CN112779564A - 一种酸法氧化铝电解铝体系及其应用 - Google Patents

一种酸法氧化铝电解铝体系及其应用 Download PDF

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张一雯
刘瑞平
高进
王永旺
陈东
王增国
张云峰
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    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
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Abstract

本发明提供一种酸法氧化铝电解铝体系及其应用，包括如下重量百分比的各组分：氧化铝3％‑6％、氟化铝25％‑30％、氟化钙2％‑5％、氟化镁2％‑5％、氟化钠32％‑35％、氟化钾2％‑5％、氟铝酸钾20％‑25％，余量为冰晶石，将该酸法氧化铝电解铝体系用于电解铝工艺中，解决了电解铝工业电解质中碳渣多和初晶温度高的问题。

Description

一种酸法氧化铝电解铝体系及其应用
技术领域
本发明属于铝电解技术领域，特别涉及一种酸法氧化铝电解铝体系及其应用。
背景技术
电解铝即通过电解得到的铝。现代电解铝工业生产一般采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃-970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，即电解。铝电解生产在能够保证氧化铝迅速溶解的前提下，需要尽量降低电解温度，提高电流效率。传统氧化铝电解铝体系应用的是碱法生产的氧化铝，而不适用于酸法氧化铝；酸法氧化铝提取技术作为一种新工艺，目前，现有的酸法氧化铝电解铝体系一般存在电解铝工业电解质中碳渣量高和初晶温度高的缺陷。例如：CN110093631A提供了一种高溶解性酸法氧化铝铝电解用的电解质体系及其应用，其虽然克服了酸法氧化铝在电解质体系中溶解速度慢的缺点，但该电解铝体系的初晶温度也较高。
发明内容
本发明为弥补现有技术中存在的不足，提供一种酸法氧化铝电解铝体系及其应用，该体系解决了电解铝工业电解质中碳渣多和初晶温度高的问题。
本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：
本发明提供一种酸法氧化铝电解铝体系，包括如下重量百分比的各组分：
氧化铝3％-6％、氟化铝25％-30％、氟化钙2％-5％、氟化镁2％-5％、氟化钠32％-35％、氟化钾2％-5％、氟铝酸钾20％-25％，余量为冰晶石。
根据本发明的电解铝体系，优选地，电解铝体系，包括如下重量百分比的各组分：
氧化铝5％-6％、氟化铝25％-26％、氟化钙2％-3％、氟化镁4％-5％、氟化钠32％-33％、氟化钾4％-5％、氟铝酸钾22％-25％，余量为冰晶石。
根据本发明的电解铝体系，优选地，所述氟化镁和氟化钾的重量比为(0.8-1.25)：1，进一步优选1：1，使得电解铝体系的初晶温度进一步降低。
根据本发明的电解铝体系，所述电解质体系的初晶温度为900-920℃。例如：900℃、905℃、910℃、915℃等。
本发明还提供了上述电解铝体系的应用，将其用于电解铝工艺中。
本发明还提供了一种酸法氧化铝电解铝方法，包括如下步骤：将除氧化铝外的电解质各组分进行混合，冰晶石作为电解反应氧化铝的溶剂，将氧化铝溶解在冰晶石中，将除氧化铝外的电解质混合物加热直至熔融状态，再加入含氧化铝的冰晶石溶液得到熔体；各电解槽电极接通电源，将得到的熔体置于电解槽后900-920℃条件下进行电解，电流密度为0.85-1.05A/cm3，得到电解后的铝液；进一步地，将所得的铝液，经过搅拌、过滤的步骤除去铝液中夹渣的杂质，得到纯铝。
