一种低温熔盐电解制备铝及铝合金的方法

文档序号:5274682
专利名称:一种低温熔盐电解制备铝及铝合金的方法
技术领域
本发明涉及电解法制铝技术领域,具体涉及一种低温熔盐电解制备铝及铝合金的方法。
背景技术
铝是重要的金属,其产量仅次于钢铁,是第二大金属材料,我国是第一产铝大国。工业上金属铝采用熔盐电解法生产,以氧化铝为原料,冰晶石为熔剂和电解质,铝液为阴极,碳素材料为阳极,电解温度为950℃,电解过程中铝在阴极析出,阳极析出氧再与碳反应生成CO2和CO放出。该方法的缺点是电解温度高、电耗大。因此,人们一直在探寻低温熔盐电解制备金属铝的方法。

发明内容
针对现有熔盐电解制铝技术的不足之处,本发明提供一种低温熔盐电解制备铝及铝合金的方法。
本发明方法以金属氯化物或金属氯化物混合物为电解质,例如NaCl与CaCl2或NaCl与BaCl2或CaCl2与BaCl2混合物或纯CaCl2等。要求电解质熔点≤800℃,满足该条件的金属氯化物或金属氯化物混合物均可作为电解质。生产铝时,以固体Al2O3或固态铝、炭和固态Al2O3混合物或液态铝和固态Al2O3混合物为阴极,石墨等碳素材料或惰性电极为阳极。以固态阴极电解的工艺是间歇式电解。将阴极放在石墨电解槽底部,将电解质放在阴极上部,通电加热,电解质熔化后,将阳极插入熔盐,在大于Al2O3分解电压小于电解质分解电压、极间距≥0.1cm、温度≤800℃条件下进行熔盐电解,电解至电流低于1.0安培结束电解。然后取出阴极放入熔炼炉内,在温度≥660℃条件下熔化铝后铸锭;以液态铝和氧化铝混合物为阴极电解是连续式电解。温度≥660℃,可以定期从阴极取出铝,加入氧化铝,电解过程连续进行。间歇式和连续式电解过程阴极析出金属铝,碳素阳极产生一氧化碳和二氧化碳,惰性材料阳极产生氧气。
本发明的电解质采用常规方法脱水制成。固态阴极是将固体Al2O3在10MPa~150MPa压力下压块,1000~1200℃空气下烧结制成,或将固态铝(0~15%)、炭(0~10%)和固态Al2O3(80~100%)按质量配比混合,在无氧气条件下经1000~1200℃烧结制成,烧结时间以保证固态阴极在电解时不粉化为原则;液态阴极是以液态铝和固态Al2O3(添加量以不影响导电为原则)混合物为阴极。
制备铝合金时,固态阴极是将作为合金组元的金属氧化物与氧化铝混合、压块、在空气气氛中1000~1200℃烧结后作为阴极,或将作为合金组元的金属氧化物与金属铝混合、压块、还原气氛1000~1200℃以下烧结后作为阴极,或作为合金组元的金属氧化物与氧化铝及金属铝或碳混合、压块、还原气氛100~1200℃烧结后作为阴极,或将作为合金组元的金属氧化物与氧化铝及金属铝和碳混合、压块、还原气氛1000~1200℃烧结后作为阴极,烧结时间以保证固态阴极在电解时不粉化为原则;液态阴极是将作为合金组元的金属氧化物与液态铝混合物为阴极;或作为合金组元的金属氧化物和固态Al2O3及液态铝混合物为阴极,或作为合金组元的金属氧化物与氧化铝加入液态铝为阴极。其余方法同上。例如加入作为合金组元的金属氧化物TiO2、SrO、Sc2O3、Li2O、ZrO2等制备Al-Ti、Al-Sr、Al-Sc、Al-Li、Al-Zr等合金,加入作为合金组元的稀土氧化物La2O3、Ce2O3、Er2O3等制备Al-La、Al-Ce、Al-Er等合金,阴极材料根据合金成分要求按照化学计量比配比。
