专利名称：一种铝电解的电解质的制作方法
技术领域：
—种铝电解的电解质，涉及一种用于低温铝电解的电解质。
背景技术：
—百多年以来，铝工业不断研究炼铝的新方法，探索增加单槽铝产量，节省电能消
耗量，改善劳动条件，降低生产成本的各种途径，其中降低电解温度是最佳途径之一。而降
低电解温度最关键的问题是找到新型的合适的电解质体系。当前能源价格上涨，供电紧张，
各国都在寻求铝工业节能途径。降低铝电解温度能够有效的提高电流效率，大幅降低能耗，
还能提高原铝纯度，延长电解槽寿命，有利于采用惰性电极材料和绝缘侧衬材料。因此，低
温铝电解的研究成为当今铝业界最活跃的课题之一。最近对低温电解质的研究的焦点主要
集中于低分子比(NaF/AlF3)的NaF-AlFfX熔盐体系。然而，这个电解质体系(750-900°C )
对于电解槽的设计及操作来说是非常困难的，因为氧化铝在该体系的溶解度很低(在
75(TC大约为lwt% )。另外还有人研究了锂冰晶石、硫酸盐熔盐体系，这些体系的研究虽然 取得了一些成果，但要实现工业应用还必须解决一个最大的障碍低温电解质存在的最严
重的问题是氧化铝在其中的溶解度速度慢，溶解度低，这对于工业应用来说是很难认可的。
工业上想要实现中低温铝电解最大的障碍是氧化铝的溶解速度慢，溶解度小，因 此必须找到一种氧化铝溶解度高、溶解速度快的电解质体系。含钾盐的电解质体系能使 氧化铝的溶解度和溶解速度增大。在已经公开的中国专利中，共有4项专利涉及含钾盐 的电解质体系，专利申请号分别为20061005113. X、200710179620. 6、200710179675. 7和 200810114805. 3，但这些专利涉及的电解质都以钠冰晶石为主，其中前3个专利涉及的电 解质中KF的含量最高为10wt^，初晶温度在80(TC之上，专利200810114805. 3涉及的电 解质中KF的含量为10% -28%，， LiF含量较高，为4% _15%，初晶温度也在80(TC以上。 由于添加钾盐的电解质体系对普通碳素阴极的腐蚀性较大，当KF含量大于5wt^时，该体 系对于使用普通碳素阴极的电解槽来说是不适合使用的。专利200810114805. 3提出把石 墨化阴极或者涂有TiB2涂层的石墨化阴极配合含钾盐的电解质体系使用可以实现基于传 统铝电解工艺的810-880°C的中低温铝电解，但还有一些问题需要解决，比如阳极的腐蚀问 题、电解槽结构问题、电解槽的能量平衡问题等等。上述的四个中国专利中提及的电解质 都应用于使用传统的炭阳极及半石墨化或者石墨化阴极的电解槽。美国西北铝技术公司 (Northwest Aluminum Technologies)申请的专利US Pat. 6258247、US Pat. 6379512和US Pat. 6 497807中涉及含KF的电解质体系，并指出该电解质体系和惰性阳极、惰性阴极一起 使用，但专利中只说明该电解质体系由A1F3、 KF、 NaF和LiF组成，并没有说明具体的含量。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效克服传统的电 解质体系电解温度高、在低温下氧化铝溶解度小的缺点，提供一种电解温度低、氧化铝溶解 度高的铝电解的电解质。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。 —种铝电解的电解质，其特征在于该电解质的质量百分比组成包括KF为12% 50%， NaF为0 25%， LiF为0 3%， A1203为2% 6%， CaF2为0 5%， MgF2为0 2% ，余量为A1F3和不可避免的杂质。 本发明的一种铝电解的电解质，其特征在于其电解质中的KF以钾冰晶石或无水 氟化钾的形式加入。 本发明的一种铝电解的电解质，其特征在于其电解质的总分子比CRt为1. 1 1. 7。 本发明中电解质的总分子比CRt为1. 1 1. 7，其总分子比CRt计算方法如(1)式 所示 CRt = (MolNaF+MolKF)/MolA1F3 (1) 式中，MolNaF、MolKF和MolA鹏分别为电解质中NaF、KF和AlF3的摩尔数。 本发明的一种铝电解的电解质，电解质体系初晶温度为560 800°C，电解温度为
690 85(TC，氧化铝饱和溶解度为2 9%，密度为1. 8 2. lg/cm3 ;可以配合惰性阳极、
惰性阴极以及新型结构电解槽使用。由于大幅度降低了电解温度，大大减少了电解槽的热
量损失，从而降低了铝电解的能耗。由于使用惰性电极，电解过程中不排放二氧化碳、全氟
