一種用粉煤灰制備金屬鋁或鋁鎂合金的方法
【專利摘要】本發明屬于有色冶金領域，涉及一種用粉煤灰制備金屬鋁或鋁鎂合金的方法。本發明的技術方案是首先采用粉煤灰酸浸制取氯化鋁，然后采用的電解質體系由熔劑、熔質和添加劑組成，其中熔劑的成分按照質量百分比為：NaCl:0-60%，KCl:25-75%，MgCl2:0-66%，然后加入占熔劑質量5-50%的熔質AlCl3，占熔劑質量0-5%的添加劑LiCl、0-5%添加劑KF、0-5%添加劑MgF2或0-5%添加劑AlF3，其中熔質AlCl3從電解槽底部加入，控制極間電壓為2.3-3.3V,陰極電流密度0.5-1.5A/cm2，電解溫度為450~500℃，電解過程中陽極一側產生氯氣，經回收再使用，在陰極一側沉積凝固態金屬鋁或鋁鎂合金。本發明方法耗電省，電解溫度低，生產成本低，解決了氯化鋁蒸發問題和電解產生枝晶問題，無環境污染，設備易實現。
【專利說明】一種用粉煤灰制備金屬鋁或鋁鎂合金的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于有色冶金領域，涉及一種用粉煤灰制備金屬鋁或鋁鎂合金的方法。
【背景技術】
[0002] 傳統的金屬鋁生產方法是霍爾-艾魯特（Hall-Heroult)方法，1886年，美國人 Hall和法國人Herout同時發明了冰晶石一氧化鋁熔鹽電解法生產鋁的方法，即用碳素材 料做電極材料，以冰晶石做溶劑，氧化鋁做溶質，在950-1000°C溫度下進行熔鹽電解生產鋁 的方法。氧化鋁的的來源到目前為止主要是用堿浸出得方法獲得的，即用堿(工業燒堿NaOH 或純堿Na2CO3)處理鋁土礦，使礦石中的氧化鋁變為可溶的鋁酸鈉。將凈化的鋁酸鈉溶液進 行分解析出氫氧化鋁，經分離、洗滌和煅燒后，得到產品氧化鋁。
[0003] 隨著能源、環保壓力和可持續發展的戰略要求，人們一直在進行著新方法煉鋁的 技術研究。
[0004] 目前煉鋁新方法主要包括兩大類：一是用電弧爐高溫下直接炭還原鋁礦制取鋁硅 合金；二是氯化鋁電解法制取純鋁。
[0005] 1854年德國Bunsen和法國Deville分別電解熔融AlCl3 .NaCl得到金屬鋁，1973 年美國鋁業公司（Alcoa)宣布研制成功氯化鋁融鹽電解法生產鋁（US3893899, US3785941， US3725222)。Alcoa公司的方法是電解槽為多室槽，電極為上下配置的雙極性電極，極間距 約是I. 3cm，電解質組成為（質量百分含量）：A1C13=5%、NaCl=53%、LiCl=40%，電解質還含少 量1%(：1 2、1((：1、0&(：12。電解槽日產鋁13丨，電耗為每千克鋁9.51^*11，電流效率為87%。專利 CA502977、CN93107810. 5、US3518172、US3725222、US3103472、US2919234、US4919771 公開了 類似的內容，這些方法大多是采用以NaCl為主要溶劑，以氯化鋁為溶質，溫度控制在鋁熔 點以上進行熔鹽電解。其存在的主要問題是氯化鋁以氣體狀態加入電解質，氯氣氣相中有 氯化鋁蒸發物存在，溫度高，熱損失大。專利US1854684公開了電解質成分AlCl 3 82%，NaCl 18%的方法，其電流密度4. 2A/平方吋，3. 2V，160°C。日本專利（《特許公報》昭56-15714， 1981年)公布了電解質成分(質量百分比):A1C13 76. 3%，KCl 9. 3%，NaCl 14. 5%，恒溫槽保 持134-150°C，陽極電流密度0. 43A/cm2,極距10mm，電壓8. 2-9. 5V的方法。這兩個方法主 要特點是電解溫度低，氯化鋁蒸汽容易控制，但金屬是晶體顆粒狀態，收集困難，另外，容易 生成枝晶是該方法的存在的一個最大缺陷。
[0006] 早期的氯化鋁電解的研究氯化鋁來源大多是通過氧化鋁氯化得到的，生產成本較 高，加上工程上一些困難，一直沒有得到工業化應用。
【發明內容】
[0007] 針對現有技術存在的問題，本發明提供一種用粉煤灰制備金屬鋁或鋁鎂合金的方 法，目的是通過硫酸浸取粉煤灰獲得氯化鋁，采用低熔點、高導電率電解質電解氯化鋁生產 鋁或鋁鎂合金，實現低溫和低成本制備鋁和鋁鎂合金。
[0008] 實現本發明目的的技術方案按照以下步驟進行： (1) 粉煤灰酸浸制取氯化鋁：將粉煤灰磨細后與硫酸混合浸出反應后過濾，向濾渣中加 水，加熱煮溶，溶出反應物，過濾除去殘渣，得到硫酸鋁溶液，將硫酸鋁溶液蒸發結晶或將硫 酸鋁溶液濃縮，與鹽酸混合，然后通入HCl氣體，析出AlCl 3 · 6H20晶體，經干燥脫水制得無 水 AlCl3 ; (2) 電解氯化鋁生產金屬鋁或鋁鎂合金：以石墨或碳化硅作為雙極性電極，極距為 l-3cm，采用的電解質體系由熔劑、熔質和添加劑組成，其中熔劑的成分按照質量百分比為： NaCl : 0-60%，KCl: 25-75%，MgCl2:0-66%，然后加入占熔劑質量5-50%的熔質AlCl3，占熔劑 質量0-5%的添加劑LiCl、0-5%添加劑KF、0-5%添加劑MgF 2或0-5%添加劑AlF3，其中熔質 AlCl3從電解槽底部加入，控制極間電壓為2. 3-3. 3V，陰極電流密度0. 5-1. 5A/cm2,電解溫 度為45(T500°C，電解過程中陽極一側產生氯氣，經回收再使用，在陰極一側沉積凝固態金 屬鋁或鋁鎂合金。