本发明方法在低于800℃温度范围生产金属铝、铝合金,大幅度降低了电解温度,节省电能。通过化学分析对产品进行分析,生产的铝或铝合金符合国家标准。
具体实施例方式
实施例1将2公斤Al2O3在30MPa压力下压块,常压、保护气氛,1000℃、10个小时烧结(或者1100℃烧结8个小时,或者1200℃烧结6个小时)制成阴极,将阴极放在石墨电解槽底部;NaCl-CaCl2按照摩尔比为1∶1混合1公斤,脱水制成电解质,放到阴极块上部;通电加热到600℃,电解质熔化后,将石墨阳极插入熔盐,距-氧化铝阴极0.3cm处,通电压3.2V电解,电解到电流低于1.0安培。取出阴极放入熔炼炉内,在660℃熔化后铸锭。通过化学分析,产品中铝纯度99%以上。
实施例2在2公斤Al2O3中加入50克金属铝颗粒,130MPa压力压块,常压、保护气氛,1000℃、10个小时烧结(或者1100℃烧结8个小时,或者1200℃烧结6个小时)制成阴极,将阴极放在石墨电解槽底部;NaCl-CaCl2按照摩尔比为1∶1混合1公斤,脱水制成电解质,放到阴极块上部;通电加热到600℃,电解质熔化后,将石墨阳极插入熔盐,距-氧化铝阴极0.3cm处,通电压3.2V电解,电解到电流低于1.0安培。取出阴极放入熔炼炉内,在660℃熔化后铸锭。通过化学分析,产品中铝纯度99%以上。
实施例3在2公斤Al2O3中加入50克炭颗粒,80MPa压力压块,常压、保护气氛,1000℃、10个小时烧结(或者1100℃烧结8个小时,或者1200℃烧结6个小时)制成阴极,将阴极放在石墨电解槽底部;NaCl-CaCl2按照摩尔比为1∶1混合1公斤,脱水制成电解质,放到阴极块上部;通电加热到600℃,电解质熔化后,将石墨阳极插入熔盐,距-氧化铝阴极0.3cm处,通电压3.2V电解,电解到电流低于1.0安培。取出阴极放入熔炼炉内,在660℃熔化后铸锭。通过化学分析,产品中铝纯度99%以上。
实施例4在2公斤Al2O3中加入50克金属铝颗粒和50克炭颗粒,30MPa压力压块,常压,保护气氛、1000℃、10个小时烧结(或者1100℃烧结8个小时,或者1200℃烧结6个小时)制成阴极,将阴极放在石墨电解槽底部;NaCl-CaCl2按照摩尔比为1∶1混合1公斤,脱水制成电解质,放到阴极块上部;通电加热到600℃,电解质熔化后,将石墨阳极插入熔盐,距-氧化铝阴极0.3cm处,通电压3.2V电解,电解到电流低于1.0安培。取出阴极放入熔炼炉内,在660℃熔化后铸锭。通过化学分析,产品中铝纯度99%以上。
实施例5按质量配比固态铝6%、炭4%和固态Al2O390%混合,30MPa压力压块,常压,保护气氛、1000℃、10个小时烧结(或者1100℃烧结8个小时,或者1200℃烧结6个小时)制成阴极,将阴极放在石墨电解槽底部;NaCl-CaCl2按照摩尔比为1∶1混合1公斤,脱水制成电解质,放到阴极块上部;通电加热到600℃,电解质熔化后,将石墨阳极插入熔盐,距-氧化铝阴极0.3cm处,通电压3.2V电解,电解到电流低于1.0安培。取出阴极放入熔炼炉内,在660℃熔化后铸锭。通过化学分析,产品中铝纯度99%以上。
