KR20150022995A - 알루미늄 전해에 사용되는 전해질 및 상기 전해질을 사용하는 전해 공정 - Google Patents

알루미늄 전해에 사용되는 전해질 및 상기 전해질을 사용하는 전해 공정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 전해용의 전해질 및 상기 전해질을 사용하는 전해 공정에 관한 것이다. 본 발명에서의 상기 전해질은 순수한 불화물 염 시스템을 채용하고 그리고 질량 백분율로 하기의 성분들: 20 내지 29.9%의 NaF, 60.1 내지 66%의 AlF3, 3 내지 10%의 LiF, 4 내지 13.9%의 KF 및 3 내지 6%의 Al2O3로 이루어지고, 여기에서 AlF3에 대한 NaF의 몰비가 0.6 내지 0.995이거나; 또는 질량 백분율로 하기의 성분들: 30 내지 38%의 NaF, 49 내지 60%의 AlF3, 1 내지 5%의 LiF, 1 내지 6%의 KF 및 3 내지 6%의 Al2O3로 이루어지고, 여기에서 AlF3에 대한 NaF의 몰비가 1.0 내지 1.52이다. 본 발명에서 제공되는 상기 전해질은 낮은 액상선 온도, 양호한 알루미나 용해도 및 높은 전기 전도도를 갖고, 그리고 전해 공정 중에서 에너지 소모를 감소시키고, 전류 효율을 향상시키고 그리고 작업 환경을 개선시키는 데 양호한 역할을 수행한다.

Description

알루미늄 전해에 사용되는 전해질 및 상기 전해질을 사용하는 전해 공정{ELECTROLYTE USED FOR ALUMINUM ELECTROLYSIS AND ELECTROLYSIS PROCESS USING THE ELECTROLYTE}
본 발명은 알루미늄 전해용의 전해질 및 상기 전해질을 사용하는 전해 공정에 관한 것으로서, 비-철 금속 정련 산업에 속한다.
알루미늄 전해(aluminum electrolysis)는 전해방법으로의 알루미늄을 획득하는 것을 의미한다. 선행 기술에 있어서, 전통적인 홀-에룰트(Hall-Heroult) 용융염 알루미늄 전해 공정이 전형적으로 알루미늄 전해에 적용된다. 이 공정은 빙정석 Na3AlF6 불화물 염 용융물이 용제(flux)로 취하여지고, 산화알루미늄(Al2O3)이 상기 불화물의 염 중에 용해되고, 탄소체가 양극으로서 취하여지고, 알루미늄 액체가 음극으로서 취하여지고, 그리고 강한 직류 전류가 도입된 후 940 내지 960℃의 범위 이내의 높은 온도에서의 전해조(electrolytic cell)의 상기 양극 및 음극에서 전기화학 반응을 수행하는 것에 의하여 전해 알루미늄이 수득되는 빙정석-알루미나 용융물 염 전해 공정의 사용에 의하여 특징지워진다. 높은 전해 온도로 인하여, 상기 전통적인 알루미늄 전해 공정은 전해질의 큰 휘발량, 탄소 양극의 큰 산화 손실, 큰 에너지 소모, 큰 열 손실 및 형편없는 전해 작업 환경과 같은 특징들을 갖는다.
