工業(yè)用冰晶石制鋁目錄
工業(yè)用冰晶石制鋁的工藝主要是冰晶石氧化鋁熔鹽電解方法。這種方法是現代鋁產(chǎn)業(yè)中最常用的方法,其核心是使用冰晶石作為溶媒,氧化鋁作為溶質(zhì),在電解槽中進(jìn)行電化學(xué)反應。
具體如下。
1.原料準備:將氟鋁酸鈉' target='_blank'>六氟鋁酸鈉(Na3AlF6)作為冰晶石,與氧化鋁(Al2O3)混合。
冰晶石的熔點(diǎn)是攝氏1009度,微溶于水。
熔化過(guò)程:在電解槽中,將冰晶石和氧化鋁加熱至950℃至970℃左右,形成液態(tài)冰晶石氧化鋁熔體[[19]][[22]]。
3.電解過(guò)程:向電解槽通直流電,碳體為陽(yáng)極,鋁液為陰極。
在電場(chǎng)的作用下,氧化鋁中的鋁離子被還原為鋁金屬,而冰晶石保持穩定,可以被循環(huán)利用[[18]][[19]]。
4.純度控制:冰晶石可降低氧化鋁的熔點(diǎn),以較低溫度熔化,減少能源消耗并提高鋁的純度[][9]]。
5.產(chǎn)品收集:純度高的鋁金屬通過(guò)電解過(guò)程沉積在陰極上,經(jīng)過(guò)冷卻和提煉得到高純度的鋁[[25]]。
[[4]][[6]][[7]]的年消費量約為70萬(wàn)噸。它不僅用作助焊劑,還用作乳白色玻璃和漆皮的遮光劑[][][8]]。
冰晶石氧化鋁熔鹽電解方法是目前世界上最主要的制鋁工業(yè)方法,具有工藝流程簡(jiǎn)單,適于大量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)[[29]]。
冰晶石在鋁的電解中發(fā)揮了重要的作用。作為助熔劑的冰晶石,顯著(zhù)降低氧化鋁的熔點(diǎn)。氧化鋁的熔點(diǎn)約為2072℃,加入冰晶石后熔點(diǎn)可降至940℃至980℃,從而大大降低電解所需的溫度和能源消耗[][][9]]。導電性也很好,使得電解液中的電流傳遞更有效率,減少壓降,從而節約電力[[5]][[13]]。熔體的流動(dòng)性好,密度比鋁液小10%,有助于鋁液在陰極上沉積,減少鋁的氧化損失,使分離過(guò)程更簡(jiǎn)單[][12][23]]。冰晶石比鋁不含金屬雜質(zhì),因此通過(guò)電解可以得到更純凈的鋁[[7]][[15]][[18]]。即使在熔融狀態(tài)下也不易吸水,揮發(fā)性少,有助于維持電解液的穩定性和延長(cháng)使用壽命[[13]][[23]]。冰晶石在電解鋁的過(guò)程中發(fā)揮了降低熔點(diǎn)、提高導電性、降低氧化損失、獲得高純度鋁、保持電解液穩定性等重要作用。
冰晶石(a3AlF6)和氧化鋁(Al2O3)的反應式主要在電解過(guò)程中生成鋁(Al)和其他生成物。$ 2al_2o_3acl rightarrow 4al 3cl_2 3a_2o$這個(gè)反應式表示在電解過(guò)程中氧化鋁和冰晶石結合,生成鋁、氯、氧化鈉的過(guò)程。該電解法具有耗電量低、產(chǎn)量高、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),可以高效節能,促進(jìn)鋁行業(yè)的可持續發(fā)展。$ 2al_2o_3 rightarrow 4al 3o_2 $但是這通常描述熔化氧化鋁的電解反應[][4]][5]]。完整的反應式應包含氯化鈉的存在,以保證反應的完整性和實(shí)際應用的正確性[]。
工業(yè)上用鋁的方法主要有以下幾種:31。拜耳法:這是目前工業(yè)上最常用的氧化鋁提取方法。
用這種方法,將天然的鋁礦石(赤鐵礦,種姓等)浸堿轉換成氫氧化鋁,通過(guò)電解得到鋁。32.霍爾法:本方法以潔凈氧化鋁為原料,采用電解制鋁。
純度高的氧化鋁熔點(diǎn)高(約2045℃),不易熔化,因此在工業(yè)上可以熔化電解熔化的冰晶石(a3AlF6)[[12]][[18]]。33.燒結法:將鋁土礦和石灰石一起加熱,產(chǎn)生氧化鋁和二氧化碳的方法。
然后對生成的氧化鋁進(jìn)行進(jìn)一步提煉和電解[[11]]。34.混合法:此方法結合了拜耳法和燒結法的優(yōu)點(diǎn),先用拜耳法提取氧化鋁,再用燒結法進(jìn)一步精制[[13]]。
35.酸法:本方法通過(guò)酸浸的方法從鋁土礦中提取氧化鋁,步驟多,損耗多,耗材多,但成本高[[28]]。
36.氯化鋁電解法:此方法是將工業(yè)氧化鋁溶解在氯化鋁中,然后通過(guò)電解得到金屬鋁[[21]]。
每種方法都有優(yōu)缺點(diǎn),需要根據原料種類(lèi)、成本、能源消耗等因素選擇具體的方法?;魻栔品ㄊ悄壳白顝V泛使用的工業(yè)鋁制法[[16]][[18]]。