炼铝新技术之氯化铝融盐电解法

  氯化铝融盐电解法以氯化铝为原料，以碱金属或碱土金属氯化物为电解质进行电解制取铝的方法。1973年美国铝业公司（Alcoa）宣称获得了氯化铝融盐电解的成功，在得克萨期州建立了一座年产1.5万t的试验厂，1976年投产，3年后停产。

    Alcoa的氯化铝融盐电解法包括3个主要步骤，见图1。和冰晶石－氧化铝电解一样，氯化铝融盐电解法需要拜耳法先制纯氧化铝。然后氧化铝和炭及电解得到的氯气在高温下反应生成氯化铝，氯化铝加到电解槽进行融盐电解得到金属铝和氯气，氯气返回制取氯化铝。

 

图1  Alcoa氯化铝电解法简明流程

    氯化铝融盐电解的电解槽为多室槽，它的外面是一个钢壳，内部砌筑耐火耐侵蚀的非电导性材料，槽内留有储存铝液的空间，上部为耐火材料内衬砌的盖子。经过盖子上的孔洞供入原料氯入铝，并排出电解产物铝液和氯气。电解槽内有若干个双极性电极，上下配置，极间距约是1.3cm。据报道，电解槽日产铝13t，电耗为每千克铝9.5kW·h，电流效率为87%。电解质组成为：AlCl₃=5%、NaCl=53%、LiCl=42%。电解质还含少量MgCl₂、KCl、CaCl₂。阳极上析出来的氯气从槽内上升时，引起电解液对流和循环运动，有助于把铝液从阴极上清扫掉并把供入的氯化铝带进各个电解室内。氯化铝融盐电解槽如图2所示。

 

 

图2  氯化铝融盐电解槽示意图

1－电解质；2－石墨电极；3－双极性电极；4－槽壳（带冷却水套）；

5－绝缘内衬；6－阴极上沉积的铝；7－阳极上析出的气泡

    由于氯气不与石墨阳极发生反应，原则上阳极并不消耗。为保证石墨阳极有较长的使用寿命，需要严格控制电解槽内的氧化物含量，不得超额0.03%。因为氧化物会进行电解，在阳极上生成二氧化碳，从而消耗阳极石墨。这种电解质的电导率为4.0Ω·cm。氯化铝的理论分解电压是1.8V。当电流密度为0.8～2.3A/cm²时，单槽电压为2.7V，其中阳极过电压为0.37V，电解质电压降是0.5V，其余是导线和电极中的压降。氯化铝融盐电解法的能耗包括氯化过程和电解过程的能量消耗，前者未见报道。