本公開涉及從含鋁材料中提取鋁。

背景技術(shù)：

純鋁(Al)是銀白色、有延展性、柔軟的金屬，具有鋼密度的三分之一。它是地殼中最豐富的金屬。鋁是優(yōu)異的導(dǎo)電體并具有銅的兩倍的電導(dǎo)率。它還是有效的導(dǎo)熱體以及光和輻射熱的良好的反射體。

不同于大多數(shù)其它主要金屬，鋁并不以其天然狀態(tài)出現(xiàn)，而是作為與其它元素如鈉以及氟化物結(jié)合的硅酸鹽、氧化物和氫氧化物，以及作為與有機(jī)物質(zhì)的絡(luò)合物普遍存在于環(huán)境中。當(dāng)與水和其它微量元素結(jié)合時(shí)，它產(chǎn)生稱作礬土(bauxite)的鋁的主要礦石。

礬土是鋁礦并是鋁的主要來源。這種形式的石頭大部分由以與兩種鐵氧化物針鐵礦和赤鐵礦、粘土礦物高嶺土和少量的銳鈦礦TiO₂礦物的混合物中的三水鋁石Al(OH)₃、勃姆石γ-AlO(OH)和水鋁石α-AlO(OH)組成。

礬土通常是露天礦，因?yàn)閹缀蹩偸窃诘孛娓浇l(fā)現(xiàn)它，幾乎沒有或沒有覆蓋層。約70％至80％的世界干燥礬土生產(chǎn)是首先加工成氧化鋁，然后通過電解加工成鋁。根據(jù)它們的預(yù)期商業(yè)應(yīng)用一般將礬土石分為：冶金的、研磨的、水泥的、化學(xué)的和耐火的。通常，在150至200℃的溫度下連同氫氧化鈉溶液一起在壓力容器中加熱鋁土礦。在這些溫度下，按照拜耳法(Bayer process)作為鋁酸鹽溶解鋁。通過過濾分離含鐵殘留(紅泥)之后，純?nèi)X石在液體冷卻時(shí)沉淀，然后接種細(xì)粒狀氫氧化鋁。通過加熱通常將三水鋁石轉(zhuǎn)化為氧化鋁Al₂O₃。當(dāng)作為助熔劑添加礦物冰晶石時(shí)，該礦物在約1000℃的溫度下熔化。接下來，通過在電解過程中通電流，該熔化的物質(zhì)可以產(chǎn)生金屬鋁，這按照其1886年的美國和法國發(fā)現(xiàn)者命名為霍爾-埃魯法(Hall-Héroult process)。在霍爾-埃魯法之前，通過在真空中加熱礦石連同元素鈉或鉀制造元素鋁。該方法是復(fù)雜的并消耗在那時(shí)本身昂貴的材料。這使早期的元素鋁比金更貴。

在霍爾-埃魯法中，將氧化鋁(Al₂O₃)、冰晶石(六氟鋁酸鈉-Na₃AlF₆)和氟化鋁(AlF)的熔化混合物置于電解池中，并使直流電通過混合物。電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致液體鋁金屬作為沉淀物沉積在陰極上，同時(shí)來自鋁的氧與陽極的碳結(jié)合產(chǎn)生二氧化碳(CO₂)?？偦瘜W(xué)反應(yīng)是：2Al₂O₃+3C→4Al+3CO₂。常規(guī)地常常通過眾所周知的發(fā)明于1887年的拜耳法細(xì)化礬土(其一般包含30-50％之間的氧化鋁)得到用于霍爾-埃魯法的氧化鋁。

