RU2266986C1 - Электролит для получения алюминия - Google Patents
Электролит для получения алюминия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2266986C1 RU2266986C1 RU2004118132/02A RU2004118132A RU2266986C1 RU 2266986 C1 RU2266986 C1 RU 2266986C1 RU 2004118132/02 A RU2004118132/02 A RU 2004118132/02A RU 2004118132 A RU2004118132 A RU 2004118132A RU 2266986 C1 RU2266986 C1 RU 2266986C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrolyte
- lithium
- aluminum
- cryolite
- fluoride
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электролитическому получению алюминия, в частности к электролиту для получения алюминия. Электролит для получения алюминия содержит фторид кальция, литийсодержащий компонент и оксид алюминия, при этом в качестве литийсодержащего компонента он содержит литиевый криолит и дополнительно фторид калия при следующем соотношении компонентов, мас.%: фторид калия 2-10; фторид кальция CaF2 3-5; оксид алюминия Al2О3 2-3,5; литиевый криолит - остальное. Изобретение обеспечивает снижение себестоимости алюминия, повышение технико-экономических показателей работы электролизеров и увеличение срока службы электролизеров. 2 табл.
Description
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия с использованием электролита на основе литиевого криолита.
В настоящее время алюминий получают электролизом глинозема (Al2O3), растворенного в расплаве фторидов, основным компонентом расплава является натриевый криолит (Na3AlF6), к которому для улучшения физико-химических свойств (с точки зрения технологии) добавляют фториды щелочных и щелочноземельных металлов и фторид алюминия. Известно множество составов электролитов, различающихся по содержанию добавок. В электролитах промышленных составов концентрации основных добавок изменяются следующим образом: LiF от 0 до 7 мас.%, CaF2 от 4 до 10 мас.%, AlF3 от 6 до 12 мас.%, MgF2 от 1 до 3 мас.%.
Известен электролит для получения алюминия (Авторское свидетельство СССР 979528, С 25 С 3/18, 1982), содержащий в качестве добавок к натриевому криолиту, мас.%: фторид кальция 6-10; фторид магния 0,5-1,5; фторид калия 0,5-1,5.
Известен процесс электролиза, в котором используется электролит, состоящий из смеси натриевого криолита, литиевого криолита и калиевого криолита, мас.%: литиевый криолит 17,5; калиевый криолит 5; натриевый криолит остальное (Индийский патент 68751, С 7 В, 1956).
Использование электролита, содержащего, мас.%: литиевый криолит 15, калиевый криолит 5, натриевый криолит 80, по сравнению с электролизером-свидетелем позволило снизить рабочее напряжение на 0,3 В, повысить выход металла по току на 4,5%, снизить удельный расход электроэнергии на 12%, при этом температура электролита снижается с 960°С до 930°С.
Известно использование в технологии электролитического производства алюминия электролита, включающего добавку фтористого лития в количестве 2-20 мас.%, предпочтительно 3-8%. В качестве исходных литийсодержащих материалов могут быть также использованы литиевый криолит, карбонат лития, гидроокись лития и другие соединения лития (Пат. США 3034972, 204-67).
Добавка 4,93 мас.% фтористого лития в электролит обусловила повышение силы тока на 11%, выхода по току на 0,8%, производительности электролизера на 12% при одновременном снижении удельного расхода электроэнергии с 18,0 до 17,5 кВт·ч, а удельного расхода анода - с 0,473 до 0,45 кг. Температура электролита снизилась с 974 до 961°С.
Перечисленные выше электролиты обладают недостатками. Несмотря на то, что различные концентрации добавок обусловливают различные физико-химические свойства, при изменении концентраций в указанных пределах при любой комбинации добавок важное для технологии свойство электролита, такое как удельная электропроводность меняется незначительно, а температура плавления весьма высока.
Известен следующий состав электролита (Патент США №5114545, МПК С 25 С 3/18, 05.19.1992), свойства которого при температуре 960°С изменяются в пределах (таблица I):
Таблица 1 | |||||
Компонент | Содержание, мас.% | Температура плавления, °С | Удельная электропроводность, См/см | Плотность, г/см3 | Растворимость глинозема, мас.% |
LiF | 0,5-1,5 | 950-987 | 2,22-2,45 | 2,08-2,13 | 7,2-8,7 |
MgF2 | 0-2 | ||||
CaF2 | 3-5 | ||||
AlF3 | 8-12 | ||||
остальное - натриевый криолит и 1-6 мас.% глинозема от общего количества. |
По назначению и наличию сходных существенных признаков данное решение принято в качестве прототипа.
