CN102154661A - 一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法 - Google Patents
一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102154661A CN102154661A CN2011100691970A CN201110069197A CN102154661A CN 102154661 A CN102154661 A CN 102154661A CN 2011100691970 A CN2011100691970 A CN 2011100691970A CN 201110069197 A CN201110069197 A CN 201110069197A CN 102154661 A CN102154661 A CN 102154661A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alcl
- electrode
- chloro
- single crystal
- anode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
本发明涉及一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法,属于电化学、金属冶炼等领域。本发明特征在于所用的阴极为单晶面电极,所用的电解液为AlCl3型离子液体或者是低温无机熔盐。若阳极为惰性电极,则消耗电解质,阳极产生氯气,阴极上得到铝锭;若是阳极为粗铝电极,则牺牲阳极,阴极得到铝锭。
Description
技术领域
本发明涉及到一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法,属于金属冶炼领域。
背景技术
铝因其密度小,导电导热性能好,延展性好,抗腐蚀性等优良的物理化学性质,使其广泛应用于机械制造、运输机械、动力机械、航空工业、建筑材料、包装材料、装饰材料等方面。
现在工业生产铝的方法主要是Hall-Heroult法,即冰晶石-氧化铝电解法。这种方法为了维持反应的高温,保持电解槽的热平衡,需要额外消耗大量的热量。电解铝就是通过消耗理论电能一倍以上来维持高的槽温,导致其能量利用率不到50%。因此实现低温电解铝是解决现代铝工业存在问题的重要措施之一。低温电解铝的实现不仅有利于节能减排,而且可以促进新材料的应用和新工艺的开发。低温条件下可以选择新型的惰性阳极材料,摆脱消耗碳阳极材料从而减少二氧化碳的排放,为电解铝绿色工艺的开发奠定了基础。
我们国家在低温电解铝的研究方面处于世界先列,重心主要是在传统高温熔融盐体系的改进,但温度仍然超过900℃。低温熔盐体系越来越受到人们的关注,其中最主要的就是无机熔盐和有机熔盐。无机熔盐常见体系有NaCl-AlCl3和NaCl-KCl-AlCl3等,有机熔盐也称作室温离子液体,一般由金属卤化物和有机盐组成。
而国外从上个世纪50年代就开始对低温电解铝进行了研究,积累了丰富的经验。主要有两大基本体系,熔融盐体系和有机溶剂体系。熔融盐体系主要包括无机熔盐和室温离子液体。其中无机熔盐温度一般在100℃以上,而氯铝酸离子液体是一类液态范围宽、电导率高、电化学窗口宽、蒸汽压极低的室温熔融盐新介质,在电解铝研究和应用方面具有广阔的前景。
中国专利CN1664170A,公开了一种低温生产铝及铝合金的方法,就是以AlCl3型离子液体作为低温电解液。不过他们是以氧化铝或含铝硅酸盐的矿物为原料氯化得到无水氯化铝再进一步处理得到AlCl3型离子液体。中国专利CN101265588A,也公开了一种低温电解生成铝的方法,他们是采用硫酸氢根(HSO4 -)型阴离子的离子液体溶解氧化铝,作为低温电解质,以氧化铝为原料直接直流电解。李庆峰等在低温NaCl-AlCl3体系中得到树枝状或多空状铝层。王吉会等在低温NaCl-KCl-AlCl3体系中得到针状镀层。但是他们只是在电极上得到了得到较薄的铝沉积层或是树枝状的铝枝晶。
发明内容
本发明的目的针对目前工业电解及精炼铝过程中的高能耗,高成本,高环境污染等问题,提供一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭方法。文献报道的低温电解铝,要么沉层薄,要么长出枝晶;我们采用了单晶面电极,使电解得到的铝沉积层厚而且没有枝晶生成。本发明具有电解温度低,无污染等优点,具有良好的工业应用前景。
本发明所述的一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法,以AlCl3型离子液体或无机熔盐作为电解液,以金属单晶面电极为阴极。
本发明所述的一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法,其特征主要有以下几点:
1)水含量小于5ppm,氧含量小于5ppm条件下,AlCl3型离子液体作为电解液,惰性电极作为阳极,在金属单晶面阴极上沉积铝得到铝锭;
2)水含量小于5ppm,氧含量小于5ppm条件下,AlCl3型离子液体作为电解液,粗铝电极作为阳极,在金属单晶面阴极上沉积铝得到铝锭;
