[发明专利]一种铝电解的电解质

说明书

技术领域

一种铝电解的电解质，涉及一种用于低温铝电解的电解质。

背景技术

一百多年以来，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-AlF₃-X熔盐体系。然而，这个电解质体系(750-900℃)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750℃大约为1wt％)。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800℃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800℃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℃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AlF₃、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。

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。

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：

CR_t＝(Mol_NaF+Mol_KF)/Mol_AlF3                             (1)

式中，Mol_NaF、Mol_KF和Mol_AlF3分别为电解质中NaF、KF和AlF₃的摩尔数。