低温碱金属电解的制作方法

专利名称：低温碱金属电解的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电解法及其用于生产碱金属的电解液。
碱金属属于高反应活性的元素，实际上元素状态的碱金属并未被发现。典型的还原剂，诸如氢，并不足以将碱金属从化合物还原到其金属状态。电解还原的必要及其历史上传统实验的运用，使汉弗莱戴维(Humphry Davy)先生(在伦敦英国皇家科学研究院的康特朗福特/汤普森(Count Rumford/Thompson at the Royal Institute inLondon)的助手)在1897年发现了元素形态的碱金属。电解还原用于工业生产碱金属。目前世界范围采用的方法就是所谓的“唐斯(Downs)”方法，这种方法在20世纪早期就被推荐用于从钠及锂的氯化物生产钠及锂。
为降低电解质熔解温度至略低于600℃，唐斯方法采用了由NaCl、CaCl2及BaCl2组成的熔盐电解质。这使得方法比采用熔点非常高的约800℃的纯NaCl的方法更为实际。然而，在这样的温度下，电解法操作仍然困难，而且有许多操作约束。因为唐斯法操作温度高，所以电解槽的设计采用了同心圆柱形阴极、金属丝网隔膜及阳极，而不是通常用于电化学工程实际的空间更有效的多叠层扁平电极和隔膜元件结构。此外，高操作温度会使扁平钢丝-筛目钢隔膜软到机械性能不稳定，在阳极及阴极之间来回拍打，引起部分短路/击穿，从而引起膈膜熔灼穿孔。膈膜穿孔可能使阴极产生的钠和阳极产生的氯返混，引起电解槽电流效率降低。另一方面，电极间钢隔膜的这种同心圆筒形结构避免了这种困难，因为丝网圆筒比同类扁平钢丝网筛机械上更有刚性和更稳定。
唐斯方法的上述同心圆筒形槽的设计是高操作温度约600℃所必须的，这也意味唐斯电解槽空间效率很低。这就直接导致单位生产能力的投资和操作费用高。
唐斯电解槽的操作温度高，加上熔融混盐电解质冻结温度仅比电解槽操作温度低约20℃，使电解槽平稳运转困难。电解槽“冻结”及其它“干扰”频繁发生，导致工业电解法对操作要求异常苛刻。反过来，这也是为什么唐斯方法不易自动化的原因。目前锂是采用一种改良的唐斯方法生产的。
虽然有一种低温电解法，在NaCl/H2O溶液中从阴极沉淀金属钠，但金属钠不纯，而是一种含钠百分比低的液态汞/钠的汞齐，通常约0.5％的Na。其余99％以上的是汞金属。这种方法通过稀钠汞齐与水的反应用于生产氢氧化钠的水溶液。一般参见马歇尔塞廷(MarshallSitting)著“钠、其制造、性质和用途”(美国化学学会专论丛书，雷诺(Reinhold)出版公司，纽约(1956)以及曼特尔(C.L.Mantell)著“电化学工程学”(麦格罗-希尔(MeGraw-Hill)图书公司，纽约，伦敦(1960))。这种方法因为分离汞与钠的一些难题及成本问题生产金属钠不经济。例如，采用蒸馏分离就不切实际，因为汞沸点(357℃)，比钠(880℃)低得多，而获得如同残渣量的约1％的钠却要汽化99％的汞，这就太贵了。
近年来，对于有关蓄电池中应用的无水有机溶剂基的碱金属氯化物电解质，已经进行了一些基本物理化学研究。参见电化学协会杂志143卷，No7,2262-2266,1996.7)。这种工作还没有得出能生产碱金属的方法。
因此，对发展可更经济地生产碱金属的电解方法的需求，日趋增加。对发展可改善其操作性能诸如可使之自动化的方法，也有需求。