3)在惰性气体氛围中,低温无机熔盐作为电解液,粗铝电极作为阳极,在金属单晶面阴极上沉积铝得到铝锭;
4)在惰性气体氛围中,低温无机熔盐作为电解液,惰性电极作为阳极,在金属单晶面阴极上沉积铝得到铝锭。
上述一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法中,电解液为AlCl3型离子液体。AlCl3型离子液体主要包括以下几种:[Bmim]Cl-AlCl3(1-丁基-3-甲基咪唑氯铝酸盐),[Emim]Cl-AlCl3(1-乙基-3-甲基咪唑氯铝酸盐),[Bdmim]Cl-AlCl3(1-丁基-2,3-二甲基咪唑氯铝酸盐),TMBAC-AlCl3(苄基三甲基铵氯铝酸盐),TEBAC-AlCl3(苄基三甲基铵氯铝酸盐),BPC-AlCl3(丁基吡啶氯铝酸盐),[Py(1,4)]Tf2N-AlCl3(1,4-吡啶双三氟甲磺酰亚胺氯铝酸盐),[Emim]Tf2N-AlCl3(1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺氯铝酸盐),[Bmim]Br-AlCl3(溴化1-丁基-3-甲基咪唑氯铝酸盐),[Bmim]BF4-AlCl3(1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸氯铝酸盐)。所配制的AlCl3型离子液体中无水AlCl3所占的摩尔比例为1∶1~3∶1。
上述一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法中,AlCl3型离子液体的制备方法为:将离子液体([Bmim]Cl,[Emim]Cl等)在真空干燥箱里充分干燥,然后放入到真空手套箱中。与无水AlCl3按照摩尔比为1∶1.5的比例混合,继续搅拌,直到溶液均一透明。合成过程中由于局部温度过高含有水分等原因生成少许有色杂质,需要预电解纯化。预电解就是使用两片处理好的高纯铝片作为阴阳极,加1.0V直流电电解24小时,电解温度维持在60℃左右。电解液是否纯化成功是通过循环伏安法测试的,采用两个6mm*6mm的铂丝为工作电极和对电极,高纯铝丝做参比电极,除了铝的氧化还原峰而没有其它杂峰。
上述一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法中,阴极为金属单晶面电极。其特点在于,金属单晶面阴极包括Al(100)、Al(111)、Al(110)等晶面;Au(100)、Au(111)等晶面;Pt(100)、Pt(110)、Pt(111)等晶面;Cu(100)、Cu(110)、Cu(111)等晶面;Ni(100)、Ni(110)、Ni(111)等晶面;W(100)、W(110)等晶面;此外还包括Mg,Ti等金属单晶面电极。
上述一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法中,惰性阳极包括石墨电极,金属复合电极,悬汞电极,惰性金属电极(Au、Pt等)等。
上述一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法中,以AlCl3型离子液体做为电解液时,AlCl3型离子液体中无水AlCl3所占的摩尔比例为1∶1~3∶1,优选1.2∶1~2.0∶1;反应温度可在20~110℃范围内进行,优选25~80℃;电流密度为0.5~50mA/cm2,优选1~20mA/cm2;电解时间为0.2~24h,优选2~12h;搅拌速度为10~2000r/min,优选40~1000r/min,阴极电流效率在95%以上。反应可以在真空手套箱或者其它可实现无水无氧的电解装置中进行。
上述一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法中,低温无机熔盐体系主要是NaCl-AlCl3和NaCl-KCl-AlCl3等。
上述一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法中,在二元体系NaCl-AlCl3中AlCl3质量分数为40%~80%,在三元体系NaCl-KCl-AlCl3中AlCl3质量分数为40%~90%。
上述一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法中,以低温无机熔盐做为电解液时,反应温度可在90~300℃范围内进行,优选100~250℃;电流密度为0.015~40mA/cm2,优选0.15~30mA/cm2;电解时间为0.1~12h,优选1~6h;阴极电流效率在80%以上。
本发明所提出的一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法,具有以下的优点:
1)实现了低温条件下电解生成铝锭,并且离子液体可以重复利用,对环境无污染等。
2)克服了其他电极表面沉积层薄,容易形成枝晶的缺点。
具体实施方式:
实施例1
在[Bmim]Cl-AlCl3电解液中,直流电解,以粗铝电极为阳极,Al(110)电极为阴极,银丝为参比电极,电解温度维持在60℃左右,极距1cm,电流密度为1mA/cm2,电解时间为12h,阴极电流效率在95%以上,阴极得到致密较厚的铝沉积层。
