[发明专利]用于使用铝电解器获得熔体的电解质

说明书

本发明涉及有色金属冶金，具体涉及通过电解氟化物熔体而由电力获得铝的电解质的组合物。

目前，在约950℃温度下，通过溶解在氟化物熔体中的铝氧化物或氧化铝(Al₂O₃)的电解分解于电解浴(电解槽)中获得铝。熔体的主要成分是钠冰晶石(Na₃AlF₆)，对其添加例如氟化铝(AlF₃)、诸如氟化锂(LiF)、氟化钾(KF)、氟化钙(CaF₂)和氟化镁(MgF₂)等碱金属氟化物和碱土金属氟化物，以便改善技术特性。作为引入添加剂的结果，改变了对于电解工艺重要的熔体特性，如电导率、密度、液线温度(熔点)、氧化铝溶解度、熔体上的蒸气压以及对于电极材料、耐火材料和电解槽构造的其他元件的腐蚀作用。

通过电解生产铝是最耗能的工艺之一。为了降低电能的比耗量，尝试了降低电解质的比电阻和电解温度。降低电解温度还能够减少电极、耐火材料和构造材料的腐蚀。然而，在降低电解温度继而降低电解质温度时，熔体中的氧化铝溶解度通常会减少，这导致必定降低电解器生产率。

从2006年12月10日公布的专利RU2288977中知晓具有提高的电导率和氧化铝溶解度的电解质，其包含(以重量％计)：

KF-4.0～7.0，

LiF-1.0～3.0

CaF₂-4.0～5.0，

MgF₂-0.5～1.5，

AlF₃(过量)-4.0～6.0，

Al₂O₃-2.0～4.0，

Na₃AlF₆-余量。

在955℃的温度下，该电解质具有2.6Ω^-1cm^-1的电导率和8.7重量％的氧化铝溶解度。通过引入氟化锂添加剂实现电解质电导率的增加，同时通过引入氟化钾添加剂实现氧化铝溶解度的增加。该电解质的缺点是其高液线温度，这使得电解温度不能降低到低于950℃。其结果是，由于现有电解器的效率不超过50％，因此电解器具有热散失形式的高能耗，并且该过程的能量效率保持低迷。另外，高电解温度导致了电极、构造和耐火材料的高速破坏。具体而言，可能的材料清单基本上限于那些适合用作惰性阳极的材料。

已知一种具有低液线温度的电解质(专利文献WO2011/072546)，其包含(以重量％计)：

KF-10～50，

NaF-0～35，

LiF-0～3，

Al₂O₃-2～6，

CaF₂-0～5，

MgF₂-0～3，

AlF₃和外加剂-余量。

由专利说明书中得出，电解质的液线温度为560℃～800℃，并且在700℃～800℃时，所述电解质中氧化铝的溶解度等于3％～8％，同时密度为1.8g/cm³～2.1g/cm³。用于此电解质的电解温度可被降低至690℃～850℃。该已知电解质的一个缺点是氟化钾的高含量，其使得不能使用碳电极材料，原因在于其由于将钾引入到碳材料结构中而造成的破坏。另外，该已知电解质的缺点是其高电导率，原因在于低电解温度下氟化钠和氟化锂的低含量。相比于电解温度为约950℃的现代电解器，上述缺点导致电解器电压增加，并且使电解器的效率不能提高。

选择电解质(来自专利CN1896329)作为用于通过电解获得铝的最接近的类似物(原型)，所述电解质包含(以重量％计)：

AlF₃-5～30，

LiF-2～40，

CaF₂-2～6，

MgF₂-2～8，

KF-2～10，

Al₂O₃-2～2.5，

Na₃AlF₆-余量。