電解法制鋁

熔鹽電解法制鋰(production of metallic lithi-um by molten salt electrolysis)是指氯化鋰-氯化鉀低共熔混合物經(jīng)熔鹽電解在電解槽陰極上析出金屬鋰的過程。它是20世紀90年代工業(yè)上生產(chǎn)金屬鋰的唯一方法。

常見的鋰電解槽有圓形和矩形兩種結(jié)構(gòu)形式。一般工業(yè)電解槽的槽體都用鋼板焊成，內(nèi)襯耐火磚用石墨作陽極，用低碳鋼作陰極。在陰、陽極之間用隔膜分開。隔膜材料有不銹鋼、鋁剛玉(Alundum)、滑石、耐火材料等。隔膜的作用是阻止反應產(chǎn)物氯氣與金屬鋰混合和再化合，以提高電流效率。

國際上采用的鋰電解槽有戴維斯(Dagussa)型電解槽、美國型電解槽和法國密封式電解槽三種類型。戴維斯型電解槽有1000A小型電解槽和30000A大型電解槽兩種。小型鋰電解槽是用耐火磚襯里的圓柱型槽，石墨制成的陽極由槽底伸入，鋼板制成的陰極由槽頂插入。大型鋰電解棺的槽體由鋼板焊成，用耐火磚襯里，由槽底伸入四個圓柱形石墨陽極，槽側(cè)面引入四個圍繞陽極的鋼筒陰極。美國型鋰電解槽是根據(jù)貢茨的專利改進的。槽體由鋼板焊成。槽的外壁和底部用氣體火焰加熱，以保持電解質(zhì)熔融。由槽頂插入五根垂直安放的石墨陽極，由低碳鈉制成的陰極固定在槽底。法國密封式鋰電解槽的特點是陰極產(chǎn)出的金屬鋰在特殊的收集器中收集，完全避免與空氣或氯氣接觸，可獲得純度99.9%的金屬鋰，直接供化學電池及原子能工業(yè)使用。其槽體為雙層壁，由不銹鋼焊成，圓簡型陰極焊接在槽底，石墨陽極由槽頂插入。陰極頂部裝有固定在槽蓋上的金屬鋰收集器。

中國采用的工業(yè)鋰電解槽有雙層不銹鋼結(jié)構(gòu)，耐火磚襯里結(jié)構(gòu)和石墨襯里、耐火磚保溫層的無隔板結(jié)構(gòu)三種槽型。后兩種鋰電解槽都是非密閉的，陽極產(chǎn)物——氯氣不經(jīng)過回收處理。陰極用不銹鋼制成，陽極用石墨制成，陰極和陽極都從槽的上部插入槽內(nèi)電解質(zhì)中，石墨陽極置于槽中心位置，兩個不銹鋼陰極置于陽極的兩側(cè)。這種上插式電極的銼電解槽，雖然電極的拆卸、檢修、安裝比較方便，但石墨電極在電解質(zhì)界面處易被腐蝕，消耗大，使用期短。

石墨襯里、耐火磚保溫層的無隔板鋰電解槽無槽殼，四周用鋼板加固，在槽膛與陽極板平行的兩側(cè)有向槽底傾斜45°的夾角，有效容積為603L。電解槽陽極由兩塊石墨板合拼而成。通過高鋁水泥制成的陽極蓋板懸掛于槽膛中央，兩側(cè)由隔板和陽極蓋板組成陽極室，低碳鋼或不銹鋼陰極懸掛于隔板兩側(cè)，組成陰極室 。2100433B

一般稱為冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法

最初鋁是用化學法制備，用鉀鈉之類來還原，所以非常昂貴

原因是氧化鋁熔點非常的高，無法用常規(guī)電解還原鉀鈉鹽制備鉀鈉的方法來制備鋁，后來科學家發(fā)現(xiàn)氧化鋁可以在較低的溫度下溶解于熔融的冰晶石，后拉就發(fā)展了電解法制鋁的技術(shù)。

在鋁土礦中制備氧化鋁粉，然后把氧化鋁溶解在熔融的，包含冰晶石以及如氟化鈉等的一些添加劑的溶液中，用碳作為電極通直流電，這樣單質(zhì)鋁就會在陰極被還原出來，碳陽極氧化，產(chǎn)生二氧化碳。