实施例2
在[Emim]Cl-AlCl3电解液中,直流电解,以粗铝电极为阳极,Al(110)电极为阴极,银丝为参比电极,电解温度维持在60℃左右,极距1cm,电流密度为1mA/cm2电解时间为12h,阴极电流效率在95%以上,阴极得到致密较厚的铝沉积层。
实施例3
在[Py(1,4)]Tf2N-AlCl3电解液中,直流电解,以粗铝电极为阳极,Al(110)电极为阴极,银丝为参比电极,电解温度维持在60℃左右,极距1cm,电流密度为1mA/cm2电解时间为12h,阴极电流效率在95%以上,阴极得到致密较厚的铝沉积层。
实施例4
在[Bmim]Cl-AlCl3电解液中,直流电解,以石墨为阳极,Al(110)电极为阴极,银丝为参比电极,电解温度维持在60℃左右,极距1cm,电流密度为1mA/cm2电解时间为12h,阴极电流效率在95%以上,阴极得到致密较厚的铝沉积层。
实施例5
在[Emim]Cl-AlCl3电解液中,直流电解,以石墨为阳极,Al(110)电极为阴极,银丝为参比电极,电解温度维持在60℃左右,极距1cm,电流密度为1mA/cm2电解时间为12h,阴极电流效率在95%以上,阴极得到致密较厚的铝沉积层。
实施例6
在[Py(1,4)]Tf2N-AlCl3电解液中,直流电解,以石墨为阳极,Al(110)电极为阴极,银丝为参比电极,电解温度维持在60℃左右,极距1cm,电流密度为1mA/cm2电解时间为12h,阴极电流效率在95%以上,阴极得到致密较厚的铝沉积层。
最后要说明的是,以上所给出的实施例仅用来说明本发明的技术方案而非具体限制,参照本发明的实施例对本发明技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (8)
1.一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法,其特征为
1)水含量小于5ppm,氧含量小于5ppm条件下,AlCl3型离子液体作为电解液,惰性电极作为阳极,在金属单晶面阴极上得到铝锭;
或2)水含量小于5ppm,氧含量小于5ppm条件下,AlCl3型离子液体作为电解液,粗铝电极作为阳极,在金属单晶面阴极上得到铝锭;
或3)在惰性气体氛围中,低温无机熔盐作为电解液,粗铝电极作为阳极,在金属单晶面阴极上得到铝锭
或4)在惰性气体氛围中,低温无机熔盐作为电解液,惰性电极作为阳极,在金属单晶面阴极上得到铝锭。
2.根据权利要求1所述的方法,金属单晶面阴极包括Al(100)、Al(111)、Al(110)、Au(100)、Au(111)、Pt(100)、Pt(110)、Pt(111)、Cu(100)、Cu(110)、Cu(111)、Ni(100)、Ni(110)、Ni(111)、W(100)、W(110)和Mg,Ti等金属单晶面电极。
3.根据权利要求1所述的方法,AlCl3型离子液体主要包括以下几种:
[Bmim]Cl-AlCl3(1-丁基-3-甲基咪唑氯铝酸盐),[Emim]Cl-AlCl3(1-乙基-3-甲基咪唑氯铝酸盐),[Bdmim]Cl-AlCl3(1-丁基-2,3-二甲基咪唑氯铝酸盐),TMBAC-AlCl3(苄基三甲基铵氯铝酸盐),TEBAC-AlCl3(苄基三甲基铵氯铝酸盐),BPC-AlCl3(丁基吡啶氯铝酸盐),[Py(1,4)]Tf2N-AlCl3(1,4-吡啶双三氟甲磺酰亚胺氯铝酸盐),[Emim]Tf2N-AlCl3(1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺氯铝酸盐),[Bmim]Br-AlCl3(溴化1-丁基-3-甲基咪唑氯铝酸盐),[Bmim]BF4-AlCl3(1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸氯铝酸盐)。
4.根据权利要求1或权利要求3所述的方法,AlCl3型离子液体中无水AlCl3所占的摩尔比例为1.0~3.0。
5.根据权利要求1中1),或2)所述的方法,其特征在于采用直流电解的方式,AlCl3型离子液体中无水AlCl3所占的摩尔比例为1∶1~3∶1;反应温度在20~110℃范围内进行;电流密度为0.5~50mA/cm2;电解时间为0.2~24h;搅拌速度为10~2000r/min;阴极电流效率在95%以上。
6.根据权利要求1所述的方法,低温无机熔盐是NaCl-AlCl3或NaCl-KCl-AlCl3体系,在二元体系NaCl-AlCl3中AlCl3质量分数为40%~80%,在三元体系NaCl-KCl-AlCl3中AlCl3质量分数为40%~90%。
7.根据权利要求1中3)或4)所述的方法,其特征在于采用的直流电解的方式,反应温度在90~300℃范围内进行;电流密度为0.015~40mA/cm2;电解时间为0.1~12h;阴极电流效率在80%以上。