선행기술에 있어서, 전해 온도를 낮추기 위하여, 중국 공개특허 제CN101671835A호에는 저온 용융염 시스템을 기술하고 있으며, 상기 시스템의 상기 용융염 조성물은 불화알루미늄(AlF3), Al2O3 그리고 불화칼륨(KF), 불화나트륨(NaF), 불화마그네슘(MgF2), 불화칼슘(CaF2), 염화나트륨(NaCl), 불화리튬(LiF) 및 불화바륨(BaF2)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 염들을 포함하고, 여기에서 몰 백분율에 따라 AlF3의 함량이 22 내지 50%이고, Al2O3의 함량이 1 내지 25%이고 그리고 잔여 성분들의 함량이 25 내지 77%이다. 상기 전해질의 전해 온도는 조작의 목적을 위하여 680℃ 내지 900℃의 넓은 영역 이내까지 낮추어질 수 있다. 그러나, 앞서 언급된 전해질에 있어서, BaF2가 큰 밀도로 인하여 전해 공정 중에 침강되기 쉬우며, 따라서 대규모적인 방법으로 공업적인 생산에 적용하기가 어렵고; 고-용융점 눌질들인 MgF2 및 CaF2의 사용은 전체 시스템의 액상선 온도를 증가시킬 수 있고 그리고 또한 상기 전해질의 전기 전도도 및 알루미나 용해도를 저하시킬 수 있고; NaCl이 상대적은 낮은 용융점을 갖기 때문에, NaCl의 첨가가 상기 전해질의 상기 액상선 온도를 낮추는 방법이기는 하나, 그러나, NaCl은 앞서 언급된 전해 온도에서 Cu, Fe, Al 및 Ni 등과 같은 금속들에 부식 효과를 부여하고 그리고 추가로 전해조 부속물 등과 같은 금속부들의 부식을 야기할 수 있고, 이러한 부식 효과는 전해 장치들의 내용년수를 극적으로 단축시키고, 게다가, NaCl은 상기 전해 공정 중에 극도로 휘발하기 쉬워 인체에 해로운 HCl 가스를 형성하고, 따라서 지금까지는, NaCl은 공업적 생산에 광범위하게 적용되지 않았고; NaCl의 첨가에 더하여, AlF3에 대한 NaF의 몰비의 감소는 또한 이 기술분야에서의 상식의 관점에서 상기 전해질의 액상선 온도를 낮출 수 있으나, 그러나, 현존 산업에서, AlF3에 대한 NaF의 몰비는 대체로 2.2 보다 더 크며, 이는, 만일 상기 전해질의 액상선 온도가 더 낮아지고 그리고 그에 따라 상기 전해 온도가 낮아지는 경우, 즉, NaF 및 AlF3들이 저온 전해의 과정 중에 상기 음극의 '각화(crusting)' 현상을 야기할 수 있으며, 이러한 '각화' 현상에 대한 이유는 상기 전해질 내의 소듐이온들과 알루미늄이온들이 상기 전해 공정 중에 상기 음극에 모여서 소듐빙정석(sodium cryolite)을 생성할 수 있고, 이는 그의 높은 융점으로 인하여 낮은 온도에서는 거의 용융되지 않고, 그 결과, 상기 음극의 표면이 내화성의 빙정석 껍질(refractory cryolite crust)의 층으로 덮여 상기 전해 공정에서의 정상적인 전해에 크게 영향을 줄 수 있다는 미해결된 문제점 때문이다.
전해질이 성공적으로 겅업적인 생산에 적용될 수 있는 지의 여부는 그의 액상선 온도, 휘발성, 전기 전도도, 알루미나 용해도, 제조 환경 및 안정한 전해 공정이 보증될 수 있는 지의 여부 등과 같은 많은 매개변수들에 대한 종합적인 고려에 기초하나, 그러나, 선행기술에서의 상기 문제점들로 인하여, 상기 전해질의 공업적 응용은 명백하게 제한적이고, 그리고 선행기술에서 전해 장치들에 대한 부식 및 인체에 대한 손상을 회피하고, 그리고 적절한 전기 전도도 및 알루미나 용해도와 마찬가지로 제조된 전해질의 '각화' 현상이 없는 한편으로 상기 전해질의 상기 액상선 온도가 추가로 낮아지는 것을 보증하는 방법을 발견하는 것이 미해결된 문제이다.