按照本发明，提供了一种在共电解质及碱金属卤化物存在下进行电解的低温电解方法。该共电解质包括(1)一种氮或磷的化合物及任选一种ⅢA族卤化物、一种ⅠB族卤化物、一种Ⅷ族卤化物，或其两种或多种的组合；(2)、一种ⅢA族卤化物、一种ⅤB族卤化物，或ⅢA族卤化物与ⅤB族卤化物一些组合；或(3)水。
此外，按照本发明，还提供一种电解方法，包括实施该方法采用包括(1)一种液态碱金属、(2)选自铋、铅、锡、锑、铟、镓、铊与镉的两种或多种金属的一种液态低熔合金或(3)一种导电的液态溶剂化碱金属的一种阴极。
按照本发明还提供一种电解质。该电解质包括一种碱金属和一种共电解质，该共电解质包括(1)一种氮或磷的化合物及任选一种ⅢA族卤化物、一种ⅠB族卤化物、一种Ⅷ族卤化物、或其两种或多种的组合；(2)一种ⅢA族卤化物、一种ⅤB族卤化物，或ⅢA族卤化物与ⅤB族卤化物的一些组合；或(3)水。
此种电解在低温下进行。术语“低温”指低于约300℃的温度，优选低于约250℃，最优选低于200℃。.<101>该温度可在约20-300℃的范围，优选约50-250℃，更优选约70-200℃及最优选90-200℃。本发明电解可生产基本纯的碱金属，诸如钠。术语“基本纯”指的是每一公斤的碱金属含杂质不到约400毫克，优选不到约300毫克，更优选不到约200毫克及最优选不到100毫克的杂质。
本发明可采用任何碱金属卤化物。术语“碱金属”是指锂、钠、钾、铷、铯、钫，或其两种或多种的组合。目前优选碱金属卤化物是氯化钠，因为它广泛用于电解生产钠。
按照本发明的一个实施方案，可以采用一种氮或磷的化合物作为共电解质，优选为有阳离子部分和阴离子部分的含氮离子化合物。它可以是固体或液体。目前优选是一种非水液体。优选地是，该阳离子部分是一种有机阳离子。该阳离子部分包括一种或多种咪唑鎓盐类，N-烷基吡啶鎓盐(alkylpyridinium)类、四烷基铵盐类和四烷基磷鎓盐类。例如，可以采用任何咪唑鎓盐类，因为它在与碱金属卤化物结合时能降低碱金属卤化物的熔点到以上披露的低温。
该阴离子部分可以是任何可用于降低碱金属卤化物熔点的阴离子。适宜阴离子的实例包括一种或多种氯化物、溴化物、碘化物、四氟硼酸酯和六氟磷酸酯。目前优选阴离子是氯化物。
该氮或磷的化合物可包含取代基类型不同的许多衍生物。目前，优选的是，采用部分烷基化或完全烷基化的咪唑鎓盐卤化物诸如氯化物。一种完全烷基化的咪唑鎓盐卤化物是其中咪唑鎓盐环上所有的氢可被含1至约20个碳原子烃基，也可为烷基、链烯基或芳基，所取代的一种烷基化咪唑鎓盐卤化物。一般，铵和磷鎓(phosphonium)盐是全烷基化的，吡啶鎓盐是N-取代的，和咪唑鎓盐是N,N-二取代的。
适宜的氮或磷化合物的实例包括，但不局限于，1-乙基-3-甲基-1H-咪唑鎓盐、1-丙基-3-甲基-1H-咪唑鎓盐、1-丁基-2,3-二甲基-1H-咪唑鎓盐、1-丁基-2,3,4,5-四甲基咪唑鎓盐、1,2,3.4,5-五甲基咪唑鎓盐、1-甲基吡啶鎓，一种环上非氮位置有烷基的吡啶衍生物、四甲基铵、四甲基磷鎓和其两个或更多个的组合。目前优选咪唑鎓盐卤化物是1-乙基-3-甲基-1H-咪唑鎓盐氯化物、1-丁基-2,3,4,5-四甲基-1H-咪唑鎓盐氯化物，或1,2,3,4,5-五甲基-1H-咪唑鎓盐氯化物。