8.根据权利要求1所述的方法,惰性阳极包括石墨电极,金属复合电极,悬汞电极,惰性金属电极等。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2011100691970A CN102154661A (zh) | 2011-03-22 | 2011-03-22 | 一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2011100691970A CN102154661A (zh) | 2011-03-22 | 2011-03-22 | 一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102154661A true CN102154661A (zh) | 2011-08-17 |
Family
ID=44436324
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2011100691970A Pending CN102154661A (zh) | 2011-03-22 | 2011-03-22 | 一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102154661A (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103556197A (zh) * | 2013-10-31 | 2014-02-05 | 陕西师范大学 | 柔性卷曲导电衬底上制备单原子层厚度金属薄膜的方法 |
CN108456897A (zh) * | 2017-02-17 | 2018-08-28 | 中国科学院过程工程研究所 | 用于电解制备含铝合金的铝源、制备方法及使用其制备含铝合金的方法 |
CN108493502A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-09-04 | 深圳市得朗高科技有限公司 | 一种双炭及双MXene极离子高性能电池 |
CN108796615A (zh) * | 2017-05-02 | 2018-11-13 | 上海奇谋能源技术开发有限公司 | 一种提高金属纯度的方法 |
CN108796601A (zh) * | 2017-05-02 | 2018-11-13 | 上海奇谋能源技术开发有限公司 | 一种生产单晶金属的方法 |
CN110863217A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-03-06 | 安阳工学院 | 一种新型离子液体电解质及利用其低温电解精炼原铝的方法 |
CN111074300A (zh) * | 2020-03-05 | 2020-04-28 | 吴君石 | 一种离子液体电解质体系低温恒流多级电解制取铝的方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1664170A (zh) * | 2004-12-24 | 2005-09-07 | 北京科技大学 | 一种低温电解生产铝及铝合金的方法 |
CN101265588A (zh) * | 2007-03-12 | 2008-09-17 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种采用离子液体低温电解氧化铝生产铝的方法 |
CN101509138A (zh) * | 2009-02-23 | 2009-08-19 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种冰晶石离子液体的合成方法 |
CN101760758A (zh) * | 2010-02-05 | 2010-06-30 | 北京化工大学 | 一种超重力离子液体电解铝方法 |
-
2011
- 2011-03-22 CN CN2011100691970A patent/CN102154661A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1664170A (zh) * | 2004-12-24 | 2005-09-07 | 北京科技大学 | 一种低温电解生产铝及铝合金的方法 |
CN101265588A (zh) * | 2007-03-12 | 2008-09-17 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种采用离子液体低温电解氧化铝生产铝的方法 |
CN101509138A (zh) * | 2009-02-23 | 2009-08-19 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种冰晶石离子液体的合成方法 |
CN101760758A (zh) * | 2010-02-05 | 2010-06-30 | 北京化工大学 | 一种超重力离子液体电解铝方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
