CN1724715A - 以铁及其合金为阳极在电解槽中制备铝－铁基合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有色金属冶金熔盐电解领域，主要研制一种以铁及其合金为阳极在电解槽中制备铝－铁基合金及其制备方法，其特征在于：该方法主要采用以阳极材料为单一的纯铁或铸铁、碳钢、合金钢等铁基合金组成；将单一的纯铁或铁基合金为阳极，电解质主要为95～97wt％的冰晶石，3～5wt％的Al2O3，电解质中还有0～1wt％的铁基氧化物，制备产品为铝－铁基合金。本发明的目的在于解决以炭阳极参加电解反应而导致有害气体污染环境、消耗大量能源及降低生产成本等方面存在的问题。
Description
一、技术领域：本发明涉及有色金属冶金熔盐电解领域，主要研制一种以铁及其合金为阳极在电解槽中制备铝-铁基合金及其制备方法，其主要特点阳极产物是氧气。
二、背景技术：目前，制备铝-铁基合金一般采用两种方法，即焦碳热还原法和金属铝和铁对掺法，这两种方法排放出大量的CO2，造成大量的能源浪费。
据统计，平均每吨钢需要0.8kg铝做脱氧剂，则目前全世界每年产钢约8-10亿吨，因此钢铁工业上的年耗铝量至少达65万吨。目前金属铝电解工业采用的霍尔-埃鲁法，阳极都是碳素阳极(也叫石墨阳极)，在电解时，阳极碳被氧化而消耗，浪费大量的优质焦炭、石油焦；而且排放大量的温室气体和有毒气体，如CF4、CF6、PAH多环芳香烃(阳极生产过程产生)、易挥发有机物VOC、HF、SOx、COS和NOx；阳极更换频繁，且更换阳极的劳动强度大。
三、发明内容：
1、发明目的：本发明提供一种以铁及其合金为阳极在电解槽中制备铝-铁基合金的方法，其目的在于解决以炭阳极参加电解反应而导致有害气体污染环境、消耗大量能源及降低生产成本等方面存在的问题。
2、技术方案：本发明是通过以下技术方案来加以实现的：
一种以铁及其合金为阳极在电解槽中制备铝-铁基合金的制备方法，其特征在于：该方法主要采用以阳极材料为单一的纯铁或铸铁、碳钢、合金钢等铁基合金组成；将单一的纯铁或铁基合金为阳极，电解质主要为95～97wt％的冰晶石，3～5wt％的Al2O3，制备产品为铝-铁基合金。
电解质中还有0～1wt％的铁基氧化物。
按铝铁合金中的所需含铁量不同，在电解槽中预先加入不同含量的工业纯铝，以便于金属铁溶入铝液，且防止金属铁或铝铁金属间化合物在电解槽底部形成结壳。
电解质中的铁基氧化物主要包括有氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁、赤铁矿、磁铁矿、铝铁矿、赤泥及锰铁矿中的一种或多种。
3、优点及效果：本发明制备铝-铁合金采用惰性阳极，全球每年将会减少温室气体CO2排放100万吨(1.65kg CO2/kg Al)，大量减少CO、PAH(多环芳香烃)等有害气体以及致癌物质CF4和C2F6的排放，释放出大量的O2；全球每年将节约炭耗25-30万吨(按阳极碳耗400～500kg/tAl计)；部分电解铝工业将由污染型转变成绿色环保型，还可以产生经济效益，如降低生产成本，还可节约劳动力的消耗，提高劳动效率。
四、附图说明：附图1为发明电解装置原理示意图。
五、具体实施方式：本发明是用以下技术文案实现的：
如图所示，1是金属坩埚，兼做阴极导杆；2是金属杆，兼做阳极极导杆，下部的黑块为铁基阳极；3是加热炉；4是石墨坩埚；5是电解液；6是绝缘内衬；7是铝铁合金液。
金属杆2的下面黑块为铁基阳极，主要是以纯铁或铸铁、碳钢及合金钢等铁基合金组成，本方法中采用铸铁阳极。石墨坩埚4作用是盛装电解液5兼作石墨阴极，电解液5中的电解质组成为97wt％冰晶石加入3wt％Al2O3，然后外加入1wt％Fe2O3，其中wt％为质量百分比。每隔20分钟向电解液中加入一定量的Al2O3和Fe2O3，以补充电解槽内的Al2O3和Fe2O3的消耗。在电解槽中预先加入适量的工业纯铝，目的是吸收电解及热还原生成的金属铁兼作阴极，同时防止电解槽底部结壳。阴极与阳极垂直放置在加有刚玉内衬的坩埚内，刚玉内衬6起绝缘作用，从而增加电流密度，有利于铝合金液的聚集。开始时先向电解槽中加入工业纯铝30克，加入后形成铝液吸收金属Fe，电解后形成铝铁合金液7，也就是最终所需的Al-Fe合金。阳极电流密度为0.7～1.0A/cm2，极间距为40-45mm，电解温度为960℃，电解时间为1～2小时。
电解槽中的反应可概述为：
电解过程中，阳极周围产生大量的氧气(O2)。
测试结果表明：电解过程平稳，阳极的腐蚀速率较低，每小时0.4mm，合金中Fe含量可达10～16wt％，具用较好的工业应用前景。
为降低原材料的成本，在电解质中还添加氧化亚铁、四氧化三铁、赤铁矿、磁铁矿、铝铁矿、赤泥及锰铁矿的方案，单独加入一种即可，有时为了不同目的可以几种联合使用，其效果与三氧化二铁相类似。
Claims (4)
1、一种以铁及其合金为阳极在电解槽中制备铝—铁基合金的制备方法，其特征在于：该方法主要采用以阳极材料为单一的纯铁或铸铁、碳钢、合金钢等铁基合金组成；将单一的纯铁或铁基合金为阳极，电解质主要为95～97wt％的冰晶石，3～5wt％的Al2O3，制备产品为铝—铁基合金。
2、根据权利要求1所述的一种以铁及其合金为阳极在电解槽中制备铝—铁基合金的制备方法，其特征在于：电解质中还有0～1wt％的铁基氧化物。
3、根据权利要求1所述的一种以铁及其合金为阳极在电解槽中制备铝—铁基合金的制备方法，其特征在于：按铝铁合金中的所需含铁量不同，在电解槽中预先加入不同含量的工业纯铝，以便于金属铁溶入铝液，且防止金属铁或铝铁金属间化合物在电解槽底部形成结壳。
4、根据权利要求2所述的一种以铁及其合金为阳极在电解槽中制备铝—铁基合金的制备方法，其特征在于：电解质中的铁基氧化物主要包括有氧化铁、氧化亚铁、四氧化三铁、赤铁矿、磁铁矿、铝铁矿、赤泥及锰铁矿中的一种或多种。
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