时间为3min，研磨体为若干直径4mm的钢球，钢球质量为1kg，将活化后的Al2O3和烘干的NaCl共同投入步骤B的电解槽中。
实施例5
实施例5与实施例2的区别在于，步骤E中将电解槽电极接通电源进行电解，其中电解槽的电解参数为：电解槽中电解质熔体温度940℃，电解质熔体过热度控制在5℃，阳极电流密度1.0A/cm2，电解槽槽型为多室槽，电解槽阳极材料为消耗性碳阳极，电解槽阴极材料为全石墨化阴极材料，电解质熔体的高度为20cm。
实施例6
实施例6与实施例5的区别在于，步骤E中电解槽槽型为卧式槽，电解槽阳极材料为不消耗性导电阳极，电解槽阴极材料为TiB2/C复合阴极材料。
对比例
一种提高电解质溶解度的电解铝方法，包括以下步骤：
A、配料：计算电解质各原料用量并按配比准备电解质原料，电解质的配方由以下组分按照重量百分比配制而成：NaF 25％，AlF3 27％，CaF2 3％，NaCl 2％，LiF 2％，MgF22％，LiCl 1％，MgCl2 1％，余量为Al2O3；
B、投料：将上述除Al2O3和NaCl之外的电解质原料按照上述配比依次投入电解槽中，并加热至熔融状态；
C、风干：将Al2O3和NaCl在置于250℃的烘箱中烘干5h，除去Al2O3和NaCl中的水分，将Al2O3和烘干的NaCl共同投入步骤B的电解槽中；
D、电解：将电解槽电极接通电源进行电解，其中电解槽的电解参数为：电解槽中电解质熔体温度960℃，电解质熔体过热度控制在10℃，阳极电流密度0.9A/cm2，电解槽槽型为多室槽，电解槽阳极材料为消耗性碳阳极，电解槽阴极材料为全石墨化阴极材料，电解质熔体的高度为25cm；
E、后处理：将阴极回收的铝进行搅拌、过滤，除去铝液中的杂质，得到纯铝进行包装。
采用实施例1～6与对比例所公开电解铝方法进行电解铝，每一吨冰晶石所能够溶解的电解质质量为溶剂量，在1.5A/cm2电流密度的条件下，电解铝的溶剂量、电能耗以及产铝量的对比结果如表一：
表一
从表一可以看出，对比例每一吨冰晶石能够溶解8kg的电解质，而实施例1～6中每一吨冰晶石能够溶解12.5kg的电解质，可以看出通过本发明电解铝方法制得的纯铝，相对于对比例中的现有常规技术，单位冰晶石能够电解的纯铝量得到了提高，电解铝能耗得到了减少，同时产铝量得到了提高，适合广泛推广。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种提高电解质溶解度的电解铝方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、配料：计算电解质各原料用量并按配比准备电解质原料，电解质的配方由以下组分按照重量百分比配制而成：NaF 25～30％，AlF3 27～29％，CaF2 3～4％，NaCl 2～3％，LiF2～3％，MgF2 2～3％，LiCl 1～3％，MgCl2 1～3％，余量为Al2O3；
B、投料：将上述除Al2O3和NaCl之外的电解质原料按照上述配比依次投入电解槽中，并加热至熔融状态；
C、风干：将Al2O3和NaCl在250～300℃的条件下烘干5h，除去Al2O3和NaCl中的水分；
D、机械化学活化：将步骤C风干的Al2O3置于球磨机中进行机械化学活化，其中活化材料和研磨体的质量比为1∶100，活化时间为3～5min，将活化后的Al2O3和烘干的NaCl共同投入步骤B的电解槽中；
E、电解：将电解槽电极接通电源进行电解，其中电解槽的电解参数为：电解槽中电解质熔体温度940～960℃，阳极电流密度0.8～1.0A/cm2；
F、后处理：将阴极回收的铝进行搅拌、过滤，除去铝液中的杂质，得到纯铝进行包装。
2.如权利要求1所述的提高电解质溶解度的电解铝方法，其特征在于，步骤C中将Al2O3和NaCl置于烘箱中进行烘干。
3.如权利要求1所述的提高电解质溶解度的电解铝方法，其特征在于，步骤D中球磨机为行星式球磨机。
4.如权利要求1所述的提高电解质溶解度的电解铝方法，其特征在于，步骤D中研磨体为若干直径3～4mm的钢球，钢球质量为1kg。
5.如权利要求1所述的提高电解质溶解度的电解铝方法，其特征在于，步骤E中电解槽槽型为卧式槽、立式槽或者多室槽。
6.如权利要求1所述的提高电解质溶解度的电解铝方法，其特征在于，步骤E中电解槽阳极材料为消耗性碳阳极或者不消耗性导电阳极。
7.如权利要求1所述的提高电解质溶解度的电解铝方法，其特征在于，步骤E中电解槽阴极材料为全石墨化阴极材料、部分石墨化阴极材料或者TiB2/C复合阴极材料。
8.如权利要求1所述的提高电解质溶解度的电解铝方法，其特征在于，步骤E中电解质熔体的高度为20～25cm，电解质熔体过热度控制在5～10℃。
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