[發明專利]以離子液體和氯化鋁為電解質低溫電解制取鋁的方法

無效

• 申請號: 201410355819.X
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104141150A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 石忠寧;鐘熊偉;熊婷;王兆文;徐君莉;高炳亮;胡憲偉;于江玉
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C25C1/02
• 分類號: C25C1/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種以離子液體和氯化鋁為電解質低溫電解制取鋁的方法，其特征在于按以下步驟進行：

（1）向電解槽通入惰性氣體排出其中的空氣和水蒸氣，將氟化咪唑離子液體加入到電解槽中，再加入氯化鋁，并將氯化鋁和氟化咪唑離子液體攪拌均勻制成電解質；其中氯化鋁與氟化咪唑離子液體的摩爾比為2.2~3.5；所述的氟化咪唑離子液體為1,3-二甲基氟化咪唑、1-乙基-3-甲基氟化咪唑、1-丙基-3-甲基氟化咪唑或1-丁基-3-甲基氟化咪唑；

（2）在惰性氣氛和攪拌條件下，控制電解質的溫度在15~90℃，對工作電極和對電極施加電流，電解氯化鋁；控制工作電極的電流密度為15~200mA/cm²；電解過程中向電解槽內補加氯化鋁，使氯化鋁在電解質中的濃度保持恒定；?

（3）每隔1~2h更換工作電極，從被更換下來的工作電極表面剝落沉積的鋁。

2.根據權利要求1所述的以離子液體和氯化鋁為電解質低溫電解制取鋁的方法，其特征在于步驟（2）中的氯化鋁的加入量按下式計算：

m=M₀×S×i/（1000×n×F）??????????????????????（1）

式中，m為每秒鐘氯化鋁的加入量，單位為g；M₀為AlCl₃的相對分子質量，S為工作電極的面積，單位為cm²；i為電流密度，單位為mA/cm²；?n為轉移電子數，該反應的電子轉移數為3；F為法拉第常數。

3.一種以離子液體和氯化鋁為電解質低溫電解制取鋁的方法，其特征在于按以下步驟進行：

（1）向電解槽通入惰性氣體排出其中的空氣和水蒸氣，將氟化咪唑離子液體加入到電解槽中，再加入氯化鋁，并將氯化鋁和氟化咪唑離子液體攪拌均勻制成電解質；其中氯化鋁與氟化咪唑離子液體的摩爾比為2.2~3.5；所述的氟化咪唑離子液體為1,3-二甲基氟化咪唑、1-乙基-3-甲基氟化咪唑、1-丙基-3-甲基氟化咪唑或1-丁基-3-甲基氟化咪唑；

（2）在惰性氣氛和攪拌條件下，控制電解質的溫度在15~90℃，采用鋁棒作為對電極，對工作電極和對電極施加電流；控制工作電極的電流密度為15~200mA/cm²；電解過程中逐漸降低鋁棒的高度，使鋁棒在電解質中的高度保持恒定；

（3）每隔2~5h更換工作電極，從被更換下來的工作電極表面剝落沉積的鋁。

4.根據根據權利要求3所述的以離子液體和氯化鋁為電解質低溫電解制取鋁的方法，其特征在于步驟（2）中的鋁棒下降高度按下式計算：

H=?4M₁×S×i?/（1000×n×F×ρ×B×π×D²）??????????（2）

式中：?H為每秒鐘鋁棒下降高度，單位為cm；M₁為鋁的相對分子質量；S為工作電極的面積，單位為cm²；i為電流密度，單位為mA/cm²；n為轉移電子數，該反應的電子轉移數為3；F為法拉第常數；ρ為鋁棒密度，單位為g/cm³；D為鋁棒直徑，單位為cm；B為鋁棒純度。

5.根據權利要求3所述的以離子液體和氯化鋁為電解質低溫電解制取鋁的方法，其特征在于所述的鋁棒的重量純度為83~90%。

6.根據權利要求1或3所述的以離子液體和氯化鋁為電解質低溫電解制取鋁的方法，其特征在于所述的工作電極選用的材質為銅或鋁。

7.根據權利要求1所述的以離子液體和氯化鋁為電解質低溫電解制取鋁的方法，其特征在于所述的對電極選用的材質為鉑。

8.根據權利要求1所述的以離子液體和氯化鋁為電解質低溫電解制取鋁的方法，其特征在于所述的沉積的鋁的純度≥95.01%。

9.根據權利要求3所述的以離子液體和氯化鋁為電解質低溫電解制取鋁的方法，其特征在于所述的沉積的鋁的純度≥99.99%。

10.根據權利要求1或3所述的以離子液體和氯化鋁為電解質低溫電解制取鋁的方法，其特征在于鋁的回收率為97.6~99.9%。