咪唑鎓盐卤化物也可以与lB族金属卤化物、ⅢA族金属卤化物、Ⅷ族金属卤化物、或其两种或多种金属卤化物的组合结合在一起。用于本发明的术语“ⅠB族”、“ⅢA族”、“ⅤB族”或“Ⅷ族”指的是元素周期表上的族序数(CAS版本，CRC化学及物理学手册，67th版本，1986-1987,CRC书局，波卡拉屯(Boca Raton)，佛罗里达)。1B族卤化物的适宜实例包括铜的卤化物诸如氯化铜和溴化铜；卤化银诸如氯化银；金卤化物诸如氯化金，和其二种以上金属卤化物的组合。ⅢA族卤化物的实例包括卤化铝诸如氯化铝和溴化铝；卤化硼诸如氯化硼；卤化镓诸如氯化镓；卤化铟诸如氯化铟；卤化铊诸如氯化铊；或其两种或多种的组合。ⅤB族卤化物的适宜实例包括卤化钽诸如氯化钽；卤化钒诸如氯化钒；卤化铌诸如氯化铌；或其两种或多种的组合。Ⅷ族卤化物的实例包括一种或多种卤化铁诸如氯化铁和溴化铁；卤化钴诸如氯化钴和溴化钴；卤化镍诸如氯化镍和溴化镍；卤化铑诸如三氯化铑；和卤化铼诸如三氯化铑。
该共电解质含量可为任意的，只要其量可降低卤化碱金属的熔解温度，使之处于如前所披露的低温。一般，共电解质对碱金属卤化物的摩尔比可在约001∶1至100∶1的范围，优选约0.1∶1至10∶1，最优选约0.5∶1至2∶1。如果第二金属(ⅠB、ⅢA或Ⅷ族)的卤化物与咪唑鎓盐类一起存在，则第二金属卤化物对碱金属卤化物的摩尔比可以在同样范围。例如，包括1-乙基-3-甲基-1H-咪唑鎓盐氯化物、氯化铝、和氯化钠的电解质，其1-乙基-3-甲基-1H-咪唑鎓盐氯化物对氯化铝及氯化钠的摩尔比可为约1∶2∶1。
电解槽的阳极可以由导电碳，一种DSA(外型尺寸上稳定的阳极)、一种不被阴极释放的卤化物诸如氯气所侵蚀的Ⅷ族金属氧化物或Ⅷ族金属诸如铂组成。对于电解槽阴极侧，该阴极本身可由与聚合物离子交换膜相连接的导电碳或金属诸如Ⅷ族金属所组成。阴极可具备输送阴极所产生的液态碱金属至外集热室的具体手段。在电解槽操作期间，所产生的液态碱金属可与阴极一起共起阴极作用。将液态碱金属输送至远离阴极的具体手段，可以是机加工的通道或凹槽、孔网体系，或采用连通容许熔融碱金属流入收集器孔隙的多孔材料。实现这种作用有许多其它方法，本领域技术人员可凭其喜好加以设计。
希望不受理论约束，采用聚合物离子交换膜可以抑制操作期间阴极上引起咪唑鎓盐基电解质的化学降解。该离子交换膜可以是一种允许碱金属离子易于通过隔膜而又不使大量高化合价的阳离子通过的材料。该隔膜材料适宜的实例包括，但不局限于，由杜邦公司提供(E.I.duPont de Nemours&Company,Wilmington,Delaware)的全氟化离子交换聚合物，其商标为Nafion。为防止与阴极表面上形成含金属的碱金属反应引起Nafion隔膜退化，可以采用第二隔膜。可将第二隔膜插在第一隔膜与阴极之间。适宜的第二隔膜包括丙烯酸聚合物类。其它材料也适宜。优选的是，使Nafion隔膜、丙烯酸隔膜和阴极彼此直接紧密接触。这可通过许多方法来完成。例如，做到这一点，可通过在碳阴极上涂一种丙烯酸类聚合物的溶液，然后涂一种Nafion聚合物的溶液，并干燥该涂后阴极/隔膜组件的方法。
按照本发明，优选地是要排出潮气，因为水可与电解质中的卤化物反应而水解。这可通过构造气密封式电解槽来实现。为达到高的空间效率，将电解槽构建成众所周知的多叠层平板排列是有利的。采用已知电化学工程惯例，提供用于循环及补充电解质、供给电解电流和输送阴极液态产物碱金属及阳极产品氯气的设备。一般电解槽是以连续方式进行操作的。本发明方法由于低温操作最适合于进行自动化操作。
因为完全烷基化的咪唑鎓盐氯化物耐受阴极还原，当电解质中含有它时，可采用多孔隔膜代替隔膜，从而减低操作费用。这种膈膜可由各种不同材料组成，说明性实例为玻璃-纤维结构和聚合物筛和编织物。电解槽设计和结构类似于以上披露的那些。