实施例6按质量配比固态铝12%、炭8%和固态Al2O380%混合,30MPa压力压块,常压,保护气氛、1000℃、10个小时烧结(或者1100℃烧结8个小时,或者1200℃烧结6个小时)制成阴极,将阴极放在石墨电解槽底部;NaCl-CaCl2按照摩尔比为1∶1混合1公斤,脱水制成电解质,放到阴极块上部;通电加热到600℃,电解质熔化后,将石墨阳极插入熔盐,距-氧化铝阴极0.3cm处,通电压3.2V电解,电解到电流低于1.0安培。取出阴极放入熔炼炉内,在660℃熔化后铸锭。通过化学分析,产品中铝纯度99%以上。
实施例7将2公斤金属铝放入石墨电解槽底部,加入500克氧化铝,然后加入摩尔比1∶1的NaCl-CaCl2混合物1公斤,通电加热到680℃,金属铝、盐熔化后,将石墨阳极棒插入熔盐,距液态铝液面0.5cm处,通电压3.3V电解,电解8小时后,通过插到阴极铝液液面之上的陶瓷漏斗将氧化铝粉加到铝液中,进行连续电解。每隔8小时加500克氧化铝粉,同时采用虹吸方法将阴极中的铝取出铸锭,制得金属铝。通过化学分析,产品中铝纯度99%以上。
实施例8将制备金属铝实施例1或2中的氧化铝换成氧化铝和氧化锶的混合物,总铝锶物质的量比为1∶1(也可以根据客观要求配比铝锶),按其程序进行电解。通过化学分析,产品中铝和锶的含量99%以上。
实施例9将制备金属铝实施例5中的氧化铝换成氧化铝和氧化钪的混合物,加入到金属铝液中,总铝钪物质的量比为1∶1(也可以根据客观要求配比铝钪),按其程序进行电解。通过化学分析,产品中铝和钪的含量99%以上。
实施例10将制备金属铝实施例1或2中氧化铝换成氧化铝和二氧化钛的混合物,总铝钛物质的量比为3∶1(也可以根据客观要求配比铝钛),按其程序进行电解。通过化学分析,产品中铝和钛的含量99%以上。
实施例11将制备金属铝实施例5中的氧化铝换成氧化铝和氧化铒的混合物,加入到金属铝液中,总铝铒物质的量比为1∶1(也可以根据客观要求配比铝铒),按其程序进行电解。通过化学分析,产品中铝和铒的含量99%以上。
实施例12将制备金属铝实施例5中的氧化铝换成氧化铝和氧化镧的混合物,加入到金属铝液中,总铝镧的质量比为1∶1(也可以根据客观要求配比铝镧),按其程序进行电解。通过化学分析,产品中铝和镧的含量99%以上。
实施例13将制备金属铝实施例5中的氧化铝换成氧化铝和氧化锆的混合物,加入到金属铝液中,总铝锆物质的量比为1∶1(也可以根据客观要求配比铝锆),按其程序进行电解。通过化学分析,产品中铝和锆的含量99%以上。
实施例14将制备金属铝实施例1或2中氧化铝换成氧化铝和氧化锂的混合物,总铝锂物质的量比为1∶1(也可以根据客观要求配比铝锂),按其程序进行电解。通过化学分析,产品中铝和锂的含量99%以上。
实施例15将制备金属铝实施例5中的氧化铝换成氧化铝和氧化钽的混合物,加入到金属铝液中,总铝钽物质的量比为1∶1(也可以根据客观要求配比铝钽),按其程序进行电解。通过化学分析,产品中铝和钽的含量99%以上。
实施例16将制备金属铝实施例1或2中氧化铝换成氧化铝和氧化铌的混合物,总铝铌物质的量比为1∶1(也可以根据客观要求配比铝铌),按其程序进行电解。通过化学分析,产品中铝和铌的含量99%以上。
实施例17将制备金属铝实施例5中的氧化铝换成氧化铝和氧化镝的混合物,加入到金属铝液中,总铝镝物质的量比为1∶1(也可以根据客观要求配比铝镝),按其程序进行电解。通过化学分析,产品中铝和镝的含量99%以上。
权利要求
