[发明专利]一种离子液体中高效电化学制备铝的方法

说明书

一种离子液体中高效电化学制备铝的方法，属于电化学法制备铝领域。该离子液体中高效电化学制备铝的方法，采用离子液体，在微磁场环境中，进行电沉积制备铝；所述的微磁场的磁场强度H为0mT＜H≤100mT。该方法通过将离子液体中无序的阴阳离子偶极子进行有序排列，使离子在运动时缩短路程，相对加快离子运动速度，进而提高离子液体电导率的原理，利用施加磁场加快离子液体中铝电沉积的速率，使离子液体中电沉积、电精炼或电镀铝更加高效，其具有高效、操作简单，易于实现的特点，且能降低铝生产的直流能耗。

技术领域

本发明涉电化学法制备铝领域，具体涉及一种离子液体中高效电化学制备铝的方法。

背景技术

铝是一种重要的战略金属，在地壳的含量约为8.8％，仅次于氧、硅，位于第三位，且具有耐腐蚀、抗氧化的性能，广泛应用于航空航天、机械、建筑、电力等领域。

电解铝的发展水平是一个国家工业发展的标志，铝的生产一直采用Hall-Héroult法，温度通常为950～970℃。温度导致副反应多，能耗大，能量利用率不高，陶瓷和金属基材料构成的惰性阳极因高温也无法实际应用，造成大量的优质碳材料浪费。同时大量的氟化物以及CO₂排放，严重污染环境。故而低温熔盐电解铝成为当今世界铝业界研究最活跃的课题之一。

几十年来，室温熔盐电解铝及电精炼铝均取得了很大进展。离子液体也开发出了AlCl₃型的吡啶类离子液体、AlCl₃型的咪唑类离子液体、非AlCl₃型离子液体和溶解Al₂O₃的HSO₄^-类离子液体。其中，AlCl₃型的吡啶类离子液体包括:N-乙基吡啶溴化盐(EPyBr)-AlX₃(X＝Cl，Br)、N-丁基吡啶氯盐(BPyCl)-AlCl₃；AlCl₃型的咪唑类离子液体对水非常敏感，并且质子和氧化物杂质的存在对离子液体的化学性质影响很明显，必须完全在真空或惰性气体气氛保护下进行反应；而非AlCl₃型离子液体以质子酸酸化的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸([EMIM]BF₄)为典型代表，对水和空气相对稳定，但遇水容易放出少量HF，并且遇到AlCl₃时也会释放出HF的离子液体。铝的电沉积的机理也基本弄清，铝的电沉积要求只能在酸性离子液体(AlX₃：MX>1：1，X代表氯或溴，M代表有机鎓离子)中进行。其中，酸性离子液体中的阳离子为有机物鎓离子，如1-丁基-3-甲基咪唑鎓离子(BMIM⁺)、1-乙基-3-甲基-咪唑鎓离子(EMIM⁺)等，酸性离子液体中的阴离子主要为AlCl₄^-、Al₂Cl₇^-。

离子液体中铝电沉积阳极反应为：

AlX₃+7AlX₄^-＝4Al₂X₇^-+1.5X₂+3e- (1)

阴极反应：

4Al₂X₇^-+3e^-＝7AlX₄^-+Al (2)

而离子液体中铝电解电精炼的阳极反应为：