一種能降低全氟化碳排放量的電解質(zhì)體系的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電解鋁用電解質(zhì)體系，特別是一種能降低全氟化碳排放量的電解質(zhì)體系。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁是僅次于鋼鐵的第二大金屬，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)材料和國防軍工建設(shè)的重要戰(zhàn)略物資。中國是世界第一產(chǎn)鋁大國，也是最大消費國，鋁冶煉技術(shù)的快速發(fā)展，滿足了我國國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需要。鋁冶煉發(fā)展的同時，也帶來了巨大的資源和環(huán)境壓力。研究發(fā)現(xiàn)鋁在穩(wěn)定電解條件下僅生產(chǎn)CO2氣體，當(dāng)處于非穩(wěn)定狀態(tài)(陽極效應(yīng))或介穩(wěn)態(tài)下就會產(chǎn)生全氟化碳(包含CF4，C2F6, C3F8)，根據(jù)文獻(xiàn)記載，全氟化碳的溫室效應(yīng)當(dāng)量是0)2的6500-9200倍。鋁電解過程中全氟化碳?xì)怏w的減排逐漸成為世界電解鋁企業(yè)關(guān)注的焦點，抑制鋁電解生產(chǎn)過程中含氟氣體的排放，已成為世界鋁行業(yè)的重大關(guān)鍵共性課題。
[0003]眾所周知，全氟化碳的產(chǎn)生的一個主要原因是電解質(zhì)中的氧化鋁濃度。正常的鋁電解反應(yīng)就會發(fā)生變化，如下列反應(yīng)式:
[0004]正常鋁電解生產(chǎn)時的電化學(xué)反應(yīng)式和反應(yīng)電位
[0005]2A1203+3C = 4A1+3C02 E0= 1.16V
[0006]如果當(dāng)氧化鋁濃度不足時，發(fā)生如下反應(yīng):
[0007]Na3AlF6+3C = 4Al+12NaF+3CF4 E0= 2.55V
[0008]2Na3AlF6+2C = 2Al+6NaF+C2F6 E0= 2.68V
[0009]同時引發(fā)“陽極效應(yīng)”，產(chǎn)生的氣體不再是CO2，而是全氟化碳。目前，抑制全氟化碳生產(chǎn)的技術(shù)主要是控制氧化鋁濃度在一個合理的范圍內(nèi)，這也是被業(yè)界所熟知的通過降低“陽極效應(yīng)”系數(shù)來降低鋁電解過程全氟化碳的排放量。但最新的測試研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電解質(zhì)中氧化鋁濃度處于正常的范圍時，部分電解槽也會排放全氟化碳，即鋁電解過程中非陽極效應(yīng)時同樣能產(chǎn)生全氟化碳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的，是提供一種能降低全氟化碳排放量的電解質(zhì)體系。本發(fā)明電解質(zhì)體系中高全氟化碳的生產(chǎn)電位顯著提高了，能有效降低鋁電解生產(chǎn)過程中全氟化碳的排放量。避免了全氟化碳產(chǎn)生的溫室效應(yīng)。降低了工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。
[0011]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。一種能降低全氟化碳排放量的電解質(zhì)體系，它是以下述重量配比的原料制成:NaF 30-50 份，AlF3 40-50 份，MgF2 1-2 份，CaF2 1-2 份，Al2O3 3-5 份，LiF 3-5 份，SmF3 1-4 份，NdF3 1-2 份，CeF3 2-5 份和 ZnF3 1-2 份。
[0012]有益效果:申請人對鋁電解用電解質(zhì)體系進(jìn)行了長時間大量的研究，經(jīng)多次試驗發(fā)現(xiàn)將SmF3，NdF3, CeFjP ZnF 3引入電解質(zhì)體系中，可使電解質(zhì)體系形成絡(luò)合離子，從而提高了整個電解質(zhì)體系全氟化碳生成的電化學(xué)電位，進(jìn)而降低鋁電解生產(chǎn)過程中全氟化碳的排放量。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，與未加入SmF3, NdF3, CeFjP ZnF3的電解質(zhì)體系相比，使用本發(fā)明電解質(zhì)體電解鋁時，煙氣中的全氟化碳排放濃度降低了 150-350ppm ;避免了全氟化碳產(chǎn)生的溫室效應(yīng)。降低了工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。
[0013]以下為本發(fā)明的實驗研究:
[0014]實驗例1:
