一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁電解用鋁電解質(zhì)體系及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁電解用鋁電解質(zhì)體系及其應(yīng)用。該鋁電解質(zhì)體系包括Na3AlF6、Al2O3和添加劑，添加劑包括AlF3、Li2CO3、CaF2、MgF2和Li3AlF6。將本發(fā)明所提供的鋁電解質(zhì)體系應(yīng)用到一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁電解生產(chǎn)過程中，既可以達(dá)到比傳統(tǒng)堿法氧化鋁用電解質(zhì)稍低的電解溫度，又可以使一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁在該電解質(zhì)中具有良好的溶解性能，從而提高了電流效率，達(dá)到較好的節(jié)能減排目的，解決了國內(nèi)氧化鋁供應(yīng)不足的問題，為實(shí)現(xiàn)粉煤灰的綜合利用開辟了一種新的有效途徑。
【專利說明】一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁電解用鋁電解質(zhì)體系及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氧化鋁電解質(zhì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁電解用鋁電解質(zhì)體系及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】[0002]電解質(zhì)是鋁電解時(shí)溶解氧化鋁并把它經(jīng)電解還原為金屬鋁的反應(yīng)介質(zhì)，鋁電解不能在水溶液中進(jìn)行，因?yàn)樵谒芤褐须娊鈺r(shí)，陰極上只能析出氫而不能析出鋁，因此，必須采用熔融鹽電解質(zhì)，電解質(zhì)即是一種溶劑又是電的傳媒導(dǎo)體。因此工業(yè)上對電解質(zhì)有以下性能要求:一是能良好的溶解氧化鋁并具有較高的溶解度；二是電解質(zhì)具有良好的導(dǎo)電性，使電解質(zhì)的電阻率較低，有利于降低槽電壓和節(jié)能。電解質(zhì)是一種復(fù)雜的熔融體系，其成分包括NaF、AlF3、氧化鋁和其它添加劑(LiF、CaF2、MgF2等)，這些成分在電解質(zhì)中所占含量的大小決定著電解質(zhì)的初晶溫度、電導(dǎo)率、溶解度等物化性質(zhì)。
[0003]工業(yè)上提取金屬鋁的方法是先從鋁礦中提取氧化鋁，然后將氧化鋁電解為金屬鋁。由于礦石中鋁的品位不同，工業(yè)上采用不同的堿法制取氧化鋁。I)拜耳法(濕化學(xué)法)，適用于優(yōu)質(zhì)鋁土礦和明礬石礦。2)燒結(jié)法，適用于低品位(高硅高鐵)鋁土礦和霞石礦；3)拜耳-燒結(jié)聯(lián)合法，適用于各種鋁土礦。
[0004]循環(huán)流化床粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁一步酸溶法工藝技術(shù)，即通過對粉煤灰磁選除鐵、酸溶、樹脂吸附除鐵、濃縮結(jié)晶、煅燒等處理，得到氧化鋁。這種一步酸溶法提取氧化鋁的工藝因溶出率高且工藝簡單，正日漸被廣泛采用。但是一步酸溶法提取得到的氧化鋁與傳統(tǒng)的拜耳法、燒結(jié)法或聯(lián)合法等工藝生產(chǎn)的氧化鋁產(chǎn)品相比，在容重、粒度、安息角(流動(dòng)性)、比表面積等方面有著較大的差別，使得傳統(tǒng)堿法生產(chǎn)氧化鋁所采用的電解質(zhì)體系無法應(yīng)用到一步酸溶法提取得到的氧化鋁的電解中。因此，目前需要找出一種適合一步酸溶法生產(chǎn)氧化鋁電解用鋁電解質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁電解用鋁電解質(zhì)體系及其應(yīng)用，該鋁電解質(zhì)體系對一步酸溶法生產(chǎn)得到的氧化鋁的溶解性較好。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁電解用鋁電解質(zhì)體系，包括Na3AlF6、Al2O3和添加劑，添加劑包括A1F3、Li2C03、CaF2, MgF2和 Li3AlF60
[0007]進(jìn)一步地，按重量百分含量計(jì)，招電解質(zhì)體系包括以下組分:Li3AlF6l%~15%;Li2C032%~5% ;CaF22%~7% ;MgF2l%~7% ;Α12031.5%~3.5% ;A1F32%~15% ;其余為 Na3AlF6。
[0008]進(jìn)一步地，按重量百分含量計(jì)，招電解質(zhì)體系包括以下組分:Li3AlF65%~10%;Li2C033% ~4% ；CaF23% ~5% ；MgF22% ~5% ；Al2032% ~3% ；A1F35% ~10% ;其余為 Na3AlF6。