在拜耳法中，通過在175℃下用氫氧化鈉NaOH的熱溶液洗滌來消解礬土。這根據(jù)化學(xué)等式：Al₂O₃+2NaOH+3H₂O→2NaAl(OH)₄將礦石中的氧化鋁轉(zhuǎn)化為鋁酸鈉2NaAl(OH)₄。礬土中的其他組分不會(huì)溶解。通過濾除固體雜質(zhì)使溶液澄清。固體雜質(zhì)的混合物稱為紅泥，并呈現(xiàn)了處置問題。接下來，冷卻堿性溶液，且氫氧化鋁作為白色蓬松的固體沉淀：NaAl(OH)₄→Al(OH)₃+NaOH。然后，當(dāng)加熱至980℃(煅燒時(shí))時(shí)，氫氧化鋁分解為氧化鋁，在該過程中放出水蒸汽：2Al(OH)₃→Al₂O₃+3H₂O。然后隨之在霍爾-埃魯法中熔煉如此產(chǎn)生的氧化鋁以產(chǎn)生鋁。

因此目前，通過在提煉廠中由礬土分離純氧化鋁，然后通過電解處理氧化鋁來生產(chǎn)鋁。流過熔化電解質(zhì)(其中已溶解氧化鋁)的電流將氧化鋁分離成氧(其在浸沒在電解質(zhì)中的碳陽極上聚集)和鋁金屬(其在碳內(nèi)襯電池的底部(陰極)上聚集)。平均而言，它需要約4t礬土來得到2t氧化鋁，其進(jìn)而產(chǎn)生1t金屬。

因此，120多年來，拜耳法和霍爾-埃魯法一起一直是鋁金屬生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)方法。這些方法需要大量的電并產(chǎn)生不期望的副產(chǎn)物，如在霍爾-埃魯法的情況下的氟化物以及在拜耳法的情況下的紅泥。

WO2014/075173和WO2015/042692是本領(lǐng)域所描述的通過生產(chǎn)Al₂O₃由含鋁材料提純鋁的方法的實(shí)例。

因此仍需要提供用于從如礬土的含鋁材料中提取鋁的改善的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本說明書，提供了用于從含鋁材料中提取鋁的方法，包括以下步驟：用HCl浸析(浸出，過濾，瀝濾，leach)含鋁材料以得到包含氯化鋁的浸析物(浸出物，leachate)；分離和純化氯化鋁；將氯化鋁提供至包括連接到在使用過程中將氫氣遞送至陽極的氫氣源的陽極和陰極的電解池；使電流從陽極流向陰極，在陰極上沉積鋁；以及從陰極排出鋁。

在一個(gè)實(shí)施方式中，本文所描述的方法進(jìn)一步包括將氯化鋁與氣態(tài)氯化氫(gaseous hydrogen chloride)噴射至結(jié)晶器以產(chǎn)生氯化鋁六水合物固體并在HCl氣氛下脫水所述氯化鋁六水合物以生成氯化鋁的步驟。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，本文所描述的方法進(jìn)一步包括在得到包含氯化鋁六水合物的沉淀物的噴射步驟之前或之后蒸發(fā)氯化鋁的步驟。

在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方式中，通過使用多效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器和沉降分離；沉降分離和閃蒸結(jié)晶；或真空閃蒸進(jìn)行蒸發(fā)步驟。

在一個(gè)實(shí)施方式中，本文所描述的方法進(jìn)一步包括在蒸發(fā)或噴射之前傾析(decant)氯化鋁的步驟。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，本文所描述的方法進(jìn)一步包括在傾析浸析物之前或之后過濾氯化鋁的步驟。

在一個(gè)補(bǔ)充實(shí)施方式中，本文所描述的方法進(jìn)一步包括固/液分離(solid/liquid separation)固體氯化鋁六水合物的步驟。

在一個(gè)實(shí)施方式中，通過過濾、重力、傾析和真空過濾中的至少一種完成固/液分離。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，本文所描述的方法進(jìn)一步包括通過水解、熱水解(pyrohydrolysis)和液/液提取(液/液萃取，liquid/liquid extraction)中的至少一種再循環(huán)HCl。

