[發明專利]以氣態氯化鋁為原料熔鹽電解制備鋁的裝置及氯化鋁給料方法

有效

• 申請號: 202010108058.3
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111321426B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 王兆文;高炳亮;胡憲偉;石忠寧;陶文舉;劉風國;楊酉堅;劉愛民;于江玉;關月超;王壯
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C25C3/18
• 分類號: C25C3/18;C25C3/14;C25C3/12;C25C3/08;C25C3/20
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

一種以氣態氯化鋁為原料熔鹽電解制備鋁的裝置及氯化鋁給料方法，屬于電解鋁技術領域。該裝置通過在陰極和雙極性電極的陰極端內部設有氣態AlCl₃通氣槽，在每個氣態AlCl₃通氣槽內，向陰極和雙極性電極的陰極端表面設置有多個分布式給料管道，用于和電極上方的電解室相通，多個氣態AlCl₃通氣槽通過總給料管道和氣態AlCl₃入口連通。并結合該裝置通過陰極和陰極端內部通入直接通入氣態AlCl₃進行熔鹽電解制備鋁，得到金屬液態鋁。該方法保證了陰極區熔鹽中的[Al]³⁺濃度，從而實現高效AlCl₃電解法生產鋁，并且該方法能夠在保持AlCl₃電解法生產鋁的優點的基礎上，提高生產效率，降低能耗。

技術領域

本發明涉及電解鋁技術領域，具體涉及一種以氣態氯化鋁為原料熔鹽電解制備鋁的裝置及氯化鋁給料方法。

背景技術

傳統鋁冶煉是使用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法生產，電解溫度在930～1000℃范圍內，原料為氧化鋁。此種方法，單位電能消耗率為13～15kW·h/kgAl，工業炭陽極在電解時會產生CO₂，并不斷消耗，使用一段時間后，需要更換陽極，增加了工人的勞動強度；此外，陽極產生的CO₂、CF₄和C₂F₆是溫室效應氣體，產生的SO₂會造成環境的污染。

上世紀七十年代，提出了一種以固態氯化鋁作為原料，采用熔鹽電解的方法制備金屬鋁的方法，該氯化鋁熔鹽電解法相對于冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法，具有如下優點：電解溫度更低；電流密度大，單位面積的產率更高；電解槽極距較小，電解電能消耗較低；不消耗炭陽極，沒有更換陽極操作，減少了人工勞動強度，降低了生成成本；電解產生的氯氣可以用來氯化鋁土礦或氧化鋁來生產氯化鋁，整個電解過程不會排放溫室效應氣體和污染環境的氣體；可以免除磁場的影響。

然而，在該氯化鋁熔鹽電解法工藝中，采用的原料為固體AlCl₃，而工業上常采用焦炭氯化法生產AlCl₃，其直接制備的就是AlCl₃氣體，如果可以在電解過程中直接加入氣態AlCl₃，一方面，可以節約成本，另一方面，氣態AlCl₃在氯化物熔鹽中的溶解速度較固體AlCl₃更快，更有利于電解的進行。

發明內容

為了實現上述目的，本發明提出了一種以氣態氯化鋁為原料熔鹽電解制備鋁的裝置及氯化鋁給料方法，在該氯化鋁給料方法中，使用的電解槽為多室槽，設置的雙極性電極縱向布置，通過將氣態AlCl₃經由陰極和陰極端內部通入電解溶劑中，保證了陰極區熔鹽中的[Al]³⁺濃度，從而實現高效AlCl₃電解法生產鋁，該方法能夠在保持AlCl₃電解法生產鋁的優點的基礎上，提高生產效率，降低能耗。

本發明提出的一種以氣態氯化鋁為原料熔鹽電解制備鋁的裝置，為以氣態氯化鋁為原料熔鹽電解制備鋁的電解槽，該電解槽為多室槽，其包括殼體，殼體密閉形成腔體，在殼體上端設置有氯氣出口，在殼體腔體的下部為儲鋁區域；儲鋁區域上方的腔體為電解區域，在電解區域內，從上至下，分布設置有電極組，電極組中的各個電極將電解區域分割形成多個電解室；電極組分為陰極、陽極和雙極性電極，在電極組上端為陽極，電極組下端為陰極，在陰極和陽極之間設置有N個雙極性電極，其中，N為大于等于1的正整數；雙極性電極上部為陰極端，下部為陽極端；在陰極和雙極性電極的陰極端內部設有氣態AlCl₃通氣槽，在每個氣態AlCl₃通氣槽內，向陰極和雙極性電極的陰極端表面設置有多個分布式給料管道，用于和電極上方的電解室相通，多個氣態AlCl₃通氣槽通過總給料管道和氣態AlCl₃入口連通。