본 발명에 의해 해결되어야 할 기술적인 문제점은 선행기술이 전해 장치들에 대한 부식 및 인체에 대한 손상을 회피하고 그리고 적절한 전기 전도도 및 알루미나 용해도와 마찬가지로 제조된 전해질의 '각화' 현상이 없는 한편으로 상기 전해질의 상기 액상선 온도가 추가로 낮아지는 것을 보증할 수 없다는 것이다. 따라서 본 발명은 액상선 온도가 낮고, 전해조에 대한 부식이 없고, 휘발하기 쉽지 않고, 전기 전도도 및 알루미나 용해도가 적절하고 그리고 '각화' 현상이 없는 전해질 및 상기 전해질을 사용하는 전해 공정을 제공한다.
본 발명에서의 알루미늄 전해용의 상기 전해질 및 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정에 대한 기술적인 해결책은 다음과 같다:
알루미늄 전해용의 전해질은 질량 백분율로 하기의 성분들: 20 내지 29.9%의 NaF, 60.1 내지 66%의 AlF3, 3 내지 10%의 LiF, 4 내지 13.9%의 KF 및 3 내지 6%의 Al2O3로 이루어지고, 여기에서 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 0.6 내지 0.995이거나;
또는 질량 백분율로 하기의 성분들: 30 내지 38%의 NaF, 49 내지 60%의 AlF3, 1 내지 5%의 LiF, 1 내지 6%의 KF 및 3 내지 6%의 Al2O3로 이루어지고, 여기에서 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.0 내지 1.52이다.
AlF3에 대한 NaF의 몰비는 0.6 내지 0.7 또는 1.12 내지 1.52이다.
상기 전해질의 액상선 온도는 620 내지 670℃의 범위이다.
상기 전해질의 액상선 온도는 640 내지 670℃의 범위이다.
상기 전해질의 전해 온도는 720 내지 760℃의 범위이다.
알루미늄 전해용의 상기 전해질을 사용하는 전해 공정은:
(1) 특정된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3를 혼합하고, 그리고 그 결과의 혼합물을 가열시켜 용융물을 형성시키거나; 또는 특정된 양들의 NaF, AlF3, LiF 및 KF들을 혼합하고, 그리고 혼합물이 용융될 때까지 그 결과의 혼합물을 가열시키고, 그리고 계속해서 Al2O3를 첨가하여 용융물을 수득하는 단계; 및
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물을 720 내지 760℃까지 가열시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하는 단계;
를 포함한다.
단계 (1)에서 제조된 상기 용융물은 730 내지 750℃에서 전해된다.
Al2O3가 상기 전해 공정 중에 정량적으로 공급된다.
본 발명에서의 알루미늄 전해용의 상기 전해질 및 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정은 하기의 잇점들을 갖는다:
(1) 본 발명에서의 알루미늄 전해용의 상기 전해질은 순수한 불화물 시스템을 채용하고 그리고 질량 백분율로 하기의 성분들: 20 내지 29.9%의 NaF, 60.1 내지 66%의 AlF3, 3 내지 10%의 LiF, 4 내지 13.9%의 KF 및 3 내지 6%의 Al2O3로 이루어지고, 여기에서 AlF3에 대한 NaF의 몰비가 0.6 내지 0.995이거나; 또는 상기 전해질이 하기의 성분들: 30 내지 38%의 NaF, 49 내지 60%의 AlF3, 1 내지 5%의 LiF, 1 내지 6%의 KF 및 3 내지 6%의 Al2O3로 이루어지고, 여기에서 AlF3에 대한 NaF의 몰비가 1.0 내지 1.52이다.
