權(quán)利要求書： 1.一種離子液體電解質(zhì)體系低溫恒流多級電解制取鋁的方法，其特征在于，包括以下步驟：

a.在水氧含量＜1ppm的低氧低水條件下，將無水氯化鋁混合于咪唑氯鹽型離子液體中，制得氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)；

b.在氮?dú)狻鍤饣蚝獗Ｗo(hù)下，將電解電極插入液封后的所述氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)中，進(jìn)行五級電解精煉：以純度95%的鋁片作為所述電解電極的陰極，以鉑片或鋁合金材料作為一級電解的陽極，將n級電解后的陰極作為n+1級電解的陽極，其中，n=1、2、3、4，每級施加恒定電流電解；所述恒定電流為電流密度95?100mA的直流電流；所述五級電解精煉中各級電解的溫度為：一級電解75?78℃、二級電解65?68℃、三級電解55?58℃、四級電解45?

48℃、五級電解35?38℃；經(jīng)五級電解后的陰極產(chǎn)物即為純度高于99.8%的高純鋁。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液體電解質(zhì)體系低溫恒流多級電解制取鋁的方法，其特征在于，所述咪唑氯鹽型離子液體為[Bmim]Cl，所述氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)為[Bmim][Al2Cl7]。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液體電解質(zhì)體系低溫恒流多級電解制取鋁的方法，其特征在于，所述鋁合金材料為Cu含量3?5%的2024鋁合金、Mg含量2?3%的5052鋁合金、Zn含量4?

5%的7005鋁合金或Cu含量1?2%、Mg含量2?3%和Zn含量5?6%的7075鋁合金。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液體電解質(zhì)體系低溫恒流多級電解制取鋁的方法，其特征在于，步驟a中，所述氯化鋁與咪唑氯鹽離子液體的摩爾比為2:1，反應(yīng)溫度為30?60℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液體電解質(zhì)體系低溫恒流多級電解制取鋁的方法，其特征在于，步驟b中，所述液封所用液體為疏水型的二甲基硅烷。

說明書： 一種離子液體電解質(zhì)體系低溫恒流多級電解制取鋁的方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于電解鋁技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種離子液體電解質(zhì)體系低溫恒流多級電解制取鋁的方法。

背景技術(shù)[0002] 高純鋁是一種銀白色，表面光潔，具有清晰結(jié)晶紋且夾雜含量極低的超精鋁。在工業(yè)中，通常把純度（質(zhì)量純度）大于99.8%的純鋁稱為高純鋁（HighpurityAluminium)。其具

有低的變形抗力、高的電導(dǎo)率及良好的塑性等特性，正是由于其優(yōu)異的性能使得高純鋁在

制備超級合金、集成電路配線、光電子存儲媒體等方面起著不可估量的作用。已被廣泛應(yīng)用

于航空航天、精密儀器以及電子信息等高新技術(shù)和科學(xué)研究領(lǐng)域。

[0003] 關(guān)于高純鋁的制備，在工業(yè)中一般通過三層液電解法和偏析法對原鋁進(jìn)行精煉，進(jìn)而得到純度大于99.8%的高純鋁。其中三層液電解法制取高純鋁的原理是利用低純度原

鋁中的雜質(zhì)元素與鋁元素的電極電位差異而實(shí)現(xiàn)鋁的提純。該方法起步早，工藝成熟，是目

前高純鋁制備的主流工藝，但這種方法要求的反應(yīng)溫度在700℃以上，且電解能耗高達(dá)12?

3

18×10kW·h/t?Al，此外還伴隨有大量氟化物的產(chǎn)生。如今由于三層液電解法存在高能

耗、高污染等問題，其發(fā)展極為受限。偏析法又稱為凝固提純法，該方法是利用雜質(zhì)元素和

鋁元素在熔融狀態(tài)下平衡分配系數(shù)的不同即鋁熔體冷卻凝固過程中產(chǎn)生的偏析現(xiàn)象而使

3

原鋁得到精煉提純進(jìn)而得到高純鋁，偏析法具有投資少，能耗低（3.0?5.0×10kW·h/t?

