ES2379434A1 - Composición de electrolito para la obtención de aluminio metálico. - Google Patents
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Abstract
Composición de electrolito para la obtención de aluminio mediante un proceso electrolítico que contiene como fuente de fluoruro de potasio (KF) una mezcla de KAlF4 y K3AlF6 (criolita de potasio). Además contiene criolita de sodio (Na3AlF6), alúmina (Al2O3) y fluoruro de aluminio (AlF3). Opcionalmente la composición puede contener fluoruro de calcio (CaF2), fluoruro de magnesio (MgF2), fluoruro de litio (LiF) y/o fluoruro de sodio (NaF). El electrolito de la presente invención presenta puntos de fusión más bajos que los de composiciones de electrolito ya conocidas y una alta eficiencia con la consecuente mejora en el rendimiento, obteniéndose Aluminio de alta pureza.
Description
Composición de electrolito para la obtención de
aluminio metálico.
La presente invención está relacionada con la
producción de aluminio metálico a partir de un proceso
electrolítico. En particular, la presente invención está relacionada
con la composición del electrolito empleado en tal producción y que
permite llevar a cabo la reacción en las condiciones óptimas para
obtener un alto rendimiento en la obtención del aluminio.
Desde el punto de vista industrial, el aluminio
metálico se obtiene a través de un proceso de reducción
electrolítica de alúmina. La electrólisis en cuestión se lleva a
cabo en baño de criolita sódica (Na_{3}AlF_{6}) fundida en el
que está disuelta la alúmina.
La criolita y la alúmina son pues los
componentes principales del electrolito.
El proceso de electrólisis tiene lugar en las
llamadas cubas electrolíticas, que se componen básicamente un bloque
de Carbono que actúa como ánodo, (electrodo positivo), y un armazón
de grafito que funciona como cátodo, (electrodo negativo). Entre el
ánodo y el cátodo se encuentra el electrolito.
Se pasa una corriente eléctrica de elevada
intensidad a través del baño, con el fin de electrolizar la Alúmina
disuelta, de modo que el Oxígeno reacciona con el ánodo de Carbono
produciendo dióxido de carbono, y el Aluminio se deposita en el
fondo de la cuba. El aluminio depositado en el fondo de las cubas se
extrae periódicamente por vacío y se introduce en recipientes
térmicamente aislados, que son transferidos a las instalaciones de
fundición para el posterior procesamiento del metal.
El tamaño de la celda depende en gran manera de
la corriente de electrólisis que se haya de emplear.
Con objeto de minimizar el gasto energético, es
deseable llevar a cabo la electrólisis a la temperatura más baja
posible.
El punto de fusión de la criolita sódica está
alrededor de 1000ºC, pero se puede reducir a unos 915ºC por la
presencia de un 5% de alúmina. La temperatura del proceso
electrolítico, de manera estándar, es en torno a los 950ºC. Es
posible reducir ligeramente esta temperatura por medio de diferentes
aditivos en los electrolitos. Uno de estos posibles aditivos es el
fluoruro de potasio (KF).
Son conocidos las composiciones de electrolito
que contiene fluoruro de potasio, además de fluoruro de calcio,
fluoruro de magnesio y criolita de sodio. El fluoruro de potasio
compuesto produce una disminución de la temperatura de operación y
una subida de la solubilidad de la alúmina.
El parámetro esencial de la pila electrolítica
para la producción de aluminio es la solubilidad de la alúmina.
Cuanta más alta sea la solubilidad de la alúmina y más alta sea la
densidad de corriente, más productiva será la electrólisis.
Durante la electrólisis los componentes del
electrolito se vaporizan y ello da lugar al cambio de su
composición. De este modo existe la necesidad de suministrar el
electrolito con diversos componentes para poder mantener la
composición correcta.
El fluoruro de potasio, aunque da lugar a
efectos beneficiosos en el proceso electrolítico como los citados
anteriormente, es una sal muy higroscópica y puede ser la fuente de
agua no deseada en el electrolito.
Otra fuente posible de fluoruro de potasio puede
ser KF*HF, pero este compuesto presenta un gran inconveniente y es
que se descompone y desprende ácido fluorhídrico muy agresivo y
dañino.
Para solucionar los inconvenientes antes
mencionados, la presente invención tiene por objeto la provisión de
un electrolito mejorado para la producción de aluminio metálico, que
da lugar a más bajos puntos de fusión y alta eficiencia de
corriente, evitando los inconvenientes de otros electrolitos ya
conocidos.
La presente invención se refiere a la
composición de un electrolito para la obtención de aluminio. El
electrolito contiene como fuente de fluoruro de potasio (KF) una
mezcla de KAlF_{4} y K_{3}AlF_{6}
(K_{1-3}AlF_{4-6} - criolita de
potasio). La mezcla de KAlF_{4} y K_{3}AlF_{6} presenta
propiedades ventajosas debido a que posee propiedades higroscópicas
bajas, al contrario que el fluoruro potásico y no tiene efecto
dañino y agresivo como el KF*HF. La adición directa de fluoruro
potásico en el electrolito puede ser dañina ya que al ser un
compuesto muy higroscópico, podría ser la fuente de agua en el
electrolito, algo que se evita utilizando la referida mezcla de
KAlF_{4} y K_{3}AlF_{6}.
La composición del electrolito de la presente
invención para la obtención de aluminio mediante un proceso
electrolítico comprende los siguientes compuestos:
- Criolita de sodio (Na_{3}AlF_{6}).
- Alumina (Al_{2}O_{3}).
- Fluoruro de aluminio (AlF_{3}).