이로부터 결과되는 잇점들은 다음과 같다:
1. 낮은 액상선 온도 및 '각화' 현상이 없음. 본 발명에 있어서, 순수한 불화물 시스템을 갖는 전해질이 채용되고, 상기 전해질 중의 물질 조성이 한정되고, 이들 물질들의 함량들이 추가로 한정되고 그리고 AlF3에 대한 NaF의 몰비가 0.6 내지 0.995이거나 또는 1.0 내지 1.52이어서, 상기 전해질의 상기 액상선 온도가 640 내지 670℃까지 낮아지고, 그 결과, 상기 전해 공정에 따른 전해가 720 내지 760℃에서 수행될 수 있고, 이는 불화물 염의 휘발 손실을 감소시키고, 전해 장치에 대한 부식 및 인체에 대한 손상을 회피하고, 작업 환경을 개선시키고, 전해 공정에서의 에너지 소모를 크게 감소시키고 그리고 에너지 절약 및 배출 감소의 목표들을 달성하고; 그리고 한편으로, 본 발명에 있어서, 적절한 양들의 LiF 및 KF들이 첨가되고 그리고 상기 전해질 내의 소듐이온들과 알루미늄이온들과 결합하여 저융점들을 갖는 리튬빙정석(lithium cryolite) 및 포타슘빙정석(potassium cryolite)을 형성하고, 그에 따라 상기 전해 공정 중에서 무 각화 현상(no crusting phenomenon)을 확실하게 할 수 있다.
2. 높은 알루미나 용해도. 현존하는 산업과 비교하면, 본 발명에서의 알루미늄 전해용의 상기 전해질은 그 안에 CaF2 및 MgF2가 첨가되지 않고, 대신, 알루미나의 용해도 및 용해 속도를 증가시키는 기능을 갖는 KF가 적절한 비율로 AlF3에 대한 NaF의 몰비가 0.6 내지 0.995 또는 1.0 내지 1.52인 시스템에 첨가되고, 그리고 그에 따라 저 몰비의 전해질 중에서의 낮은 알루미나 용해도의 단점이 개선된다.
3. 상기 전해질의 높은 전기 전도도. 상기 전해질의 전기 전도도는 온도가 감소함에 따라 감소되고, 따라서 전형적으로, 낮은 전해 온도에서의 상기 전기 전도도는 통상의 전해 공정에서의 요건을 거의 만족하지 못하고; 상기 전해 온도는 본 발명의 상기 전해질의 액상선 온도를 낮추는 것에 의하여 낮아지나, 그러나, 보다 큰 전기 전도도를 갖는 LiF가 첨가되고 그리고 상기 전해질 중에서의 성분 비율들이 최적화되어 있기 때문에 저온에서의 상기 전해질의 상기 전기 전도도는 여전히 상기 전해 공정에서의 요건을 만족할 수 있고, 따라서 상기 전해 공정에서의 전류 효율을 향상시킨다. 본 발명에 따르면, LiF의 함량은 상기 전해질 시스템에서 3 내지 10% 또는 1 내지 5%로 한정되고, 이는 너무 낮은 함량의 LiF는 전기 전도도를 향상하고 그리고 각화를 방지하는 데 실패하고, 그리고 너무 높은 함량의 LiF는 알루미나 용해도의 감소의 결과를 가져오고, 그리고 상기한 두 가지 상황들은 본 발명에서 LiF의 함량을 한정하는 것에 의해 효과적으로 회피된다.
4. 금속 부식의 감소. 상기 비율들을 갖는 상기 전해질이 사용되는 경우, 금속 장치에 대한 부식이 없고, 따라서 상기 전해조의 내용년수(service life)가 연장된다.
(2) 본 발명의 상기 전해 공정에 있어서, 특정된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들이 혼합되고, 그 결과의 혼합물이 가열되어 용융물이 형성되거나; 또는 특정된 양들의 NaF, AlF3, LiF 및 KF들이 혼합되고, 혼합물이 용융될 때까지 그 결과의 혼합물이 가열되고, 그리고 계속해서 Al2O3가 첨가되어 용융물이 수득되고; 그 후, 상기 제조된 용융물이 720℃ 내지 760℃에서 전해된다. 전해 온도가 상기 전해질의 휘발, 상기 공정의 에너지 소모, 전기 전도도 및 알루미나 용해도에 직접적으로 연관되고, 그리고 본 발명의 발명자는 본 발명의 상기 전해질의 성분들 및 함량 특성들에 기초하여 매칭되도록 하는 방법으로 상기 전해 온도를 720 내지 760℃의 범위 이내로 설정하고, 따라서 상기 전해 공정 중에서의 상기 전해질의 휘발 및 에너지 소모가 뚜렷하게 감소되는 한편으로 상기 전기 전도도 및 상기 알루미나 용해도 둘 다 증가되고 그리고 상기 공정의 경제적인 성능이 향상된다.
