[发明专利]用于铝电解工业的钾冰晶石及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钾冰晶石，尤其涉及用于铝电解工业的钾冰晶石及其制备方法。

背景技术

目前铝电解工业仍采用传统的Hall-Heroult法，电解质一直以冰晶石-氧化铝为基本体系，其中冰晶石往往采用的是六氟铝酸钠。铝电解工业的电解温度在960℃左右，电能消耗高，这主要是因为电解质的初晶温度高，且为使氧化铝保持较好的溶解度，需保持一定温度的过热度。

工业上制备氟铝酸钾（钾冰晶石）的方法一般为化学合成法：将无水氢氟酸与氢氧化铝反应，生成氟铝酸，然后在高温下与氢氧化钾反应，再经过滤、烘干、熔融、破碎，制得氟铝酸钾产品；用此法合成的氟铝酸钾其相对分子量为258.28，分子式为：mKF·AlF₃ (m=3.0)，熔点为560~580℃。现有的工业合成法制得的钾冰晶石其分子比一般为m=2.0~3.0之间，难以获得分子比m=1.0~1.5之间较为纯净且水含量极低的低分子比钾冰晶石。

因此，现有技术存在电解能耗高，电解质不够理想的缺点。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，发明人在电解质的选择以及制备方法方面进行了大量的探索，预料不到地发现，以氟钛酸钾、氟硼酸钾或其混合物为原料通过热化学合成法生产的低分子比钾冰晶石作为铝电解体系的电解质，可降低铝电解工业的电解温度，从而降低电能消耗，降低综合生产成本。

本发明提供一种用于铝电解工业的钾冰晶石，所述钾冰晶石的分子式为mKF·AlF₃，m为1~1.5。

采用上述技术方案，本发明提供的低分子比钾冰晶石（mKF·AlF₃，m为1~1.5）用于铝电解工业，氧化铝的溶解性能大大提高，从而降低了电解温度，降低了电能消耗，提高了电解效率，降低了综合生产成本。

作为本发明的进一步改进，所述m为1、1.2或1.5；KF·AlF₃的熔点为555℃左右，                                                的熔点为556℃左右，的熔点为557℃左右。

氧化铝在3NaF·AlF₃熔融液体中的溶解度约为7g/L，而与钠冰晶石3NaF·AlF₃相比，氧化铝在、KF·AlF₃和熔融液体中的溶解度均在15~20g/l的范围内，溶解度大幅上升；低分子比钾冰晶石、KF·AlF₃和用于铝电解工业均可降低电解温度，降低电能消耗，提高电解效率。

相应的，本发明还提供所述用于铝电解工业的钾冰晶石的制备方法，包括如下步骤：

A） 将铝置于反应器中，升温至700~850℃，往反应器中再加入氟钛酸钾、氟硼酸钾或其混合物；

B） 搅拌4~6h后，将上层熔融的液体抽出，得到钾冰晶石。

本发明提供的制备方法反应条件温和，容易控制，工艺流程简单，反应完全，产物质量好。

作为本发明的进一步改进，所述用于铝电解工业的钾冰晶石的制备方法包括如下步骤：

A） 将铝置于反应器中，该反应器为密闭容器，抽真空后通入惰性气体，升温至780~850℃，往反应器中再加入氟钛酸钾；

B） 搅拌4~6h后，将上层熔融的液体抽出，得到分子式为的钾冰晶石。涉及的化学反应式为：。

作为本发明的进一步改进，所述用于铝电解工业的钾冰晶石的制备方法包括如下步骤：

A） 将铝置于反应器中，该反应器为密闭容器，抽真空后通入惰性气体，升温至700~850℃，往反应器中再加入氟硼酸钾；

B） 搅拌4~6h后，将上层熔融的液体抽出，得到分子式为KF·AlF₃的钾冰晶石。涉及的化学反应式为：KBF₄+Al＝B+KF·AlF₃。

作为本发明的进一步改进，所述用于铝电解工业的钾冰晶石的制备方法包括如下步骤：

A） 将铝置于反应器中，该反应器为密闭容器，抽真空后通入惰性气体，升温至700~850℃，往反应器中再加入摩尔比为2:1的氟硼酸钾与氟钛酸钾的混合物；

B） 搅拌4~6h后，将上层熔融的液体抽出，得到分子式为的钾冰晶石。涉及的化学反应式为：

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作为本发明的进一步改进，所述用于铝电解工业的钾冰晶石的制备方法包括如下步骤：