一种用低品位铝土矿生产金属铝或铝镁合金的方法
【专利摘要】本发明属于有色冶金领域，具体涉及一种用低用品位铝土矿生产金属铝或铝镁合金的方法。本发明的技术方案是首先将低品位铝土矿酸浸制备氯化铝，然后采用的电解质体系由熔剂、熔质和添加剂组成，其中熔剂的成分按照质量百分比为：NaCl:0-60%，KCl:25-75%，MgCl2:0-66%，然后加入占熔剂质量5-50%的熔质AlCl3，占熔剂质量0-5%的添加剂LiCl、0-5%添加剂KF、0-5%添加剂MgF2或0-5%添加剂AlF3，其中熔质AlCl3从电解槽底部加入，控制极间电压为2.3-3.3V,阴极电流密度0.5-1.5A/cm2，电解温度为450~500℃，电解过程中阳极一侧产生氯气，经回收再使用，在阴极一侧沉积铝或铝合金。本发明方法耗电省，电解温度低，生产成本低，解决了氯化铝蒸发问题和电解产生枝晶问题，无环境污染，设备易实现。
【专利说明】一种用低品位铝土矿生产金属铝或铝镁合金的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有色冶金领域，具体涉及一种用低品位铝土矿生产金属铝或铝镁合金 的方法。
【背景技术】
[0002] 传统的金属铝生产方法是霍尔-艾鲁特（Hall-Heroult)方法，1886年，美国人 Hall和法国人Herout同时发明了冰晶石一氧化铝熔盐电解法生产铝的方法，即用碳素材 料做电极材料，以冰晶石做溶剂，氧化铝做溶质，在950-1000°C温度下进行熔盐电解生产铝 的方法。氧化铝的来源到目前为止主要是用碱浸出的方法获得的，即用碱(工业烧碱NaOH 或纯碱Na2CO3)处理铝土矿，使矿石中的氧化铝变为可溶的铝酸钠。将净化的铝酸钠溶液进 行分解析出氢氧化铝，经分离、洗涤和煅烧后，得到产品氧化铝。
[0003] 随着能源、环保压力和可持续发展的战略要求，人们一直在进行着新方法炼铝的 技术研究。目前炼铝新方法主要包括两大类：用电弧炉高温下直接炭还原铝矿制取铝硅合 金和氯化铝电解法制取纯铝。
[0004] 1854年德国Bunsen和法国Deville分别电解熔融AlCl3 .NaCl得到金属铝，1973 年美国铝业公司（Alcoa)宣布研制成功氯化铝融盐电解法生产铝（US3893899, US3785941， US3725222)。Alcoa公司的方法是电解槽为多室槽，电极为上下配置的双极性电极，极间距 约是I. 3cm，电解质组成为（质量百分含量）：A1C13=5%、NaCl=53%、LiCl=40%，电解质还含少 量1%(：1 2、1((：1、0&(：12。电解槽日产铝13丨，电耗为每千克铝9.51^*11，电流效率为87%。专利 CA502977、CN93107810. 5、US3518172、US3725222、US3103472、US2919234、US4919771 公开了 类似的内容，这些方法大多是采用以NaCl为主要溶剂，以氯化铝为溶质，温度控制在铝熔 点以上进行熔盐电解。其存在的主要问题是氯化铝以气体状态加入电解质，氯气气相中有 氯化铝蒸发物存在，温度高，热损失大。专利US1854684公开了电解质成分AlCl 3 82%，NaCl 18%的方法，其电流密度4. 2A/平方吋，3. 2V，160°C。日本专利（《特许公报》昭56-15714， 1981年)公布了电解质成分(质量百分比):A1C13 76. 3%，KCl 9. 3%，NaCl 14. 5%，恒温槽保 持134-150°C，阳极电流密度0. 43A/cm2,极距10mm，电压8. 2-9. 5V的方法。这两个方法主 要特点是电解温度低，氯化铝蒸汽容易控制，但金属是晶体颗粒状态，收集困难，另外，容易 生成枝晶是该方法的存在的一个最大缺陷。
[0005] 早期的氯化铝电解的研究氯化铝来源大多是通过氧化铝氯化得到的，加上工程上 一些困难，一直没有得到工业化应用。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的问题，本发明提供用一种用低品位铝土矿生产金属铝或铝镁 合金的方法，目的是通过以低品位铝土矿为原料制备出固态氯化铝，再采用低熔点、高导电 率电解质电解氯化铝生产铝或铝镁合金，实现低温和低成本制备铝和铝镁合金。
[0007] 实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行： (1) 低品位铝土矿酸浸制备氯化铝：将低品位铝土矿研磨，与硫酸混合浸出反应后过 滤，向滤渣中加水，加热煮溶，溶出反应物，过滤除去残渣，得到硫酸铝溶液，将硫酸铝溶液 蒸发结晶或将硫酸铝溶液浓缩，与盐酸混合，然后通入HCl气体，析出AlCl 3 · 6H20晶体，经 干燥脱水制得无水AlCl3; (2) 电解AlCl3生产金属铝或铝镁合金：以石墨或碳化硅作为双极性电极，极距为 l-3cm，采用的电解质体系由熔剂、熔质和添加剂组成，其中熔剂的成分按照质量百分比为： NaCl : 0-60%，KCl: 25-75%，MgCl2:0-66%，然后加入占熔剂质量5-50%的熔质AlCl3，占熔剂 质量0-5%的添加剂LiCl、0-5%添加剂KF、0-5%添加剂MgF 2或0-5%添加剂AlF3，其中熔质 AlCl3从电解槽底部加入，控制极间电压为2. 3-3. 3V，阴极电流密度0. 5-1. 5A/cm2,电解温 度为45(T500°C，电解过程中阳极一侧产生氯气，经回收再使用，在阴极一侧沉积铝或铝镁 合金。