Al）等優(yōu)點(diǎn)，但與三層液電解法相比，其在生產(chǎn)過程中存在有二次污染現(xiàn)象且生產(chǎn)效率低，

通常需要進(jìn)行幾次甚至幾十次的重復(fù)操作，才能獲得合格的產(chǎn)品。

[0004] 針對以上我國高純鋁制備工藝的發(fā)展現(xiàn)狀，本發(fā)明提出了一種利用離子液體多級制備高純鋁的方法，與傳統(tǒng)工藝不同，利用離子液體多級電解制備高純鋁的方法對于降低

高純鋁制備過程中的能耗，提高生產(chǎn)效率，消除環(huán)境污染等方面具有積極的意義。

[0005] 結(jié)合發(fā)明人的研究結(jié)果，提出了以鋁合金材料作為電解電極，多級制備高純鋁的方法。目前隨著我國建筑行業(yè)的高速發(fā)展，鋁合金材料的使用量也逐年遞增，與此同時也產(chǎn)

生了大量的廢棄鋁合金產(chǎn)品，從這些廢棄鋁產(chǎn)品中回收鋁不僅可以大大降低鋁的生產(chǎn)成

本，還可以使得鋁土礦這種不可再生資源得到良好的循環(huán)利用，而利用離子液體多級電解

法從廢舊鋁合金材料中回收制備高純鋁，不僅可以保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源，降低能耗，還可以

得到具有高附加值的高純鋁產(chǎn)品，具有廣闊的發(fā)展空間。

發(fā)明內(nèi)容[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種離子液體電解質(zhì)體系低溫恒流多級電解制取鋁的方法，該方法能耗低，綠色環(huán)保，電解效率高，所得產(chǎn)物鋁質(zhì)量純度高。

[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：[0008] 一種離子液體電解質(zhì)體系低溫恒流多級電解制取鋁的方法，包括以下步驟：[0009] a.在水氧含量＜1ppm的低氧低水條件下，將無水氯化鋁混合于咪唑氯鹽型離子液體中，制得氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)；

[0010] b.在惰性氣體保護(hù)下，將電解電極插入液封后的所述氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)中，進(jìn)行五級電解精煉：以純度95%的鋁片作為所述電解電極的陰極，以鉑片或鋁合金材料

作為一級電解的陽極，將n級電解后的陰極作為n+1級電解的陽極（n=1、2、3、4），每級施加恒

定電流電解，經(jīng)五級電解后的陰極產(chǎn)物即為純度高于99.8%的高純鋁。

[0011] 進(jìn)一步的，所述咪唑氯鹽型離子液體為[Bmim]Cl（1?丁基?3?甲基咪唑氯鹽離子液體），所述氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)為[Bmim][Al2Cl7]（1?丁基?3?甲基咪唑氯鹽離子液體）。

[0012] 進(jìn)一步的，所述惰性氣體為氮?dú)狻鍤饣蚝?。[0013] 進(jìn)一步的，所述鋁合金材料為2024鋁合金[Al?Cu(3?5%)]、5052鋁合金[Al?Mg(2?3%)]、7005鋁合金[Al?Zn(4?5%)]或7075鋁合金[Al?Cu(1?2%)?Mg(2?3%)?Zn(5?6%)]。

[0014] 進(jìn)一步的，步驟a中，所述氯化鋁與咪唑氯鹽離子液體的摩爾比為2:1，反應(yīng)溫度為30?60℃。

[0015] 進(jìn)一步的，步驟b中，所述液封所用液體為疏水型的二甲基硅烷。[0016] 進(jìn)一步的，步驟b中，所述恒定電流為電流密度95?100mA的直流電流；所述五級電解精煉中各級電解的溫度為：一級電解75?78℃、二級電解65?68℃、三級電解55?58℃、四級

電解45?48℃、五級電解35?38℃。

[0017] 本發(fā)明具有如下有益效果：[0018] 本發(fā)明選用的氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)是一種無污染的綠色溶劑，可顯著降低反應(yīng)溫度，減少反應(yīng)能耗和廢氣排放，同時可提高產(chǎn)品的質(zhì)量，增加工業(yè)化生產(chǎn)的安全系數(shù)。

[0019] 本發(fā)明電解電極不僅可選用惰性陽極材料，還可選用廢舊鋁合金或低純度的原鋁，其反應(yīng)原理為：

[0020] 陽極：Al(廢舊鋁合金或低純度原鋁)+7[AlCl4]?→4[Al2Cl7]?+3e?[0021] 陰極：4[Al2Cl7]?+3e?→Al(高純鋁)+7[AlCl4]?[0022] 整個制備過程在低溫環(huán)境下（40 100℃）進(jìn)行，經(jīng)五級電解精煉后可于陰極得到連~

