KR20190117366A - 알루미늄의 제조 방법 - Google Patents

알루미늄의 제조 방법 Download PDF

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KR20190117366A
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aluminum
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aqueous solution
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KR1020187026846A
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준지 누노무라
유키오 혼카와
요이치 코지마
미키토 우에다
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가부시키가이샤 유에이씨제이
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
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Abstract

본 발명의 알루미늄의 제조 방법은, Al를 포함한 수화물을 물에 용해시키고, Al 이온을 포함한 수용액을 조제하는 용해 공정과, 수용액으로 구성되는 수상과, 추출제로 구성되는 유기상을 접촉시킴으로써, 수상 중 Al 이온을 유기상으로 추출하는 추출 공정과, 유기상을 전해액으로서 전해함으로써, 전해액 중 Al 이온으로부터 금속 Al를 음극 표면에 전석시키는 전석 공정,을 포함한다. 용해 공정은, 수용액 중 Al 이온의 농도가 0.01~1M이고, 추출 공정에서의 추출 조건은, 체적비(수상/유기상)는 0.1~2이고, 욕온은 20~100℃이고, 또한, 교반 시간은 1~60분 동안이고, 전석 공정에서의 전석 조건은, 욕온은 20~350℃이고, 또한, 전류 밀도는 1~1000㎂/㎠이다.

Description

알루미늄의 제조 방법
본 발명은, 저렴하고 환경 친화적인 알루미늄의 제조 방법에 관한 것이다.
알루미늄(이하, 「Al」이라고 기재한다)은 표준 전극 전위가 수소보다 현저하게 낮기 때문에, 전기 도금을 실시할 때에 수용액을 사용할 수 없다. 그 때문에, 종래부터, 용해염이나 유기용매라고 하는 비수용액을 전해액으로 이용한 전기 Al 도금 방법이 알려져 있다(특허문헌 1). 구체적으로, 특허문헌 1에는, 무수(anhydrous) AlCl3와 (디)알킬이미다졸륨의 용해염욕을 이용한 전기 Al 도금 방법이 개시된다.
무수 AlCl3는, 금속 Al와 염소 가스를 반응시킴으로써 제조할 수 있다. 금속 Al는, 우선, 보크사이트로부터 산화알루미늄을 정제하고(바이엘법), 이어서, 산화알루미늄을 용해시켜 전기 분해를 실시(홀에루법)함으로써 제조된다. 홀에루법에는, 대량의 에너지(전기)가 사용된다. 따라서, 무수 AlCl3를 원료로서, 전기 도금법에 따라 Al를 제조하는 방법은, 제조 비용이 매우 비싸고, 에너지 소비량도 크다. 또한, 무수 AlCl3의 제조에 사용되는 염소 가스는, 환경 상의 배출 기준을 충족해야할 필요가 있다는 점에서, 염소 가스의 사용은 환경 면에서 바람직하지 않다. 따라서, Al의 제조에 있어서, 제조 비용의 삭감, 환경에 대한 배려가 요구된다.
특허문헌 1: 특개평 1-272790호 공보 한편, 수화물인 AlCl3·6H2O는, 수산화알루미늄과 염산을 반응시킴으로써 제조할 수 있다. 수산화알루미늄은, 바이엘법의 도중 공정인, 보크사이트를 수산화나트륨으로 세정하는 공정으로 얻을 수 있다. 따라서, 대량의 에너지(전기)를 사용할 일은 없다. 또한, 수산화알루미늄은, 전해 콘덴서용 알루미늄박의 제조 공정으로 사용된 에칭액의 폐액에 포함되는 Al 이온으로부터 금속 Al를 석출시켜, 폐액의 유효 이용을 도모할 수 있다고 하는 이점이 있다. 그렇지만, AlCl3·6H2O는, 전기 Al 도금에 종래 이용된 용해염이나 유기용매에 용해하기 어렵다. 또한, 용해시킬 수 있었다고 해도, Al의 표준 전극 전위가 현저하게 낮아지는 경향이 있기 때문에, 전해액에 수화물로부터 유래된 물이 존재하면, Al 도금은 진행하지 않고, 물의 전기 분해가 우선적으로 생겨 버린다. 그 때문에, AlCl3·6H2O를 포함한 전해액을 사용하여 Al를 제조한 기술은, 지금까지 찾아 볼 수 없다.