[0009]進(jìn)一步地,按重量百分含量計(jì),招電解質(zhì)體系包括以下組分:Li3AlF67% ；Li2C034% ；CaF24% ；MgF25% ；A12032.5% ；A1F37% ;其余為 Na3AlF60[0010]進(jìn)一步地，按重量百分含量計(jì)，鋁電解質(zhì)體系包括以下組分:Li3AlF68%;Li2C033.5% ；CaF23.5% ；MgF24% ；A12032.5% ；A1F38% ;其余為 Na3AlF60
[0011]進(jìn)一步地，鋁電解質(zhì)體系的初晶溫度為820°C~930°C，電導(dǎo)率為1.8~2.2/Ω.cm，密度為 1.81 ~2.10g/cm3，粘度為 2.9 X IO-3 ~3.3 X KT3Pa.S。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了上述任一種鋁電解質(zhì)體系在一步酸溶法得到的氧化鋁電解中的應(yīng)用。
[0013]應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，針對一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁電解問題，本發(fā)明提供了一種包括Na3AlF6、Al2O3和添加劑A1F3、Li2C03、CaF2, Li3AlF6和MgF2的鋁電解質(zhì)體系，將該鋁電解質(zhì)體系應(yīng)用到一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁電解生產(chǎn)過程中，既可以達(dá)到比傳統(tǒng)堿法氧化鋁用電解質(zhì)稍低的電解溫度，又可以使一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁在該電解質(zhì)中具有良好的溶解性能，從而提高了電流效率，達(dá)到較好的節(jié)能減排目的，解決了國內(nèi)氧化鋁供應(yīng)不足的問題，為實(shí)現(xiàn)粉煤灰的綜合利用開辟了一種新的有效途徑。
【具體實(shí)施方式】
[0014]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0015]為了針對一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁進(jìn)行電解，本發(fā)明提供了一種鋁電解質(zhì)體系，包括 Na3AlF6' Al2O3 和添加劑，添加劑包括 AlF3' Li2CO3' CaF2' Li3AlF6 和 MgF20
[0016]本發(fā)明所提供的鋁電解質(zhì)體系初晶溫度低、電導(dǎo)率高且溶解性能佳，將該鋁電解質(zhì)體系應(yīng)用到一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁電解生產(chǎn)過程中，既可以達(dá)到比傳統(tǒng)堿法氧化鋁用電解質(zhì)稍低的電解溫度，又可以使一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁在該電解質(zhì)中具有良好的溶解性能，從而提高了電流效率，達(dá)到較好的節(jié)能減排目的，解決了國內(nèi)氧化鋁供應(yīng)不足的問題，為實(shí)現(xiàn)粉煤灰的綜合利用開辟了一種新的有效途徑。
[0017]優(yōu)選地，按重量百分含量計(jì)，包括以下組分:Li3AlF6l%~15% ;Li2C032%~5% ;CaF22% ~7% ；MgF2l% ~7% ;Α12031.5% ~3.5% ；A1F32% ~15% ;其余為 Na3AlF60 采用各組分在上述比例范圍內(nèi)的鋁電解質(zhì)體系，可以得到初晶溫度較低、溶解性能較好且電導(dǎo)率較高的鋁電解質(zhì)體系，有助于得到適合一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁電解的鋁電解質(zhì)體系。
[0018]其中，向鋁電解質(zhì)體系中添加鋰鹽Li3AlF6和Li2CO3，可顯著地降低鋁電解質(zhì)體系的初晶溫度，有效地提高鋁電解質(zhì)體系的電導(dǎo)率，從而提高電流效率，降低電耗。添加MgF2、CaF2有利于降低電解質(zhì)體系的初晶溫度，提高電流效率降低電耗。
[0019]進(jìn)一步優(yōu)選地，按重量百分含量計(jì)，鋁電解質(zhì)體系包括以下組分:Li3AlF65%~10% ；Li2C033% ~4% ；CaF23% ~5% ；MgF22% ~5% ;A12032% ~3% ；A1F35% ~10% ;其余為Na3AlF60最優(yōu)選地，按重量百分含量計(jì)，鋁電解質(zhì)體系包括以下組分:Li3AlF67% ；Li2C034% ；CaF24% ；MgF25% ；A12032.5% ；A1F37% ;其余為 Na3AlF60
[0020]本發(fā)明所提供的鋁電解質(zhì)體系，初晶溫度為890°C~910°C，電導(dǎo)率為2.2~2.4/Ω.cm，密度為1.81~2.10g/cm3，粘度為2.9 X Kr3~3.3 X KT3Pa.S。與傳統(tǒng)的堿法生產(chǎn)鋁電解質(zhì)體系相 比，本發(fā)明提供的鋁電解質(zhì)體系的初晶溫度降低了 20~30°C，電導(dǎo)率提高了 0.1 ~0.3/ Ω.cm。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種鋁電解質(zhì)體系在一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁電解過程中的應(yīng)用。