續(xù)、致密、黏附性好的鋁沉積層，所得反應(yīng)產(chǎn)物鋁沉積層質(zhì)量純度大于99.8%，電解效率高于

80%。

附圖說明[0023] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中五級電解精煉所用的單級裝置圖；[0024] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中五級電解精煉所用的多級裝置圖；[0025] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中經(jīng)五級電解后的陰極產(chǎn)物鋁沉積層SEM表面形貌圖和EDAX質(zhì)量純度表征結(jié)果圖；

[0026] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中經(jīng)五級電解后的陰極產(chǎn)物鋁沉積層SEM表面形貌圖和EDAX質(zhì)量純度表征結(jié)果圖；

[0027] 1、恒流電源，2、進(jìn)氣口，3、陽極，4、硅油，5、磁力攪拌子，6、可控溫磁力攪拌器，7，出氣口，8、電解槽密封蓋，9、電解槽，10、陰極。

具體實(shí)施方式[0028] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明，實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，不是對本發(fā)明的限定。

[0029] 實(shí)施例1[0030] 一種離子液體電解質(zhì)體系低溫恒流多級電解制取鋁的方法，包括以下步驟：[0031] a.在水氧含量＜1ppm的低氧低水條件下，將無水氯化鋁混合于咪唑氯鹽離子液體[Bmim]Cl中，氯化鋁與咪唑氯鹽離子液體[Bmim]Cl的摩爾比為2:1，反應(yīng)溫度為60℃，制得

氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)[Bmim][Al2Cl7]；

[0032] b.采用圖1所示裝置，各級電解槽9中裝入所述氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)[Bmim][Al2Cl7]，加入二甲基硅烷進(jìn)行液封，將電解電極插入液封后的氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)

[Bmim][Al2Cl7]中，關(guān)閉電解槽密封蓋8，打開出氣口7，進(jìn)氣口2通入氮?dú)?，可控溫磁力攪?br>
器6中加入硅油4后使磁力攪拌子8轉(zhuǎn)動攪拌并控制電解溫度，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，進(jìn)行五級電解

精煉：打開恒流電源1，每級施加電流密度100mA的直流電流電解；以純度95%的鋁片作為所

述電解電極的陰極，以鉑片作為一級電解的陽極，一級電解溫度為75℃，電解時間13h；將一

級電解后的陰極作為二級電解的陽極，二級電解溫度為65℃，電解時間12h；將二級電解后

的陰極作為三級電解的陽極，三級電解溫度為55℃，電解時間11h；將三級電解后的陰極作

為四級電解的陽極，四級電解溫度為45℃，電解時間10h；將四級電解后的陰極作為五級電

解的陽極，五級電解溫度為35℃，電解時間9h；經(jīng)五級電解后的陰極產(chǎn)物即為純度高于

99.8%的高純鋁。整個五級電解精煉所用的裝置如圖2所示。

[0033] 對每級電解后的陰極產(chǎn)物進(jìn)行純度分析，試驗(yàn)結(jié)果如下表所示： 陰極鋁純度

一級電解后 96.7%

二級電解后 97.4%

三級電解后 99.1%

四級電解后 99.7%

五級電解后 99.9%

[0034] 可見，本發(fā)明五級電解精煉總反應(yīng)效率可達(dá)90%，經(jīng)五級電解后的陰極產(chǎn)物鋁純度為99.9%。

[0035] 對經(jīng)五級電解后的陰極進(jìn)行表征，陰極產(chǎn)物鋁沉積層SEM表面形貌圖如圖3（a）所示、EDAX質(zhì)量純度表征結(jié)果如圖3（b）所示，可見，本發(fā)明所得產(chǎn)物鋁沉積層連續(xù)、致密，黏附

性好，質(zhì)量純度高。

[0036] 實(shí)施例2[0037] 一種離子液體電解質(zhì)體系低溫恒流多級電解制取鋁的方法，包括以下步驟：[0038] a.在水氧含量＜1ppm的低氧低水條件下，將無水氯化鋁混合于咪唑氯鹽型離子液體[Bmim]Cl中，氯化鋁與咪唑氯鹽離子液體[Bmim]Cl的摩爾比為2:1，反應(yīng)溫度為30℃，制

得氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)[Bmim][Al2Cl7]；

[0039] b.在氬氣保護(hù)下，將電解電極插入經(jīng)疏水型的二甲基硅烷液封后的所述氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)[Bmim][Al2Cl7]中，進(jìn)行五級電解精煉：每級施加電流密度100mA的直流電