따라서, 본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 저렴하고, 또한, 환경 친화적으로, 전해 반응에 따라 알루미늄을 효율적으로 간편하게 전석시킬 수 있는 알루미늄의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 알루미늄을 포함한 수화물을 물에 용해시키고, 알루미늄 이온을 포함한 수용액을 조제하는 용해 공정과, 상기 수용액으로 구성되는 수상(aqueous phase)과, 추출제로 구성되는 유기상(organic phase)을 접촉시킴으로써, 상기 수상 중 상기 알루미늄 이온을 상기 유기상으로 추출하는 추출 공정과, 상기 유기상을 전해액으로서 전해함으로써, 상기 전해액 중 알루미늄 이온으로부터 금속 알루미늄을 음극 표면에 전석시키는 전석 공정,을 포함하고,
상기 용해 공정은, 조제된 상기 수용액 중 상기 알루미늄 이온의 농도가 0.01~1M이고,
상기 추출 공정에서의 추출 조건은, 접촉시키는 상기 수상과 상기 유기상의 체적비(수상/유기상)는 0.1~2이고, 욕온은 20~100℃이고, 또한, 교반 시간은 1~60분 동안이고,
상기 전석 공정에서의 전석 조건은, 욕온은 20~350℃이고, 또한, 전류 밀도가 1~1000㎂/㎠인 것을 특징으로 하는 알루미늄의 제조 방법.
(2) 상기 알루미늄을 포함한 수화물은 할로겐화 알루미늄 수화물인 것을 특징으로 하는, (1)에 기재된 알루미늄의 제조 방법.
(3) 상기 전해액은, 상기 추출 공정 후에 상기 수상을 분리한 유기상인 것을 특징으로 하는, (1) 또는 (2)에 기재된 알루미늄의 제조 방법.
(4) 상기 전해액이, 이미다졸륨계 양이온과, 이미드계 또는 아미드계 음이온을 가지는 소수성 이온 액체인 것을 특징으로 하는, (1)~(3) 중 어느 하나에 기재된 알루미늄의 제조 방법.
(5) 상기 이온 액체가, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 양이온과 비스(노나플루오로부탄설포닐)이미드 음이온으로 이루어진 것을 특징으로 하는, (4)에 기재된 알루미늄의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 저렴하고, 또한, 환경 친화적으로, 전해 반응에 따라 알루미늄을 효율적으로 간편하게 전석시킬 수 있는 알루미늄의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 사이클릭 볼타메트리에 의해 얻은 볼탐모그램이다.
도 2는 실시예 12의 SEM 화상이다.
본 발명의 알루미늄의 제조 방법은, 알루미늄을 포함한 수화물을 물에 용해시키고, 알루미늄 이온을 포함한 수용액을 조제하는 용해 공정과, 수용액으로 구성되는 수상과, 추출제로 구성되는 유기상을 접촉시킴으로써, 수상 중 알루미늄 이온을 유기상으로 추출하는 추출 공정과, 유기상을 전해액으로서 전해함으로써, 전해액 중 알루미늄 이온으로부터 금속 알루미늄을 음극 표면에 전석시키는 전석 공정,을 포함한다. 본 발명의 알루미늄의 제조 방법은, 두 유체간의 이온의 분배 차이를 이용한 용매 유출법에 따라 알루미늄 이온을 수상으로부터 유기상으로 이행(migration)시킨 후, 전석에 의해 금속 알루미늄을 얻는다는 방법이다. 이하, 각 공정에 대해 상세하게 설명한다.