Как видно из таблицы 1, температуры плавления электролитов достаточно велики, удельные электропроводности малы даже при относительно высокой температуре.
Недостатком электролита, выбранного в качестве прототипа, являются его относительно высокая температура плавления и низкая удельная электропроводность. При больших силе и плотности тока выделяется такое количество Джоулева тепла, что невозможно поддерживать приемлемую температуру электролиза и энергетический баланс электролизера при малых удельных расходах электроэнергии в условиях сохранения МГД устойчивости в зоне расплавов.
Поэтому при создании электролизеров нового поколения на большие силы и плотности тока приведенные составы электролитов использовать нельзя. С целью поддержания энергетического баланса при приемлемых условиях необходим такой состав электролита, который бы имел относительно низкую температуру плавления для ведения процесса электролиза при температуре меньше, чем 900°С, большую удельную электропроводность, более 3 См/см и достаточную растворимость глинозема, не менее 4 мас.%.
Задачей предлагаемого решения является снижение себестоимости получения алюминия, повышение технико-экономических показателей работы электролизеров и увеличение срока службы электролизеров.
Технический результат заключается в разработке состава электролита, имеющего низкую температуру плавления, большую удельную электропроводность и малую летучесть и обладающего способностью к повышенной растворимости глинозема.
Поставленная задача решается тем, что электролит для получения алюминия, содержащий фторид кальция, литийсодержащий компонент и оксид алюминия, согласно предлагаемому изобретению, содержит в качестве литийсодержащего компонента - литиевый криолит и дополнительно фторид калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фторид калия | 2-10 |
Фторид кальция | 3-5 |
Оксид алюминия | 2-3,5 |
Литиевый криолит | остальное |
Техническая сущность предлагаемого решения состоит в следующем.
Применение электролита с малой температурой плавления, большой удельной электропроводностью, больше 3 См/см и малой летучестью, основным компонентом которого является литиевый криолит и добавлены фториды калия и кальция, позволяет проводить процесс электролиза при относительно низкой температуре с большими силой и плотностью тока с сохранением энергетического баланса электролизера при малых удельных расходах электроэнергии и высокой МГД устойчивости в зоне расплавов. При уменьшении температуры процесса
- снижается скорость взаимодействия футеровки ванны с компонентами электролита, что приведет к увеличению срока службы электролизера;
- снижается давление насыщенного пара электролита и скорость его испарения, что позволит снизить расход фторидов;
- снижается растворимость и скорость растворения алюминия в электролите, что приведет к повышению выхода по току.
При увеличении электропроводности электролита по сравнению с прототипом уменьшится падение напряжения в электролите, а значит снизится напряжение на ванне и, в целом, удельный расход электроэнергии.
Литиевый криолит в заявляемом составе электролита является основным компонентом. Такой электролит имеет низкую температуру плавления (700-800°С), его удельная электропроводность в 1,5 раза больше удельной электропроводности прототипа при одинаковых температурах. Добавление фторида калия в указанных пределах повышает растворимость глинозема. Добавление фторида кальция увеличивает выход по току.
Содержание фторида калия менее 2 мас.% не приведет к необходимому увеличению растворимости глинозема. Содержание фторида калия более 10 мас.% приведет к деформации и разрушению подовых блоков вследствие внедрения в них калия.
Содержание фторида кальция до 3 мас.% является фоном, не оказывает существенного влияния на процесс. При содержании фторида кальция более 5% возрастает плотность электролита и снижается МГД устойчивость электролизера.
При концентрации оксида алюминия менее 2 мас.% возрастает опасность возникновения анодного эффекта. При концентрации оксида алюминия более 3,5 мас.% электролит приближается к состоянию насыщения по оксиду алюминия, в результате скорость его растворения с точки зрения технологии становится недопустимо малой.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критериям «новизна» и «существенные отличия».
Возможность осуществления изобретения подтверждается следующими примерами.
Пример.
В лабораторных условиях проведен электролиз заявляемого состава электролита, мас.%: Li3AlF6 88, KF 5, CaF2 4, Al2О3 3 и электролита, выбранного как прототип, мас.%: AlF3 11,5, CaF2 4, LiF 0,5, Al2О3 5, остальное Na3AlF6, при плотности тока 0,91 А/см2 (сила тока 10 А) в течение 4 час. Электролитическая ячейка в обоих случаях представляла собой стальной стакан с помещенным в него графитовым тиглем, стенки которого изолированы корундом. Металл выделялся на расплавленном алюминии, находящемся на стальной подложке. Анод из углеродистого материала помещался сверху. Межполюсное расстояние (МПР) между анодом и катодом составляло 4,5 см.