化碳等温室气体，实现铝电解的节能环保。
具体实施例方式
—种铝电解的电解质，由KF-NaF-AlF3-LiF-CaF2_MgF2-Al203组成，其中KF以钾冰 晶石(包括KAlF4和K^lFe)或无水氟化钾的形式加入。各组分的质量百分含量如下KF为 12 50wt^，NaF为0 25wt^，LiF为0 3界七％^1203为2 6wt%，CaF2为0 5wt%， MgF2为0 2wt^，余量为A1F3和不可避免的杂质。 本发明的铝电解电解质，其电解质的总分子比CRt(其定义见本专利中的"发明内 容")为1. 1 1. 7，氧化铝饱和溶解度为3 8%，密度为1. 8 2. lg/cm3，电解质的初晶 温度为560 800°C ，电解温度为690 850°C 。
实施例1 电解质成分NaF为5wt % ， KF为32. 8wt % ， A1F3为52. 2wt % ， CaF2为4wt % ， LiF 为2wt^，MgF2为lwt%，八1203浓度控制在2 3wt^，总分子比为1. 1。
实施例2 电解质成分NaF为0wt % ， KF为47. 3wt % ， A1F3为52. 7wt % ， CaF2为0wt % ， LiF 为0wt % ， MgF2为0wt % ， 750°C下A1203饱和浓度为6. 2wt % ， A1203浓度控制在4 5wt % ， 总分子比为1.3。
实施例3 电解质成分:NaF为10wt%，KF为32. 2wt%，AlF3为51. 3wt%，CaF2为3wt%，LiF 为0wt%， MgF2为0wt%，八1203浓度控制在2 4wt^，总分子比为1. 3。
实施例4 电解质成分:NaF为0wt % ， KF为44. 2wt % ， A1F3为45. 8wt % ， CaF2为4wt % ， LiF 为lwt^，MgF2为lwt%，八1203浓度控制在3 5wt^，总分子比为1.4。
实施例5 电解质成分NaF为0wt % ， KF为47. 2wt % ， A1F3为48. 8wt % ， CaF2为Owt % ， LiF 为Owt%， MgF2为Owt%， A1203浓度控制在3 5wt^，总分子比为1. 4。
实施例6 电解质成分:NaF为18. 9wt % ， KF为24. 8wt % ， A1F3为47. 3wt % ， CaF2为3wt % ， LiF 为lwt%， MgF2为0wt^，75(TC下八1203饱和浓度为4. lwt% ， A1203浓度控制在3 4wt%， 总分子比为1.41。
实施例7 电解质成分:NaF为25wt % ， KF为14. Iwt % ， A1F3为46. 9wt % ， CaF2为5wt % ， LiF 为3wt%， MgF2为2wt%，八1203浓度控制在3 4wt^，总分子比为1. 5。
实施例8 电解质成分NaF为10wt % ， KF为36wt % ， A1F3为42. 5wt % ， CaF2为4wt % ， LiF 为1.5wt^，MgF2为lwt%，八1203浓度控制在3 6wt^，总分子比为1.7。
权利要求
一种铝电解的电解质，其特征在于该电解质的质量百分比组成包括KF为12％～50％，NaF为0～25％，LiF为0～3％，Al2O3为2％～6％，CaF2为0～5％，MgF2为0～2％，余量为AlF3和不可避免的杂质。
2. 根据权利要求l所述的一种铝电解的电解质，其特征在于其电解质中的KF以钾冰晶石或无水氟化钾的形式加入。
3. 根据权利要求1所述的一种铝电解的电解质，其特征在于其电解质的总分子比CRt为1. 1 1. 7。
全文摘要
一种铝电解的电解质，涉及一种用于低温铝电解的电解质。其特征在于该电解质的质量百分比组成包括KF为12％～50％，NaF为0～25％，LiF为0～3％，Al2O3为2％～6％，CaF2为0～5％，MgF2为0～2％，余量为AlF3和不可避免的杂质。本发明的铝电解用电解质，初晶温度为560～800℃，氧化铝饱和溶解度为3％～8％，密度为1.8～2.1g/cm3。本发明的电解质体系和惰性阳极、惰性阴极以及新型结构电解槽配合使用，可以使电解温度降低至690～850℃，大大减少了能耗，而且电解过程中不排放二氧化碳、全氟化碳等温室气体，实现铝电解的节能环保。
文档编号C25C3/18GK101709487SQ20091024338
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者李旺兴, 杨建红, 颜恒维 申请人:中国铝业股份有限公司