按照本发明，该共电解质也可以是一种ⅢA族卤化物、一种ⅤB族卤化物，或其组合。例如，ⅢA族卤化物和碱金属卤化物的一种近低共熔无机盐混合物，或111A族卤化物、ⅤB族卤化物与碱金属卤化物的混合物。ⅢA族卤化物或ⅤB族卤化物对碱金属卤化物的摩尔比可在001∶1至100∶1，优选约0.1∶1至10∶1，最优选在约0.5∶1到2∶1的范围。例如，可以采用一种包括NaCl/AlCl3/TaCl5(摩尔比约20∶70∶10)的混合物。这些混合物也可以与类似如上所述的离子交换膜一起使用。采用这些混合物之一的电解槽的操作温度可在130℃-160℃的范围。
按照本发明，电解也可用碱金属卤化物的水溶液来进行，即水可以是一种共电解质。碱金属卤化物之重量百分数(％)可在约1-40％，优选约10-35％，更优选在约20-35％的范围，最优选约30％。例如，可采用一种含约30％NaCl和70％H2O的溶液，而有或无多孔隔膜均可。
当用水作共电解质时，该阴极可由一种金属合金的金属阴极组成，该金属合金的熔点应低于在电解槽操作内工作压力下该水溶液的沸点温度。如果该电解槽操作在环境大气压力下，该金属阴极合金的熔解温度可在约105℃以下。适宜金属阴极也可包括高的氢超电压，以有利于在阴极碱金属的沉积及氢的释放；含金属的碱金属在金属阴极合金中的适宜溶解度；和液态金属阴极合金足够高的沸点温度。该合金的沸点温度基本都在碱金属的沸点温度以上，一般都可经各种蒸镏法从液态金属阴极中电解后-分离碱金属。按照本发明优选的是，该合金具有(1)约105℃以下的熔解温度，(2)高的氢超电压(同汞的一样大小)，(3)对碱金属的溶解性能及(4)明显高于碱金属的沸点温度。适宜液态金属阴极合金的实例可以是衍生于选自铋(Bi)、铅(Pb)、锡(Sn)、锑(Sb)、镉(Cd)、镓(Ga)、铊(Tl)及铟(In)的两种或多种金属的一种合金。电解槽设计、结构与操作可与以上披露的那些基本相同。阴极中采用金属合金的好处是，可以采用水平槽设计，类似于苛性碱/氯生产中的水银槽设计，因为液态金属阴极合金比该电解质的密度更高。可通过在电解槽外的操作来实现碱金属与含碱金属的液态阴极合金的分离，从而有利于电解过程。例如，可以采用各种蒸镏法，诸如环境压力下的蒸馏、真空蒸馏及/或采用氮或其它惰性气体作为载气的惰性载气蒸馏。由于其沸点温度非常低(蒸气压非常高)，碱金属从液态合金中汽化出来，然后使之凝缩并收集于接收器中。可将该“溶蚀”后的液态金属阴极合金再循环至电解槽阴极室。可采用逆流换热器方法，使分离或提纯步骤或二步骤的能量需求减到最小。其它分离碱金属的方法，诸如溶剂萃取，也是可行的。
在本发明另一组实施方案中，提供了一种利用液态“溶剂化碱金属”阴极的碱金属电解方法。该阴极可与一种离子交换膜或多孔隔膜结合一起使用。电解质可与上述第一实施方案中所披露的电解质相同。液态“溶剂化碱金属”阴极的好处是电解槽操作温度可比碱金属熔解温度(98℃)低很多。
此处所用术语“溶剂化碱金属”指的是一种碱金属和一种或多种有机溶剂，诸如醚及芳族化合物。溶剂化碱金属的一个实例是钠/萘/乙二醇二甲醚，其重量比约为25∶150∶50。还有许多其它对碱金属适宜的溶剂体系。只要含量可使该溶剂化碱金属溶液导电，该溶剂化碱金属中的碱金属含量可为任何重量％。一般，碱金属含量可约5-80重量％，优选约20-70重量％，最优选约15-60重量％。电解后，可将部分富碱金属-溶剂化的碱金属溶液转移至分离容器中，通过例如蒸馏过程脱出碱金属中的溶剂。纯碱金属可输送至碱金属储罐中，并用传统方法装运。“溶蚀”后的溶剂可再循环至电解流程中液态溶剂化碱金属阴极流中。
