专利名称：一种低温铝电解工艺及电解液的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种低温铝电解工艺及电解液，属于电化学技术领域，特别涉及熔
盐电化学电解技术领域。
背景技术：
金属铝的熔点尽管只有660. 2。C，但由于现行铝电解工业沿用Hall-H6roult熔盐电解法，采用高熔点的Na3AlF6-Al203电解质体系，电解温度通常为930°C 950°C ，这不仅导致吨铝能耗高、热损失大，而且也恶化了作业环境。因此，降低电解温度，在较低的温度下实现原铝的冶炼生产，进一步降低铝电解能耗，改善工作环境，成为铝业界研究的热点。
—般来说，通过向现行电解质熔体中增加A1F3含量，降低分子比，或者加入添加剂如LiF等，降低电解质的初晶温度，在保持Na3AlF6-Al203熔体过热度不变的情况下，可实现铝电解过程在低温下进行。然而，研究表明，在Na3AlF6-AlF3熔体中，A1203在电解质中的溶解度和溶解速度随分子比和电解质温度的降低而降低，过低的溶解速度将会导致向电解槽中加入的八1203不能及时溶解并扩散至电解质中，将会在电解槽槽底产生沉淀，使阴极导电不均匀，影响电解槽的正常运行。 同时，在电解过程中，由于Na+的定向迁移与阴极富集，易引起阴极区域熔体初晶温度提高，当采用较低的温度进行电解时，易引起"阴极结壳"现象的发生，进而导致阴极电流分布不均匀，电解槽电压波动加剧，电解过程无法正常进行。尽管通过提高电解质熔体的过热度，即提高电解温度可有效抑制"阴极结壳"现象的发生，但过高的过热度将使电解槽的炉帮难以形成，影响电解槽的稳定运行和技术经济指标，也会加剧电解质的挥发。因此，有效解决电解过程阴极结壳的问题，是低温铝电解成功的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺简单、操作容易、电解质组分合理、可有效降低低铝电解温度、提高铝电解电流效率，降低铝电解能耗、抑制铝电解过程阴极结壳的低温铝电解工艺及电解液。 本发明一种低温铝电解工艺是采用下述方案实现的 电解质由Na3AlF6、 K3A1F6、 A1203、 A1F3、 LiF组成；电解温度为850°C 910°C ，阳极
效应系数小于0. 1次/槽日，阳极电流密度为0. 5-1. 2A/cm2。 本发明一种低温铝电解液由下述组分按重量百分组成 K3A1F6 15% 24% A1203 1.2% 2.5% A1F3 21% 25% LiF 1% 4%，余量为Na3AlF6。 本发明 一种低温铝电解液由上述组分按公知常规方法配置而成。 本发明由于采用上述组分配方的电解质，其初晶温度为850°C 90(TC，与现有铝电解技术相比较，在保持电解槽产能不变的条件下，电解温度可降低20°C 80°C ;同时，与 现行铝电解质相比，该种配方的电解质初晶温度随成分的变化相对缓慢，有利于解决由于 Na+的定向迁移与阴极富集而使阴极局部熔体初晶温度急剧增高，导致阴极结壳而引起槽 底电流分布不均匀、槽电压不稳等问题。并且，由于该电解质中含有一定量的具有更高溶解 氧化铝能力的K3A1F6，从而增大熔体对氧化铝的溶解能力，可以有效解决由于电解质温度的 降低，氧化铝溶解速度下降而在槽底沉淀的现象。与此同时，由于电解过程可在更低的温度 下进行，可大幅度的降低电解槽的热量损失，并可降低电解质中铝的溶解度，从而有利于降 低能耗，提高电流效率，节能减排效果显著。 综上所述，本发明工艺简单、操作容易、电解质组分合理、可有效降低铝电解温度、 抑制铝电解过程阴极结壳、提高铝电解电流效率，降低铝电解能耗，适于工业化生产，可替 代现有铝电解工艺。
具体实施方式