[0008] 所述的步骤（1)中将铝土矿磨至100-200 μ m，与硫酸按照1: (3?8)的质量比混 合，在100?350°C下浸出l~3h，所述的硫酸是质量浓度为75?98%的硫酸或浸出过滤后 返回的硫酸或盐酸与硫酸错置换返回的硫酸。
[0009] 所述的步骤（1)中的滤渣中加入3?5倍质量的水，在50?KKTC下煮溶30?60 分钟。所述的步骤（1)中的硫酸铝溶液浓缩至密度为1.4g/mL。
[0010] 所述的步骤（1)中的盐酸的质量浓度为15?38%。
[0011] 所述的步骤（1)中的AlCl3 ·6Η20晶体在110-150°C下干燥脱水制得无水AlCl3晶 体。
[0012] 与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是： 本发明方法是以低品位铝土矿作为原料，得到纯铝或镁铝合金，具有绿色节能环保的 优势。
[0013] 本发明技术方案中是以氯化钠、氯化钾、氯化镁基氯化物体系作为电解质，显著降 低了熔盐电解氯化铝制备金属铝的温度，现有技术中通常采用冰晶石-氧化铝熔盐电解得 到金属铝，通常在90(n〇0(TC，而本发明中，通过控制氯化钠、氯化钾和氯化镁的成分比例， 使得电解质的初晶温度不超过500°c，随着溶质氯化铝的加入，初晶温度进一步降低，形成 一种理想的氯化铝电解质体系。因此，本发明中通过控制电解质体系成分，将电解温度控制 在 45(T500°C。
[0014] 本发明中得到的铝或铝镁合金是以凝固态沉积在电极表面，不产生枝晶，容易收 集。
[0015] 综上，本发明方法耗电省，电解温度低，生产成本低，解决了氯化铝蒸发问题和电 解产生枝晶问题，无环境污染，设备易实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0017] 以下结合实施例对本发明做进一步说明。
[0018] 本发明实施例中米用的低品位矿石的成分如表1、表2、表3和表4所不。
[0019] 表1错土矿主要化学成分(质量百分含量％)_
【权利要求】
1. 一种用低品位铝土矿生产金属铝或铝镁合金的方法，其特征在于按照以下步骤进 行： (1) 低品位铝土矿酸浸制备氯化铝：将低品位铝土矿研磨，与硫酸混合浸出反应后过 滤，向滤渣中加水，加热煮溶，溶出反应物，过滤除去残渣，得到硫酸铝溶液，将硫酸铝溶液 蒸发结晶或将硫酸铝溶液浓缩，与盐酸混合，然后通入HCl气体，析出AlCl 3 ? 6H20晶体，经 干燥脱水制得无水AlCl3; (2) 电解AlCl3生产金属铝或铝镁合金：以石墨或碳化硅作为双极性电极，极距为 l-3cm，采用的电解质体系由熔剂、熔质和添加剂组成，其中熔剂的成分按照质量百分比为： NaCl : 0-60%，KCl: 25-75%，MgCl2:0-66%，然后加入占熔剂质量5-50%的熔质AlCl3，占熔剂 质量0-5%的添加剂LiCl、0-5%添加剂KF、0-5%添加剂MgF 2或0-5%添加剂AlF3，其中熔质 AlCl3从电解槽底部加入，控制极间电压为2. 3-3. 3V，阴极电流密度0. 5-1. 5A/cm2,电解温 度为45(T50(TC，电解过程中阳极一侧产生氯气，经回收再使用，在阴极一侧沉积铝或铝镁 合金。
2. 根据权利要求1所述的一种用低品位铝土矿生产金属铝或铝镁合金的方法，其特征 在于所述的步骤（1)中将粉煤灰磨至100-200 um，与硫酸按照1: (3?8)的质量比混合， 在100?350°C下浸出l~3h，所述的硫酸是质量浓度为75?98%的硫酸浸出过滤后返回的 硫酸或盐酸与硫酸铝置换返回的硫酸。
3. 根据权利要求1所述的一种用低品位铝土矿生产金属铝或铝镁合金的方法，其特征 在于所述的步骤（1)中的滤渣中加入3?5倍质量的水，在50?KKTC下煮溶30?60分 钟。
4. 根据权利要求1所述的一种用低品位铝土矿生产金属铝或铝镁合金的方法，其特征 在于所述的步骤（1)中的硫酸铝溶液浓缩至密度为I. 4g/mL。
5. 根据权利要求1所述的一种用低品位铝土矿生产金属铝或铝镁合金的方法，其特征 在于所述的步骤（1)中的盐酸的质量浓度为15?38%。
6. 根据权利要求1所述的一种用低品位铝土矿生产金属铝或铝镁合金的方法，其特征 在于所述的步骤（1)中的AlCl3 ? 6H20晶体在110-150°C下干燥脱水制得无水AlCl3晶体。
【文档编号】C25C3/36GK104313641SQ201410484870
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】李瑞冰, 李鑫, 吴楠, 李景江 申请人:沈阳金博新技术产业有限公司