一種含鋁礦物和粉煤灰混合氯化并低溫電解制備鋁硅合金的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種含鋁礦物和粉煤灰混合氯化并低溫電解制備鋁硅合金的方法，該方法將反應(yīng)活性不同的鋁土礦與粉煤灰混合物作為原料，鋁土礦的氯化產(chǎn)物對粉煤灰的氯化過程產(chǎn)生的催化作用使得粉煤灰的氯化溫度降低，反應(yīng)可以持續(xù)在流化狀態(tài)下進(jìn)行，提高了反應(yīng)效率。同時(shí)，由于含鋁礦物與粉煤灰化學(xué)組成不同，通過調(diào)節(jié)混合物料配件，可以實(shí)現(xiàn)對氯化產(chǎn)品的組成的調(diào)控，有效減少了吸濕等過程的發(fā)生，節(jié)省了成本。本發(fā)明在低溫離子液體中實(shí)現(xiàn)了氯化產(chǎn)品中鐵雜質(zhì)的有效分離，同時(shí)還可以獲得單質(zhì)鐵副產(chǎn)物。提純后在離子液體中40℃～100℃范圍內(nèi)電解制備一定組成的鋁硅合金，顯著降低了熱損耗，提高了電流效率。
【專利說明】一種含鋁礦物和粉煤灰混合氯化并低溫電解制備鋁硅合金的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含鋁礦物和粉煤灰混合氯化并低溫電解制備鋁硅合金的方法，屬于電化學(xué)冶金【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]無水三氯化鋁目前主要用于有機(jī)合成的催化劑，市場需求量并不大，因此大多數(shù)無水三氯化鋁生產(chǎn)企業(yè)都是以金屬鋁為原料，將經(jīng)過處理的高純鋁預(yù)熱后，加入密閉的氯化反應(yīng)爐內(nèi)，氯氣與金屬鋁在800~900 V條件下發(fā)生反應(yīng)后生產(chǎn)無水三氯化鋁。正是因?yàn)樵摲椒ㄒ愿呒冧X為原料，生產(chǎn)出的無水氯化鋁成本較高，因此也極大的限制了無水氯化鋁的應(yīng)用。離子液體體系低溫電解無水氯化鋁冶煉金屬鋁方法的提出，使市場對無水氯化鋁大規(guī)模、低成本制備方法需求變得更為迫切。
[0003]從低品位的含鋁礦物和粉煤灰出發(fā)制備無水氯化鋁的方法不斷被提出，含鋁礦物的氯化在1926年已經(jīng)被提出(US Pat.N0.1605098)，2012年中國鋁業(yè)股份有限公司在專利CN102491394A和CN102807245A中公開了一種粉煤灰生產(chǎn)三氯化鋁的方法和一種粉煤灰制備無水三氯化鋁的方法。然而粉煤灰是經(jīng)過高溫煅燒的含鋁硅酸鹽，以粉煤灰為原料進(jìn)行氯化制備無水氯化鋁存在兩個(gè)明顯缺陷:首先鋁硅等物質(zhì)的晶相較穩(wěn)定，氯化溫度較工業(yè)氧化鋁或鋁土礦高50~100°C，即粉煤灰要在800~900°C才能較好的氯化，此時(shí)體系內(nèi)產(chǎn)生氯化鈣鎂處于熔融態(tài)，直接導(dǎo)致反應(yīng)物料粘結(jié)，沸騰床失流；其次粉煤灰中氧化鋁含量較低20~35%，氧化硅含量較高40~56%，以生產(chǎn)無水氯化鋁為目標(biāo)的氯化過程物料流量更大，流程更長，成本顯著增加。
[0004]我國近70%的鋁材以鋁合金的形式進(jìn)入各種制造業(yè)，其中鋁硅合金的消費(fèi)類所占比重最大。鋁硅合金具有強(qiáng)度高、 鑄造性好、耐磨、耐熱和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、輪船等零部件的制造業(yè)和一些其他機(jī)械行業(yè)。目前，我國都是采用分別生產(chǎn)電解鋁和工業(yè)硅，然后熔融摻兌的方法制得鋁硅合金。但是這種方法對鋁礦資源的品味要求高，工藝流程十分復(fù)雜，耗能大，生產(chǎn)成本高，這些因素在一定程度上制約了我國鋁工業(yè)的發(fā)展。近年來發(fā)展起來的以無水氯化物為原料在離子液體中低溫電解各種半導(dǎo)體、金屬及其合金研究中，僅報(bào)道過半導(dǎo)體單質(zhì)硅、鍺和鋁、鎂、銀、鐵、鈷、鎳、銅等金屬及其合金的電沉積。