[용해 공정]
본 발명의 알루미늄의 제조 방법에서는, 우선, 알루미늄을 포함한 수화물을 물에 용해시키고, 알루미늄 이온을 포함한 수용액을 제작한다. 이 수용액은, 추출제와 혼합했을 때, 분리하여 수상이 된다. 알루미늄을 포함한 수화물로서는, 할로겐화 알루미늄 수화물이 바람직하다. 할로겐화 알루미늄 수화물로서는, 예를 들면, AlCl3·6H2O, AlF3·3H2O, AlBr3·6H2O를 들 수 있고, 물에 용이하게 용해한다는 점에서, AlCl3·6H2O가 바람직하다.
수용액 중 알루미늄 이온의 농도는 0.01M 이상 1M 이하이고, 바람직하게는 0.05M 이상 0.5M 이하이다. 알루미늄 이온의 농도가 0.01M 미만이면, 전석시키는데 충분한 양의 알루미늄 이온을 유기상으로 추출시킬 수 없다. 또한, 알루미늄 이온의 농도가 1M을 넘으면, 유기상으로 추출되는 알루미늄 이온의 양이 포화해 버린다. 즉, 수용액(수상) 중 알루미늄 이온의 농도를 높게 해도, 유기상으로 추출하는 알루미늄 이온의 양은 증가하지 않게 된다. 따라서, 「최초로 수상으로 수용액에 존재한 알루미늄 이온의 양」에 대한 「유기상으로 이행한 알루미늄 이온의 양」의 비율을 추출율로 했을 때, 알루미늄 이온의 농도를 1M보다 증가시키면, 추출율이 저하되어 버리게 된다. 더욱이, 농도의 단위인 M은, Mol/L를 의미한다.
[추출 공정]
알루미늄 이온을 포함한 수용액을 제작한 후, 추출제를 준비한다. 알루미늄 이온을 포함한 수용액과 추출제를 같은 용기에 넣으면, 수용액이 수상, 추출제가 유기상이 되고, 상분리한다. 따라서, 본 발명에서는, 수용액으로 구성되는 수상과, 추출제로 구성되는 유기상을 접촉시키고, 용매 유출법에 따라 알루미늄 이온을 유기상으로 추출한다.
본 발명에서 이용하는 추출제는, 알루미늄 이온을 추출 가능한 액체이면 특별히 한정되지 않지만, 후의 전석 공정에서 전해액으로 사용 가능한 것처럼, 이온 액체인 것이 바람직하다. 이온 액체는, 양이온종과 음이온종의 조합으로 이루어진 이온성 화합물의 총칭이며, 100℃ 이하의 저온에서 액상을 형성하는 것이 많다. 증기압이 매우 낮고, SEM 등의 진공에서도 사용 가능한 것도 있다. 이온 액체는 음이온종을 적절히 선정함으로써 소수성을 발현시키는 것이 가능하다.
이온 액체로서는, 이미드계 음이온 또는 아미드계 음이온과, 이미다졸륨계 양이온으로 이루어진 이온 액체가 특히 바람직하다. 이미드계 음이온으로서는, 예를 들면, 비스(트리플루오로메탄설포닐) 이미드 음이온, 비스(노나플루오로부탄설포닐) 이미드 음이온을 들 수 있다. 또한, 아미드계 음이온으로서는, 예를 들면, 노나플루오로-N-[(트리플루오로메탄)설포닐]부탄설포닐 아미드 음이온을 들 수 있다. 또한, 이미다졸륨계 양이온으로서는, 예를 들면, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 양이온, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 양이온을 들 수 있다. 이 중에서도, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 양이온과 비스(노나플루오로부탄설포닐) 이미드 음이온으로 이루어진 이온 액체(이하, 「BMI-NFO」는 AlCl3·6H2O로부터 알루미늄 이온을 추출하는데 적합하고, 또한, 금속 알루미늄의 전석용 전해액으로 바람직하다.