实施例1 电解质熔体组成(质量百分比)为15%K3AlF6，61.8%Na3AlF6，1.2%Al203，21% A1F3， 1 % LiF时，采用的电解温度为910°C ，熔体过热度为15°C ，将阳极效应系数控制在 0. 06次/槽日，阳极电流密度为0. 75A/cm2，电解过程中，对电解槽中不同位置的电解质取 样后进行初晶温度测试，其值均处于890 897t:，且槽底未发现氧化铝块体，有效抑制了 电解过程由于局部熔体初晶温度升高而产生阴极结壳，以及氧化铝溶解速度下降而产生沉 淀的问题，实现电解槽的平稳运行，电流效率可达93. 2%，节能减排明显。
实施例2 电解质熔体组成(质量百分比)为24% K3A1F6，45. 5% Na3AlF6，2. 5% Al203，25% A1F3， 3. 0 % LiF时，采用的电解温度为885°C ，熔体过热度为20°C ，将阳极效应系数控制在 0. l次/槽日，阳极电流密度为1.2A/cn^，电解过程中，对电解槽中不同位置的电解质取样 后进行初晶温度测试，其值均处于865 870°C ，且槽底未发现氧化铝块体，有效抑制了电 解过程由于局部熔体初晶温度升高而产生阴极结壳，以及氧化铝溶解速度下降而产生沉淀 的问题，实现电解槽的平稳运行，电流效率可达92.8%，节能减排明显。
实施例3 电解质熔体组成(质量百分比)为20.0% K3A1F6， 51.0% Na3AlF6， 2.0% A1203， 23. 0% A1F3，4. 0% LiF时，采用的电解温度为85(TC，熔体过热度为4(TC，将阳极效应系数 控制在0.01次/槽日，阳极电流密度为0. 5A/cn^，电解过程中，对电解槽中不同位置的电解 质取样后进行初晶温度测试，其值均处于805 815t:，且槽底未发现氧化铝块体，有效抑 制了电解过程由于局部熔体初晶温度升高而产生阴极结壳，以及氧化铝溶解速度下降而产 生沉淀的问题，实现电解槽的平稳运行，电流效率可达94. 5%，节能减排明显。
权利要求
一种低温铝电解工艺，其特征在于电解质由Na3AlF6、K3AlF6、Al2O3、AlF3、LiF组成；电解温度为850℃～910℃，阳极效应系数小于0.1次/槽日，阳极电流密度为0.5-1.2A/cm2。
2. 实施如权利要求1所述的低温铝工艺的电解液，由下述组分按重量百分组成 K3A1F6 15% 24%A1203 1.2% 2.5%A1F3 21% 25%LiF 1 % 4 % ，余量为Na3AlF6 。
3. 根据权利要求2所述的低温铝电解液，由下述组分按重量百分组成 K3A1F6 18% 21%A1203 1.5% 2.2%A1F3 22% 24%LiF 2 % 3 % ，余量为Na3AlF6 。
4. 根据权利要求2所述的低温铝电解液，由下述组分按重量百分组成 K3A1F6 20%A1203 1.8% A1F3 23%LiF 3%，余量为Na3AlF6。
全文摘要
一种低温铝电解工艺及电解质，电解质由Na3AlF6、K3AlF6、Al2O3、AlF3、LiF组成；电解温度为850℃～910℃，阳极效应系数小于0.1次/槽日，阳极电流密度为0.5-1.2A/cm2。采用上述组分配方的电解质初晶温度较低，且随成分的变化相对缓慢，有利于解决Na+的定向迁移与阴极富集而使熔体初晶温度急剧增高及阴极结壳而引起槽底电流不均匀、槽电压不稳等问题。另外，该电解质中含有的K3AlF6，可有效增大熔体对氧化铝的溶解能力，解决氧化铝在槽底沉淀的现象。由于电解温度更低，可大幅度降低电解槽的热量损失，节能、电流效率高。本发明工艺简单、操作容易、电解质组分合理、可有效降低铝电解温度、抑制铝电解过程阴极结壳、提高铝电解电流效率，降低铝电解能耗，适于工业化生产，可替代现有铝电解工艺。
文档编号C25C3/06GK101713082SQ20091031219
公开日2010年5月26日 申请日期2009年12月24日 优先权日2009年12月24日
发明者刘业翔, 吕晓军, 张红亮, 李劼, 田忠良, 赖延清 申请人:中南大学