[0005]針對上述問題，本發(fā)明首次提出以鋁土礦和粉煤灰的混合物為原料進(jìn)行碳熱氯化反應(yīng)。 申請人:前期的研究結(jié)果表明，鋁土礦在較低的溫度下(600~750°C)可以發(fā)生碳熱氯化反應(yīng)，反應(yīng)生成的氯化鋁、氯化鐵等物質(zhì)對粉煤灰的氯化具有較好的催化作用，降低了粉煤灰的氯化溫度，有效防止了沸騰床的失流，保證了沸騰氯化反應(yīng)的順利進(jìn)行。其次根據(jù)對氯化物產(chǎn)品中鋁硅組成的要求，對反應(yīng)原料即鋁土礦和粉煤灰進(jìn)行合理配比，較好的避免了無水氯化物質(zhì)混合過程中的吸濕等不良反應(yīng)，也節(jié)省了工業(yè)成本。采用鋁硅混合氯化物為原料，在離子液體中低溫電解制備招娃合金，既可以拓寬招娃合金生產(chǎn)原材料的范圍，也具有節(jié)能降耗等優(yōu)點(diǎn)，這將有助于我國鋁工業(yè)以及鑄造等制造業(yè)水平的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對目前含鋁原料制備無水氯化鋁和鋁硅合金制備已有技術(shù)存在的不足，提出一種能夠綜合利用低品位含鋁資源(鋁土礦和粉煤灰等)，獲得無水氯化物原料并低溫電解制備鋁硅合金的方法。該方法不僅擴(kuò)大了鋁及鋁硅合金生產(chǎn)的資源范圍，還降低了金屬冶煉過程的能耗。 [0007]本發(fā)明是通過以下工藝技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008]一種含鋁礦物和粉煤灰混合氯化并低溫電解制備鋁硅合金的方法，該過程包括四個(gè)步驟:
[0009](一)將粉煤灰和含鋁礦物分別破碎成粉后，按一定比例混合；含鋁礦物包括鋁土礦、煤矸石、高嶺石、高嶺土、紅柱石和藍(lán)晶石中的一種，粉煤灰和含鋁礦物的組成中粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10~50%。
[0010](二)在混合原料中加入一定量合適粒度的還原劑，固體混合物料加入沸騰氯化爐，用氣態(tài)氯化劑進(jìn)行碳熱沸騰氯化；還原劑包括石油焦、活性炭、焦炭的一種或幾種的混合物，固體混合物中還原劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20~40%，還原劑的粒度為含鋁原料的I~1.4倍，氣態(tài)氯化劑包括Cl2、COCl2, CCl4的一種或幾種的混合氣體，氣體的流速為0.0015~
0.02m/s，沸騰氯化的溫度控制在600~1000°C，氣態(tài)產(chǎn)物冷卻溫度為10~40°C。
[0011](三)氯化產(chǎn)物經(jīng)過濾凈化后快速冷凝收集，將混合氯化產(chǎn)物溶解在離子液體中，獲得澄清透明的電解液。氯化產(chǎn)物包括氯化鋁、氯化鐵、氯化硅、氯化鈣、氯化鎂，其中氯化招的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50~90%,氯化娃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40~5%,氯化物總物質(zhì)的量與離子液體的物質(zhì)的量之比為1.2~2，所述的離子液體其陽離子包括烷基、烷氧基、氟原子和氫原子取代的咪唑型、吡啶型、季銨型、季鱗型、吡咯型一價(jià)陽離子，其陰離子為F_、Cl' Br' 1、CN_、[N(CF3SO2)2F 和[N(CN)2]'
[0012](四)在一定槽壓下對電解液進(jìn)行預(yù)處理，電解液中的氯化鐵在陰極析出實(shí)現(xiàn)氯化物的分離，同時(shí)獲得金屬鐵副產(chǎn)物，電解液提純后升高槽壓，陰極上獲得一定組成的鋁硅合金，預(yù)處理與電解過程中在惰性陽極表面析出氯氣，收集氯氣返回氯化階段使用。電解液預(yù)處理采用恒電流或恒電壓的方式，恒電流電解的電流密度在100~800A/m2，恒電壓電解時(shí)電壓控制在1.0~3.0V,陽極為惰性材料，包括玻璃碳、高純石墨、高純碳纖維電極、鉬網(wǎng)和抗腐蝕釕、鈦、鑰、鉭金屬電極，陰極為固體銅、鋁、鐵、石墨材料，極距為10~20mm。電解制備合金過程電解液和電解方式與電解液預(yù)處理過程相同，恒電流電解的電流密度在100~700A/m2，恒電壓電解時(shí)電壓控制在2.5~5.0V。
[0013]本發(fā)明的特點(diǎn):
[0014]1、本發(fā)明將反應(yīng)活性不同的鋁土礦與粉煤灰混合物作為原料，鋁土礦的氯化產(chǎn)物對粉煤灰的氯化過程產(chǎn)生的催化作用使得粉煤灰的氯化溫度降低，反應(yīng)可以持續(xù)在流化狀態(tài)下進(jìn)行，提聞了反應(yīng)效率。
[0015]2、本發(fā)明將化學(xué)組成不同鋁土礦與粉煤灰混合物作為反應(yīng)原料，對氯化產(chǎn)品的組成實(shí)現(xiàn)了一步調(diào)控，有效減少了吸濕等過程的發(fā)生，節(jié)省了成本。
