专利名称：一种三层液精炼高精铝的方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，特别涉及一种三层液精炼高精铝的方法。
背景技术：
纯度为99.99％～99.999％高精铝主要用于制作电解电容器原料，三层液精炼铝电解法是制备高精铝的主要方法。在三层液精炼电解槽内，原铝和铜配制成的合金作为阳极，析出在阴极上的高精铝层为阴极，其纯度通常在99.99％～99.999％，电解质有两大类纯氟化物体系和氟氯化物体系。三层液电解法能耗高，目前国内最低能耗为14000kWh/吨精铝，经常高达17000～18000kWh/吨精铝，导致高精铝生产成本高。其主要原因是三层液中的中间层必须保持足够的高度，如果中间电解质层太薄，即阴极高精铝层和阳极合金层极距太小，将导致高精铝和阳极合金易混，影响精炼效果，因此，电解质层必须保持至少10cm的厚度，结果如此厚度电解质造成了槽电压大，能耗居高不下。目前国内外资料尚无这方面的研究报道。
发明内容
本发明的目的是针对使用石墨做阴极，污染产品、使用寿命短、产品成本高和固体精铝阴极不能深插进入中间电解质层，从而造成槽电压大能耗高的问题，发明一种三层液电解制备高精铝的方法。
一种三层液精炼高精铝的方法，采用纯氟化物体系或氟氯化物体系组分作为电解质，阳极合金为重量百分比为7∶3的电解铜和原铝混合液，侧壁材料使用高纯氧化镁耐火材料，三层液精炼铝电解槽的阴极基体材料使用铸铁，在铸铁上用等离子喷涂方法喷涂硼化钛材料或硼化钛与硅化钨复合材料涂层，其中硼化钛与硅化钨复合材料中硼化钛和硅化钨重量百分比为15～18∶1，涂层厚度1～3mm。在电解精炼过程中，将等离子喷涂硼化钛或硼化钛与硅化钨复合材料涂层的铸铁阴极插入电解质层中，使之底端与阳极合金表面距离保持在3～4.5cm，槽电压在3.5～4.0V，电解质层厚度不小于10cm。
使用纯氟化物体系作为电解质，纯氟化物体系组分配方，按重量百分比计，各组分比例为NaF15～19％，AlF345～48％，CaF22～15％，BaF225～35％，LiF2～10％。所述纯氟化物电解质的初晶温度在640～690℃，密度为2.62～2.92g/cm3，电导率为1.01～1.64Ω-1·cm-1，操作温度720～760℃。
使用氟氯化物体系作为电解质，氟氯化物体系组分配方，按重量百分比计，各组分比例为NaF16～22％，AlF316～23％，BaCl256～62％，NaCl6～10％，LiCl1～2％。所述氟氯化物电解质的初晶温度在650～700℃，密度为2.72～3.02g/cm3，电导率为1.31～1.84Ω-1·cm-1，操作温度730～760℃。
生产步骤如下1、将纯氟化物体系或氟氯化物体系原料首先分别干燥脱水，按照配方混料熔化，在预电解槽上预电解4h除杂，加入三层液精炼铝电解槽中。
2、在三层液电解槽中加入重量百分比为7∶3的电解铜和原铝混合液作为阳极。
3、两种电解质体系所使用的基体材料是铸铁，用等离子喷涂方法喷涂硼化钛材料或硼化钛与硅化钨复合材料涂层作阴极。在电解过程中，这种铸铁阴极插入电解质层中，其底端与阳极合金表面距离保持在3～4.5cm，槽电压在3.5～4.0V。
4、定期用虹吸法出高精铝。
本发明采用的纯氟化物体系或氟氯化物体系两种组分电解质，阴极基体材料是铸铁，并用等离子喷涂方法在其表面喷涂硼化钛材料或硼化钛与硅化钨复合材料涂层。在电解过程中，这种铸铁阴极插入电解质层中，其底端与阳极合金表面距离保持在3～4.5cm，槽电压在3.5～4.0V。
本发明采用的三层液精炼高精铝方法，高精铝生产成本低，特级品率不低于98％，能耗为10500～12000kWh/t；高精铝纯度在99.993％～99.999％。
具体实施例方式
实施例1在60KA三层液精炼铝电解槽上生产高精铝使用纯氟化物体系作为电解质，按重量百分比计，各组分比例为NaF15％，AlF345％，CaF27％，BaF229％，LiF4％。所述纯氟化物电解质的初晶温度在650℃，密度为2.67g/cm3，电导率为1.53Ω-1·cm-1，操作温度740℃。使用等离子喷涂方法喷涂了硼化钛材料涂层的铸铁阴极。阴极底端与阳极合金表面距离保持在3.5cm，槽电压在3.5V，直流电耗10534kWh/t-高精铝，高精铝纯度为99.995％。
