[发明专利]一种新型离子液体电解质及利用其低温电解精炼原铝的方法

说明书

一种新型离子液体电解质，该离子液体电解质由碳酸酯或吡啶类化合物与过量的无水卤化铝在室温和惰性气体的保护下混合反应得到。利用离子液体电解质低温电解精炼原铝的方法，采用上述的离子液体电解质，包括以下步骤：1）在惰性气体的保护下，以原铝为工作电极、石墨或玻璃碳或铂为对电极、精铝为参比电极，在离子液体电解质中进行电解精炼反应；2）精炼反应结束后，在惰性气体的保护下将对电极取出并用无水乙醇进行清洗、晾干，经过分离可获得纯度高于99.95%的精铝。本发明原料易得，过程简便，成本低，可以完成原铝的低温电解精炼，具有较低的能耗和较高的反应效率；精炼效果较好。

技术领域

本发明属于金属冶炼领域，具体涉及到一种新型离子液体电解质及利用其低温电解精炼原铝的方法。

背景技术

铝是重要的金属材料，年产量长期位居国内有色金属行业的首位，对经济和社会发展起到了重要的推动作用。众所周知，工业生产得到的原铝（俗称铝锭）是市场上最为常见的铝产品，其纯度一般为99.5%左右。随着人们对产品质量要求的不断提高，原铝在很多领域已经难以满足应用的需要。在此背景下，纯度高于99.95%的精铝（国际上也称为高纯铝）受到了广泛的青睐。这主要是因为精铝比原铝具有更好的导电性、延展性、反射性与抗氧化性，可用于制备磁盘基片、集成电路导线、电容器阳极箔等先进材料，在电子、通讯、国防和航空航天等前沿领域有着广阔的发展前景。

目前，工业上一般以原铝作为主要原料，通过三层液电解精炼法或偏析熔炼法进行精铝的制备。总体来说，上述两种方法具有成本低、产量大、投资省的优点，但也存在着能耗高（15~18 kWh/kg）、温度高（700~900℃）、设备腐蚀重的不足。同时，产品缺口仍然较大，呈现出供给不足的困难局面。这些问题主要根源于传统工艺存在的本质缺陷，是难以通过技术内的调节予以解决的。因此，开发更为高效、绿色的低温制备技术是今后工作的关键。

早在上世纪中叶，为了实现低温电解铝过程，研究人员开发了有机熔盐类电解质。经过几十年的探索，人们发现这些物质完全由阴阳离子组成，熔点可低至于室温附近，因此将其统称为离子液体。研究表明，离子液体可作为新型绿色电解质用于铝精炼过程，反应温度低（低于100℃）、能耗小（6~9 kWh/kg）、选择性高、操作简便，是替代传统高温熔盐体系的理想材料。然而，已有工作主要侧重于铝铜、铝镁等铝合金的电解精炼，对原铝的报道较少，同时缺乏针对原铝低温精炼的离子液体电解质，相关研究不足，不利于技术的发展和工业化应用。

在上述技术背景下，为了进一步解决原铝低温电解精炼存在的问题，需要加强离子液体电解质体系的研发，以此有效分离铁、铜、镁、锌、硅等主要杂质元素，显著提高反应效率和产品纯度，从而更好地推动技术的工业化应用。

发明内容

本发明旨在提供一种新型离子液体电解质及其制备方法，同时利用该离子液体电解质进行原铝的低温电解精炼是本发明的另一个主要目的。

为实现本发明的目的，采用了下述的技术方案：一种新型离子液体电解质，该离子液体电解质由碳酸酯或吡啶类化合物与过量的无水卤化铝在室温和惰性气体的保护下混合反应得到。

进一步的，所述碳酸酯的分子结构为

其中，R₁代表氢原子或烃基；R₂代表氢原子或烃基；R₃代表氢原子或烃基；R₄代表氢原子或烃基。

进一步的，所述吡啶类化合物的分子结构为

其中，R₁代表氢原子或烃基；R₂代表氢原子或烃基；R₃代表氢原子或烃基；R₄代表氢原子或烃基；R₅代表氢原子或烃基。