[發(fā)明專利]用于鋁電解工業(yè)的低分子比冰晶石及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210172839.4
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN102674420A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設計）人: 陳學敏;楊軍;李志紅;伍衛(wèi)平
• 申請（專利權）人: 深圳市新星輕合金材料股份有限公司
• 主分類號: C01F7/54
• 分類號: C01F7/54;C25C3/06
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所 44248
• 代理人: 胡吉科;羅志強

技術領域

本發(fā)明涉及冰晶石，尤其涉及用于鋁電解工業(yè)的低分子比冰晶石及其制備方法。

背景技術

目前鋁電解工業(yè)仍采用傳統(tǒng)的Hall-Heroult法，電解質一直以冰晶石-氧化鋁為基本體系，其中冰晶石往往采用的是六氟鋁酸鈉。鋁電解工業(yè)的電解溫度在960℃左右，電能消耗高，這主要是因為電解質的初晶溫度高，且為使氧化鋁保持較好的溶解度，需保持一定溫度的過熱度。

工業(yè)上制備冰晶石的方法一般為合成法：將無水氫氟酸與氫氧化鋁反應，生成氟鋁酸，然后在高溫下與氫氧化鈉或氫氧化鉀反應，再經過濾、烘干、熔融、破碎，制得冰晶石；用此法合成的冰晶石的分子比m=3.0，熔點較高。現(xiàn)有的工業(yè)合成法制得的冰晶石其分子比為m=2.0~3.0之間，難以獲得分子比m=1.0~1.5之間較為純凈的且水含量極低的低分子比冰晶石。

因此，現(xiàn)有技術存在電解能耗高，電解質不夠理想的缺點。

發(fā)明內容

為解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，發(fā)明人在電解質的選擇以及制備方法方面進行了大量的探索，預料不到地發(fā)現(xiàn)，將低分子比鉀冰晶石和低分子比鈉冰晶石以一定的比例混合后作為鋁電解體系的電解質，與傳統(tǒng)的鈉冰晶石作為電解質的鋁電解體系比較，能明顯降低電解溫度，并且與單獨使用低分子比鉀冰晶石或低分子比鈉冰晶石作為鋁電解體系的電解質相比，在對電極材料的腐蝕程度方面，存在有明顯優(yōu)點，但在電解溫度的下降程度方面，效果介于兩者之間。

本發(fā)明提供一種用于鋁電解工業(yè)的低分子比冰晶石，由鉀冰晶石和鈉冰晶石以1：1~1：3的摩爾比組成，所述鉀冰晶石的分子式為mKF·AlF₃，m為1~1.5，所述鈉冰晶石的分子式為nNaF·AlF₃，n為1~1.5。

采用上述技術方案，本發(fā)明提供的低分子比冰晶石用于鋁電解工業(yè)，氧化鋁的溶解性能得到改善，從而降低了電解溫度，降低了電能消耗，提高了電解效率。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述m為1、1.2或1.5；m=1.0~1.5范圍內，鉀冰晶石mKF·AlF₃的熔點為540~570℃，mKF·AlF₃的熔點隨著m的數值上升而略有上升。所述n為1、1.2或1.5；n=1.0~1.5范圍內，nNaF·AlF₃的熔點為960~1000℃，鈉冰晶石nNaF·AlF₃的熔點隨著n的數值上升而略有上升。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述鉀冰晶石和所述鈉冰晶石的摩爾比為1：1，所述m為1.5，所述n為1.5，氧化鋁在鉀冰晶石和鈉冰晶石以摩爾比1：1組成的體系中的溶解度在13g/l左右，電解溫度為825~900℃

相應的，本發(fā)明還提供所述用于鋁電解工業(yè)的低分子比冰晶石的制備方法，包括如下步驟：

A）?將鋁置于反應器中，抽真空后通入惰性氣體，升溫至700~850℃，再加入氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀或其混合物，攪拌4~6h后，將上層熔融的液體抽出，得到鉀冰晶石；將鋁置于另一反應器中，抽真空后通入惰性氣體，升溫至700~850℃，再加入氟鈦酸鈉、氟硼酸鈉或其混合物，攪拌4~6h后，將上層熔融的液體抽出，得到鈉冰晶石；

B）?將得到的鉀冰晶石與鈉冰晶石以1：1~1：3的摩爾比混合。

本發(fā)明提供的制備方法反應條件溫和，容易控制，工藝流程簡單，反應完全，產物質量好。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述用于鋁電解工業(yè)的低分子比冰晶石的制備方法包括如下步驟：

A）將鋁置于反應器中，抽真空后通入惰性氣體，升溫至780~850℃，再加入氟鈦酸鉀，攪拌4~6h后，將上層熔融的液體抽出，得到分子式為????????????????????????????????????????????????的鉀冰晶石；將鋁置于另一反應器中，抽真空后通入惰性氣體，升溫至780~850℃，再加入氟鈦酸鈉，攪拌4~6h后，將上層熔融的液體抽出，得到分子式為的鈉冰晶石；

B）?將得到的鉀冰晶石與鈉冰晶石以1：1~1：3的摩爾比混合。涉及的化學反應式為：

；。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述用于鋁電解工業(yè)的冰晶石的制備方法包括如下步驟：