[发明专利]一种电解铝用电解质以及使用该电解质的电解工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种电解铝用电解质以及使用该电解质的电解工艺，属于有色金属冶炼行业。

背景技术

电解铝就是通过电解方法得到铝。现有技术中，电解铝通常采用的是传统的Hall-Heroult溶盐电解铝工艺，该工艺采用的是冰晶石-氧化铝融盐电解法，其以冰晶石Na₃AlF₆氟化盐熔体为熔剂，将Al₂O₃溶于氟化盐中，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在940-960℃的高温条件下，在电解槽的两极进行电化学反应，从而得到电解铝。传统的电解铝工艺由于电解温度高，因此存在电解质挥发量大，碳素阳极氧化损失大、能耗大、热损失大、电解工作环境差等特点。

为了降低电解温度，现有技术中，中国专利文献CN101671835A公开了一种铝电解的低温熔盐体系，该体系的熔盐组成为AlF₃和Al₂O₃，以及KF、NaF、MgF₂、CaF₂、NaCl、LiF、BaF₂中的一种或者多种盐，其中AlF₃的摩尔百分比含量为22-50％，Al₂O₃的摩尔百分含量为1-25％，剩余组分的含量为25-77％。该电解质的电解温度可以降到680-900摄氏度的广泛区域进行操作。但是，上述电解质中，BaF₂由于密度较大，在电解过程中容易发生沉降，因此难以在工业化生产中得到广泛的应用；MgF₂、CaF₂是高熔点物质，使用MgF₂和CaF₂会增加整个体系的初晶温度，并且使用MgF₂和CaF₂会降低电解质的电导率和氧化铝溶解度；由于NaCl的熔点较低，因此添加NaCl是降低电解质初晶温度的途径之一，但是NaCl在上述电解温度下对Cu、Fe、Al、Ni等金属有严重的腐蚀作用，会导致诸如电解槽配件等金属物发生腐蚀，这种腐蚀作用大大影响了电解装置的使用寿命，并且NaCl在电解过程中，极易挥发形成对人体有害的HCl气体，因此NaCl至今难以广泛应用在工业化生产中；而除了添加NaCl，根据本领域的公知常识，降低NaF和AlF₃的摩尔比也能够降低电解质的初晶温度，但现行工业中，NaF和AlF₃的摩尔比通常是大于2.2的，这是因为如果进一步降低电解质的初晶温度，并相应降低电解温度会带来一个无法解决的难题，即NaF和AlF₃在低温电解的过程中阴极会产生“结壳”现象，这种“结壳”现象的原因在于电解过程中电解质中的钠离子和铝离子会聚集在阴极，生成钠冰晶石，钠冰晶石的熔点较高，在低温条件下难以熔融，这就导致阴极表面会覆盖一层难熔的冰晶石壳体，从而大大影响了电解过程的正常电解。

一种电解质能否成功应用于工业化生产需要综合考虑其初晶温度、挥发性、电导率、氧化铝溶解度、生产环境以及是否能够保证电解过程稳定运行等诸多因素，而上述现有技术中存在的问题使得电解质的工业化应用受到了很大的限制，如何在进一步降低电解质初晶温度的同时，还能够避免对电解装置的腐蚀和对人体的危害，同时还能保证制备得到的电解质具有适宜的电导率和氧化铝溶解度且不产生“结壳”现象，是现有技术中尚未解决的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中缺少在进一步降低电解质初晶温度的同时，还能够避免对电解装置的腐蚀和对人体的危害，同时还能保证制备得到的电解质具有适宜的电导率和氧化铝溶解度且不产生“结壳”现象的电解质的问题，本发明提供了一种初晶温度低、对电解槽无腐蚀作用不易挥发、具有适宜的电导率和氧化铝溶解度且不产生“结壳”现象的电解铝用电解质以及使用该电解质的电解工艺。

本发明所述的电解铝用电解质以及使用该电解质的电解工艺的技术方案为：

一种电解铝用电解质，由以下质量百分比的组分组成：

NaF，30-38％；

AlF₃，49-60％；

LiF，1-5％；

KF，1-6％；

Al₂O₃，3-6％；

其中NaF与AlF₃的摩尔比为1.0-1.52。