D.BORISSOV ET.AL: "Comparative Investigation of Underpotential Deposition of Ag from Aqueous and Ionic Electrolytes: An electrochemical and In Situ STM Study", 《J.PHYS.CHEM.B》 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103556197A (zh) * | 2013-10-31 | 2014-02-05 | 陕西师范大学 | 柔性卷曲导电衬底上制备单原子层厚度金属薄膜的方法 |
CN103556197B (zh) * | 2013-10-31 | 2016-04-06 | 陕西师范大学 | 柔性卷曲导电衬底上制备单原子层厚度金属薄膜的方法 |
CN108456897A (zh) * | 2017-02-17 | 2018-08-28 | 中国科学院过程工程研究所 | 用于电解制备含铝合金的铝源、制备方法及使用其制备含铝合金的方法 |
CN108796615A (zh) * | 2017-05-02 | 2018-11-13 | 上海奇谋能源技术开发有限公司 | 一种提高金属纯度的方法 |
CN108796601A (zh) * | 2017-05-02 | 2018-11-13 | 上海奇谋能源技术开发有限公司 | 一种生产单晶金属的方法 |
CN108493502A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-09-04 | 深圳市得朗高科技有限公司 | 一种双炭及双MXene极离子高性能电池 |
CN110863217A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-03-06 | 安阳工学院 | 一种新型离子液体电解质及利用其低温电解精炼原铝的方法 |
CN111074300A (zh) * | 2020-03-05 | 2020-04-28 | 吴君石 | 一种离子液体电解质体系低温恒流多级电解制取铝的方法 |
CN111074300B (zh) * | 2020-03-05 | 2021-09-24 | 广州市香港科大***研究院 | 一种离子液体电解质体系低温恒流多级电解制取铝的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102154661A (zh) | 一种通过金属单晶面电极低温电解制备铝锭的方法 | |
CN103422123B (zh) | 一种离子液体电沉积镁镍合金的方法 | |
CN103540961B (zh) | 一种电解轻稀土金属或合金的电解槽及方法 | |
CN103173780B (zh) | 一种半连续熔盐电解制备太阳级多晶硅材料的方法及装置 | |
KR101374754B1 (ko) | 비수계 전해액에서 전해법을 이용한 금속 리튬의 제련 방법 | |
CN102517608A (zh) | 一种利用离子液体低温电沉积锌及锌合金的方法 | |
CN105112963B (zh) | 一种利用熔盐电沉积法制备金属铝及其合金的方法 | |
CN101280437A (zh) | 镁-镧镨铈中间合金的制备方法 | |
CN1664170A (zh) | 一种低温电解生产铝及铝合金的方法 | |
CN108441886A (zh) | 一种利用离子液体电解金属氧化物制备金属的方法 | |
CN102634817A (zh) | 一种以玻碳为惰性阳极的离子液体低温电解铝方法 | |
CN101713082B (zh) | 一种低温铝电解工艺及电解液 | |
CN101265588B (zh) | 一种采用离子液体低温电解氧化铝生产铝的方法 | |
CN103031567B (zh) | 一种电解制取金属钠的方法 | |
CN109136990B (zh) | 一种以氯化镧为原料低温电沉积制备金属镧的方法 | |
CN102745704A (zh) | 一种生产硼化锆并同步产出冰晶石的方法 | |
CN1673418A (zh) | 一种低温电解生产铝的方法及其专用的铝电解槽 | |
RU132804U1 (ru) | Агрегат для электролиза хлористого магния | |
CN102995065B (zh) | 采用离子液体作为电解质室温下电脱氧制备金属钛的方法 | |
Jing et al. | Purification of metallurgical grade silicon by electrorefining in molten salts | |
CN103540974B (zh) | 一种双氰胺离子液体低温电沉积制备金属镧的方法 | |
CN103422122A (zh) | 一种二氧化钛直接制备金属钛的方法 | |
CN105671598A (zh) | 一种低温电解直接制备铝箔的方法 | |
CN110306052A (zh) | 一种金属锂单质及其制备方法与应用 | |
CN113073357B (zh) | 一种基于固态电解质隔膜材料的电解装置及利用该电解装置制钠的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110817 |