在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方式中，使用噴射焙燒爐熱水解(Spray Roaster Pyrohydrolysis)或流化床熱水解再循環(huán)HCl。

在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方式中，再循環(huán)的HCl具有約25至約45重量％的濃度。

在一個(gè)補(bǔ)充實(shí)施方式中，通過以下脫水氯化鋁六水合物：在約160℃-250℃范圍內(nèi)的溫度下使六水合物與包含至少一種堿金屬氯化物和氯化鋁的氯堿混合物的熔體接觸，形成氣態(tài)HCl和含氧氯鋁酸鹽(oxychloroaluminate)的反應(yīng)混合物；在約160℃-250℃范圍內(nèi)的溫度下使反應(yīng)混合物與氣態(tài)HCl接觸以由反應(yīng)混合物形成和釋放水；以及回收富含氯化鋁的熔體。

在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方式中，通過以下脫水氯化鋁六水合物：在200℃-450℃下加熱氯化鋁六水合物，分解六水合物；以及在350℃-500℃下使分解的六水合物與含氯氣體反應(yīng)，產(chǎn)生無水氯化鋁。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，通過以下脫水氯化鋁六水合物：在100℃-500℃下加熱六水合物以除去水；以及在600℃-900℃下加熱這種物質(zhì)(this material)以產(chǎn)生無水氯化鋁。

在一個(gè)實(shí)施方式中，本文所描述的方法進(jìn)一步包括從浸析物中分離二氧化硅的步驟。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，本文所描述的方法進(jìn)一步包括在浸析之前粉碎含鋁材料的步驟。

在一個(gè)實(shí)施方式中，將含鋁材料粉碎至約50至80μm的平均粒徑。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，本文所描述的方法進(jìn)一步包括旋風(fēng)分離(cycloning)粉碎的含鋁材料的步驟。

在一個(gè)實(shí)施方式中，本文所描述的方法進(jìn)一步包括磁分離粉碎的含鋁材料的步驟。

在一個(gè)補(bǔ)充實(shí)施方式中，氫氣源(source of hydrogen gas)是反應(yīng)器。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，反應(yīng)器是蒸汽甲烷重整器。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，反應(yīng)器使用部分氧化、等離子體重整、煤炭氣化(coal gasification)或碳化來產(chǎn)生氫氣。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，含鋁材料是礬土、飛塵、廢金屬、粘土、粘土巖、泥石、綠寶石、冰晶石、石榴石、尖晶石、霞石-正長巖、霞石-磷灰石、鈉明礬石、白榴石熔巖、富拉玄武巖、鈣長石、高嶺土、藍(lán)晶石、硅線石、云母和紅柱石頁巖中的至少一種。

在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方式中，礬土是低級礬土。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖，其通過示意圖示出了：

圖1示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式用于從含鋁材料中提取鋁的方法的方框圖。

具體實(shí)施方式

提供了用于使用在方法中再循環(huán)的氫氯酸從含鋁材料中提取鋁的方法。

本文所描述的方法提供了通過濕法冶金方法代替加碳氯化常規(guī)方法生產(chǎn)純AlCl₃的新方式并改善了電解過程以相對于霍爾-埃魯法降低能耗。

AlCl₃升華點(diǎn)是180℃。其可以用于在不同類型的電解質(zhì)中在低溫下的電淀積：氯類鹽或離子液體。盡管通過電解氯化鋁生產(chǎn)鋁提供了某些優(yōu)于霍爾-埃魯法的潛在優(yōu)勢，如在較低溫度下操作和避免由電解氧化鋁衍生的氧的氧化消耗碳電極，但是劣勢比這種優(yōu)勢更重要，且通過電解氯化鋁生產(chǎn)鋁沒有在商業(yè)上采用。有效妨礙在以上的鋁的熔點(diǎn)下商業(yè)上經(jīng)濟(jì)連續(xù)電解溶解在熔融鹽中的氯化鋁的主要問題歸因于電解槽中存在金屬氧化物如氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦等。槽中的金屬氧化物、以及特別是未溶解的金屬氧化物，是引起細(xì)微固體、槽中的液體組分和熔融鋁的液滴在粘性層的池陰極上逐漸累積的主要因素。