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例和對比例進(jìn)一步說明本發(fā)明的有益效果:
[0023]實(shí)施例1
[0024]按照表1中的組分混合制備鋁電解質(zhì)體系，各原料組分均為高純度的市售產(chǎn)品。對比例I
[0025]采用堿法生產(chǎn)氧化鋁應(yīng)用在最優(yōu)的電解質(zhì)組分中進(jìn)行電解，所添加的組分以及NaF與AlF3的摩爾比值，具體見表1。
[0026]對實(shí)施例1至6及對比例I中制備的鋁電解質(zhì)體系進(jìn)行測定:
[0027]取一定量鋁電解質(zhì)被測試樣置于鉬坩堝中，將坩堝放入保溫效果非常良好的井式高溫爐中，加熱至電解質(zhì)試樣全部熔融并過熱10°c~20°C溫度，然后緩慢降溫，并用鉬銠熱電偶測溫，用電位差計(jì)自動(dòng)記錄降溫全過程的溫度時(shí)間曲線。冷卻曲線的第一個(gè)拐點(diǎn)所對應(yīng)的溫度即為該電解質(zhì)的初晶溫度。
[0028]氧化鋁飽和溶解度采用旋轉(zhuǎn)剛玉片法測定，即當(dāng)鋁電解質(zhì)的熔體溫度到達(dá)900°C，使剛玉片在熔體中按一定的速率旋轉(zhuǎn)，每隔一定時(shí)間取熔體樣，使用LECO TC400氮氧分析儀分析試樣中氧含量，從而轉(zhuǎn)化為氧化鋁含量；當(dāng)所取試樣氧化鋁含量達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)，這個(gè)穩(wěn)定值為氧化鋁飽和溶解度。采用熔鹽電導(dǎo)測定儀測試鋁電解質(zhì)體系的熔鹽電導(dǎo)率，采用范氏旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測定粘度，電解質(zhì)密度測定的基本原理是阿基米德浮力定律。各參數(shù)具體數(shù)值見表1。
[0029]表1
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一步酸溶法生產(chǎn)的氧化鋁電解用鋁電解質(zhì)體系，其特征在于，包括Na3AlF6、Al2O3和添加劑，所述添加劑包括AlF3' Li2CO3' CaF2' MgF2和Li3AlF60
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解質(zhì)體系，其特征在于，按重量百分含量計(jì)，所述鋁電解質(zhì)體系包括以下組分: Li3AlF6 1% ~15% ； Li2CO3 2% ~5% ； CaF22% ~7% ； MgF2 1% ~7% ； Al2O3 1.5% ~3.5% ； AlF3 2% ~15% ； 其余為Na3AlF6。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁電解質(zhì)體系，其特征在于，按重量百分含量計(jì)，所述鋁電解質(zhì)體系包括以下組分: Li3AlF6 5% ~10% ； Li2CO3 3% ~4% ； CaF23% ~5% ； MgF2 2% ~5% ； Al2O3 2% ~3% ； AlF3 5% ~10% ； 其余為Na3AlF6。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁電解質(zhì)體系，其特征在于，按重量百分含量計(jì)，所述鋁電解質(zhì)體系包括以下組分:` Li3AlF6 7% ； Li2CO3 4% ； CaF2 4% ； MgF2 5% ； Al2O3 2.5% ； AlF3 7% ； 其余為Na3AlF6。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁電解質(zhì)體系，其特征在于，按重量百分含量計(jì)，所述鋁電解質(zhì)體系包括以下組分: Li3AlF6 8% Li2CO3 3.5% ； CaF2 3.5% ； MgF2 4% ； Al2O3 2.5% ； AlF3 8% ； 其余為Na3AlF6。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解質(zhì)體系，其特征在于，所述鋁電解質(zhì)體系的初晶溫度為820°C~930°C，電導(dǎo)率為1.8~2.2/Ω.cm，密度為1.81~2.10g/cm3，粘度為2.9Χ10-3 ~3.3 X IO-3Pa.S。
7.—種權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的鋁電解質(zhì)體系在一步酸溶法得到的氧化鋁電解中的應(yīng)用。
【文檔編號】C25C3/18GK103820818SQ201310744739
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】韓建國, 張一雯, 郭昭華, 張鋒, 韓碩, 趙明, 池君洲, 王永旺 申請人:中國神華能源股份有限公司, 神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司