바람직하게는, 상기 전해 온도는 본 발명에서 추가로 730℃ 내지 750℃의 범위 이내로 설정된다.
본 발명의 기술적인 해결책이 보다 용이하게 이해되도록 하기 위하여, 이하에서 구체예들과 함께 본 발명의 기술적인 해결책에 대하여 추가로 상세하게 설명한다.
실시예 1
본 실시예에서의 상기 전해질의 구성성분들은 다음과 같다: 20%의 NaF, 65.98%의 AlF3, 5.01%의 LiF, 6.01%의 KF 및 3%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 0.6이다.
본 실시예에서의 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 640℃이다라는 것이다.
본 실시예에서의 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정은 다음과 같다:
(1) 앞서 언급된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들을 혼합하고, 그리고 그 결과의 혼합물을 가열시켜 용융물을 형성시키고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 720℃까지 상승시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하고, 그리고 상기 전해 공정 중에 Al2O3를 정량적으로 공급하고, 여기에서 상기 전해 공정 중에, 상기 전해질의 전기 전도도는 약 1.7Ω-1ㆍ㎝-1이고, 밀도는 약 2.03g/㎤이고 그리고 알루미나의 포화 농도는 5%이다.
실시예 2
본 실시예에서의 상기 전해질의 구성성분들은 다음과 같다: 29.9%의 NaF, 60.1%의 AlF3, 3%의 LiF, 4%의 KF 및 3%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 0.995이다.
본 실시예에서의 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 670℃이다라는 것이다.
본 실시예에서의 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정은 다음과 같다:
(1) 앞서 언급된 양들의 NaF, AlF3, LiF 및 KF들을 혼합하고, 그리고 혼합물이 용융될 때까지 그 결과의 혼합물을 가열시키고, 그리고 계속해서 앞서 언급된 양의 Al2O3를 첨가하여 용융물을 형성시키고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 760℃까지 상승시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하고, 여기에서 상기 전해 공정 중에, 상기 전해질의 전기 전도도는 약 1.8Ω-1ㆍ㎝-1이고, 밀도는 약 2.05/㎤이고 그리고 알루미나의 포화 농도는 6%이다.
실시예 3
본 실시예에서의 상기 전해질의 구성성분들은 다음과 같다: 20%의 NaF, 66%의 AlF3, 4%의 LiF, 4%의 KF 및 6%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 0.6이다.
본 실시예에서의 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 640℃이다라는 것이다.
본 실시예에서의 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정은 다음과 같다:
(1) 앞서 언급된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들을 혼합하고, 그리고 그 결과의 혼합물을 가열시켜 용융물을 형성시키고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 730℃까지 상승시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하고, 그리고 상기 전해 공정 중에 Al2O3를 정량적으로 공급하고, 여기에서 상기 전해 공정 중에, 상기 전해질의 전기 전도도는 약 1.6Ω-1ㆍ㎝-1이고, 밀도는 약 2.03g/㎤이고 그리고 알루미나의 포화 농도는 5%이다.
실시예 4
본 실시예에서의 상기 전해질의 구성성분들은 다음과 같다: 21%의 NaF, 60.1%의 AlF3, 10%의 LiF, 5.9%의 KF 및 3%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 0.7이다.
본 실시예에서의 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 640℃이다라는 것이다.
본 실시예에서의 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정은 다음과 같다:
(1) 앞서 언급된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들을 혼합하고, 그리고 그 결과의 혼합물을 가열시켜 용융물을 형성시키고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 750℃까지 상승시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하고, 그리고 상기 전해 공정 중에 Al2O3를 정량적으로 공급하고, 여기에서 상기 전해 공정 중에, 상기 전해질의 전기 전도도는 약 1.8Ω-1ㆍ㎝-1이고, 밀도는 약 2.04g/㎤이고 그리고 알루미나의 포화 농도는 6%이다.