[0015]選取電解質(zhì)91公斤，經(jīng)分析，該電解質(zhì)主要成分是NaF 45%, AlF3 47 %, MgF2I %, CaF2 I %, Al2O3 3%,LiF 3%，并將該電解質(zhì)分成10組，依次編號為A1、B1、C1、D1、E1、FU GU HU II，每組9.1公斤，并將各組電解質(zhì)磨成粒度為100微米的粉末；然后取質(zhì)量比為1:2:5:1的SmF3, NdF3, CeF3和ZnF 3混合后的粉末9公斤，分成10組，依次編號為Α0、Β0、CO、DO、EO、H)、GO、HO、10，每組0.9公斤，然后將AO組的粉末加入到Al組電解質(zhì)粉末中，攪拌均勻，得混合粉體AlO ;然后將BO組的粉末加入到BI組電解質(zhì)粉末中，攪拌均勻，得混合粉體BlO ;按上述方法操作，得混合粉體C10、D1, E10, F10, G10, H10, 110。然后將上述混合粉體分別裝入小型試驗電解槽中，加熱熔化，進(jìn)行電解試驗，電流強(qiáng)度為均100A。測試煙氣中全氟化碳排放濃度，結(jié)果取平均值。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，加入SmF3, NdF3, CeFjPZnFj^g合粉末之前，煙氣中全氟化碳排放平均濃度為300ppm，加入SmF3, NdF3, CeFjP ZnF 3的混合粉之后，煙氣中的排放平均濃度降低為50ppm。
[0016]實驗例2:
[0017]選取電解質(zhì)182公斤，經(jīng)分析，該電解質(zhì)主要成分是NaF 40%, AlF3 49%, MgF21.5%, CaF2 2%, Al2O3 3.5%, LiF 4% 0并將該電解質(zhì)分成10組，依次編號為Al、B1、Cl、014141、61、!11、11，每組18.2公斤，然后將各組電解質(zhì)磨成粒度為500微米的粉末；然后取質(zhì)量比為2:2:3:2的SmF3, NdF3, CeF^ ZnF3混合后的粉末18公斤，分成10組，各組依次編號為AO、BO、CO、DO、EO、FO、GO、HO、1，每組1.8公斤，然后將AO組的粉末加入到Al組電解質(zhì)粉末中，攪拌均勻，得混合粉體AlO ;將然后將BO組的粉末加入到BI組電解質(zhì)粉末中，攪拌均勻，得混合粉體BlO ;按上述方法操作，得混合粉體C10、D10、E10、F10、G10、H10、110。然后將上述混合粉體分別裝入小型試驗電解槽中，均加熱至920°C熔化，進(jìn)行電解試驗，電流強(qiáng)度為150A。測試煙氣中全氟化碳排放濃度，結(jié)果取平均值。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，加入SmF3, NdF3, CeFjP ZnF 3的混合粉末之前，煙氣中全氟化碳排放的平均濃度為180ppm，加入SmF3, NdF3, CeFjP ZnF 3的混合粉之后，煙氣中的排放平均濃度降低為20ppm。
[0018]實驗例3:
[0019]選取電解質(zhì)88公斤，經(jīng)分析，該電解質(zhì)主要成分是NaF 35%, AlF3 55 %, MgF2
1.5%, CaF2 I %, Al2O3 3.5%, LiF 4% 0并將該電解質(zhì)分成10組，依次編號為Al、B1、Cl、014141、61、!11、11，每組8.8公斤，然后將各組將電解質(zhì)直接加入100A的試驗電解槽中，熔化成熔體。然后取質(zhì)量比為1:1:5:1的SmF3, NdF3, CeFjP ZnF3混合后的粉末12公斤，分成10組，各組依次編號為々0、80、0)、0040、？0、60、!10、10，每組1.2公斤，然后將AO組的粉末加入到Al組電解質(zhì)熔體中，待熔體均勻后，得混合熔體AlO ;將然后將BO組的粉末加入到BI組電解質(zhì)熔體中，待熔體均勻后，得混合熔體BlO ;按上述方法操作，得混合熔體C10、D10、E10、F10、G10、H10、110。向上述混合熔體中通入100A電流進(jìn)行電解試驗，電解溫度為970°CA。測試煙氣中全氟化碳排放濃度，結(jié)果取平均值。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，加入SmF3,NdF3, CeFjP ZnF 3的混合物之前，煙氣中全氟化碳排放平均濃度為480ppm，加入SmF 3，NdF3,CeFjP ZnFJ^混合粉之后，煙氣中的排放平均濃度降低為150ppm。
[0020]由上述實驗可知，使用本發(fā)明電解質(zhì)體電解時，可大大降低煙氣中的全氟化碳排放濃度；避免了全氟化碳產(chǎn)生的溫室效應(yīng)。降低了工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。
[0021]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依據(jù)。
[0022]實施例1.
