专利名称：一种低温电解生产铝的方法及其专用的铝电解槽的制作方法
技术领域：
本发明属于有色金属材料领域，特别涉及一种低温电解生产铝的方法及其专用的铝电解槽。
背景技术：
铝是用钠冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产的，铝电解生产需要大量的电能，电能消耗在铝电解生产成本中约占30％。现代工业铝电解主要缺点是电解温度高，高达920～950℃，能耗大，直流电耗为13500kWh/t铝～15000kWh/t铝。低温铝电解是解决现代铝电解工业存在问题的重要措施之一。低温铝电解能够节省电能，对低温铝电解的研究有多种方法，主要集中在现行的工业用钠冰晶石体系，但电解温度仍不低于900℃。铝的熔点是660℃，实际上铝电解温度在铝的熔点以上50～100℃就可以满足铝电解要求。然而在700℃～850℃温度范围内低温铝电解，钠冰晶石-氧化铝熔盐中低熔点铝电解质的氧化铝的溶解度和溶解速度都较低，不能满足工业铝电解的要求。所以，用适宜的熔盐体系低熔点电解质实现低温铝电解是铝电解工业节能降耗的重要途径。
发明内容
本发明的目的是针对钠冰晶石-氧化铝体系中低温铝电解过程存在的氧化铝溶解度低和溶解速度小的缺点，提出一种低温生产铝的方法；同时提供了一种实现该方法的专用铝电解槽装置。
一种低温电解生产铝的方法，其特征在于在700℃～850℃范围内低温铝电解使用的电解质为钾冰晶石(六氟合铝三酸钾)熔盐体系，其中钾冰晶石重量百分比含量为50～80％，氟化铝重量百分比含量为20～50％，氟化锂重量百分比含量为0～5％。由满足上述配比的重量百分比浓度为92～96％的钾冰晶石(六氟合铝三酸钾)熔盐配上重量百分比浓度为4～8％氧化铝构成电解质。氧化铝溶解速度快，能满足工业铝电解要求，槽电压3.3～3.5V，电流效率94～96％，直流电耗10000kWh/t铝～11000kWh/t铝。
一种低温电解生产铝专用的铝电解槽，其特征在于铝电解槽是由阴极1、导线2、阳极3、电解槽4、电解质5、铝液6、汇铝槽7构成。直流电由阳极3进入，通过电解质5从阴极1流出；阴极1上析出铝液进入汇铝槽7。
阴极1所用材料为TiB2和MoSi2复合材料，MoSi2重量百分比含量为5～8％，TiB2重量百分比含量为92～95％，用粉末冶金方法成型。阳极3所用材料为金属惰性材料，成份为Sn、Cu、Ni、Fe，重量百分比含量分别为10～20％、50～60％、10～20％和10～20％，用粉末冶金方法成型。电解槽4、汇铝槽7使用氮化硅结合碳化硅材料。阴极与阳极都制作成平板状，电解槽阴极与阳极是垂直排列，电极表面相互平行，槽体内至少设有一组以阳-阴-阳方式排列的电极，用此方式在同一槽内也可安装多组电极，即阳-阴-阳-阴··-阳，电解槽极距2～2.5cm。
本发明方法的特点本发明方法所使用钾冰晶石熔盐体系电解质导电率高，氧化铝的溶解度和溶解速度大，克服了钠冰晶石-氧化铝熔盐体系低温铝电解的缺点，并且低温铝电解对电解槽使用惰性材料创造了良好的使用环境。本发明方法在本装置中可以实现高电流效率、低能耗和低成本的目标。
图1为低温铝电解所用的专用铝电解槽装置结构示意图。
具体实施例方式