[0016]3、本發(fā)明在低溫離子液體中實(shí)現(xiàn)了鐵雜質(zhì)的有效分離，同時(shí)還可以獲得單質(zhì)鐵副產(chǎn)物。
[0017]4、本發(fā)明在離子液體中40~110°C范圍內(nèi)電解制備一定組成的鋁硅合金，顯著降低了熱損耗，提高了電流效率。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1:
[0019]將鋁土礦和粉煤灰分別破碎成粉后，過篩，選取160~200目的原料顆粒，按質(zhì)量比1:9混合；在混合原料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的140~180目的煅后石油焦，混合物料加入沸騰氯化爐，Cl2氣氛下進(jìn)行碳熱沸騰氯化，氣體的流速為0.0015m/s,氯化溫度為650°C。氯化產(chǎn)物經(jīng)過濾凈化后快速冷凝收集，氣態(tài)產(chǎn)物冷卻溫度為10°C，將混合氯化產(chǎn)物溶解在BmimCl (1_ 丁基_3_甲基咪唑氯鹽)離子液體中，獲得澄清透明的電解液。氯化產(chǎn)物中氯化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%，氯化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%，氯化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，氯化鈣與氯化鎂的總含量為2%，氯化物總物質(zhì)的量與離子液體的物質(zhì)的量之比為1.2。以高純石墨為惰性陽極，以不銹鋼為陰極，極距為10mm，在40°C、1.5V槽壓下采用恒電壓方式對電解液進(jìn)行預(yù)處理，電解液中的氯化鐵在陰極析出實(shí)現(xiàn)氯化物的分離，同時(shí)獲得金屬鐵副產(chǎn)物。電解液提純后更換陰極，升高槽壓至3.0V,陰極上獲得鋁硅合金。
[0020]實(shí)施例2:
[0021]將煤矸石和粉煤灰分別破碎成粉后，過篩，選取140~180目的原料顆粒，按質(zhì)量比2:8混合，在混合原料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的120~160目的煅后石油焦，混合物料加入沸騰氯化爐，在COCl2氣氛下進(jìn)行碳熱沸騰氯化，氣體的流速為0.0018m/s,氯化溫度為7000C。氯化產(chǎn)物經(jīng)過濾凈化后快速冷凝收集，氣態(tài)產(chǎn)物冷卻溫度為20°C，將混合氯化產(chǎn)物溶解在N-正丁基吡啶溴離子液體中，獲得澄清透明的電解液。氯化產(chǎn)物中氯化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72%，氯化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23%，氯化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%，氯化物總物質(zhì)的量與離子液體的物質(zhì)的量之比為1.3。以玻璃碳為`惰性陽極，以銅為陰極，極距為13mm，在50°C、1.7V槽壓下采用恒電壓方式對電解液進(jìn)行預(yù)處理，電解液中的氯化鐵在陰極析出實(shí)現(xiàn)氯化物的分離，同時(shí)獲得金屬鐵副產(chǎn)物。電解液提純后更換陰極，升高槽壓至3.5V，陰極上獲得鋁硅
I=1-Wl O
[0022]實(shí)施例3:
[0023]將高嶺石和粉煤灰分別破碎成粉后，過篩，選取160~200目的原料顆粒，按質(zhì)量比3:7混合，在混合原料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的140~180目的煅后石油焦，混合物料加入沸騰氯化爐，在Cl2和COCl2的混合氣氛下進(jìn)行碳熱沸騰氯化，氣體的流速為0.002m/s,氯化溫度為750°C。氯化產(chǎn)物經(jīng)過濾凈化后快速冷凝收集，氣態(tài)產(chǎn)物冷卻溫度為30°C，將混合氯化產(chǎn)物溶解在N-甲基，丁基吡咯烷雙三氟甲磺酰亞胺鹽離子液體中，獲得澄清透明的電解液。氯化產(chǎn)物中氯化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78%，氯化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%，氯化鈣鎂的總含量為2%，氯化物總物質(zhì)的量與離子液體的物質(zhì)的量之比為1.7。以高純碳纖維電極為惰性陽極，以鋁為陰極，極距為15mm，在60°C、2.5V槽壓下采用恒電壓方式對電解液進(jìn)行預(yù)處理，電解液中的氯化鐵在陰極析出實(shí)現(xiàn)氯化物的分離，同時(shí)獲得金屬鐵副產(chǎn)物。電解液提純后更換陰極，升高槽壓至4.0V,陰極上獲得鋁硅合金。