실시예 5
본 실시예에서의 상기 전해질의 구성성분들은 다음과 같다: 20%의 NaF, 60.1%의 AlF3, 3%의 LiF, 13.9%의 KF 및 3%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 0.67이다.
본 실시예에서의 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 620℃이다라는 것이다.
본 실시예에서의 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정은 다음과 같다:
(1) 앞서 언급된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들을 혼합하고, 그리고 그 결과의 혼합물을 가열시켜 용융물을 형성시키고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 720℃까지 상승시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하고, 그리고 상기 전해 공정 중에 Al2O3를 정량적으로 공급하고, 여기에서 상기 전해 공정 중에, 상기 전해질의 전기 전도도는 약 1.6Ω-1ㆍ㎝-1이고, 밀도는 약 2.03g/㎤이고 그리고 알루미나의 포화 농도는 5%이다.
실시예 6
본 실시예에서의 상기 전해질의 구성성분들은 다음과 같다: 20%의 NaF, 61%의 AlF3, 9%의 LiF, 4%의 KF 및 6%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 0.65이다.
본 실시예에서의 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 670℃이다라는 것이다.
본 실시예에서의 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정은 다음과 같다:
(1) 앞서 언급된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들을 혼합하고, 그리고 그 결과의 혼합물을 가열시켜 용융물을 형성시키고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 760℃까지 상승시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하고, 그리고 상기 전해 공정 중에 Al2O3를 정량적으로 공급하고, 여기에서 상기 전해 공정 중에, 상기 전해질의 전기 전도도는 약 1.8Ω-1ㆍ㎝-1이고, 밀도는 약 2.05g/㎤이고 그리고 알루미나의 포화 농도는 6%이다.
실시예 7
본 실시예에서의 상기 전해질의 구성성분들은 다음과 같다: 13%의 NaF, 60%의 AlF3, 10%의 LiF, 12%의 KF 및 5%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 0.43이다.
본 실시예에서의 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 660℃이다라는 것이다.
본 실시예에서의 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정은 다음과 같다:
(1) 앞서 언급된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들을 혼합하고, 그리고 그 결과의 혼합물을 가열시켜 용융물을 형성시키고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 760℃까지 상승시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하고, 그리고 상기 전해 공정 중에 Al2O3를 정량적으로 공급하고, 여기에서 상기 전해 공정 중에, 상기 전해질의 전기 전도도는 약 1.8Ω-1ㆍ㎝-1이고, 밀도는 약 2.05g/㎤이고 그리고 알루미나의 포화 농도는 6%이다.
실시예 8
본 실시예에서의 상기 전해질의 구성성분들은 다음과 같다: 32%의 NaF, 57%의 AlF3, 3%의 LiF, 4%의 KF 및 4%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.12이다.
본 실시예에서의 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 640℃이다라는 것이다.
본 실시예에서의 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정은 다음과 같다:
(1) 앞서 언급된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들을 혼합하고, 그리고 그 결과의 혼합물을 가열시켜 용융물을 형성시키고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 720℃까지 상승시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하고, 그리고 상기 전해 공정 중에 Al2O3를 정량적으로 공급하고, 여기에서 상기 전해 공정 중에, 상기 전해질의 전기 전도도는 약 1.7Ω-1ㆍ㎝-1이고, 밀도는 약 2.03g/㎤이고 그리고 알루미나의 포화 농도는 5%이다.
실시예 9
본 실시예에서의 상기 전해질의 구성성분들은 다음과 같다: 38%의 NaF, 50%의 AlF3, 2%의 LiF, 5%의 KF 및 5%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.52이다.
본 실시예에서의 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 670℃이다라는 것이다.