实施例一，铝电解槽电流强度为180kA，阴极所用材料为TiB2和MoSi2复合材料，MoSi2重量百分比含量为8％，TiB2重量百分比含量为92％，用粉末冶金成型方法制作。阳极所用材料为金属惰性材料，成份为Sn、Cu、Ni、Fe，重量百分比含量分别为20％、60％、10％、10％，用粉末冶金方法制作，阴极与阳极都制作成平板状，槽体内电极以阳-阴-阳-阴··-阳形式垂直排列，电极表面相互平行，电解槽极距2.5cm。电解槽材料和汇铝槽材料都使用氮化硅结合碳化硅材料。电解中使用的电解质为钾冰晶石熔盐体系，其中钾冰晶石重量百分比含量为60％，氟化铝重量百分比含量为35％，氟化锂重量百分比含量为5％。重量百分比浓度为96％钾冰晶石熔盐配上重量百分比浓度为4％氧化铝构成电解质。电解温度为750℃，槽电压3.3V，电流效率96％，直流电耗为10242kWh/t铝。实施例二，铝电解槽电流强度为230kA，阴极涂层所用材料为TiB2和MoSi2复合材料，MoSi2重量百分比含量为7％，TiB2重量百分比含量为93％，用粉末冶金方法成型。阳极所用材料为金属惰性材料，成份为Sn、Cu、Ni、Fe，重量百分比含量分别为15％、55％、15％、15％，用粉末冶金方法制作，阴极与阳极都制作成平板状，槽体内电极以阳-阴-阳-阴··-阳形式垂直排列，电极表面相互平行，电解槽极距2.5cm。电解槽材料和汇铝槽材料都使用氮化硅结合碳化硅材料。电解中使用的电解质为钾冰晶石熔盐体系，其中钾冰晶石重量百分比含量为70％，氟化铝重量百分比含量为25％，氟化锂重量百分比含量为5％。重量百分比浓度为96％钾冰晶石熔盐配上重量百分比浓度为4％氧化铝构成电解质。电解温度为800℃，槽电压3.3V，电流效率95％，直流电耗为10351kWh/t铝。
权利要求
1.一种低温电解生产铝的方法，其特征在于在700℃～850℃范围内低温铝电解使用的电解质为钾冰晶石熔盐体系，其中钾冰晶石重量百分比含量为50～80％，氟化铝重量百分比含量为20～50％，氟化锂重量百分比含量为0～5％；重量百分比浓度为92～96％的钾冰晶石熔盐配上重量百分比浓度为4～8％氧化铝构成电解质。
2.一种低温电解生产铝专用的铝电解槽，其特征在于铝电解槽是由阴极(1)、导线(2)、阳极(3)、电解槽(4)、电解质(5)，铝液(6)、汇铝槽(7)、构成；直流电由阳极(3)进入，通过电解质(5)从阴极(1)流出；阴极(1)上析出铝液进入汇铝槽(7)。
3.如权利要求2所述的低温电解生产铝专用的铝电解槽，其特征在于阴极(1)所用材料为TiB2，MoSi2复合材料，MoSi2重量百分比含量为5～8％，TiB2重量百分比含量为92～95％，用粉末冶金方法成型。
4.如权利要求2或3低温电解生产铝专用的铝电解槽，其特征在于阳极(3)所用材料为金属惰性材料，成份为Sn、Cu、Ni、Fe，重量百分比含量分别为10～20％、50～60％、10～20％、10～20％，用粉末冶金方法制作。
5.如权利要求2和3或4所述的低温电解生产铝专用的铝电解槽，其特征在于电解槽和汇铝槽材料都使用相同的氮化硅结合碳化硅材料。
6.如权利要求2或3或4或5所述低温电解生产铝专用的铝电解槽，其特征在于阴极与阳极都制作成平板状，电解槽阴极与阳极是垂直排列，电极表面相互平行，槽体内至少设有一组以阳-阴-阳方式排列的电极，用此方式在同一槽内也可安装多组电极，即阳-阴-阳-阴··-阳，电解槽极距2～2.5cm。
全文摘要
一种低温电解生产铝的方法及其专用的铝电解槽，属于有色金属材料领域。其特征在于在700℃～850℃范围内低温铝电解使用的电解质为钾冰晶石(六氟合铝三酸钾)熔盐体系，用氧化铝为原料。铝电解槽是由阴极(1)、导线(2)、阳极(3)、电解槽(4)、电解质(5)、铝液(6)汇铝槽(7)构成。本发明所使用钾冰晶石熔盐体系电解质导电率高，氧化铝的溶解度和溶解速度大，克服了低温铝电解的缺点，并且低温铝电解为使用惰性材料创造了良好的使用环境。本发明方法在专用铝电解槽装置中可以实现高电流效率、低能耗和低成本的目标。
文档编号C25C3/00GK1673418SQ20051001114
公开日2005年9月28日 申请日期2005年1月7日 优先权日2005年1月7日
发明者卢惠民 申请人:北京科技大学