[0024]實(shí)施例4:[0025]將高嶺土和粉煤灰分別破碎成粉后，過篩，選取160~200目的原料顆粒，按質(zhì)量比4:6混合，在混合原料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的140~180目的煅后石油焦，混合物料加入沸騰氯化爐，在Cl2和CCl4的混合氣氛下進(jìn)行碳熱沸騰氯化，氣體的流速為0.005m/s,氯化溫度為850°C。氯化產(chǎn)物經(jīng)過濾凈化后快速冷凝收集，氣態(tài)產(chǎn)物冷卻溫度為40°C，將混合氯化產(chǎn)物溶解在甲基三丁基膦磷酸二甲酯鹽離子液體中，獲得澄清透明的電解液。氯化產(chǎn)物中氯化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%，氯化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%，氯化物總物質(zhì)的量與離子液體的物質(zhì)的量之比為1.2。以鉬網(wǎng)為惰性陽極，以石墨為陰極，極距為20mm，在70°C、3.0V槽壓下采用恒電壓方式對電解液進(jìn)行預(yù)處理，電解液中的氯化鐵在陰極析出實(shí)現(xiàn)氯化物的分離，同時(shí)獲得金屬鐵副產(chǎn)物。電解液提純后更換陰極，升高槽壓至5.0V,陰極上獲得鋁硅合金。
[0026]實(shí)施例5:
[0027]將紅柱石和粉煤灰分別破碎成粉后，過篩，選取160~200目的原料顆粒，按質(zhì)量比1:1混合，在混合原料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的140~180目的煅后石油焦，混合物料加入沸騰氯化爐，在Cl2氣氛下進(jìn)行碳熱沸騰氯化，氣體的流速為0.008m/s,氯化溫度為8500C。氯化產(chǎn)物經(jīng)過濾凈化后快速冷凝收集，氣態(tài)產(chǎn)物冷卻溫度為10°C，將混合氯化產(chǎn)物溶解在溴化己基三丁基膦離子液體中，獲得澄清透明的電解液。氯化產(chǎn)物中氯化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，氯化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17%，氯化物總物質(zhì)的量與離子液體的物質(zhì)的量之比為2。以抗腐蝕釕為惰性陽極，以不銹鋼為陰極，極距為10mm，在90°C、3.0V槽壓下采用恒電壓方式對電解液進(jìn)行預(yù)處理，電解液中的氯化鐵在陰極析出實(shí)現(xiàn)氯化物的分離，同時(shí)獲得金屬鐵副產(chǎn)物。電解液提純后更換陰極，升高槽壓至5.0V,陰極上獲得硅鋁合金。
[0028]實(shí)施例6:
[0029]將紅柱石和粉煤灰分別破碎成粉后，過篩，選取160~200目的原料顆粒，按質(zhì)量比1:1混合，在混合原料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的140~180目的煅后石油焦，混合物料加入沸騰氯化爐，在Cl2氣氛下進(jìn)行碳熱沸騰氯化，氣體的流速為0.02m/s (0.0015~
0.02m/s)，氯化溫度為1000°C。氯化產(chǎn)物經(jīng)過濾凈化后快速冷凝收集，氣態(tài)產(chǎn)物冷卻溫度為10°c，將混合氯化產(chǎn)物溶解在1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體中，獲得澄清透明的電解液。氯化產(chǎn)物中氯化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90% (50~90%)，氯化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，氯化物總物質(zhì)的量與離子液體的物質(zhì)的量之比為2。以抗腐蝕鑰為惰性陽極，以不銹鋼為陰極，極距為10mm，在110°C、800A/m2電流密度下采用恒電流方式對電解液進(jìn)行預(yù)處理，電解液中的氯化鐵在陰極析出實(shí)現(xiàn)氯化物的分離，同時(shí)獲得金屬鐵副產(chǎn)物。電解液提純后更換陰極，在700A/m2電流密度下采用恒電流方式在陰極上獲得鋁硅合金。