수상(알루미늄 이온을 포함한 수용액)과 유기상(추출제)을 접촉시킬 때, 체적비(수상/유기상)는 0.1이상 2 이하이고, 바람직하게는 0.5 이상 1 이하이다. 체적비가 0.1 미만이면, 알루미늄 이온의 양이 적고, 알루미늄을 전석시킬 수 없다. 한편, 체적비가 2보다 크면, 추출제의 양이 적고, 알루미늄 이온과 교환 가능한 양이온의 양이 적기 때문에, 알루미늄 이온이 수상으로부터 유기상으로 이행하기 어렵다.
또한, 수상과 유기상의 접촉은, 욕온(bath temperature) 20℃ 이상 100℃ 이하로 1분~60분 동안 교반함으로써 실시된다. 욕온은, 바람직하게는 40℃ 이상 80℃ 이하이고, 교반 시간은, 바람직하게는 10분 이상 20분 이하이다. 욕온이 20℃ 미만이면, 알루미늄 이온이 수상으로부터 유기상으로 이행(migration)하기 어렵다. 한편, 욕온이 100℃을 넘으면, 물의 비점을 넘기 때문에, 수상에 있어서의 알루미늄 이온의 농도의 적절한 관리를 실시할 수 없다. 또한, 교반 시간이 1분 미만이면, 알루미늄 이온이 수상으로부터 유기상으로 충분히 이행하지 않는다. 한편, 교반 시간이 60분을 넘으면, 유기상으로 추출되는 알루미늄 이온의 양이 포화해 버린다. 또한, 수상과 유기상을 교반하기 위한 교반 장치는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 볼텍스 믹서를 들 수 있다.
[전석 공정]
유기상에 알루미늄 이온을 추출시킨 후, 알루미늄 이온을 포함한 유기상만을 회수하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 알루미늄 이온을 포함한 추출제를 얻을 수 있다. 이 알루미늄 이온을 포함한 추출제를 전해액으로서 전해조에 넣고, 전해조 에 양극과 음극을 서로 대향하도록 배치하고, 양극과 음극 사이에 직류 전류를 흘림으로써, 음극 표면에 금속 알루미늄을 전석시킬 수 있다.
알루미늄은, 표준 전극 전위가 -1.662Vvs.SHE(표준 수소 전극)이다. 그 때문에, 통상, 알루미늄을 수용액으로부터 전석시키는 것은 불가능하다. 따라서, 일반적으로, 알루미늄을 전석시키는 전해액으로는, 알루미늄염을 포함한 용해염이나, 알루미늄염을 유기용매에 용해시킨 용액이 사용된다.
용해염은, 무기계 용해염과 유기계 용해염으로 크게 나눌 수 있다. 종래, 유기계형 용해염으로서, 예를 들면, 1-부틸피리디늄클로라이드(이하, 「BPC」이라고 기재한다) 또는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 염화물(이하, 「EMIC」이라고 기재한다)과 무수 AlCl3를 포함한 용해염이 이용됐다. EMIC와 무수 AlCl3의 혼합물은, 조성에 따라서는 융점이 -50℃ 부근까지 저하된다. 그 때문에, 보다 저온의 환경에서 Al 도금을 실시할 수 있다. 그렇지만, BPC나, EMIC와 무수 AlCl3를 포함한 용해염은 흡습성이 높다. 예를 들면, EMIC와 AlCl3를 포함한 용해염의 경우, 물이 존재하면 하기의 반응이 진행된다.
Figure pct00001
상기 식(1)~(3)에 나타낸 바와 같이, EMIC의 해리에 의해 생긴 Cl-가 AlCl3와 반응하여, Al 도금에 필요한 Al2Cl7 -가 생성된다. 그러나, 물이 존재하면, 상기 식(4), (5)에 나타낸 바와 같이, AlCl4 -와 Al2Cl7 -는 각각 물과 반응하고, Al2Cl7 -는 소실해 버린다. 따라서, AlCl3·6H2O를 BPC나 EMIC와 같은 이온 액체와 조합한 경우, 수화물 유래의 물에 의해 Al2Cl7 -가 소실되므로, 전해액을 제작할 수 있었다고 해도, 기재 상에 금속 알루미늄을 전석시킬 수 없다.