一般稱為冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法最初鋁是用化學法制備，用鉀鈉之類來還原，所以非常昂貴原因是氧化鋁熔點非常的高，無法用常規(guī)電解還原鉀鈉鹽制備鉀鈉的方法來制備鋁，后來科學家發(fā)現(xiàn)氧化鋁可以在較低的溫度下溶解于熔融的冰晶石，后來就發(fā)展了電解法制鋁的技術(shù)。在鋁土礦中制備氧化鋁粉，然后把氧化鋁溶解在熔融的，包含冰晶石以及如氟化鈉等的一些添加劑的溶液中，用碳作為電極通直流電，這樣單質(zhì)鋁就會在陰極被還原出來，碳陽極氧化，產(chǎn)生二氧化碳。1．SR煉鋁法。據(jù)報道，這是一種非電解的還原熔煉法。設(shè)想使用容易得到的、金屬工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一種廢物作為還原劑，將三氧化鋁還原成金屬鋁。報道說，熱力學數(shù)據(jù)表明，在有催化劑/減速劑(decelerator)存在的條件下，采用已經(jīng)經(jīng)過證實的現(xiàn)代化技術(shù)，使用這個方法煉鋁，可以大大降低煉鋁的能源消耗。據(jù)說，生產(chǎn)鋁的單位耗能量是9200kWh/t。由于這個生產(chǎn)過程不需要碳素材料，鋁廠無需建碳素廠，從而消除了碳素廠生產(chǎn)對環(huán)境所造成的一切污染。報道說，此工藝流程既可以連續(xù)生產(chǎn)，也可以間歇生產(chǎn)。

2．SplitHybrid煉鋁法。報道說，這是將SR煉鋁法的原理疊加

到現(xiàn)有的霍爾一埃洛特煉鋁方法上形成的新方法。此方法的特點是：和現(xiàn)在的電解鋁工藝相比，現(xiàn)有的電解鋁生產(chǎn)是將氧化鋁的熔融和電解還原在同一個電解槽內(nèi)進行，而SplitHybrid方法是將氧化鋁熔融

與還原分別在兩個反應器內(nèi)進行。先在一個反應器內(nèi)將氧化鋁和電解質(zhì)及助熔劑經(jīng)電熱熔化，然后將熔化的氧化鋁電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一個反應器內(nèi)，將氧化鋁還原成金屬鋁。在熔體中加入SR煉鋁法使用的還原劑，可以減少陽極效應，降低陽極消耗，提高氧化鋁還原率，進而提高生產(chǎn)率。

二、兩種煉鋁方法比較

熱力學可行性。報道說，各種作業(yè)溫度下的熱力學參數(shù)表明，使用SR煉鋁法是完全可行的；至于SplitHybrid煉鋁法，因為是對現(xiàn)有的電解鋁方法進行改進，熱力學參數(shù)都是經(jīng)過證明了的，除了特殊的情況需要在現(xiàn)場進行特殊研究之外，其它無需再做驗證。一旦建立起工業(yè)生產(chǎn)流程，就可以更精確地計算出可產(chǎn)生的效益。

能源需求。SR煉鋁方法的能源需求量如表1所示。報道說，SplitHybrid煉鋁方法的單位能源消耗，估計比現(xiàn)有經(jīng)過安裝了降低成本的陽極電解槽能耗還低5%-15%。由于隨著噸鋁生產(chǎn)時間的減少和生產(chǎn)率的提高，意味著能耗的降低和生產(chǎn)成本的下降。

環(huán)境的影響。報道說，SR煉鋁法是一個對環(huán)境友好的方法，它不產(chǎn)生氟化物那樣的危害性；由于不需要碳素廠，因此，不會產(chǎn)生碳素廠那些散發(fā)物和塵埃污染環(huán)境，這也可以降低生產(chǎn)成本。至于SplitHybrid煉鋁法對環(huán)境的影響，則主要體現(xiàn)在生產(chǎn)廠的單位產(chǎn)量生產(chǎn)所需要的時間縮短了，陽極消耗降低了而受益。2100433B