[0023]配方:NaF40kg，AlF3 45kg，MgF2 1.5kg，CaF2 1.5kg，Al2O3 4kg，LiF 4kg，SmF33kg，NdF3 1.5kg，CeF3 2.5kg 和 ZnF3 1.5kg。
[0024]工藝:按配方量的稱取各原料，磨成粒度為100-500微米的粉末，將裝入電解槽中，加熱熔化，即得。
[0025]實施例2.
[0026]配方:NaF50kg，AlF3 50kg，MgF2 2kg，CaF2 2kg，Al2O3 5kg，LiF 5kg，SmF3 4kg，NdF3 2kg，CeF3 5kg 和 ZnF3 2kg。
[0027]工藝:按配方量的稱取各原料，磨成粒度為200-500微米的粉末，將裝入電解槽中，加熱熔化，即得。
[0028]實施例3.
[0029]配方:NaF30kg，AlF3 40kg，MgF2 1kg，CaF2 1kg，Al2O3 3kg，LiF 3kg，SmF3 1kg，NdF3 1kg，CeF3 2kg 和 ZnF3 Ikg0
[0030]工藝:按配方量的稱取各原料，磨成粒度為200-300微米的粉末，將裝入電解槽中，加熱熔化，即得。
[0031]實施例4.
[0032]配方:NaF30_50kg，AlF3 40_50kg，MgF2 l_2kg，CaF2 l_2kg，Al2O3 3_5kg，LiF3-5kg，SmF3 l_4kg，NdF3 l_2kg，CeF3 2_5kg 和 ZnF3 l_2kg。
[0033]工藝:按配方量的稱取各原料，磨成粒度為200-300微米的粉末，將裝入電解槽中，加熱熔化，即得。
【主權(quán)項】
1.一種能降低全氟化碳排放量的電解質(zhì)體系，其特征在于，它是以下述重量配比的原料制成:NaF 30-50 份，AlF3 40-50 份，MgF2 1-2 份，CaF2 1-2 份，Al2O3 3-5 份，LiF 3-5 份，SmF3 1-4 份，NdF3 1-2 份，CeF3 2-5 份和 ZnF3 1-2 份。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能降低全氟化碳排放量的電解質(zhì)體系，所述電解質(zhì)體系是以NaF，AlF3，MgF2，CaF2，Al2O3，LiF，SmF3，NdF3，CeF3？2-5份和ZnF3為原料構(gòu)成的。本發(fā)明電解質(zhì)體系中高全氟化碳的生產(chǎn)電位顯著提高了，能有效降低鋁電解生產(chǎn)過程中全氟化碳的排放量。避免了全氟化碳產(chǎn)生的溫室效應(yīng)。降低了工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。
【IPC分類】C25C3/18
【公開號】CN105132952
【申請?zhí)枴緾N201510530565
【發(fā)明人】秦慶東, 伍玉嬌, 袁藝, 凌敏
【申請人】貴州理工學(xué)院
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月26日