[发明专利]一种熔盐电解生产铝锂中间合金的方法

说明书

本发明涉及一种熔盐电解生产铝锂中间合金的方法，以氧化铝作为骨料，与碳酸锂或氢氧化锂进行一次煅烧，以一次煅烧产物作为骨料，再与碳酸锂或氢氧化锂进行二次煅烧，以二次煅烧产物作为电解原料，在熔融的氟盐体系中，以液态铝液为阴极，熔盐电解合金化制备铝锂中间合金。本发明以分解产物铝酸锂复合氧化物取代了碳酸锂为电解原料，从根本上解决了熔盐电解碳酸锂而引起的阳极气体CO₂在碳酸盐中溶解增碳问题，提高了生产效率，制取的铝锂中间合金成分相对比较均匀，锂元素可100％被利用。电解过程中阳极释放的为二氧化碳，无有毒氯气产生。整个生产过程中无废渣生成，生产成本低，是一种绿色的生产工艺。

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种熔盐电解生产铝锂中间合金的方法。

背景技术

锂是世界上最轻的金属元素，密度0.53g/cm³，把锂作为合金元素加到金属铝中，就形成了铝锂合金。铝锂合金是密度最小的合金材料之一，其比强度和比刚度高，低温性能好，还具有良好的耐腐蚀性能和非常好的超塑性。铝锂合金主要为飞机和航空航天设备的减重而研制的，目前已广泛应用于航空航天领域，还应用于军械和核反应堆用材，坦克穿甲弹，鱼雷和其它兵器结构件方面，此外在汽车、机器人等领域也获得了大量的运用，是一种具有巨大发展潜力的结构材料之一。

目前，铝锂合金基本是采用金属铝和金属锂兑掺的方法生产的。金属铝是以氧化铝为原料，在冰晶石为主的熔盐体系中电解生产的；电解法生产金属锂是以氯化锂为原料，在以氯化锂和氯化钾为主要熔盐体系中进行的，生产过程中每生产一吨金属锂要消耗40000kWh的电，同时产生5吨多的有毒气体氯气。兑掺法生产镁锂合金的过程是先将铝熔化，然后将固体或气态金属锂加入铝液中，然后扩散至铝液中形成铝锂合金，在生产过程中由于金属锂的饱和蒸汽压较高，在空气中极易氧化燃烧导致金属锂的损失，且很容易发生危险。熔盐电解法生产铝锂合金是目前铝锂合金生产的一个研究热点，熔盐电解法一般有两种，一种是以氯化锂和氯化钾为主要熔盐体系，以铝液为阴极，氯化锂为原料进行电解生产铝锂合金，该方法在电解的过程中同样会产生大量的氯气，能耗高、工艺环保压力大、氯气难以处理；一种是以以氯化锂和氯化钾为主要熔盐体系或以氯化物和氟化物的混合物为熔盐体系，以碳酸锂为原料进行熔盐电解，该方法在生产过程中产生二氧化碳，不产生氯气，工作环境得到改善、环保压力降低，但在电解过程中由于二氧化碳在氯化物熔盐体系中溶解度较大，体系内存在的持续升高的大量溶解碳导致副反应增多，造成熔盐体系粘度增大，电解过程中的电流效率大幅度降低，生产难以持续，铝锂合金产品质量难以保证，因此未获得工业应用。

专利：铝锂中间合金的制备方法(公开号：CN106801234A)在基于大型电解槽进行的，同时电解自热实现温度控制，适合工业化放大生产。启炉料包含LiCl，将固体铝置于电解装置的电解阳极上，并将它一并浸入电解质中，电解过程中，固体铝熔化液态并沉淀电解槽底部阴极导电板上，与阴极电板连接形成液态阴极，定时加入LiCl，生产金属锂，进一步合金化成液态铝锂合金。该制备方法完全依靠电解自热实现温度控制，无外加热，接近工业化电解工艺，适于工业化放大生产。但是在其过程中会产生氯气，会污染工作环境和引起环保问题。到后期熔盐体系的粘度增加也会影响其电流效率。

专利：熔盐电解法制备铝锂合金的方法(公开号：CN101654796A)将氟化钾、氟化钙、氟化钡或氯化锂与氟化锂按照搭配的不同配比混合均匀得混合物料。投入电解槽中，再向槽中加入氧化锂并混合均匀，进行电解会获得铝锂合金或铝锂铜合金，电解槽阴极材料为铝或铝铜合金。采用氧化锂作为电解原料，但是氧化锂的成本过高不适合大规模生产。

专利：一种低温熔盐电解生产高锂含量铝锂合金的方法(公开号：CN101643921A)以铝为阴极，石墨为阳极，以LiCl：KCl＝45:55位电解质体系，采用自耗阴极法进行电解，在电解过程中补加LiCl制备均匀分布的铝锂合金。但是其过程中会产生氯气及到后期会是熔盐体系粘度增加影响电流效率。