[發(fā)明專利]一種用氨基功能化離子液體電解液電解鋁的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110410612.4
• 申請日: 2011-12-12
• 公開（公告）號: CN103160853A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設計）人: 張建敏;張鎖江
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C25C1/02
• 分類號: C25C1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種氨基功能化離子液體作為電解液用于電解鋁的方法，屬于金屬冶煉領域。

背景技術

鋁因其密度小，導電導熱性能好，延展性好，抗腐蝕性等優(yōu)良的物理化學性質，使其廣泛應用于機械制造、運輸機械、動力機械、航空工業(yè)、建筑材料、包裝材料、裝飾材料等方面。

現在工業(yè)生產鋁的方法主要是Hall-Héroult法，即冰晶石-氧化鋁電解法。這種方法為了維持反應的900-1000攝氏度高溫，需要通過消耗一倍以上的理論電能來維持合適的電解槽溫度，導致其能量利用率不到50％。因此實現低溫電解鋁是解決現代鋁工業(yè)存在問題的重要措施之一。低溫電解鋁的實現不僅有利于節(jié)能減排，而且可以促進新材料的應用和新工藝的開發(fā)。低溫條件下可以選擇新型的惰性陽極材料，擺脫消耗碳陽極材料從而減少二氧化碳的排放，這使得低溫熔鹽體系越來越受到人們的關注，其中最主要的就是無機熔融鹽和有機熔融鹽。無機熔融鹽常見體系有NaCl-AlCl₃和NaCl-KCl-AlCl₃等，有機熔融鹽也稱作室溫離子液體，一般由金屬鹵化物和有機鹽組成。其中氯鋁酸離子液體是一類液態(tài)范圍寬、電導率高、電化學窗口寬、蒸汽壓極低的室溫熔融鹽新介質，在電解鋁研究和應用方面具有廣闊的前景。

中國專利CN1664170A，公開了一種低溫生產鋁及鋁合金的方法，就是以AlCl₃型離子液體作為低溫電解液。不過他們是以氧化鋁或含鋁硅酸鹽的礦物為原料氯化得到無水氯化鋁再進一步處理得到AlCl₃型離子液體。中國專利CN101265588A，也公開了一種低溫電解生成鋁的方法，他們是采用硫酸氫根(HSO₄^-)型陰離子的離子液體溶解氧化鋁，作為低溫電解質，以氧化鋁為原料直接電解。李慶峰等在低溫NaCl-AlCl₃體系中得到樹枝狀或多空狀鋁層。王吉會等在低溫NaCl-KCl-AlCl₃中得到針狀鍍層。但是他們只是在電極上得到了得到較薄的鋁沉積層或是樹枝狀的鋁枝晶。

本實驗室前期已經對離子液體作為電解質代替冰晶石熔鹽在電解鋁體系中的應用進行了初步探索(張鎖江、徐慧、張建敏、鄭勇、劉戀、張親親、呂興梅。一種離子液體電解制備微納米鋁粉的方法。申請?zhí)?01110092066.4；張鎖江、徐慧、張建敏、鄭勇、張麗、商瑩、王贊霞、呂興梅、張香平。一種通過金屬單晶面電極低溫電解制備鋁錠的方法。申請?zhí)枺?01110069197.0；張鎖江，鄭勇，呂興梅，左勇，蔡迎軍，張香平，張建敏.一種以玻碳為惰性陽極的離子液體低溫電解鋁方法申請?zhí)枺?01110038552.8)，發(fā)現采用離子液體電解鋁可以將電解溫度降至150攝氏度以下。和傳統(tǒng)冰晶石工藝相比，這無疑降低了電解溫度，大大減小了能耗。但是目前常用的咪唑類離子液體由于含有不飽和鍵，在電解的過程中可能會與產生的氯氣發(fā)生反應從而導致離子液體結構的破壞，同時該種離子液體的制備成本比較高，不利于離子液體低溫電解鋁的規(guī)模化生產。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種以氨基功能化離子液體作為電解液低溫電解制備鋁的方法，直接采用氨基化合物與氯化鋁組成離子液體，化學性質穩(wěn)定，價格低廉，具有良好的工業(yè)應用前景。

本發(fā)明所述的氨基功能化離子液體用于室溫電解鋁的方法，以氨基化合物與無水氯化鋁組成的離子液體為電解液，在100攝氏度可實現鋁的大規(guī)模電化學制備。氨基化合物中的氨基與無水氯化鋁的比例可在維持產物在電解狀態(tài)下呈現液態(tài)的情況下進行調節(jié)。例如脲(尿素)可以與無水氯化鋁在1∶1和1∶2的摩爾比之間調節(jié)。氨基化合物包括：脲(尿素)、胍類衍生物(如四甲基胍)、酰胺(如乙酰胺)、脂肪胺(丙胺、丁胺、戊胺、己胺、庚胺、辛胺等)、芳香胺(如苯胺、二苯胺、三苯胺、全氯苯胺等)、咪唑、哌啶、吡啶、嘧啶、肼及上述物質組成的亞胺等結構。

本電解過程會產生氯氣，可以采用離子膜以隔離鋁產物和氯氣，或以惰性氣體攜帶的方式帶走氯氣。本發(fā)明所提出的氨基功能化離子液體用于低溫電解鋁的方法，具有以下的優(yōu)點：

1)實現了低溫條件下電解生成鋁，離子液體可以重復利用，對環(huán)境無污染等。

2)使離子液體的成本得以大幅度降低，如脲(尿素)與無水氯化鋁配置的離子液體，其成本低于6000元/噸，使離子液體低溫電解鋁的工藝在成本具備了極大的優(yōu)勢。

具體實施方式：

實施例1