1.一种低温熔盐电解制备铝及铝合金的方法,其特征在于以金属氯化物或金属氯化物混合物为电解质,要求电解质熔点≤800℃,石墨等碳素材料或惰性电极为阳极,以固态阴极电解的工艺是间歇式电解,将阴极放在石墨电解槽底部,将电解质放在阴极上部,通电加热,电解质熔化后,将阳极插入熔盐,在大于Al2O3分解电压小于电解质分解电压、极间距≥0.1cm、温度≤800℃条件下进行熔盐电解,电解至电流低于1.0安培结束电解,然后取出阴极放入熔炼炉内,在温度≥660℃条件下熔化铝后铸锭;以液态铝和氧化铝混合物为阴极电解是连续式电解,温度≥660℃,定期从阴极取出铝,加入氧化铝,电解过程连续进行。
2.按照权利要求1所述的低温熔盐电解制备铝及铝合金的方法,其特征在于生产铝时,以固体Al2O3或固态铝、炭和固态Al2O3混合物或液态铝和固态Al2O3混合物为阴极,按质量配比固态铝0~15%、炭0~10%和固态Al2O380~100%。
3.按照权利要求1或2所述的低温熔盐电解制备铝及铝合金的方法,其特征在于固态阴极是将固体Al2O3在10MPa~150MPa下压块,1000~1200℃空气下烧结制成,或将固态铝、炭和固态Al2O3按配比混合,在无氧气条件下经1000~1200℃烧结制成;液态阴极是以液态铝和固态Al2O3混合物为阴极。
4.按照权利要求1所述的低温熔盐电解制备铝及铝合金的方法,其特征在于制备铝合金时,将作为合金组元的金属氧化物与氧化铝混合、压块、在空气气氛中1000~1200℃烧结后作为阴极;或将作为合金组元的金属氧化物与金属铝混合、压块、还原气氛1000~1200℃以下烧结后作为阴极;或作为合金组元的金属氧化物与氧化铝及金属铝或碳混合、压块、还原气氛1000~1200℃烧结后作为阴极;或将作为合金组元的金属氧化物与氧化铝及金属铝和碳混合、压块、还原气氛1000~1200℃烧结后作为阴极;液态阴极是将作为合金组元的金属氧化物与液态铝混合物为阴极;或作为合金组元的金属氧化物和固态Al2O3及液态铝混合物为阴极,或作为合金组元的金属氧化物与氧化铝加入液态铝为阴极,阴极材料根据合金成分要求按照化学计量比配比。
5.按照权利要求1或4所述的低温熔盐电解制备铝及铝合金的方法,其特征在于加入作为合金组元的金属氧化物TiO2、SrO、Sc2O3、Li2O、ZrO2制备Al-Ti、Al-Sr、Al-Sc、Al-Li、Al-Zr合金,加入作为合金组元的稀土氧化物La2O3、Ce2O3、Er2O3制备Al-La、Al-Ce、Al-Er等合金,阴极材料根据合金成分要求按照化学计量比配比。
全文摘要
一种低温熔盐电解制备铝及铝合金的方法,以金属氯化物或金属氯化物混合物为电解质,要求电解质熔点≤800℃,石墨等碳素材料或惰性电极为阳极,以固态阴极电解的工艺是间歇式电解,将阴极放在石墨电解槽底部,将电解质放在阴极上部,通电加热,电解质熔化后,将阳极插入熔盐,在大于Al
文档编号C25C3/06GK1936085SQ200610047809
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月19日 优先权日2006年9月19日
发明者翟玉春, 谢宏伟, 王伟, 王锦霞, 顾惠敏 申请人:东北大学
再多了解一些
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1