[发明专利]以气态氯化铝为原料熔盐电解制备铝的装置及氯化铝给料方法

说明书

一种以气态氯化铝为原料熔盐电解制备铝的装置及氯化铝给料方法，属于电解铝技术领域。该装置通过在阴极和双极性电极的阴极端内部设有气态AlCl₃通气槽，在每个气态AlCl₃通气槽内，向阴极和双极性电极的阴极端表面设置有多个分布式给料管道，用于和电极上方的电解室相通，多个气态AlCl₃通气槽通过总给料管道和气态AlCl₃入口连通。并结合该装置通过阴极和阴极端内部通入直接通入气态AlCl₃进行熔盐电解制备铝，得到金属液态铝。该方法保证了阴极区熔盐中的[Al]³⁺浓度，从而实现高效AlCl₃电解法生产铝，并且该方法能够在保持AlCl₃电解法生产铝的优点的基础上，提高生产效率，降低能耗。

技术领域

本发明涉及电解铝技术领域，具体涉及一种以气态氯化铝为原料熔盐电解制备铝的装置及氯化铝给料方法。

背景技术

传统铝冶炼是使用冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产，电解温度在930～1000℃范围内，原料为氧化铝。此种方法，单位电能消耗率为13～15kW·h/kgAl，工业炭阳极在电解时会产生CO₂，并不断消耗，使用一段时间后，需要更换阳极，增加了工人的劳动强度；此外，阳极产生的CO₂、CF₄和C₂F₆是温室效应气体，产生的SO₂会造成环境的污染。

上世纪七十年代，提出了一种以固态氯化铝作为原料，采用熔盐电解的方法制备金属铝的方法，该氯化铝熔盐电解法相对于冰晶石-氧化铝熔盐电解法，具有如下优点：电解温度更低；电流密度大，单位面积的产率更高；电解槽极距较小，电解电能消耗较低；不消耗炭阳极，没有更换阳极操作，减少了人工劳动强度，降低了生成成本；电解产生的氯气可以用来氯化铝土矿或氧化铝来生产氯化铝，整个电解过程不会排放温室效应气体和污染环境的气体；可以免除磁场的影响。

然而，在该氯化铝熔盐电解法工艺中，采用的原料为固体AlCl₃，而工业上常采用焦炭氯化法生产AlCl₃，其直接制备的就是AlCl₃气体，如果可以在电解过程中直接加入气态AlCl₃，一方面，可以节约成本，另一方面，气态AlCl₃在氯化物熔盐中的溶解速度较固体AlCl₃更快，更有利于电解的进行。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提出了一种以气态氯化铝为原料熔盐电解制备铝的装置及氯化铝给料方法，在该氯化铝给料方法中，使用的电解槽为多室槽，设置的双极性电极纵向布置，通过将气态AlCl₃经由阴极和阴极端内部通入电解溶剂中，保证了阴极区熔盐中的[Al]³⁺浓度，从而实现高效AlCl₃电解法生产铝，该方法能够在保持AlCl₃电解法生产铝的优点的基础上，提高生产效率，降低能耗。

本发明提出的一种以气态氯化铝为原料熔盐电解制备铝的装置，为以气态氯化铝为原料熔盐电解制备铝的电解槽，该电解槽为多室槽，其包括壳体，壳体密闭形成腔体，在壳体上端设置有氯气出口，在壳体腔体的下部为储铝区域；储铝区域上方的腔体为电解区域，在电解区域内，从上至下，分布设置有电极组，电极组中的各个电极将电解区域分割形成多个电解室；电极组分为阴极、阳极和双极性电极，在电极组上端为阳极，电极组下端为阴极，在阴极和阳极之间设置有N个双极性电极，其中，N为大于等于1的正整数；双极性电极上部为阴极端，下部为阳极端；在阴极和双极性电极的阴极端内部设有气态AlCl₃通气槽，在每个气态AlCl₃通气槽内，向阴极和双极性电极的阴极端表面设置有多个分布式给料管道，用于和电极上方的电解室相通，多个气态AlCl₃通气槽通过总给料管道和气态AlCl₃入口连通。