專利名稱：一種鋁電解的電解質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種鋁電解的電解質(zhì)，涉及一種用于低溫鋁電解的電解質(zhì)。
背景技術(shù)：
—百多年以來，鋁工業(yè)不斷研究煉鋁的新方法，探索增加單槽鋁產(chǎn)量，節(jié)省電能消
耗量，改善勞動(dòng)條件，降低生產(chǎn)成本的各種途徑，其中降低電解溫度是最佳途徑之一。而降
低電解溫度最關(guān)鍵的問題是找到新型的合適的電解質(zhì)體系。當(dāng)前能源價(jià)格上漲，供電緊張，
各國都在尋求鋁工業(yè)節(jié)能途徑。降低鋁電解溫度能夠有效的提高電流效率，大幅降低能耗，
還能提高原鋁純度，延長電解槽壽命，有利于采用惰性電極材料和絕緣側(cè)襯材料。因此，低
溫鋁電解的研究成為當(dāng)今鋁業(yè)界最活躍的課題之一。最近對低溫電解質(zhì)的研究的焦點(diǎn)主要
集中于低分子比(NaF/AlF3)的NaF-AlFfX熔鹽體系。然而，這個(gè)電解質(zhì)體系(750-900°C )
對于電解槽的設(shè)計(jì)及操作來說是非常困難的，因?yàn)檠趸X在該體系的溶解度很低(在
75(TC大約為lwt% )。另外還有人研究了鋰冰晶石、硫酸鹽熔鹽體系，這些體系的研究雖然 取得了一些成果，但要實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用還必須解決一個(gè)最大的障礙低溫電解質(zhì)存在的最嚴(yán)
重的問題是氧化鋁在其中的溶解度速度慢，溶解度低，這對于工業(yè)應(yīng)用來說是很難認(rèn)可的。
工業(yè)上想要實(shí)現(xiàn)中低溫鋁電解最大的障礙是氧化鋁的溶解速度慢，溶解度小，因 此必須找到一種氧化鋁溶解度高、溶解速度快的電解質(zhì)體系。含鉀鹽的電解質(zhì)體系能使 氧化鋁的溶解度和溶解速度增大。在已經(jīng)公開的中國專利中，共有4項(xiàng)專利涉及含鉀鹽 的電解質(zhì)體系，專利申請?zhí)柗謩e為20061005113. X、200710179620. 6、200710179675. 7和 200810114805. 3，但這些專利涉及的電解質(zhì)都以鈉冰晶石為主，其中前3個(gè)專利涉及的電 解質(zhì)中KF的含量最高為10wt^，初晶溫度在80(TC之上，專利200810114805. 3涉及的電 解質(zhì)中KF的含量為10% -28%，， LiF含量較高，為4% _15%，初晶溫度也在80(TC以上。 由于添加鉀鹽的電解質(zhì)體系對普通碳素陰極的腐蝕性較大，當(dāng)KF含量大于5wt^時(shí)，該體 系對于使用普通碳素陰極的電解槽來說是不適合使用的。專利200810114805. 3提出把石 墨化陰極或者涂有TiB2涂層的石墨化陰極配合含鉀鹽的電解質(zhì)體系使用可以實(shí)現(xiàn)基于傳 統(tǒng)鋁電解工藝的810-880°C的中低溫鋁電解，但還有一些問題需要解決，比如陽極的腐蝕問 題、電解槽結(jié)構(gòu)問題、電解槽的能量平衡問題等等。上述的四個(gè)中國專利中提及的電解質(zhì) 都應(yīng)用于使用傳統(tǒng)的炭陽極及半石墨化或者石墨化陰極的電解槽。美國西北鋁技術(shù)公司 (Northwest Aluminum Technologies)申請的專利US Pat. 6258247、US Pat. 6379512和US Pat. 6 497807中涉及含KF的電解質(zhì)體系，并指出該電解質(zhì)體系和惰性陽極、惰性陰極一起 使用，但專利中只說明該電解質(zhì)體系由A1F3、 KF、 NaF和LiF組成，并沒有說明具體的含量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種能有效克服傳統(tǒng)的電 解質(zhì)體系電解溫度高、在低溫下氧化鋁溶解度小的缺點(diǎn)，提供一種電解溫度低、氧化鋁溶解 度高的鋁電解的電解質(zhì)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。 —種鋁電解的電解質(zhì)，其特征在于該電解質(zhì)的質(zhì)量百分比組成包括KF為12% 50%， NaF為0 25%， LiF為0 3%， A1203為2% 6%， CaF2為0 5%， MgF2為0 2% ，余量為A1F3和不可避免的雜質(zhì)。 本發(fā)明的一種鋁電解的電解質(zhì)，其特征在于其電解質(zhì)中的KF以鉀冰晶石或無水 氟化鉀的形式加入。 本發(fā)明的一種鋁電解的電解質(zhì)，其特征在于其電解質(zhì)的總分子比CRt為1. 1 1. 7。 本發(fā)明中電解質(zhì)的總分子比CRt為1. 1 1. 7，其總分子比CRt計(jì)算方法如(1)式 所示 CRt = (MolNaF+MolKF)/MolA1F3 (1) 式中，MolNaF、MolKF和MolA鵬分別為電解質(zhì)中NaF、KF和AlF3的摩爾數(shù)。 本發(fā)明的一種鋁電解的電解質(zhì)，電解質(zhì)體系初晶溫度為560 800°C，電解溫度為
690 85(TC，氧化鋁飽和溶解度為2 9%，密度為1. 8 2. lg/cm3 ;可以配合惰性陽極、
惰性陰極以及新型結(jié)構(gòu)電解槽使用。由于大幅度降低了電解溫度，大大減少了電解槽的熱