下述实例用来进一步说明本发明，不能认为是对本发明范围的过度约束。
实施例1此实例披露了一种在咪唑鎓盐氯化物-氯化铝-氯化钠熔盐浴中制备金属钠的方法。采用一种隔膜覆盖的阴极对钠离子进行选择性还原。
所有化学药品都采用标准的。1-乙基-3-乙基-H-咪唑鎓盐氯化物、氯化铝(99.99％)、萘(99+％)、聚丙烯酸(25重量％水溶液)和Nafion全氟化离子交换树脂(在低级脂族醇和水的混合溶液中5重量％)都是从阿德里奇(Aldrich)公司(Milwaukee,WI,53201,USA)购买的。氯化钠、氢氧化钠、氢氧化钾和四氢呋喃(TX-02484-6)都来自EM科学公司(Gibbstown,NJ,08027,USA)。使用之前，四氢呋喃要用氮脱气，并存放在4A分子筛上。<10304不锈钢取样片直径1.2厘米由金属试样公司(Metal Samples Co,Munford.,AL,36268,USA))提供。
电气设备。采用一种CV-27的电势恒定器，由生物分析系统公司提供(Bioanalytical Systems,West Lafayette,IN 47906-1382,USA)。采用电合成公司(Electrosynthesis Co.,Inc.E.Amherst,NY 08540)的一种C-200H型电解槽，来支撑电极及熔融盐槽。由EG&-G普林斯顿应用研究公司(EG&-G Princeton Applied Research(Princeton,NJ 08540))提供的一种扁平试样夹具用作阴极。采用由电合成公司提供的一种10cm2铂标记电极用作一个阳极；不带10cm2铂箔的同样电极用作拟参比电极。
隔膜制备。对1.2×1.2cm碳毡(GF-S2由电合成公司提供)涂二次聚丙烯酸溶液进行处理，该聚丙烯酸溶液是已通过加入10毫升1N NaOH及0.5克研磨NaOH至10毫升聚丙烯酸溶液中的方法被转化为钠形态的。在二次涂敷之间风干碳毡，并接着风干过夜。用Nafion溶液涂所得衍生碳毡的一面，Nafion溶液是通过加0.02克NaOH至2毫升上述Nafion树脂中转变为钠形态的。风干该碳毡，然后在160℃下加热一分钟。接着将隔膜切成SS304试片的尺寸，并在真空下干燥过夜。
熔盐制备。所有操作都在真空环境干燥箱中在氮气保护下进行。按照电化学协会杂志(Journal of the Electrochemical Society,1,43,2262-2266(1996))披露的文献方法，配制内含其摩尔比为1∶2∶1的1-乙基-3-甲基-1H咪唑鎓盐氯化物、氯化铝和氯化钠的熔盐浴。首先混合咪唑鎓盐的盐及氯化铝形成一种酸性浴，然后加入氯化钠中和该酸性浴。使用前使该三元浴混合过夜(约16小时)。
电解在真空环境干燥箱中在氮气保护下进行。将该H-型电解槽放入加热罩中，并埋入沙中约2.5英寸的深度(6.35厘米)。整个电解过程保持砂浴温度在100-120℃。将该熔盐加至电解槽中，要在扁平电解槽夹放入电解槽时使熔盐覆盖连接电解槽室的玻璃料。开始电解之前，将固体氯化钠加至该浴中，以保持熔盐浴中咪唑鎓盐∶氯化铝∶氯化钠的摩尔比为1∶2∶1。
按下述方法装配扁平电解槽夹中的阴极。将聚四氟乙烯(Teflon)垫圈放在Tefzel-280试样夹具上。然后加隔膜，使涂过Nafion的一面朝向电解槽夹外。然后将SS304试片放在夹具上。将O型-圈套在样品夹具塞子和试样夹上。连接电极安装竿和工作电极，使组合件装进C-200H-型电解槽。涂敷后的碳毡与电解质接触表面为1cm2。
