一种用粉煤灰制备金属铝或铝镁合金的方法技术

本发明专利技术属于有色冶金领域，涉及一种用粉煤灰制备金属铝或铝镁合金的方法。本发明专利技术的技术方案是首先采用粉煤灰酸浸制取氯化铝，然后采用的电解质体系由熔剂、熔质和添加剂组成，其中熔剂的成分按照质量百分比为：NaCl:0-60%，KCl:25-75%，MgCl2:0-66%，然后加入占熔剂质量5-50%的熔质AlCl3，占熔剂质量0-5%的添加剂LiCl、0-5%添加剂KF、0-5%添加剂MgF2或0-5%添加剂AlF3，其中熔质AlCl3从电解槽底部加入，控制极间电压为2.3-3.3V,阴极电流密度0.5-1.5A/cm2，电解温度为450~500℃，电解过程中阳极一侧产生氯气，经回收再使用，在阴极一侧沉积凝固态金属铝或铝镁合金。本发明专利技术方法耗电省，电解温度低，生产成本低，解决了氯化铝蒸发问题和电解产生枝晶问题，无环境污染，设备易实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有色冶金领域，涉及。
技术介绍
传统的金属铝生产方法是霍尔-艾鲁特（Hall-Heroult)方法，1886年，美国人 Hall和法国人Herout同时专利技术了冰晶石一氧化铝熔盐电解法生产铝的方法，即用碳素材 料做电极材料，以冰晶石做溶剂，氧化铝做溶质，在950-1000°C温度下进行熔盐电解生产铝 的方法。氧化铝的的来源到目前为止主要是用碱浸出得方法获得的，即用碱(工业烧碱NaOH 或纯碱Na2CO3)处理铝土矿，使矿石中的氧化铝变为可溶的铝酸钠。将净化的铝酸钠溶液进 行分解析出氢氧化铝，经分离、洗涤和煅烧后，得到产品氧化铝。 随着能源、环保压力和可持续发展的战略要求，人们一直在进行着新方法炼铝的 技术研究。 目前炼铝新方法主要包括两大类：一是用电弧炉高温下直接炭还原铝矿制取铝硅 合金；二是氯化铝电解法制取纯铝。 1854年德国Bunsen和法国Deville分别电解熔融AlCl3 .NaCl得到金属铝，1973 年美国铝业公司（Alcoa)宣布研制成功氯化铝融盐电解法生产铝（US3893899, US3785941， US3725222)。Alcoa公司的方法是电解槽为多室槽，电极为上下配置的双极性电极，极间距 约是I. 3cm，电解质组成为（质量百分含量）：A1C13=5%、NaCl=53%、LiCl=40%，电解质还含少 量1%(：1 2、1((：1、0&(：12。电解槽日产铝13丨，电耗为每千克铝9.51^*11，电流效率为87%。专利 CA502977、CN93107810. 5、US3518172、US3725222、US3103472、US2919234、US4919771 公开了 类似的内容，这些方法大多是采用以NaCl为主要溶剂，以氯化铝为溶质，温度控制在铝熔 点以上进行熔盐电解。其存在的主要问题是氯化铝以气体状态加入电解质，氯气气相中有 氯化铝蒸发物存在，温度高，热损失大。专利US1854684公开了电解质成分AlCl 3 82%，NaCl 18%的方法，其电流密度4. 2A/平方吋，3. 2V，160°C。日本专利（《特许公报》昭56-15714， 1981年)公布了电解质成分(质量百分比):A1C13 76. 3%，KCl 9. 3%，NaCl 14. 5%，恒温槽保 持134-150°C，阳极电流密度0. 43A/cm2,极距10mm，电压8. 2-9. 5V的方法。这两个方法主 要特点是电解温度低，氯化铝蒸汽容易控制，但金属是晶体颗粒状态，收集困难，另外，容易 生成枝晶是该方法的存在的一个最大缺陷。 早期的氯化铝电解的研究氯化铝来源大多是通过氧化铝氯化得到的，生产成本较 高，加上工程上一些困难，一直没有得到工业化应用。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用粉煤灰制备金属铝或铝镁合金的方 法，目的是通过硫酸浸取粉煤灰获得氯化铝，采用低熔点、高导电率电解质电解氯化铝生产 铝或铝镁合金，实现低温和低成本制备铝和铝镁合金。 实现本专利技术目的的技术方案按照以下步骤进行： (1) 粉煤灰酸浸制取氯化铝：将粉煤灰磨细后与硫酸混合浸出反应后过滤，向滤渣中加 水，加热煮溶，溶出反应物，过滤除去残渣，得到硫酸铝溶液，将硫酸铝溶液蒸发结晶或将硫 酸铝溶液浓缩，与盐酸混合，然后通入HCl气体，析出AlCl 3 · 6H20晶体，经干燥脱水制得无 水 AlCl3 ; (2) 电解氯化铝生产金属铝或铝镁合金：以石墨或碳化硅作为双极性电极，极距为 l-3cm，采用的电解质体系由熔剂、熔质和添加剂组成，其中熔剂的成分按照质量百分比为： NaCl : 0-60%，KCl: 25-75%，MgCl2:0-66%，然后加入占熔剂质量5-50%的熔质AlCl3，占熔剂 质量0-5%的添加剂LiCl、0-5%添加剂KF、0-5%添加剂MgF 2或0-5%添加剂AlF3，其中熔质 AlCl3从电解槽底部加入，控制极间电压为2. 