流電解；以純度95%的鋁片作為所述電解電極的陰極，以2024鋁合金[Al?Cu(3?5%)]作為一

級電解的陽極，一級電解溫度為78℃，電解時間13h；將一級電解后的陰極作為二級電解的

陽極，二級電解溫度為68℃，電解時間11h；將二級電解后的陰極作為三級電解的陽極，三級

電解溫度為58℃，電解時間9h；將三級電解后的陰極作為四級電解的陽極，四級電解溫度為

48℃，電解時間7h；將四級電解后的陰極作為五級電解的陽極，五級電解溫度為38℃，電解

時間5h；經(jīng)五級電解后的陰極產(chǎn)物即為純度高于99.8%的高純鋁。

[0040] 對每級電解后的陰極產(chǎn)物進(jìn)行純度分析，試驗(yàn)結(jié)果如下表所示： 陰極鋁純度

一級電解后 95.2%

二級電解后 98.8%

三級電解后 99.5%

四級電解后 99.8%

五級電解后 99.9%

[0041] 可見，本發(fā)明五級電解精煉總反應(yīng)效率可達(dá)80%，經(jīng)五級電解后的陰極產(chǎn)物鋁純度為99.9%。

[0042] 對經(jīng)五級電解后的陰極進(jìn)行表征，陰極產(chǎn)物鋁沉積層SEM表面形貌圖如圖4（a）所示、EDAX質(zhì)量純度表征結(jié)果如圖4（b）所示，可見，所得產(chǎn)物鋁沉積層連續(xù)、致密，黏附性好，

質(zhì)量純度高。

[0043] 采用2024鋁合金(其中鋁含量約為92%)作為陽極材料，在此方法下經(jīng)五級電解精煉得到的鋁沉積層電流效率和鋁純度均滿足高純鋁的生產(chǎn)及產(chǎn)品要求。

[0044] 實(shí)施例3[0045] 一種離子液體電解質(zhì)體系低溫恒流多級電解制取鋁的方法，包括以下步驟：[0046] a.在水氧含量＜1ppm的低氧低水條件下，將無水氯化鋁混合于咪唑氯鹽型離子液體[Bmim]Cl中，氯化鋁與咪唑氯鹽離子液體[Bmim]Cl的摩爾比為2:1，反應(yīng)溫度為40℃，

制得氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)[Bmim][Al2Cl7]；

[0047] b.在氬氣保護(hù)下，將電解電極插入經(jīng)疏水型的二甲基硅烷液封后的所述氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)[Bmim][Al2Cl7]中，進(jìn)行五級電解精煉：每級施加電流密度100mA的直流電

流電解；以純度95%的鋁片作為所述電解電極的陰極，以5052鋁合金[Al?Mg(2?3%)]作為一

級電解的陽極，一級電解溫度為78℃，電解時間13h；將一級電解后的陰極作為二級電解的

陽極，二級電解溫度為68℃，電解時間11h；將二級電解后的陰極作為三級電解的陽極，三級

電解溫度為58℃，電解時間9h；將三級電解后的陰極作為四級電解的陽極，四級電解溫度為

48℃，電解時間7h；將四級電解后的陰極作為五級電解的陽極，五級電解溫度為38℃，電解

時間5h；經(jīng)五級電解后的陰極產(chǎn)物即為純度高于99.8%的高純鋁。

[0048] 對每級電解后的陰極產(chǎn)物進(jìn)行純度分析，試驗(yàn)結(jié)果如下表所示： 陰極鋁純度

一級電解后 97.5%

二級電解后 99.0%

三級電解后 99.8%

四級電解后 99.8%

五級電解后 99.9%

[0049] 可見，本發(fā)明五級電解精煉總反應(yīng)效率可達(dá)85%，經(jīng)五級電解后的陰極產(chǎn)物鋁純度為99.9%。

[0050] 采用5052鋁合金(其中鋁含量約為95%)作為陽極材料，在此方法下經(jīng)五級電解精煉得到的鋁沉積層電流效率和鋁純度均滿足高純鋁的生產(chǎn)及產(chǎn)品要求。