根據(jù)本說明書，提供了用于從含鋁材料中提取鋁的方法，包括以下步驟：用HCl浸析含鋁材料以得到包含氯化鋁的浸析物；分離和純化氯化鋁；將氯化鋁提供至包括連接到在使用過程中將氫氣遞送至陽極的氫氣源的陽極和陰極的電解池；使電流從陽極流向陰極，在陰極上沉積鋁；以及從陰極排出鋁。

存在大量的包含鋁的礦物和石頭；然而，它們中的僅少數(shù)可以用于提取金屬鋁。礬土是最廣泛的用于鋁的原材料，包括低級礬土。最初，從礦石中提取半成品氧化鋁(Al₂O₃)，并由氧化鋁電解產(chǎn)生金屬鋁。

低級礬土是僅出現(xiàn)在礦場的礬土層上的具有高二氧化硅含量和較低百分比的氧化鋁含量的礬土。水泥工業(yè)中作為添加劑/助熔劑將其用作原材料以增加水泥組合物中的氧化鋁百分比。

霞石-正長巖以及霞石-磷灰石也可用作鋁礦。同時(shí)將這些礦物用作磷酸鹽的來源?？梢杂米麂X的來源的其他礦物包括鈉明礬石、白榴石熔巖(礦物白榴石)、富拉玄武巖、鈣長石和高氧化鋁粘土和高嶺土、以及藍(lán)晶石、硅線石和紅柱石頁巖。

含鋁材料可以例如選自含鋁礦石(如礬土、低級礬土、粘土、粘土巖、泥石、綠寶石、冰晶石、石榴石、尖晶石、霞石-正長巖、霞石-磷灰石、鈉明礬石、白榴石熔巖、富拉玄武巖、鈣長石、高嶺土、藍(lán)晶石、硅線石、云母和紅柱石頁巖，或可以使用它們的混合物)。含鋁材料也可以是再循環(huán)的工業(yè)含鋁材料如礦渣、飛塵和廢金屬。

飛塵，也稱為煙道粉塵，是主要在煤炭燃燒的燃燒中生成的殘留。通常在廢氣達(dá)到煤炭燒制發(fā)電廠的煙囪之前通過靜電沉淀器或其他顆粒過濾設(shè)備捕獲飛塵。根據(jù)燃燒的煤炭的來源和組成，飛塵的組分顯著改變，但是所有飛塵包含顯著量的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和不多的CaO。飛塵一般包含5-35％范圍內(nèi)濃度的氧化鋁(Al₂O₃)。已經(jīng)如國際能源署所報(bào)告的估計(jì)煤炭生成約41％的世界電力供應(yīng)且是用于許多工業(yè)熱過程的顯著燃料來源，并估計(jì)2011年全世界生成的鋁的約43％是使用煤炭作為燃料來源制造的(國際鋁業(yè)協(xié)會(huì))。目前為止，在水泥過程外再循環(huán)飛塵非常受限。

本文所描述的方法代表通過提取其鋁含量再循環(huán)飛塵的新型方式。提供了對于再循環(huán)飛塵越來越多的擔(dān)憂的解決方案，例如由于可持續(xù)發(fā)展中增加的掩埋成本和目前利益。本文所描述的方法代表不僅解決了環(huán)境不利條件而且隨使用煤炭類熱能產(chǎn)生收益的有效方式。

本文所描述的方法使能夠從含鋁材料如礬土、低級礬土、粘土、粘土巖、泥石、綠寶石、冰晶石、石榴石、尖晶石、霞石-正長巖、霞石-磷灰石、鈉明礬石、白榴石熔巖、富拉玄武巖、鈣長石、高嶺土、藍(lán)晶石、硅線石、云母、紅柱石頁巖、礦渣、飛塵和廢金屬或它們的混合物中加工和提取鋁。