将该铂标记电极悬浮在电解质中。用氮气冲洗该室至KOH甲醇溶液中，以洗刷出钠沉积反应期间产生的氯。
施加-1.95V至2.1SV的电势(相对于铂丝电极)二天共15小时。外加电势、电流及浴温度示于表1中。第一个10小时后，停止外加电势，并降低浴温度至96℃。再启动电解后，电流慢慢上升。
钠的形成以下述方法说明。电解15小时后，从扁平电解槽夹上取下隔膜，用四氢呋喃略加洗涤，除去熔盐。将被凝结一起的碳毡及SS304试片放入约5毫升0.1M的萘的四氢呋喃溶液中。未见显示萘基钠的绿色。取出隔膜后加上约5毫升的水。观察到有气体剧烈释放，表示隔膜内部形成了钠。萘不能穿透隔膜，但水易于输送通过二层。钠与水剧烈反应，产生氢氧化钠及氢气(见科顿(F.A.Cotton)及威金森(C.Wilkinson)“无机化学进展”，第4版，pp.257-258(John Wileyand Sons,New York,1980,))。
表1
a外加电势降低b外加电势升高c电势中止；浴冷却至96℃d外加电势降低至-2.10V实施例2此实施例说明一种采用低熔合金阴极由浓缩氯化钠水溶液电解制备金属钠的方法。所有化学药品都购自阿德里奇公司(Milwaukee,WI53201 LTSA)。
所有过程和反应都是在干氩气氛下进行，以防止空气及水气进入。通过升温添加过量氯化钠，将氯化钠溶于高纯水中，然后冷却该溶液，倾出清液，制成一种室温饱和盐溶液。
将按下述比例的各成分铋(48重量％)、铅(23重量％)、锡(18重量％)及铟(11重量％)混合为一搅拌熔体，制备该低温液态金属阴极合金。该合金大致首先停滞在80-85℃之间，其凝固点为～73℃。
电解在改性H型电解槽中进行，该改性H电解槽属于一般已知设计的一种设备，配有加热并保持合金及电解槽温度和用干氩气吹扫钝化的设施。阴极臂有约3英寸的液态金属阴极，其底部与电源接头连通，其上表面有几英寸的饱和氯化钠连通。氯化钠溶液通过一玻璃纤维膈膜与阳极空间连通。电解槽电极间距为4英寸。试验期间液态金属阴极及阴极室的温度保持在85-96℃。用惠普公司(HewlettPackard)的一种稳压电源对H电解槽电极提供直流电。
当电解槽温度稳定时，启动电极电压。一个多小时的时间后，电压跳升至5伏特，接着再维持5伏特3-5小时。电解期间，定期从阳极空间取出几毫升氯化钠电解液，并将等量新鲜温热及饱和的氯化钠水溶液加至阴极室水相中，以保持电解液中的氯化钠浓度。3.5小时的期间结束，电极电流仍在继续，在距合金/盐水溶液界面约11/4英寸处开始放出阴极室内液态金属合金，分为4个“馏分”。每取出一馏分，其后的馏分就更接近合金/盐水溶液的表面。馏分滴至已冷干燥纯矿物油中，加以收集，并用ICP/AES(诱导充电等离子/原子发射光谱)分析固态合金。分析表明，金属钠制得并包含于液态金属合金中。
液态金属阴极空白钠23ppm馏分1钠19ppm，最远离于合金/水溶液分界面；馏分2钠32ppm，馏分3钠75ppm，馏分3钠75ppm；馏分4钠200ppm，最接近于合金/水溶液分界面。
用已知蒸馏技术，可提纯液态金属合金中的金属钠，并将溶蚀的液态金属合金返回电解槽的阴极室继续使用。
实施例3此实施例说明采用披露的低熔合金阴极可通过氯化锂浓缩水溶液电解制备金属锂。
所有过程和反应均按实施例2描述的相同方法进行，但不同的是(1)浓缩氯化锂(28.3重量％)用作电解液，(2)液态金属阴极及阴极室温度保持在90及97℃之间，(3)在5伏特运行时间为4.8小时，而不是3.5小时及(4)4.8小时结束时，电极电流仍在继续，从阴极室放出液态金属合金，分为12个“馏分”。
