[发明专利]利用离子液体电解质低温低压电解铝的方法

说明书

本发明揭示了一种利用离子液体电解质低温低压电解铝的方法，其包括以下步骤，氯化铝粉末进行干燥处理，干燥处理后的所述氯化铝粉末与咪唑氯盐型离子液体混合，制备出含有铝离子的液态电解液，在设定低温度环境下，采用恒定低电压对所述含有铝离子的液态电解液进行电解，获得固态铝。本申请通过将氯化铝粉末与咪唑氯盐型离子液体混合制备出含有铝离子的液态电解液，使得离子液态电解液在设定低温度环境下，利用恒定低电压进行电解，该过程降低了电解铝流程的反应温度和电解电压，节约了能源，降低了能耗，同时避免了环境污染，适用于未来推广使用。

技术领域

本发明涉及电解铝技术领域，具体地，涉及一种利用离子液体电解质低温低压电解铝的方法。

背景技术

铝是一种银白色的轻金属，它是地壳中含量最丰富的金属元素。近五十年来，铝凭借其优良的导电性，导热性和轻质性等特点，成为世界上应用最为广泛的金属之一。中国从1953年起步至今，已经逐步成为世界铝工业大国。据统计，2019年，我国的电解铝产量近4000万吨，占全球电解铝工业原铝总产量的50％以上，在世界铝工业中居于遥遥领先的地位。

电解铝工业不仅是中国也是世界上最大的电化学工业。目前，国内外的现代电解铝工业化生产普遍采用Hall-Héroult法，即霍尔埃鲁法，也是冰晶石-氧化铝熔融盐电解法，这也是现有唯一可以适用于大规模工业生产金属铝的方法，经过多年的发展，Hall-Héroult法电解铝技术已经比较成熟，具有生产集成化高、生产设备操作简便、建设周期短等优点。然而，在工业生产中它还存在着高能耗、副反应多、能量利用率低等一系列问题，其中能耗一般会高于13kW·h/kg Al，能量利用率最高只有50％。根据统计显示中国每年在电解铝一项上就耗电4800亿kW·h，即使按50％的最高能量利用率计算，也有2400多亿kW·h的电能被浪费掉，这足以支撑世界最大的城市┄美国纽约一年的用电量，因此能耗问题一直制约着电解铝工业的发展。

电解铝工业作为中国最重要的基础工业之一，其发展涉及到国家战略及民生等方方面面的领域，需要大力发展，但同时作为高耗能产业，耗电量历来居高不下，在发展中又面临着许多制约问题。分析来看，在实际生产过程中，电解铝能耗的高低主要取决于电解槽的工作电压和电解温度。电压每降低0.1V，生产每吨铝可节电约320kW·h；电解温度每降低10℃，生产每吨铝可节电约140kW·h。但由于电解铝生产过程中磁场的强烈作用，电解槽的工作电压很难降低。

国内一些科研机构的研究人员通过优化设备的方式，从而改进了电解铝工艺，实现了设备的长周期、高效稳定运行，能将电解槽工作电压降低了0.336V，电解温度降低了23.5℃，生产每吨铝的耗电量降低了1377kW·h，电耗降幅达到10.7％，研究取得了突破性的进展，也让人们看到了电解铝节能的可行性。但值得注意的是，降低高温电解铝能耗的改进主要集中在对电解槽材料及结构的优化，包括电解铝阳极底部开槽等。然而，受电解质的电导率、密度、挥发性、腐蚀性、熔点等理化特性以及电解质对氧化铝原料的溶解度和溶解速率等因素的限制，传统高温高电压电解铝技术降温降压空间和幅度都很有限。那么，要彻底打破电解铝生产的现有技术格局，实现真正意义上低能耗的低温低电压电解铝技术，就必须要开发出用于低温电解铝技术的新型电解质。因此，研究开发应用于低温电解铝技术的新型电解质对于中国电解铝产业的节能降耗和可持续发展具有重要意义，这也是世界铝工业面临的重大挑战。

近年来，离子液体的出现为研究人员寻找绿色低温低压电解质提供了契机。一些离子液体凭借其对铝化合物良好的溶解性，例如AlCl₃，形成含Al³⁺离子的电解质溶液，进而将电解铝的温度大幅降低至300℃以下，电解电压降低到5V以下，克服了传统工艺中高温高压的弊端，从而开发出了离子液体电解铝技术。在该技术中，离子液体和电解电压分别作为反应电解质和反应参数是整个技术的重点内容。现有技术中的离子液体的电解温度和电解电压依然较高，还有待提升。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种利用离子液体电解质低温低压电解铝的方法。