В заявляемом составе электролита напряжение на ячейке при температуре электролиза 800°С составило 2,89 В, а привес металла - 89,0%. При уменьшении МПР на 1 см напряжение изменялось на 0,25-0,27 В.
Оценка свойств заявляемого электролита при температуре 800°С приведена в таблице 2.
Таблица 2 | |||||
Компонент | Содержание, мас.% | Температура плавления, °С | Удельная электропроводность, См/см | Плотность, г/см3 | Растворимость глинозема, мас.% |
Li3AlF6 | 86,5-93 | 728-754 | 3,2-3,3 | 2,11-2,14 | 4-5 |
KF | 2-5 | ||||
CaF2 | 3-5 | ||||
Al2O3 | 2-3,5 |
В электролите, выбранном в качестве прототипа, при температуре 955°С напряжение в ходе электролиза изменялось от 3,71 В до 4,09 В. Привес металла составил 83,7%. При уменьшении МПР на 1 см напряжение изменялось в среднем на 0,4 В.
Величина изменений напряжения на ячейке при уменьшении МПР свидетельствует, что удельное электрическое сопротивление у заявляемого состава электролита в среднем в ~1,5 раза меньше, чем у прототипа.
Claims (1)
- Электролит для получения алюминия, содержащий фторид кальция, литийсодержащий компонент и оксид алюминия, отличающийся тем, что в качестве литийсодержащего компонента он содержит литиевый криолит и дополнительно фторид калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фторид калия 2-10 Фторид кальция CaF2 3-5 Оксид алюминия Al2O3 2-3,5 Литиевый криолит Остальное
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004118132/02A RU2266986C1 (ru) | 2004-06-15 | 2004-06-15 | Электролит для получения алюминия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004118132/02A RU2266986C1 (ru) | 2004-06-15 | 2004-06-15 | Электролит для получения алюминия |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2266986C1 true RU2266986C1 (ru) | 2005-12-27 |
Family
ID=35870402
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004118132/02A RU2266986C1 (ru) | 2004-06-15 | 2004-06-15 | Электролит для получения алюминия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2266986C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114737226A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-07-12 | 山东宏拓实业有限公司 | 一种电解铝锂盐电解质体系配方 |
-
2004
- 2004-06-15 RU RU2004118132/02A patent/RU2266986C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114737226A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-07-12 | 山东宏拓实业有限公司 | 一种电解铝锂盐电解质体系配方 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5024737A (en) | Process for producing a reactive metal-magnesium alloy | |
US5378325A (en) | Process for low temperature electrolysis of metals in a chloride salt bath | |
US7744814B2 (en) | Method for producing a magnesium-lanthanum praseodymium cerium intermediate alloy | |
KR20150022993A (ko) | 알루미늄 전해를 위해 사용된 전해조 및 상기 전해조를 이용하는 전해방법 | |
RU2567429C1 (ru) | Электролит для получения алюминия электролизом расплавов | |
CN102433572A (zh) | 熔盐电解法制备镁钆合金的生产工艺 | |
RU2274680C2 (ru) | Способ получения металлов электролизом расплавленных солей | |
US3226311A (en) | Process of producing calcium by electrolysis | |
US20240141529A1 (en) | Method for producing metal aluminum by molten salt electrolysis of aluminum oxide | |
RU2266986C1 (ru) | Электролит для получения алюминия | |
RU2276701C1 (ru) | Электролит для получения алюминия (варианты) | |
RU2288977C1 (ru) | Электролит для получения алюминия | |
RU2415973C2 (ru) | Способ получения алюминия электролизом расплава | |
US4135994A (en) | Process for electrolytically producing aluminum | |
KR101801453B1 (ko) | 알루미늄 전해에 사용되는 전해질 및 상기 전해질을 사용하는 전해 공정 | |
Chen et al. | Penetration behavior of electrolyte into graphite cathode in NaF− KF− LiF− AlF3 system with low cryolite ratios | |
CN105803490A (zh) | 一种用于铝电解的电解质组合物 | |
US5114545A (en) | Electrolyte chemistry for improved performance in modern industrial alumina reduction cells | |
US4464234A (en) | Production of aluminum metal by electrolysis of aluminum sulfide | |
CN103132108B (zh) | 熔盐体系中电解制备耐热镁铝钕合金的方法 | |
CA1114769A (en) | Process for electrolytically producing aluminum | |
SU918336A1 (ru) | Электролит дл получени алюминиево-кремниевых сплавов | |
US2665244A (en) | Refining aluminum electrolytically | |
Beck | Electrolytic production of aluminum | |
US4582584A (en) | Metal electrolysis using a semiconductive metal oxide composite anode |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090616 |