이것에 대해서, 본 발명에서는, 용매 유출법을 이용하여, 수상에 존재하는 알루미늄 이온만을 유기상으로 이행시킴으로써, 상기 반응을 진행시키지 않고, 알루미늄 이온을 풍부하게 포함한 전해액을 제작할 수 있다.
본 발명에 있어서, 알루미늄을 전석시킬 때, 욕온은 20℃ 이상 350℃ 이하이고, 바람직하게는, 50℃이상 300℃ 이하이다. 욕온이 20℃ 미만이면, 전해액의 점성이 높아져, 전류 밀도를 높게 할 수 없다. 한편, 욕온이 350℃를 넘으면, 전해액이 분해하므로 바람직하지 않다. 더욱이, 전해액의 온도를 유지하기 위한 에너지도 크고, 전해조의 열화도 촉진되므로 생산 효율이 저하된다.
또한, 알루미늄을 전석시킬 때, 전류 밀도는 1㎂/㎠ 이상 1000㎂/㎠ 이하이다. 전류 밀도가 1㎂/㎠ 미만이면, 전석속도가 늦고, 비생산적이다. 한편, 전류 밀도가 1000㎂/㎠를 넘으면, 전해액이 분해하므로 바람직하지 않다.
음극의 재료로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 백금, 철, 구리, 티탄, 니켈, 카본 등의 금속 재료, 도전성을 부여한 플라스틱 재료 등을 들 수 있다. 또한, 양극은, 용해성 양극이면 알루미늄을, 불용성 양극이면 카본 등이 사용 가능하다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예에 근거하여, 본 발명의 바람직한 실시형태를 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(사이클릭 볼타메트리)
이온 액체인 BMI-NFO를 60℃에서 65시간 건조시키고, 작용극에 0.5㎜φ의 백금선(침지 길이 8㎜), 참조극에 Al선, 대극에 글라시 카본을 사용하고, 퍼텐쇼스탯으로 사이클릭 볼타메트리를 실시했다. 주사 속도 100mV/s, 주사 범위 -1.5V~2.5V, 욕온 25℃로 실시했다. 얻은 볼탐모그램을 도 1에 도시한다. 이 결과로부터, 0V 부근의 음극 전류의 증가는 금속 Al의 석출, 0.3V 부근의 애노드 전류의 증가는 금속 Al의 용해에 각각 대응한다고 생각할 수 있다. BMI-NFO에서의 금속 Al의 제조가 가능한 것을 발견했다.
(실시예 1~28, 비교예 1~12)
[용해 공정]
AlCl3·6H2O를 증류수에 녹여, 표 1에 기재된 Al 이온 농도를 가지는 AlCl3·6H2O 수용액을 제작했다.
[추출 공정]
제작한 AlCl3·6H2O 수용액(수상)과 BMI-NFO(유기상)를, 표 1에 기재된 체적비(수상/유기상)로 마이크로 튜브에 넣었다. 그 후, 표 1에 기재된 욕온과 교반 시간에서, 볼텍스 믹서로 교반했다.
[전석 공정]
교반 종료후, 마이크로 시린지로 수상과 유기상을 분리하여, 유기상만을 회수했다. 전해조에, 회수한 유기상을 넣고, 음극에 0.5㎜φ의 백금선(침지 길이 8㎜), 양극에 글라시 카본을 사용하여, 표 1에 기재된 욕온, 전류 밀도에서 정전류 전해를 실시했다. 전해 종료 후의 백금선을 수세하고, 건조한 후, 백금선 표면에 전석물의 존재를 눈으로 확인할 수 있었다.