본 실시예에서의 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정은 다음과 같다:
(1) 앞서 언급된 양들의 NaF, AlF3, LiF 및 KF들을 혼합하고, 그리고 혼합물이 용융될 때까지 그 결과의 혼합물을 가열시키고, 그리고 계속해서 앞서 언급된 양의 Al2O3를 첨가하여 용융물을 형성시키고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 760℃까지 상승시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하고, 여기에서 상기 전해 공정 중에, 상기 전해질의 전기 전도도는 약 1.8Ω-1ㆍ㎝-1이고, 밀도는 약 2.05/㎤이고 그리고 알루미나의 포화 농도는 6%이다.
실시예 10
본 실시예에서의 상기 전해질의 구성성분들은 다음과 같다: 32%의 NaF, 57%의 AlF3, 3%의 LiF, 4%의 KF 및 4%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.12이다.
본 실시예에서의 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 640℃이다라는 것이다.
본 실시예에서의 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정은 다음과 같다:
(1) 앞서 언급된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들을 혼합하고, 그리고 그 결과의 혼합물을 가열시켜 용융물을 형성시키고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 730℃까지 상승시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하고, 그리고 상기 전해 공정 중에 Al2O3를 정량적으로 공급하고, 여기에서 상기 전해 공정 중에, 상기 전해질의 전기 전도도는 약 1.6Ω-1ㆍ㎝-1이고, 밀도는 약 2.03g/㎤이고 그리고 알루미나의 포화 농도는 5%이다.
실시예 11
본 실시예에서의 상기 전해질의 구성성분들은 다음과 같다: 32%의 NaF, 57%의 AlF3, 3%의 LiF, 4%의 KF 및 4%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.12이다.
본 실시예에서의 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 640℃이다라는 것이다.
본 실시예에서의 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정은 다음과 같다:
(1) 앞서 언급된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들을 혼합하고, 그리고 그 결과의 혼합물을 가열시켜 용융물을 형성시키고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 750℃까지 상승시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하고, 그리고 상기 전해 공정 중에 Al2O3를 정량적으로 공급하고, 여기에서 상기 전해 공정 중에, 상기 전해질의 전기 전도도는 약 1.8Ω-1ㆍ㎝-1이고, 밀도는 약 2.04g/㎤이고 그리고 알루미나의 포화 농도는 6%이다.
실시예 12
본 실시예에서의 상기 전해질의 구성성분들은 다음과 같다: 30%의 NaF, 60%의 AlF3, 1%의 LiF, 6%의 KF 및 3%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.0이다.
본 실시예에서의 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 620℃이다라는 것이다.
본 실시예에서의 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정은 다음과 같다:
(1) 앞서 언급된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들을 혼합하고, 그리고 그 결과의 혼합물을 가열시켜 용융물을 형성시키고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 720℃까지 상승시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하고, 그리고 상기 전해 공정 중에 Al2O3를 정량적으로 공급하고, 여기에서 상기 전해 공정 중에, 상기 전해질의 전기 전도도는 약 1.6Ω-1ㆍ㎝-1이고, 밀도는 약 2.03g/㎤이고 그리고 알루나의 포화 농도는 5%이다.
실시예 13
본 실시예에서의 상기 전해질의 구성성분들은 다음과 같다: 38%의 NaF, 54%의 AlF3, 4%의 LiF, 1%의 KF 및 3%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.4이다.
본 실시예에서의 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 670℃이다라는 것이다.
본 실시예에서의 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정은 다음과 같다:
(1) 앞서 언급된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들을 혼합하고, 그리고 그 결과의 혼합물을 가열시켜 용융물을 형성시키고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 760℃까지 상승시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하고, 그리고 상기 전해 공정 중에 Al2O3를 정량적으로 공급하고, 여기에서 상기 전해 공정 중에, 상기 전해질의 전기 전도도는 약 1.8Ω-1ㆍ㎝-1이고, 밀도는 약 2.05g/㎤이고 그리고 알루미나의 포화 농도는 6%이다.