- Criolita de potasio. La criolita de potasio,
utilizada como fuente de KF, se refiere a una mezcla de KAlF_{4} y
K_{3}AlF_{6}, donde el porcentaje en peso varía entre
50-100% para KAlF_{4} y entre
0-50% para K_{3}AlF_{6}. A partir de ahora nos
referiremos a la mezcla de KAlF_{4} y K_{3}AlF_{6} como
criolita de potasio.
\vskip1.000000\baselineskip
Opcionalmente, la composición de electrolito
puede incluir otros compuestos como el fluoruro de calcio
(CaF_{2}), fluoruro de magnesio (MgF_{2}), fluoruro de litio
(LiF) y fluoruro de sodio (NaF).
Las proporciones en peso de estos componentes
puede variar dentro de los rangos que de indican a continuación:
El porcentaje en peso en la composición de
electrolito de criolita de sodio (Na_{3}AlF_{6}) puede ser de
20-80% en peso, el de alúmina puede variar entre el
2%-5%, el de fluoruro de aluminio puede variar entre el 0% y el
15%.
El porcentaje en peso en la composición de
electrolito de criolita de potasio es de 0,01-80% en
peso.
En el caso de que la composición incluya los
componentes opcionales indicados anteriormente, su composición en
peso se indica a continuación:
Fluoruro de Calcio 2-5% en
peso.
Fluoruro de Magnesio 0-2% en
peso.
Fluoruro de Litio 0-3% en
peso.
Fluoruro de Sodio 0-5% en
peso.
\vskip1.000000\baselineskip
Para complementar cuanto antecede, y con el
objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de
la invención, se muestran unos ejemplos con carácter meramente
indicativo y no limitativo de la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Se realizó una electrólisis utilizando criolita
de potasio. La composición del electrolito es la siguiente:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
El proceso electrolítico se llevó a cabo a una
temperatura de 960ºC, con una intensidad de corriente de 100 A
durante 100 horas. El voltaje de baño es de 5,7\pm0,2 V y la
densidad de corriente del cátodo y ánodo es de 0,5 A/cm^{2}.
\newpage
El cambio de nivel de fusión debido a la
evaporación de sal fue compensado con la mezcla de la siguiente
composición:
- Na_{3}AlF_{6}: 33,8% en peso.
- Criolita de potasio: 39,2% en peso.
- AlF_{3}: 27,0% en peso.
\vskip1.000000\baselineskip
Se realizó una electrólisis de aluminio
utilizando la siguiente composición de electrolito:
\vskip1.000000\baselineskip
El proceso electrolítico se llevó a cabo a una
temperatura de 880ºC, con una intensidad de corriente de 100 A
durante 100 horas. El voltaje de baño es de 5,7\pm0,3 V y la
densidad de corriente del cátodo y ánodo es de 0,4 A/cm^{2}.
El cambio de nivel de fusión debido a la
evaporación de sal fue compensado con la mezcla de la siguiente
composición:
- Na_{3}AlF_{6}: 18,8% en peso.
- Criolita de potasio: 64,3% en peso.
- AlF_{3}: 15,9% en peso.
\vskip1.000000\baselineskip
Se realizó una electrólisis de aluminio
utilizando la siguiente composición de electrolito:
\vskip1.000000\baselineskip
El proceso electrolítico se llevó a cabo a una
temperatura de 800ºC, con una intensidad de corriente de 100 A
durante 72 horas. El voltaje de baño es de 4,7\pm0,2 V y la
densidad de corriente del cátodo y ánodo es de 0,4 A/cm^{2}.
\newpage
El cambio de nivel de fusión debido a la
evaporación de sal fue compensado con la mezcla de la siguiente
composición:
- Na_{3}AlF_{6}: 10,1% en peso.
- Criolita de potasio: 80,2% en peso.
- LiF: 0,4% en peso.
- AlF_{3}: 9,3% en peso.
\vskip1.000000\baselineskip
En la tabla siguiente (Tabla 4) se muestra el
contenido de impurezas (% en peso) del aluminio obtenido en el
electrolito.
\vskip1.000000\baselineskip
En la tabla siguiente (Tabla 5) se muestra el
contenido de impurezas (% en peso) en el electrolito.
\vskip1.000000\baselineskip
El aluminio obtenido utilizando el electrolito
objeto de la presente invención permite obtener aluminio de alta
pureza tras 48 horas de electrólisis.
Claims (4)
1. Composición de electrolito para la obtención
de aluminio metálico caracterizada por contener:
- Criolita de sodio (Na_{3}AlF_{6}).
- Alumina (Al_{2}O_{3}).
- Fluoruro de aluminio (AlF_{3}).
- Criolita de potasio, siendo dicha criolita de
potasio una mezcla de KAlF_{4} y K_{3}AlF_{6}, donde el
porcentaje en peso varía entre 50-100% para
KAlF_{4} y entre 0-50% para K_{3}AlF_{6}.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Composición de electrolito según
reivindicación 1 caracterizada por contener además fluoruro
de calcio (CaF_{2}), fluoruro de magnesio (MgF_{2}), fluoruro de
litio (LiF) y/o fluoruro de sodio (NaF).
3. Composición de electrolito según
reivindicación 1 caracterizada porque contiene:
20-80% en peso de criolita de sodio:
0,01-80% en peso de criolita de
potasio.
0-15% en peso de fluoruro de
aluminio.
2-5% en peso de alúmina.
\vskip1.000000\baselineskip
4. Composición de electrolito según
reivindicación 2 caracterizada porque contiene entre:
2-5% en peso de fluoruro de
calcio.
0-2% en peso de fluoruro de
magnesio.
0-3% en peso de fluoruro de
litio.
0-5% en peso de fluoruro de
sodio.
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