제작한 Al 도금 백금선에 대해서, 이하의 평가를 실시했다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
(추출율)
추출 공정 종료 후의 AlCl3·6H2O 수용액 중 Al 이온 농도를 ICP-AES로 측정했다. 용해 공정으로 제작한 AlCl3·6H2O 수용액 중 Al 이온 농도를 A1로 하고, 추출 공정 종료 후의 AlCl3·6H2O 수용액 중 Al 이온 농도를 A2로 했을 때, 추출율(%)은,
(A1-A2)/(A1)×100
으로 나타낸다. A1와 A2의 값으로부터 추출율을 산출했다. 추출율이 1.0% 이상인 것을 효율적으로 Al가 전석되고 있다고 판정했다.
(SEM-EDS에 따른 해석)
SEM-EDS(JEOL제, SEM: Scanning Electron Microscope, EDS: Energy Dispersive X-ray Spectroscope)에 의해, 백금선 표면의 전석물을 관찰하여, Al가 검출된 것을 「○」라고 판정하고, 미검출된 것을 「×」라고 판정했다. 도 2는, 실시예 12로 얻은 전석물의 SEM상이다.
Figure pct00002
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1~28은 모두, 용해 공정과, 추출 공정과, 전석 공정,을 포함하고, 이들 공정의 조건도 본 발명의 범위 내이기 때문에, Al 이온을 효율적으로 추출할 수 있고, 추출율이 1.0% 이상으로 높고, Al를 전석시킬 수 있었다.
한편, 비교예 1에서는, 용해 공정에 있어서, 수용액 중 Al 이온의 농도가 0.005M로 낮기 때문에, 수상으로부터 유기상으로 이행하는 Al 이온의 양이 적고, 추출율이 0.1%로 낮았다.
비교예 2에서는, 용해 공정에 있어서, 수용액 중 Al 이온의 농도가 5M로 높기 때문에, Al 이온을 효율적으로 추출할 수 없고, 추출율이 0.9%으로 낮았다.
비교예 3에서는, 추출 공정에 있어서, 수상과 유기상의 체적비(수상/유기상)가 0.05로 낮기 때문에, Al 이온으로부터 Al를 전석시킬 수 없었다.
비교예 4에서는, 추출 공정에 있어서, 수상과 유기상의 체적비(수상/유기상)가 3으로 높기 때문에, Al 이온을 효율적으로 추출할 수 없고, 추출율이 0.3%으로 낮았다.
비교예 5에서는, 추출 공정에 있어서, 욕온이 10℃으로 낮기 때문에, Al 이온을 수상으로부터 유기상으로 이행시킬 수 없고, Al 이온으로부터 Al를 전석시킬 수 없었다.
비교예 6에서는, 추출 공정에 있어서, 욕온이 120℃으로 높기 때문에, Al 이온을 수상으로부터 유기상으로 이행시킬 수 없고, Al 이온으로부터 Al를 전석시킬 수 없었다.
비교예 7에서는, 추출 공정에 있어서, 교반 시간이 0.5분으로 짧기 때문에, 수상으로부터 유기상으로 이행하는 Al 이온의 양이 적고, Al 이온으로부터 Al를 전석시킬 수 없었다.
비교예 8에서는, 추출 공정에 있어서, 교반 시간이 70분으로 길기 때문에, Al 이온을 효율적으로 추출할 수 없고, 추출율이 0.9%으로 낮았다.
비교예 9에서는, 전석 공정에 있어서, 욕온이 10℃으로 낮기 때문에, Al를 전석시킬 수 없었다.
비교예 10에서는, 전석 공정에 있어서, 욕온이 400℃으로 높기 때문에, Al를 전석시킬 수 없었다.
비교예 11에서는, 전석 공정에 있어서, 전류 밀도가 0.5㎂/㎠로 낮기 때문에, Al를 전석시킬 수 없었다.
비교예 12에서는, 전석 공정에 있어서, 전류 밀도가 2000㎂/㎠로 높기 때문에, Al를 전석시킬 수 없었다.