[0009] 所述的步驟（1)中將粉煤灰磨至100-200 μ m，與硫酸按照1: (4. 5?10)的質量 比混合，在280?350°C下反應2. 5?3h，所述的硫酸是質量濃度為75?98%的硫酸或浸出 過濾后返回的硫酸或鹽酸與硫酸錯置換返回的硫酸。
[0010] 所述的步驟（1)中的濾渣中加入3?5倍質量的水，在65?80°C下煮溶45?60 分鐘。所述的步驟（1)中的硫酸鋁溶液濃縮至密度為1.4g/mL。
[0011] 所述的步驟（1)中的鹽酸的質量濃度為15?38%。
[0012] 所述的步驟（1)中的AlCl3 ·6Η20晶體在110-150°C下干燥脫水制得無水AlCl3晶 體。
[0013] 與現有技術相比，本發明的特點和有益效果是： 本發明方法是以廢棄的粉煤灰作為原料，得到純鋁或鋁鎂合金，具有綠色節能環保的 優勢。
[0014] 本發明技術方案中是以氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂基氯化物體系作為電解質，顯著降 低了熔鹽電解制備金屬鋁的溫度，現有技術中通常采用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解得到金屬 鋁，通常在90(n〇0(TC，而本發明中，通過控制氯化鈉、氯化鉀和氯化鎂的成分比例，使得 電解質的初晶溫度不超過500°c，隨著溶質氯化鋁的加入，初晶溫度進一步降低，形成一種 理想的氯化鋁電解質體系。因此，本發明中通過控制電解質體系成分，將電解溫度控制在 450?500°C。
[0015] 本發明中得到的鋁或鋁鎂合金是以固態沉積在電極表面，不產生枝晶，容易收集。
[0016] 綜上，本發明方法耗電省，電解溫度低，生產成本低，解決了氯化鋁蒸發問題和電 解產生枝晶問題，無環境污染，設備易實現。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0018] 以下結合實施例對本發明做進一步說明。
[0019] 本發明實施例中采用的粉煤灰成分如表1所示。
[0020] 表1粉煤灰主要成分(質量百分含量％) 實施例I
【權利要求】
1. 一種用粉煤灰制備金屬鋁或鋁鎂合金的方法，其特征在于按照以下步驟進行： (1) 粉煤灰酸浸制取氯化鋁：將粉煤灰磨細后與硫酸混合浸出反應后過濾，向濾渣中加 水，加熱煮溶，溶出反應物，過濾除去殘渣，得到硫酸鋁溶液，將硫酸鋁溶液蒸發結晶或將硫 酸鋁溶液濃縮，與鹽酸混合，然后通入HC1氣體，析出A1C1 3 · 6H20晶體，經干燥脫水制得無 水 A1C13 ; (2) 電解氯化鋁生產金屬鋁或鋁鎂合金：以石墨或碳化硅作為雙極性電極，極距為 l-3cm，采用的電解質體系由熔劑、熔質和添加劑組成，其中熔劑的成分按照質量百分比為： NaCl : 0-60%，KC1: 25-75%，MgCl2:0-66%，然后加入占熔劑質量5-50%的熔質A1C13，占熔劑 質量0-5%的添加劑LiCl、0-5%添加劑KF、0-5%添加劑MgF 2或0-5%添加劑A1F3，其中熔質 A1C13從電解槽底部加入，控制極間電壓為2. 3-3. 3V，陰極電流密度0. 5-1. 5A/cm2,電解溫 度為45(T500°C，電解過程中陽極一側產生氯氣，經回收再使用，在陰極一側沉積凝固態金 屬鋁或鋁鎂合金。
2. 根據權利要求1所述的一種用粉煤灰制備金屬鋁或鋁鎂合金的方法，其特征在于所 述的步驟（1)中將粉煤灰磨至100-200 μ m，與硫酸按照1: (4. 5?10)的質量比混合，在 280?350°C下反應2. 5?3h，所述的硫酸是質量濃度為75?98%的硫酸浸出過濾后返回的 硫酸或鹽酸與硫酸鋁置換返回的硫酸。
3. 根據權利要求1所述的一種用粉煤灰制備金屬鋁或鋁鎂合金的方法，其特征在于所 述的步驟（1)中的濾渣中加入3?5倍質量的水，在65?80°C下煮溶45?60分鐘。
4. 根據權利要求1所述的一種用粉煤灰制備金屬鋁或鋁鎂合金的方法，其特征在于所 述的步驟（1)中的硫酸鋁溶液濃縮至密度為1. 4g/mL。
5. 根據權利要求1所述的一種用粉煤灰制備金屬鋁或鋁鎂合金的方法，其特征在于所 述的步驟（1)中的鹽酸的質量濃度為15?38%。
6. 根據權利要求1所述的一種用粉煤灰制備金屬鋁或鋁鎂合金的方法，其特征在于所 述的步驟（1)中的A1C13 · 6H20晶體在110-150°C下干燥脫水制得無水A1C13晶體。
【文檔編號】C25C3/06GK104294314SQ201410484953
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】李瑞冰, 李鑫, 吳楠, 李景江 申請人:沈陽金博新技術產業有限公司