[0030]實(shí)施例7:
[0031]將鋁土礦和粉煤灰分別破碎成粉后，過篩，選取160~200目的原料顆粒，按質(zhì)量比1:9混合；在混合原料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的140~180目的煅后石油焦，混合物料加入沸騰氯化爐，Cl2氣氛下進(jìn)行碳熱沸騰氯化，氣體的流速為0.0015m/s，氯化溫度為750°C。氯化產(chǎn)物經(jīng)過濾凈化后快速冷凝收集，氣態(tài)產(chǎn)物冷卻溫度為10°C，將混合氯化產(chǎn)物溶解在BmimCl(1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽)離子液體中，獲得澄清透明的電解液。氯化產(chǎn)物中氯化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%，氯化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%，氯化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，氯化鈣與氯化鎂的總含量為2%，氯化物總物質(zhì)的量與離子液體的物質(zhì)的量之比為1.2。以高純石墨為惰性陽極，以不銹鋼為陰極，極距為10mm，在100°C、600A/m2電流密度下采用恒電流方式對電解液進(jìn)行預(yù)處理，電解液中的氯化鐵在陰極析出實(shí)現(xiàn)氯化物的分離，同時(shí)獲得金屬鐵副產(chǎn)物。電解液提純后更換陰極，在ΙΟΟΑ/m2電流密度下采用恒電流方式在陰極上獲得鋁硅合金。
[0032]實(shí)施例8:
[0033]將煤矸石和粉煤灰分別破碎成粉后，過篩，選取140~180目的原料顆粒，按質(zhì)量比3:7混合，在混合原料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的120~160目的煅后石油焦，混合物料加入沸騰氯化爐，在COCl2氣氛下進(jìn)行碳熱沸騰氯化，氣體的流速為0.0020m/s,氯化溫度為8000C。氯化產(chǎn)物經(jīng)過濾凈化后快速冷凝收集，氣態(tài)產(chǎn)物冷卻溫度為20°C，將混合氯化產(chǎn)物溶解在N-正丁基吡啶氯離子液體中，獲得澄清透明的電解液。氯化產(chǎn)物中氯化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為69%，氯化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%，氯化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%，氯化物總物質(zhì)的量與離子液體的物質(zhì)的量之比為1.3。以玻璃碳為惰性陽極，以銅為陰極，極距為15mm，在90°C、500A/m2電流密度下采用恒電流方式對電解液進(jìn)行預(yù)處理，電解液中的氯化鐵在陰極析出實(shí)現(xiàn)氯化物的分離，同時(shí)獲得金屬鐵副產(chǎn)物。電解液提純后更換陰極，在400A/m2電流密度下采用恒電流方式在陰極上獲得鋁硅合金。
[0034]實(shí)施例9:
[0035]將高嶺石和粉煤灰分別破碎成粉后，過篩，選取140~180目的原料顆粒，按質(zhì)量比3:7混合，在混合原料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的120~160目的煅后石油焦，混合物料加入沸騰氯化爐，在COCl2氣氛下進(jìn)行碳熱沸騰氯化，氣體的流速為0.0020m/s,氯化溫度為8500C。氯化產(chǎn)物經(jīng)過濾凈化后快速冷凝收集，氣態(tài)產(chǎn)物冷卻溫度為20°C，將混合氯化產(chǎn)物溶解在N-正丁基吡啶氯離子液體中，獲得澄清透明的電解液。氯化產(chǎn)物中氯化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78%，氯化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%，氯化鈣鎂的總含量為2%，氯化物總物質(zhì)的量與離子液體的物質(zhì)的量之比為1.7。以高純碳纖維電極為惰性陽極，以鋁為陰極，極距為18mm，在80°C、700A/m2電流密度下采用·恒電流方式對電解液進(jìn)行預(yù)處理，電解液中的氯化鐵在陰極析出實(shí)現(xiàn)氯化物的分離，同時(shí)獲得金屬鐵副產(chǎn)物。電解液提純后更換陰極，在600A/m2電流密度下采用恒電流方式在陰極上獲得鋁硅合金。