[0051] 實(shí)施例4[0052] 一種離子液體電解質(zhì)體系低溫恒流多級電解制取鋁的方法，包括以下步驟：[0053] a.在水氧含量＜1ppm的低氧低水條件下，將無水氯化鋁混合于咪唑氯鹽型離子液體[Bmim]Cl中，氯化鋁與咪唑氯鹽離子液體[Bmim]Cl的摩爾比為2:1，反應(yīng)溫度為45℃，

制得氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)[Bmim][Al2Cl7]；

[0054] b.在氬氣保護(hù)下，將電解電極插入經(jīng)疏水型的二甲基硅烷液封后的所述氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)[Bmim][Al2Cl7]中，進(jìn)行五級電解精煉：每級施加電流密度100mA的直流電

流電解；以純度95%的鋁片作為所述電解電極的陰極，以2024鋁合金7005鋁合金[Al?Zn(4?

5%)]作為一級電解的陽極，一級電解溫度為78℃，電解時間13h；將一級電解后的陰極作為

二級電解的陽極，二級電解溫度為68℃，電解時間11h；將二級電解后的陰極作為三級電解

的陽極，三級電解溫度為58℃，電解時間9h；將三級電解后的陰極作為四級電解的陽極，四

級電解溫度為48℃，電解時間7h；將四級電解后的陰極作為五級電解的陽極，五級電解溫度

為38℃，電解時間5h；經(jīng)五級電解后的陰極產(chǎn)物即為純度高于99.8%的高純鋁。

[0055] 對每級電解后的陰極產(chǎn)物進(jìn)行純度分析，試驗(yàn)結(jié)果如下表所示： 陰極鋁純度

一級電解后 96.0%

二級電解后 98.8%

三級電解后 99.7%

四級電解后 99.8%

五級電解后 99.8%

[0056] 可見，本發(fā)明五級電解精煉總反應(yīng)效率可達(dá)84%，經(jīng)五級電解后的陰極產(chǎn)物鋁純度為99.8%。

[0057] 采用7005鋁合金(其中鋁含量約為91%)作為陽極材料，在此方法下經(jīng)五級電解精煉得到的鋁沉積層電流效率和鋁純度均滿足高純鋁的生產(chǎn)及產(chǎn)品要求。

[0058] 實(shí)施例5[0059] 一種離子液體電解質(zhì)體系低溫恒流多級電解制取鋁的方法，包括以下步驟：[0060] a.在水氧含量＜1ppm的低氧低水條件下，將無水氯化鋁混合于咪唑氯鹽型離子液體[Bmim]Cl中，氯化鋁與咪唑氯鹽離子液體[Bmim]Cl的摩爾比為2:1，反應(yīng)溫度為50℃，

制得氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)[Bmim][Al2Cl7]；

[0061] b.在氬氣保護(hù)下，將電解電極插入經(jīng)疏水型的二甲基硅烷液封后的所述氯鋁酸型離子液體電解質(zhì)[Bmim][Al2Cl7]中，進(jìn)行五級電解精煉：每級施加電流密度100mA的直流電

流電解；以純度95%的鋁片作為所述電解電極的陰極，以7075鋁合金[Al?Cu(1?2%)?Mg(2?

3%)?Zn(5?6%)]作為一級電解的陽極，一級電解溫度為78℃，電解時間13h；將一級電解后的

陰極作為二級電解的陽極，二級電解溫度為68℃，電解時間11h；將二級電解后的陰極作為

三級電解的陽極，三級電解溫度為58℃，電解時間9h；將三級電解后的陰極作為四級電解的

陽極，四級電解溫度為48℃，電解時間7h；將四級電解后的陰極作為五級電解的陽極，五級

電解溫度為38℃，電解時間5h；經(jīng)五級電解后的陰極產(chǎn)物即為純度高于99.8%的高純鋁。

[0062] 對每級電解后的陰極產(chǎn)物進(jìn)行純度分析，試驗(yàn)結(jié)果如下表所示： 陰極鋁純度

一級電解后 98.5%

二級電解后 98.9%

三級電解后 99.6%

四級電解后 99.8%

五級電解后 99.9%

[0063] 可見，本發(fā)明五級電解精煉總反應(yīng)效率可達(dá)88%，經(jīng)五級電解后的陰極產(chǎn)物鋁純度為99.9%。

[0064] 采用7075鋁合金(其中鋁含量約為87%)作為陽極材料，在此方法下經(jīng)五級電解精煉得到的鋁沉積層電流效率和鋁純度均滿足高純鋁的生產(chǎn)及產(chǎn)品要求。