從圖1可以看出，以及根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，該方法包括制備和分類礦物起始材料的第一步驟。

制備和分類(步驟1)

通常，可以精細(xì)粉碎起始材料以有助于下面的步驟。例如，如本領(lǐng)域常用的，將起始材料降低至約50至80μm的平均顆粒。例如，微粉化可以將反應(yīng)時(shí)間縮短幾個(gè)小時(shí)(約2至3小時(shí))。

粉碎的材料可以是例如旋風(fēng)分離器以進(jìn)一步消除不期望的顆粒。旋風(fēng)分離的原理包括將較重和較輕的材料分開。旋風(fēng)分離器是其中將顆粒切向泵入喇叭形入口和短的圓柱部分，隨后是分離發(fā)生的錐形部分的錐形容器。經(jīng)受較大的離心力的較高比重部分離開中心核心并沿著旋風(fēng)分離器的壁朝向頂點(diǎn)下降，并作為不良品/中級品離去。例如，在飛塵的情況下，較輕的顆粒被捕捉在向上的流中并作為潔凈的煤炭通過旋渦溢流管穿過旋風(fēng)分離器溢出出口離去。

可以隨后使分類和制備的材料進(jìn)行磁分離。該步驟的通常目的是增加方法的產(chǎn)率以及具體地在該階段除去存在于起始材料中的鐵、鋼和鎳類合金。在該步驟中可以使用例如鼓狀磁體、渦電流分離器和塔頂帶狀磁體(overhead belt magnet)以從過程流中分離鋁和其他非黑色金屬。

酸浸析(步驟2)

粉碎的材料然后經(jīng)歷酸浸析以從材料的惰性部分中溶解含氧化鋁的部分。酸浸析包括在給定的使能夠溶解鋁和其他元素的時(shí)間段期間在升高的溫度下使粉碎的分類材料與氫氯酸溶液反應(yīng)。例如，二氧化硅和二氧化鈦(TiO₂)在浸析之后保持未溶解。

完成用HCl浸析含鋁材料的步驟以得到包含鋁離子和固體的浸析物。之后從浸析物中分離固體。

氯/固體分離和洗滌(步驟3)

如提及的，洗滌之后，通過傾析和/或通過過濾從浸析物中分離固體部分。此后可以多次洗滌對應(yīng)的殘留以降低酸性。可以完全蒸發(fā)殘留的浸析物和洗滌水。

得到的固體可以包含殘留的氧化鋁、赤鐵礦(Fe₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)、和二氧化鈦(TiO₂)或其他未析出的金屬和非金屬。

在該階段，可以合并分離和清洗步驟以從溶液中的金屬氯化物中分離純化的二氧化硅?；厥占兌趸?SiO₂)。例如，然后可以將回收的高度純二氧化硅用于生產(chǎn)玻璃和光纖。

在一個(gè)實(shí)施方式中，方法可以包括從浸析物中分離固體并洗滌固體以得到二氧化硅。

AlCl₃六水合物沉淀(步驟4)

然后可以升高由步驟3得到的溶液中包含金屬氯化物的廢酸(浸析物)的濃度。使用HCl在結(jié)晶器中噴射可以用于例如增加廢酸的濃度。使浸析物與HCl反應(yīng)使能夠得到液體和包含AlCl₃·6H₂O形式的鋁離子的沉淀物，之后可以將其從液體中分離。這可以導(dǎo)致氯化鋁作為六水合物沉淀。當(dāng)用稀釋鹽酸處理浸析物時(shí)，得到包含鋁和其他氯化物形式的起始材料的可溶成分的溶液。作為水合的氯化物的晶體，AlCl₃·6H₂O用于從其他可溶氯化物中分離鋁。