실시예 14
본 실시예에서의 상기 전해질의 구성성분들은 다음과 같다: 34%의 NaF, 49%의 AlF3, 5%의 LiF, 6%의 KF 및 6%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.39이다.
본 실시예에서의 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 660℃이다라는 것이다.
본 실시예에서의 상기 전해질을 사용하는 상기 전해 공정은 다음과 같다:
(1) 앞서 언급된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들을 혼합하고, 그리고 그 결과의 혼합물을 가열시켜 용융물을 형성시키고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 760℃까지 상승시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하고, 그리고 상기 전해 공정 중에 Al2O3를 정량적으로 공급하고, 여기에서 상기 전해 공정 중에, 상기 전해질의 전기 전도도는 약 1.8Ω-1ㆍ㎝-1이고, 밀도는 약 2.05g/㎤이고 그리고 알루미나의 포화 농도는 6%이다.
앞서 언급된 실시예들에서 상기 전해 공정들에서 사용된 전해조들은 0.8Aㆍ㎝-2의 양극 전류 밀도를 갖는 연속적인 예비-소성된 양극 전해조들이다. 본 발명에서 기술된 상기 전해질은 선행기술에서의 임의의 전해조에 적용가능하다.
앞서 언급된 실시예들에서 본 발명의 구체적인 내용들에 대하여 상세히 설명되었으며, 당해 기술분야에서 숙련된 자들에게는 본 발명에 기초하는 임의의 형태로의 변형들 및 미세한 변경들이 본 발명이 보호를 구하는 상기 내용들에 속한다는 것은 이해되어야 한다.

Claims (8)

  1. 알루미늄 전해용의 전해질로서,
    질량 백분율로 하기의 성분들: 20 내지 29.9%의 NaF, 60.1 내지 66%의 AlF3, 3 내지 10%의 LiF, 4 내지 13.9%의 KF 및 3 내지 6%의 Al2O3로 이루어지고, 여기에서 AlF3에 대한 NaF의 몰비가 0.6 내지 0.995이거나;
    또는 질량 백분율로 하기의 성분들: 30 내지 38%의 NaF, 49 내지 60%의 AlF3, 1 내지 5%의 LiF, 1 내지 6%의 KF 및 3 내지 6%의 Al2O3로 이루어지고, AlF3에 대한 NaF의 몰비가 1.0 내지 1.52인, 알루미늄 전해용의 전해질.
  2. 제 1 항에 있어서,
    AlF3에 대한 NaF의 몰비가 0.6 내지 0.7 또는 1.12 내지 1.52임을 특징으로 하는, 알루미늄 전해용의 전해질.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전해질의 액상선 온도가 620 내지 670℃의 범위 이내임을 특징으로 하는, 알루미늄 전해용의 전해질.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전해질의 액상선 온도가 640 내지 670℃의 범위 이내임을 특징으로 하는, 알루미늄 전해용의 전해질.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전해질의 액상선 온도가 720 내지 760℃의 범위 이내임을 특징으로 하는, 알루미늄 전해용의 전해질.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 알루미늄 전해용의 전해질을 사용하는 전해 공정으로서,
    (1) 특정된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3를 혼합하고, 그 결과의 혼합물을 가열시켜 용융물을 형성시키거나; 또는 특정된 양들의 NaF, AlF3, LiF 및 KF들을 혼합하고, 혼합물이 용융될 때까지 그 결과의 혼합물을 가열시키고, 계속해서 Al2O3를 첨가하여 용융물을 수득하는 단계; 및
    (2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물을 720 내지 760℃까지 가열시키고 그리고 계속해서 전해를 수행하는 단계를 포함하는, 알루미늄 전해용의 전해질을 사용하는 전해 공정.
  7. 제 6 항에 있어서, 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물이 730 내지 750℃에서 전해되는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 전해용의 전해질을 사용하는 전해 공정.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, Al2O3가 상기 전해 공정 중에 정량적으로 공급되는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 전해용의 전해질을 사용하는 전해 공정.
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