[发明专利]一种尿素-二取代咪唑-氯化铝离子液体制备铝的方法

说明书

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种尿素‑二取代咪唑‑氯化铝离子液体制备铝的方法。步骤如下：将尿素和二取代咪唑类离子液体混合，后缓慢加入无水氯化铝，形成尿素‑二取代咪唑‑氯化铝离子液体，即电解质；向电解质中加入癸烷，癸烷覆盖在电解质上层；将电极插入电解质，进行电沉积，电沉积的温度为30～150℃，电沉积过程控制电位恒定为‑0.2～‑0.7V，控制电流密度恒定为10～60mA/cm²；电沉积后取出电极，清洗、干燥得到铝。该方法采用尿素‑二取代咪唑‑氯化铝离子液体代替传统的氯铝酸离子液体，成本相对较低，且在离子液体的上层加入适量的癸烷形成双液相体系，避免离子液体与空气接触发生吸水副反应。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种尿素-二取代咪唑-氯化铝离子液体制备铝的方法。

背景技术

工业上原铝的生产方法是Hall-Héroult法，即在960℃左右的Na₃AlF₆基熔盐中电解Al₂O₃，吨铝直流电能耗约为12900～13400kWh，排放温室气体约为2t CO₂-eq/t-Al，同时产生废旧阴极和废槽衬等固废，是高能耗和温室气体排放行业。每年我国铝电解工业的耗电量占我国总发电量的5％～6％，而且铝电解过程的能量效率低于50％。如果将电解温度降低到室温进行铝电沉积，则电流效率和能效可以大大提高。

离子液体也被称作室温熔盐，是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，一般由有机阳离子和无机或有机阴离子构成，常见的阳离子有季铵盐离子、季鏻盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐离子等，阴离子有卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子等。与其他熔盐相比，离子液体具有无味不燃、蒸汽压低、可操作温度范围宽(-40～300℃)、电化学窗口宽(大于3V)和热稳定性好等优点。

有关离子液体电沉积或者电解精炼金属铝的研究文献报道很多，而最典型的是氯铝酸盐系，主要由各种氯化咪唑盐和氯化铝构成。例如R G Reddy等人在氯化铝-1-乙基-3-甲基氯化咪唑(AlCl₃-[EMIm]Cl)体系电解精炼铝合金得到铝的纯度达99wt％，电流效率达84％～99％，而直流能耗仅为4510～5320kWh/t-Al。华一新等人研究了氯化钾、氯化胆碱、四甲基氯化铵和甲苯对AlCl₃-[BMIm]Cl体系中电沉积Al镀层形貌的影响。最近，Abbott等在AlCl₃-尿素(AlCl₃-Urea)和AlCl₃-酰胺体系中电沉积金属铝，并研究甲苯和氯化锂等添加剂的影响。李敏等人在AlCl₃-酰胺、AlCl₃-尿素、AlCl₃-尿素-乙酰胺和AlCl₃-LiBr-尿素-乙酰胺熔盐体系中进行Al的电沉积。但是，上述离子液体在空气中不稳定，易吸水，而且氯化咪唑价格较贵，阻碍了其在工业上的推广应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种尿素-二取代咪唑-氯化铝离子液体制备铝的方法，该方法采用尿素-二取代咪唑-氯化铝离子液体代替氯化咪唑-氯化铝离子液体，价格相对低廉，且在尿素-二取代咪唑-氯化铝离子液体中加入适量的癸烷形成双液相体系，癸烷覆盖在离子液体的上层，可避免离子液体与空气接触发生吸水副反应。

(二)技术方案

本发明提供一种尿素-二取代咪唑-氯化铝离子液体制备铝的方法，包括如下步骤：

S1、将尿素和二取代咪唑类离子液体混合，形成尿素-二取代咪唑低共熔溶剂；

S2、将无水氯化铝缓慢加入所述尿素-二取代咪唑低共熔溶剂中，搅拌，形成尿素-二取代咪唑-氯化铝离子液体，即电解质；