根据本发明的电解铝方法，上述各组分在混合前进行烘干。
根据本发明的电解铝方法，所述电解质熔体的高度为18-20cm。
根据本发明的电解铝方法，所述电解质熔体过热度控制在12-15℃。
根据本发明的电解铝方法，所述电解槽阳极材料为消耗性碳阳极或者不消耗性导电阳极；和/或电解槽阴极材料为全石墨化阴极材料。
根据本发明的电解铝方法，电解槽槽型优选为卧式槽、立式槽或者多室槽。
其它未详述之处参见现有电解铝方法。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
本发明通过控制电解质体系中各个成分的配比，选取不同成分的组合，使得电解铝工业电解质具有碳渣量低和初晶温度低的优点；为酸法氧化铝电解铝提供了理论依据，实现了酸法氧化铝电解铝工业化。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。以下实施例中所用原料若未特别说明，均为通过商业渠道获得。
实施例1
本实施例酸法氧化铝电解铝体系，包括如下重量百分比的各组分：
氧化铝3％、氟化铝25％、氟化钙2％、氟化镁2％、氟化钠32％、氟化钾2％、氟铝酸钾20％，余量为冰晶石。
将上述电解铝体系应用于电解铝，包括如下步骤：
将除氧化铝外的电解质各组分进行混合，冰晶石作为电解反应氧化铝的溶剂，将氧化铝溶解在冰晶石中，将除氧化铝外的电解质混合物加热直至熔融状态，再加入含氧化铝的冰晶石溶液得到熔体；各电解槽电极接通电源，将步骤得到的熔体置于电解槽后900℃条件下进行电解，电流密度为1A/cm3，得到电解后的铝液；将所得的铝液，经过搅拌、过滤的步骤除去铝液中夹渣的杂质，得到纯铝。
上述各组分在混合前进行烘干。
所述电解质熔体的高度为20cm。
所述电解质熔体过热度控制在12℃。
所述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。
电解槽槽型优选为卧式槽。
实施例2
本实施例酸法氧化铝电解铝体系，包括如下重量百分比的各组分：
氧化铝4％、氟化铝26％、氟化钙3％、氟化镁3％、氟化钠33％、氟化钾3％、氟铝酸钾21％，余量为冰晶石。
将上述电解铝体系应用于电解铝，包括如下步骤：
将除氧化铝外的电解质各组分进行混合，冰晶石作为电解反应氧化铝的溶剂，将氧化铝溶解在冰晶石中，将除氧化铝外的电解质混合物加热直至熔融状态，再加入含氧化铝的冰晶石溶液得到熔体；各电解槽电极接通电源，将步骤得到的熔体置于电解槽后905℃条件下进行电解，电流密度为0.9A/cm3，得到电解后的铝液；将所得的铝液，经过搅拌、过滤的步骤除去铝液中夹渣的杂质，得到纯铝。
上述各组分在混合前进行烘干。
所述电解质熔体的高度为19cm。
所述电解质熔体过热度控制在12℃。
所述电解槽阳极材料为不消耗性导电阳极；电解槽阴极材料为全石墨化阴极材料。
电解槽槽型为立式槽。
实施例3
本实施例酸法氧化铝电解铝体系，包括如下重量百分比的各组分：
氧化铝5％、氟化铝27％、氟化钙4％、氟化镁4％、氟化钠34％、氟化钾4％、氟铝酸钾22％，余量为冰晶石。
将上述电解铝体系应用于电解铝，包括如下步骤：
将除氧化铝外的电解质各组分进行混合，冰晶石作为电解反应氧化铝的溶剂，将氧化铝溶解在冰晶石中，将除氧化铝外的电解质混合物加热直至熔融状态，再加入含氧化铝的冰晶石溶液得到熔体；各电解槽电极接通电源，将步骤得到的熔体置于电解槽后910℃条件下进行电解，电流密度为0.85A/cm3，得到电解后的铝液；将所得的铝液，经过搅拌、过滤的步骤除去铝液中夹渣的杂质，得到纯铝。
上述各组分在混合前进行烘干。