液态金属阴极空白，锂不足5ppm馏分1 锂不足5ppm，最远离该合金/水溶液的分界面；馏分2-11锂不足5ppm馏分12 锂16ppm，最接近于合金/水溶液分界面。
权利要求
1．一种用于生产碱金属的方法，包括在一种共电解质存在下电解一种碱金属卤化物，该共电解质是(1)一种氮或磷的化合物及任选一种或多种ⅠB族卤化物、ⅢA族卤化物、Ⅷ族卤化物；(2)一种ⅢA族卤化物、一种ⅤB族卤化物、或一种ⅢA族卤化物与一种ⅤB族卤化物的组合；或(3)水。
2．按照权利要求1或2的方法，其中所述氮或磷的化合物是选自咪唑鎓盐类、N-烷基吡啶鎓盐类、四烷基铵盐类和四烷基磷鎓盐类的一种或多种化合物。
3．按照权利要求1或2的方法，其中所述氮或磷的化合物是选自1-乙基-3-甲基-1H-咪唑鎓盐、1-丙基-3-甲基-1H-咪唑鎓盐、1-丁基-2,3-二甲基-1H-咪唑鎓盐、1-丁基-2,3,4,5-四甲基咪唑鎓盐、1,2,3,4,5-五甲基咪唑鎓盐、1-甲基吡啶鎓盐，一种在环中非氮位置上有烷基的吡啶衍生物、四甲基铵、四甲基磷鎓的一种或多种化合物；所述ⅠB族卤化物是卤化铜、卤化银或卤化金；所述ⅢA族卤化是卤化铝、卤化硼、卤化镓、卤化铟或卤化铊；和所述Ⅷ族卤化物是卤化铁、卤化钴或卤化镍。
4．按照任何权利要求1至3任一项的方法，其中如果所述共电解质包括氯化铝与一种完全烷基化的咪唑鎓盐氯化物，则所述方法在其内装有一种离子交换膜或膈膜的电解槽进行，而如果所述共电解质包括氯化铝与1-乙基-3-甲基-1H-咪唑鎓盐氯化物，则所述方法在装有一种离子交换膜的电解槽中进行。
5．按照权利要求1的方法，其中所述共电解质是水，所述方法是在一种由选自Bi、Pb、Sn、Sb、In、Ga、Tl及Cd的两种或多种金属的液态低熔合金构成阴极的电解槽中进行，以生产一种碱金属。
6．一种电解方法包括使用一种包括(1)一种液态碱金属；(2)一种选自铋、铅、锡、锑、铟、镓、铊及镉的两种或多种金属构成的合金，或(3)一种导电的液态溶剂化碱金属的阴极来实施所述电解的方法。
7．按照权利要求1-6任一项的方法，其中所述碱金属是钠、钾或锂。
8．按照权利要求1-7任一项的方法，其中所述方法在低于300℃温度下进行。
9．按照权利要求1至8任一项的方法，其中所述碱金属是钠或锂，所述方法生产的碱金属，其每一公斤碱金属的杂质量在400毫克以下。
10．一种电解质组合物，包括一种碱金属卤化物及(1)一种氮或磷的化合物及任选一种或多种ⅠB族卤化物、ⅢA族卤化物、Ⅷ族卤化物；或(2)一种ⅢA族卤化物、一种ⅤB族卤化物、或一种ⅢA族卤化物与一种ⅤB族卤化物的组合。
全文摘要
一种低温碱金属电解法。包括在如下的共电解质1)一种含氮化合物及任选的ⅠB、ⅢA、Ⅷ族卤化物；2)ⅢA和/或ⅤB族卤化物；或3)水，及一种碱金属卤化物存在下电解。一种低温电解法，包括采用包括1)一种液态碱金属，2)选自铋、铅、锡、锑、铟、镓、铊及镉的两种或多种金属的合金，或3)一种导电的液态溶剂化碱金属的阴极。一种电解质，包括一种碱金属卤化物及包括1)一种含氮化合物及任选的ⅠB、ⅢA、Ⅷ族卤化物或2)ⅢA和/或ⅤB族卤化物的共电解质。
文档编号C25C3/02GK1317600SQ0111217
公开日2001年10月17日 申请日期2001年3月28日 优先权日2000年3月28日
发明者J·S·汤普森, H·M·布兰克, W·J·西蒙斯, O·R·博格曼 申请人:纳幕尔杜邦公司