通過利用同離子效應(yīng)來降低ACl₃在過程液體中的溶解度的噴射技術(shù)影響結(jié)晶。通過使用再循環(huán)熱交換器和與用于蒸發(fā)結(jié)晶的那些類似的真空閃蒸系統(tǒng)蒸發(fā)過程液體以接近飽和度。蒸發(fā)增加氯化鋁濃度。

也可以在本領(lǐng)域已知的蒸發(fā)步驟之前或之后進(jìn)行噴射步驟，該蒸發(fā)步驟包括蒸發(fā)溶液直到形成晶體的漿料以分離水合的氯化鋁。用HCl蒸發(fā)浸析物使也能夠得到液體和包含AlCl₃·6H₂O形式的鋁離子的沉淀物，之后可以將沉淀物從液體中分離?？梢酝ㄟ^以下具體地進(jìn)行蒸發(fā)步驟：使用多效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器，隨后執(zhí)行沉降分離，在氯化鋁六水合物的固體晶體上執(zhí)行沉降分離并執(zhí)行閃蒸結(jié)晶，將通過沉降分離步驟得到的氯化鋁的固體晶體的溶液送至閃蒸結(jié)晶罐并在60和75℃之間的溫度和0.095至0.08MPa的真空度的條件下在溶液上執(zhí)行真空閃蒸(例如參見CN101837998)。

氯化鋁六水合物結(jié)晶和蒸發(fā)的主要目的是從可溶于酸的雜質(zhì)中分離鋁。可以重復(fù)一次或多次該步驟以改善氯化鋁的純度。

最后，執(zhí)行結(jié)晶過濾將把通過蒸發(fā)/結(jié)晶步驟得到的排放材料傳送至用于過濾的過濾器。

連續(xù)過濾(步驟5)

為了增加氯化鋁的沉淀的產(chǎn)率，按照通過例如過濾、重力、傾析和/或真空過濾的固/液分離得到氯化鋁六水合物固體。除去氯化鋁漿料且使液體部分經(jīng)歷連續(xù)過濾以增加包含氯化鋁六水合物晶體的漿料的回收產(chǎn)率。

HCl回收(步驟6)

從圖1中看出，存在由正在進(jìn)行的步驟重新引入再循環(huán)的HCl的多條環(huán)路，表明了回收使用的HCl的能力。例如，可以通過水解、熱水解和/或液/液提取在該階段回收HCl。使未轉(zhuǎn)化的金屬氯化物進(jìn)行水解或熱水解步驟(700-900℃)以生成混合氧化物，并且其中可以回收氫氯酸。

水解或熱水解(使用例如噴射焙燒爐熱水解或流化床熱水解)之后，使如此產(chǎn)生的再循環(huán)的氣態(tài)HCl與水接觸以得到具有約25至約45重量％的濃度的組合物，并使其與進(jìn)一步大量的含鋁材料反應(yīng)以經(jīng)歷浸析步驟2或可以將其再循環(huán)至結(jié)晶步驟4。

可替換地，可以使連續(xù)過濾步驟5之后存在的氯化鈉與硫酸反應(yīng)以得到硫酸鈉并再生在共沸點(diǎn)或共沸點(diǎn)以上的濃度的氫氯酸。類地，可以使氯化鉀與硫酸反應(yīng)以得到硫酸鉀并再生共沸濃度以上的濃度的氫氯酸。

在通過添加氣態(tài)HCl或通過添加濃縮的HCl調(diào)節(jié)其濃度之后可以再利用回收的酸。

AlCl₃脫水(步驟7)