3-3. 3V，阴极电流密度0. 5-1. 5A/cm2,电解温 度为45(T500°C，电解过程中阳极一侧产生氯气，经回收再使用，在阴极一侧沉积凝固态金 属铝或铝镁合金。 所述的步骤（1)中将粉煤灰磨至100-200 μ m，与硫酸按照1: (4. 5?10)的质量 比混合，在280?350°C下反应2. 5?3h，所述的硫酸是质量浓度为75?98%的硫酸或浸出 过滤后返回的硫酸或盐酸与硫酸错置换返回的硫酸。 所述的步骤（1)中的滤渣中加入3?5倍质量的水，在65?80°C下煮溶45?60 分钟。所述的步骤（1)中的硫酸铝溶液浓缩至密度为1.4g/mL。 所述的步骤（1)中的盐酸的质量浓度为15?38%。 所述的步骤（1)中的AlCl3 ·6Η20晶体在110-150°C下干燥脱水制得无水AlCl3晶 体。 与现有技术相比，本专利技术的特点和有益效果是： 本专利技术方法是以废弃的粉煤灰作为原料，得到纯铝或铝镁合金，具有绿色节能环保的 优势。 本专利技术技术方案中是以氯化钠、氯化钾、氯化镁基氯化物体系作为电解质，显著降 低了熔盐电解制备金属铝的温度，现有技术中通常采用冰晶石-氧化铝熔盐电解得到金属 铝，通常在90(n〇0(TC，而本专利技术中，通过控制氯化钠、氯化钾和氯化镁的成分比例，使得 电解质的初晶温度不超过500°c，随着溶质氯化铝的加入，初晶温度进一步降低，形成一种 理想的氯化铝电解质体系。因此，本专利技术中通过控制电解质体系成分，将电解温度控制在 450?500°C。 本专利技术中得到的铝或铝镁合金是以固态沉积在电极表面，不产生枝晶，容易收集。 综上，本专利技术方法耗电省，电解温度低，生产成本低，解决了氯化铝蒸发问题和电 解产生枝晶问题，无环境污染，设备易实现。 【附图说明】 图1是本专利技术的工艺流程图。 【具体实施方式】 以下结合实施例对本专利技术做进一步说明。 本专利技术实施例中采用的粉煤灰成分如表1所示。 表1粉煤灰主要成分(质量百分含量％) 实施例I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用粉煤灰制备金属铝或铝镁合金的方法，其特征在于按照以下步骤进行：（1）粉煤灰酸浸制取氯化铝：将粉煤灰磨细后与硫酸混合浸出反应后过滤，向滤渣中加水，加热煮溶，溶出反应物，过滤除去残渣，得到硫酸铝溶液，将硫酸铝溶液蒸发结晶或将硫酸铝溶液浓缩，与盐酸混合，然后通入HCl气体，析出AlCl3·6H2O晶体，经干燥脱水制得无水AlCl3；（2）电解氯化铝生产金属铝或铝镁合金：以石墨或碳化硅作为双极性电极，极距为1‑3cm，采用的电解质体系由熔剂、熔质和添加剂组成，其中熔剂的成分按照质量百分比为：NaCl :0‑60%，KCl: 25‑75%，MgCl2:0‑66%，然后加入占熔剂质量5‑50%的熔质AlCl3，占熔剂质量0‑5%的添加剂LiCl、0‑5%添加剂KF、0‑5%添加剂MgF2或0‑5%添加剂AlF3，其中熔质AlCl3从电解槽底部加入，控制极间电压为2.3‑3.3V,阴极电流密度0.5‑1.5A/cm2，电解温度为450~500℃，电解过程中阳极一侧产生氯气，经回收再使用，在阴极一侧沉积凝固态金属铝或铝镁合金。

【技术特征摘要】
1. 一种用粉煤灰制备金属铝或铝镁合金的方法，其特征在于按照以下步骤进行： (1) 粉煤灰酸浸制取氯化铝：将粉煤灰磨细后与硫酸混合浸出反应后过滤，向滤渣中加 水，加热煮溶，溶出反应物，过滤除去残渣，得到硫酸铝溶液，将硫酸铝溶液蒸发结晶或将硫 酸铝溶液浓缩，与盐酸混合，然后通入HC1气体，析出A1C1 3 · 6H20晶体，经干燥脱水制得无 水 A1C13 ; (2) 电解氯化铝生产金属铝或铝镁合金：以石墨或碳化硅作为双极性电极，极距为 l-3cm，采用的电解质体系由熔剂、熔质和添加剂组成，其中熔剂的成分按照质量百分比为： NaCl : 0-60%，KC1: 25-75%，MgCl2:0-66%，然后加入占熔剂质量5-50%的熔质A1C13，占熔剂 质量0-5%的添加剂LiCl、0-5%添加剂KF、0-5%添加剂MgF 2或0-5%添加剂A1F3，其中熔质 A1C13从电解槽底部加入，控制极间电压为2. 3-3. 3V，阴极电流密度0. 5-1. 5A/cm2,电解温 度为45(T500°C，电解过程中阳极一侧产生氯气，经回收再使用，在阴极一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞冰，李鑫，吴楠，李景江，
申请(专利权)人：沈阳金博新技术产业有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21