所述电解质熔体的高度为18cm。
所述电解质熔体过热度控制在13℃。
所述电解槽阳极材料为不消耗性导电阳极；电解槽阴极材料为全石墨化阴极材料。
电解槽槽型为多室槽。
实施例4-实施例6与实施例1类似，各原料组分含量以及具体参数见表1。
对比例1
本对比例酸法氧化铝电解铝体系，包括如下重量百分比的各组分：
氧化铝2％、氟化铝39％、氟化钙2％、氟化镁1.5％、氟化钠31％、氯化钾3％、氟化锂1％，余量为冰晶石。
将上述电解铝体系应用于电解铝，步骤与实施例1相同，具体参数见表1。
对比例2
本对比例酸法氧化铝电解铝体系，包括如下重量百分比的各组分：
氧化铝5％、氟化铝27％、氟化钙4％、氟化镁4％、氟化钠34％、氟化钾4％、氟铝酸钾22％，余量为冰晶石。
将上述电解铝体系应用于电解铝，步骤与实施例1相同，具体参数见表1。
表1
Figure BDA0002957971250000061
Figure BDA0002957971250000071
因此，从表1中实施例1-6及对比例1-2中数据比对可得出，本发明实施例的氧化铝溶解速度明显高于对比例，且碳渣量少，初晶温度较低。其中，实施例1-4中氟化镁和氟化钾的重量比为1：1，使得电解铝体系的初晶温度能够保持在较低的温度，如900℃-915℃。
上述各实施例和对比例在电解过程中涉及的具体工艺操作均采用本领域电解铝的常规工艺操作进行即可，对此不作一一赘述。
显然，本发明的上述实施例仅仅是基于清楚地说明本发明所做的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种酸法氧化铝电解铝体系，其特征在于：包括如下重量百分比的各组分：
氧化铝3％-6％、氟化铝25％-30％、氟化钙2％-5％、氟化镁2％-5％、氟化钠32％-35％、氟化钾2％-5％、氟铝酸钾20％-25％，余量为冰晶石。
2.根据权利要求1所述的酸法氧化铝电解铝体系，其特征在于：包括如下重量百分比的各组分：
氧化铝5％-6％、氟化铝25％-26％、氟化钙2％-3％、氟化镁4％-5％、氟化钠32％-33％、氟化钾4％-5％、氟铝酸钾22％-25％，余量为冰晶石。
3.根据权利要求1或2所述的酸法氧化铝电解铝体系，其特征在于：所述氟化镁和氟化钾的重量比为(0.8-1.25)：1，优选1：1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的酸法氧化铝电解铝体系，其特征在于：所述电解质体系的初晶温度为900-920℃。
5.一种酸法氧化铝电解铝体系的应用，其特征在于：将权利要求1-4所述电解铝体系用于电解铝工艺中。
6.一种酸法氧化铝电解铝方法，其特征在于：包括如下步骤：将除氧化铝外的权利要求1-4所述电解质各组分进行混合，冰晶石作为电解反应氧化铝的溶剂，将氧化铝溶解在冰晶石中，将除氧化铝外的电解质混合物加热直至熔融状态，再加入含氧化铝的冰晶石溶液得到熔体；各电解槽电极接通电源，将得到的熔体置于电解槽后900-920℃条件下进行电解，电流密度为0.85-1.05A/cm3，得到电解后的铝液。
7.根据权利要求6所述酸法氧化铝电解铝方法，其特征在于：所述电解质熔体的高度为18-20cm。
8.根据权利要求6或7所述酸法氧化铝电解铝方法，其特征在于：所述电解质熔体过热度控制在12-15℃。
9.根据权利要求6-8任一项所述酸法氧化铝电解铝方法，其特征在于：所述电解槽阳极材料为消耗性碳阳极或者不消耗性导电阳极；和/或电解槽阴极材料为全石墨化阴极材料。
10.根据权利要求6-9任一项所述酸法氧化铝电解铝方法，其特征在于：电解槽槽型为卧式槽、立式槽或者多室槽。
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