氯化鋁六水合物固體然后在HCl氣氛下經(jīng)歷脫水步驟以在進(jìn)行電解以回收純化的金屬鋁之前形成單水合物、半水合物或甚至無水形式的AlCl₃。

例如，如美國專利號(hào)4,493,784所描述的，用于脫水氯化鋁六水合物的一種方式包括在約160℃-250℃范圍內(nèi)的溫度下使六水合物與基本上由至少一種堿金屬氯化物和氯化鋁的氯堿混合物組成的熔體接觸，以形成氣態(tài)HCl和含氧氯鋁酸鹽的反應(yīng)混合物，然后在約160℃-250℃范圍內(nèi)的溫度下使所述反應(yīng)混合物與氣態(tài)HCl接觸以由反應(yīng)混合物形成和釋放水。回收富含氯化鋁的堿金屬氯化物/氯化鋁熔體的形式的氯化鋁。因而，產(chǎn)物可用于通過電解還原如步驟8中的氯化鋁來生產(chǎn)鋁的方法。

可替換地，還可以如美國專利號(hào)4,264,569所描述的通過在200℃-450℃下加熱氯化鋁六水合物直到六水合物基本上分解，以及在350℃-500℃下使分解的材料與含氯氣體反應(yīng)以產(chǎn)生無水氯化鋁來生產(chǎn)無水氯化鋁。另一種方法包括在100℃-500℃下加熱氯化鋁六水合物以除去水和HCl并形成堿性氯化鋁，然后在600℃-900℃下加熱該材料以產(chǎn)生無水氯化鋁。

電解(步驟8)

本公開的一個(gè)主要目的是通過電解氯化鋁改善鋁的生產(chǎn)，以及具體地是增加電解池的電效率和另外減少操作成本。然后使用包含流入陽極的氫的WO 2014/124539所描述的陽極，使脫水氯化鋁經(jīng)歷電解步驟。如圖1所示，由氯化鋁生產(chǎn)鋁起因于在方法中使用陽極可獲得的氫氣。由于電解氯化鋁在陽極產(chǎn)生的氯原子將與氫氣中的氫原子結(jié)合形成氯化氫(代替彼此結(jié)合或與石墨陽極中的碳原子結(jié)合形成比碳負(fù)電性弱的有機(jī)金屬-氯化物-氫)。因此，通常的反應(yīng)將變?yōu)椋?/p>

2AlCl₃+3H₂＝2Al+6HCl

相應(yīng)地，陽極處的反應(yīng)是：

H₂+Cl₂＝2HCl

與在650℃下的霍爾-埃魯法相比，使用這種設(shè)備對于在200℃下的電解可以導(dǎo)致顯著的能量節(jié)約：

2AlCl₃＝2Al+3Cl₂ E_o＝2V(在200℃)

2AlCl₃+3H₂＝2Al+6HCl E_o＝1V(在200℃)

使用氫氣擴(kuò)散陽極提供了優(yōu)于AlCl₃常規(guī)電解的顯著優(yōu)點(diǎn)，而且再次優(yōu)于常規(guī)的霍爾-埃魯法：

2Al₂O₃+3C→4Al+3CO₂ E_o＝1.2V

氯化氫氣體是比有機(jī)金屬-氯化物和/或氯氣容易且便宜處理的氣體。進(jìn)一步地，在如圖1所描述的方法中再循環(huán)產(chǎn)生的氯化氫。可以在浸析部分過程凈化和再引入再生的HCl或重新用于由母液液體沉淀AlCl₃或重新用于AlCl₃干燥步驟。

如以上所描述的使用氫氣的另一種潛在益處是氫氣用于降低電解反應(yīng)的能量需求。相反，使用預(yù)焙燒技術(shù)用于產(chǎn)生鋁的霍爾-埃魯法需要周期性替換碳陽極。這導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定、改變池間隙幾何形狀和熱量不平衡。而且，通過使用碳陽極形成副產(chǎn)物溫室氣體。使用氫氣作為用于鋁的電解沉積的還原劑具有總電壓需求低于碳陽極的那些的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了與碳電極有關(guān)的劣勢。借助于氫氣還減少總體的溫室排放。