实施例2在65KA三层液精炼铝电解槽上生产高精铝使用纯氟化物体系作为电解质，按重量百分比计，各组分比例为NaF15％，AlF345％，CaF26％，BaF228％，LiF6％。所述纯氟化物电解质的初晶温度在662℃，密度为2.61g/cm3，电导率为1.43Ω-1·cm-1，操作温度740℃。使用等离子喷涂方法喷涂了硼化钛与硅化钨复合材料涂层的铸铁阴极，阴极底端与阳极合金表面距离保持在4cm，槽电压在3.95V。直流电耗11888kWh/t-高精铝，高精铝纯度在99.993％。
实施例3在80KA三层液精炼铝电解槽上生产高精铝使用氟氯化物体系作为电解质，按重量百分比计，NaF17％，AlF317％，BaCl258％，NaCl6％，LiCl2％。所述氟氯化物电解质的初晶温度在680℃，密度为2.80g/cm3，电导率为1.86Ω-1·cm-1，操作温度740℃。使用等离子喷涂的硼化钛材料涂层铸铁阴极，阴极底端与阳极合金表面距离保持在3.7cm，槽电压在3.8V。直流电耗11437kWh/t-高精铝，高精铝纯度为99.996％％。
实施例4在70KA三层液精炼铝电解槽上生产高精铝使用氟氯化物体系作为电解质，按重量百分比计，NaF17％，AlF318％，BaCl257％，NaC17％，LiCl1％。所述氟氯化物电解质的初晶温度在670℃，密度为2.78g/cm3，电导率为1.83Ω-1·cm-1，操作温度740℃。使用等离子喷涂硼化钛与硅化钨复合材料涂层的铸铁阴极，阴极底端与阳极合金表面距离保持在3.8cm，槽电压在3.9V。直流电耗11738kWh/t-高精铝，高精铝纯度在99.993％％。
实施例5在100KA三层液精炼铝电解槽上生产高精铝使用氟氯化物体系作为电解质，按重量百分比计，NaF17％，AlF317％，BaCl256％，NaCl8％，LiCl2％。所述氟氯化物电解质的初晶温度在668℃，密度为2.82g/cm3，电导率为1.87Ω-1·cm-1，操作温度740℃。使用等离子喷涂的硼化钛铸铁阴极，阴极底端与阳极合金表面距离保持在3.5cm，槽电压在3.7V。直流电耗11136kWh/t-高精铝，高精铝纯度在99.994％％。
权利要求
1.一种三层液精炼高精铝的方法，采用纯氟化物体系或氟氯化物体系组分作为电解质，阳极合金为重量百分比为7∶3的电解铜和原铝混合液，侧壁材料使用高纯氧化镁耐火材料，其特征在于三层液精炼铝电解槽的阴极基体材料使用铸铁，在铸铁上用等离子喷涂方法喷涂硼化钛材料或硼化钛与硅化钨复合材料涂层，其中硼化钛与硅化钨复合材料中硼化钛和硅化钨重量百分比为15～18∶1，涂层厚度1～3mm；在电解精炼过程中，将等离子喷涂硼化钛或硼化钛与硅化钨复合材料涂层的铸铁阴极插入电解质层中，使之底端与阳极合金表面距离保持在3～4.5cm，槽电压在3.5～4.0V，电解质层厚度不小于10cm。
2.如权利要求1所述的三层液精炼高精铝的方法，其特征在于使用纯氟化物体系作为电解质，纯氟化物体系组分配方，按重量百分比计，各组分比例为NaF15～19％，AlF345～48％，CaF22～15％，BaF225～35％，LiF2～10％，所述纯氟化物电解质的初晶温度在640～690℃，密度为2.62～2.92g/cm3，电导率为1.01～1.64Ω-1·cm-1，操作温度720～760℃；使用氟氯化物体系作为电解质，氟氯化物体系组分配方，按重量百分比计，各组分比例为NaF16～22％，AlF316～23％，BaCl256～62％，NaCl6～10％，LiCl1～2％，所述氟氯化物电解质的初晶温度在650～700℃，密度为2.72～3.02g/cm3，电导率为1.31～1.84Ω-1·cm-1，操作温度730～760℃。
全文摘要
一种三层液精炼高精铝的方法，属于金属材料领域。本发明采用纯氟化物体系或氟氯化物体系组分作为电解质，其特征在于三层液精炼铝电解槽的阴极基体材料使用铸铁，在铸铁上用等离子喷涂方法喷涂硼化钛材料或硼化钛与硅化钨复合材料涂层，其中硼化钛与硅化钨复合材料中硼化钛和硅化钨重量百分比为15～18∶1，涂层厚度1～3mm；在电解精炼过程中，将等离子喷涂硼化钛或硼化钛与硅化钨复合材料涂层的铸铁阴极插入电解质层中，使之底端与阳极合金表面距离保持在3～4.5cm，槽电压在3.5～4.0V，电解质层厚度不小于10cm。本发明采用的三层液精炼高精铝方法，高精铝生产成本低，特级品率不低于98％，能耗为10500～12000kWh/t；高精铝纯度在99.993％～99.999％。
文档编号C25C3/00GK1807695SQ200610011128
公开日2006年7月26日 申请日期2006年1月6日 优先权日2006年1月6日
发明者卢惠民 申请人:卢惠民