量損失，從而降低了鋁電解的能耗。由于使用惰性電極，電解過程中不排放二氧化碳、全氟
化碳等溫室氣體，實(shí)現(xiàn)鋁電解的節(jié)能環(huán)保。
具體實(shí)施例方式
—種鋁電解的電解質(zhì)，由KF-NaF-AlF3-LiF-CaF2_MgF2-Al203組成，其中KF以鉀冰 晶石(包括KAlF4和K^lFe)或無水氟化鉀的形式加入。各組分的質(zhì)量百分含量如下KF為 12 50wt^，NaF為0 25wt^，LiF為0 3界七％^1203為2 6wt%，CaF2為0 5wt%， MgF2為0 2wt^，余量為A1F3和不可避免的雜質(zhì)。 本發(fā)明的鋁電解電解質(zhì)，其電解質(zhì)的總分子比CRt(其定義見本專利中的"發(fā)明內(nèi) 容")為1. 1 1. 7，氧化鋁飽和溶解度為3 8%，密度為1. 8 2. lg/cm3，電解質(zhì)的初晶 溫度為560 800°C ，電解溫度為690 850°C 。
實(shí)施例1 電解質(zhì)成分NaF為5wt % ， KF為32. 8wt % ， A1F3為52. 2wt % ， CaF2為4wt % ， LiF 為2wt^，MgF2為lwt%，八1203濃度控制在2 3wt^，總分子比為1. 1。
實(shí)施例2 電解質(zhì)成分NaF為0wt % ， KF為47. 3wt % ， A1F3為52. 7wt % ， CaF2為0wt % ， LiF 為0wt % ， MgF2為0wt % ， 750°C下A1203飽和濃度為6. 2wt % ， A1203濃度控制在4 5wt % ， 總分子比為1.3。
實(shí)施例3 電解質(zhì)成分:NaF為10wt%，KF為32. 2wt%，AlF3為51. 3wt%，CaF2為3wt%，LiF 為0wt%， MgF2為0wt%，八1203濃度控制在2 4wt^，總分子比為1. 3。
實(shí)施例4 電解質(zhì)成分:NaF為0wt % ， KF為44. 2wt % ， A1F3為45. 8wt % ， CaF2為4wt % ， LiF 為lwt^，MgF2為lwt%，八1203濃度控制在3 5wt^，總分子比為1.4。
實(shí)施例5 電解質(zhì)成分NaF為0wt % ， KF為47. 2wt % ， A1F3為48. 8wt % ， CaF2為Owt % ， LiF 為Owt%， MgF2為Owt%， A1203濃度控制在3 5wt^，總分子比為1. 4。
實(shí)施例6 電解質(zhì)成分:NaF為18. 9wt % ， KF為24. 8wt % ， A1F3為47. 3wt % ， CaF2為3wt % ， LiF 為lwt%， MgF2為0wt^，75(TC下八1203飽和濃度為4. lwt% ， A1203濃度控制在3 4wt%， 總分子比為1.41。
實(shí)施例7 電解質(zhì)成分:NaF為25wt % ， KF為14. Iwt % ， A1F3為46. 9wt % ， CaF2為5wt % ， LiF 為3wt%， MgF2為2wt%，八1203濃度控制在3 4wt^，總分子比為1. 5。
實(shí)施例8 電解質(zhì)成分NaF為10wt % ， KF為36wt % ， A1F3為42. 5wt % ， CaF2為4wt % ， LiF 為1.5wt^，MgF2為lwt%，八1203濃度控制在3 6wt^，總分子比為1.7。
權(quán)利要求
一種鋁電解的電解質(zhì)，其特征在于該電解質(zhì)的質(zhì)量百分比組成包括KF為12％～50％，NaF為0～25％，LiF為0～3％，Al2O3為2％～6％，CaF2為0～5％，MgF2為0～2％，余量為AlF3和不可避免的雜質(zhì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種鋁電解的電解質(zhì)，其特征在于其電解質(zhì)中的KF以鉀冰晶石或無水氟化鉀的形式加入。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁電解的電解質(zhì)，其特征在于其電解質(zhì)的總分子比CRt為1. 1 1. 7。
全文摘要
一種鋁電解的電解質(zhì)，涉及一種用于低溫鋁電解的電解質(zhì)。其特征在于該電解質(zhì)的質(zhì)量百分比組成包括KF為12％～50％，NaF為0～25％，LiF為0～3％，Al2O3為2％～6％，CaF2為0～5％，MgF2為0～2％，余量為AlF3和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的鋁電解用電解質(zhì)，初晶溫度為560～800℃，氧化鋁飽和溶解度為3％～8％，密度為1.8～2.1g/cm3。本發(fā)明的電解質(zhì)體系和惰性陽極、惰性陰極以及新型結(jié)構(gòu)電解槽配合使用，可以使電解溫度降低至690～850℃，大大減少了能耗，而且電解過程中不排放二氧化碳、全氟化碳等溫室氣體，實(shí)現(xiàn)鋁電解的節(jié)能環(huán)保。
文檔編號C25C3/18GK101709487SQ20091024338
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者李旺興, 楊建紅, 顏恒維 申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司