一般的電解質(zhì)可以含有LiCl、AlCl₃、NaCl、CaCl₂、MgCl₂、Na₃AlF₆、Li₃AlF₆、LiCl、LiF、K₃AlF₆、KCl、KF、BeCl₂、BACl₂，或在由NaCl熔體沉積高度耐腐蝕的鋁合金：Al-Mn、Al-Cr、Al-Ti、Al-Cu、Al-Ni、Al-Co、Al-Ag、Al-Pt的情況下或在使用稀土氧化物沉積合金的情況下LiCl-KCl-AlCl₃-Y₂O₃、LiCl-KCl-AlCl₃-Er₂O₃。

氫氣是通過反應(yīng)器-發(fā)生器提供的。這種反應(yīng)器-發(fā)生器可以是蒸汽甲烷重整器，例如其使在高溫下的蒸汽與化石燃料或較輕的烴(如甲烷、生物氣或提煉廠原料)反應(yīng)成氫和一氧化碳(合成氣)由如天然氣的烴燃料產(chǎn)生氫。合成氣反應(yīng)在反應(yīng)器中進(jìn)一步給出更多的氫和二氧化碳。

產(chǎn)生氫的可替換的方式包括例如使用部分氧化、等離子體重整、煤炭氣化或碳化。

當(dāng)用HCl浸析來產(chǎn)生然后經(jīng)歷電解步驟(8)的氯化鋁和氫時(shí)，也可以將粉碎的廢金屬用作起始材料。還可以用HCl浸析鋁渣殘留以得到氯化鋁和氫。

因此，可以在比另外不存在氫的情況下低的電壓下操作電解池。這降低與電解池的操作相關(guān)的總能量需求，意味著氫氣存在于陽極處的池將比存在氫氣的情況更便宜地操作。使用氫氣的另一種潛在益處是經(jīng)由電解反應(yīng)產(chǎn)生的氯原子在產(chǎn)生氯化氫中被全部消耗(假設(shè)存在充分的氫氣)。這意味著不需要將石墨陽極用于池，因?yàn)樵陔娊夥磻?yīng)中陽極不會(huì)被消耗。因此，假設(shè)存在充分的氫氣，陽極可以由與電解池操作環(huán)境相容的任何材料制成。非限制性實(shí)例包括由鈦或其他形式的碳制成的陽極。

電解之后提取得到的金屬鋁。電解步驟之前脫水氯化鋁的方法可以是連續(xù)的環(huán)路，使得提取的鋁的產(chǎn)率增加。

本文所描述的方法提供了由可變來源或材料生產(chǎn)鋁的有效方式，而且具有回收多個(gè)步驟中的HCl使得再循環(huán)至正在進(jìn)行的步驟的優(yōu)勢。與使用WO 2014/124539中所描述的陽極結(jié)合，本文所描述的方法提供了在不生成有機(jī)金屬-氯化物的情況下由多種來源分離鋁的方式，該有機(jī)金屬-氯化物對人類(和動(dòng)物)存在風(fēng)險(xiǎn)且不能被簡單排放到大氣中。昂貴的工業(yè)方法(例如滌氣(scrubbing))需要實(shí)現(xiàn)處理不期望的有機(jī)金屬-氯化物，本文所描述的方法不需要這樣。

本文所描述的方法代表不僅解決了環(huán)境不利條件而且從除礬土之外的其他礦物來源生產(chǎn)鋁的有效方式。通過將飛塵用作起始材料使用煤炭類熱能，對于公司也是產(chǎn)生收益的一個(gè)方式。

雖然已經(jīng)關(guān)于其具體實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是將理解能夠進(jìn)一步修改且本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變體、用途或適應(yīng)，并包括在本發(fā)明所屬領(lǐng)域內(nèi)的已知和慣用實(shí)踐內(nèi)以及可以應(yīng)用于闡述的上下文中的基本特征并遵循本發(fā)明的范圍的本發(fā)明的這種偏離物。