【權(quán)利要求】
1.一種含鋁礦物和粉煤灰混合氯化并低溫電解制備鋁硅合金的方法，其特征在于該過程將含鋁礦物和粉煤灰的混合物采用碳熱氯化的方法獲得無水氯化物，含鋁礦物較粉煤灰氯化溫度低，生成的無水氯化物對粉煤灰的氯化具有催化作用，有效提高了反應(yīng)的效率。無水氯化物經(jīng)分離除雜后在離子液體中電解獲得鋁硅合金，包括: (I)將含鋁礦物和粉煤灰分別破碎成粉后混合，得到混合原料； (2 )將混合原料加入還原劑后的固體混合物料用氣態(tài)氯化劑在沸騰氯化爐中進(jìn)行碳熱沸騰氯化； (3)氯化產(chǎn)物經(jīng)過濾凈化后快速冷凝收集，將混合氯化產(chǎn)物溶解在離子液體中，獲得澄清透明的電解液； (4)對電解液進(jìn)行預(yù)處理，電解液中的氯化鐵在陰極析出實(shí)現(xiàn)氯化物的分離，同時(shí)獲得金屬鐵副產(chǎn)物，電解液提純后更換陰極并改變槽壓或電流密度，陰極上獲得鋁硅合金，預(yù)處理與電解過程中在惰性陽極表面析出氯氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)所述的含鋁礦物為鋁土礦、煤矸石、高嶺石、高嶺土、紅柱石或藍(lán)晶石中的一種，粉煤灰和含鋁礦物的組成中粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%~50%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)所述的還原劑為石油焦、活性炭和焦炭中的一種或幾種的混合物，固體混合物中還原劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%~40%，還原劑的粒度為含鋁原料的I~1.4倍，氣態(tài)氯化劑為Cl2XOCl2和CCl4中的一種或幾種的混合氣體，氣體的流速為0.0015m/s~0.02m/s，沸騰氯化的溫度控制在600°C~1000°C，氣態(tài)產(chǎn)物冷卻溫度為10°C~40°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)所述的氯化產(chǎn)物包括氯化鋁、氯化鐵、氯化硅、氯化鈣和氯化鎂，其中氯化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%~90%，氯化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~40%，氯化物總物質(zhì)的量與離子液體的物質(zhì)的量之比為1.2~2，所述的離子液體其陽離子包括烷基、烷氧基、氟原子和氫原子取代的咪唑型、吡啶型、季銨型、季鱗型和吡咯型一價(jià)陽離子中的一種，其陰離子為F_、Cl' Br'、CN_、[N(CF3SO2) 2]_和[N(CN) 2]_中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(4)所述的電解液預(yù)處理采用恒電流或恒電壓的方式，恒電流電解的電流密度在100~800A/m2，恒電壓電解時(shí)電壓控制在1.0V~3.0V,陽極為惰性材料，包括玻璃碳、高純石墨、高純碳纖維電極、鉬網(wǎng)和抗腐蝕釕、鈦、鑰、鉭金屬電極，陰極為固體銅、鋁、鐵、石墨材料，極距為10~20mm，體系溫度為40°C~110。。。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于電解制備合金的過程采用恒電流或恒電壓的方式，恒電流電解的電流密度在100~700A/m2，恒電壓電解時(shí)電壓控制在2.5~5.0V。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(4)所述的陽極產(chǎn)生的氯氣用于含鋁原料的氯化，實(shí)現(xiàn)氯氣的循環(huán)，離子液體在長時(shí)間電解處理后也進(jìn)行循環(huán)使用。
【文檔編號】C25C1/24GK103572323SQ201310554158
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】張軍玲, 陳仕謀, 何宏艷, 高潔, 康艷紅, 石朝輝, 郎海燕, 張鎖江 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所