이상부터, 본 발명의 알루미늄의 제조 방법으로는, 알루미늄을 포함한 수화물을 물에 용해시키고, 알루미늄 이온을 포함한 수용액을 조제하는 용해 공정과, 수용액으로 구성되는 수상과, 추출제로 구성되는 유기상을 접촉시킴으로써, 수상 중 알루미늄 이온을 유기상으로 추출하는 추출 공정과, 유기상을 전해액으로서 전해함으로써, 전해액에 알루미늄 이온으로부터 금속 알루미늄을 음극 표면에 전석시키는 전석 공정,을 포함하고, 이들 공정의 조건을 적절하게 제어함으로써, 효율적으로 Al를 전석시킬 수 있다. 또한, 원료인 알루미늄을 포함한 수화물, 특히 AlCl3·6H2O는 저렴하게 제조할 수 있고, 폐액으로부터도 입수 가능하므로, 환경 친화적으로, 알루미늄의 제조에 대해 제조 비용을 줄일 수 있다.

Claims (5)

  1. 알루미늄을 포함한 수화물을 물에 용해시키고, 알루미늄 이온을 포함한 수용액을 조제하는 용해 공정과,
    상기 수용액으로 구성되는 수상(aqueous phase)과, 추출제로 구성되는 유기상(organic phase)을 접촉시킴으로써, 상기 수상 중 상기 알루미늄 이온을 상기 유기상으로 추출하는 추출 공정과,
    상기 유기상을 전해액으로서 전해함으로써, 상기 전해액 중 알루미늄 이온으로부터 금속 알루미늄을 음극 표면에 전석시키는 전석 공정,을 포함하고,
    상기 용해 공정은, 조제된 상기 수용액 중 상기 알루미늄 이온의 농도가 0.01~1M이고,
    상기 추출 공정에서의 추출 조건은, 접촉시키는 상기 수상과 상기 유기상의 체적비(수상/유기상)는 0.1~2이고, 욕온(bath temperature)은 20~100℃이고, 또한, 교반 시간은 1~60분 동안이고,
    상기 전석 공정에서의 전석 조건은, 욕온은 20~350℃이고, 또한, 전류 밀도가 1~1000㎂/㎠인 것을 특징으로 하는 알루미늄의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 알루미늄을 포함한 수화물은 할로겐화 알루미늄 수화물인 것을 특징으로 하는, 알루미늄의 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 전해액은, 상기 추출 공정 후에 상기 수상을 분리한 유기상인 것을 특징으로 하는, 알루미늄의 제조 방법.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전해액은, 이미다졸륨계 양이온과, 이미드계 또는 아미드계 음이온을 가지는 소수성 이온 액체인 것을 특징으로 하는, 알루미늄의 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 이온 액체는, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 양이온과, 비스(노나플루오로부탄설포닐) 이미드 음이온으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 알루미늄의 제조 방법.
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그렇지만, AlCl3·6H2O는, 전기 Al 도금에 종래 이용된 용해염이나 유기용매에 용해하기 어렵다. 또한, 용해시킬 수 있었다고 해도, Al의 표준 전극 전위가 현저하게 낮아지는 경향이 있기 때문에, 전해액에 수화물로부터 유래된 물이 존재하면, Al 도금은 진행하지 않고, 물의 전기 분해가 우선적으로 생겨 버린다. 그 때문에, AlCl3·6H2O를 포함한 전해액을 사용하여 Al를 제조한 기술은, 지금까지 찾아 볼 수 없다.
한편, 수화물인 AlCl3·6H2O는, 수산화알루미늄과 염산을 반응시킴으로써 제조할 수 있다. 수산화알루미늄은, 바이엘법의 도중 공정인, 보크사이트를 수산화나트륨으로 세정하는 공정으로 얻을 수 있다. 따라서, 대량의 에너지(전기)를 사용할 일은 없다. 또한, 수산화알루미늄은, 전해 콘덴서용 알루미늄박의 제조 공정으로 사용된 에칭액의 폐액에 포함되는 Al 이온으로부터 금속 Al를 석출시켜, 폐액의 유효 이용을 도모할 수 있다고 하는 이점이 있다.

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