一种含铝矿物和粉煤灰混合氯化并低温电解制备铝硅合金的方法

本发明提供一种含铝矿物和粉煤灰混合氯化并低温电解制备铝硅合金的方法，该方法将反应活性不同的铝土矿与粉煤灰混合物作为原料，铝土矿的氯化产物对粉煤灰的氯化过程产生的催化作用使得粉煤灰的氯化温度降低，反应可以持续在流化状态下进行，提高了反应效率。同时，由于含铝矿物与粉煤灰化学组成不同，通过调节混合物料配件，可以实现对氯化产品的组成的调控，有效减少了吸湿等过程的发生，节省了成本。本发明在低温离子液体中实现了氯化产品中铁杂质的有效分离，同时还可以获得单质铁副产物。提纯后在离子液体中40℃～100℃范围内电解制备一定组成的铝硅合金，显著降低了热损耗，提高了电流效率。

1.一种含铝矿物和粉煤灰混合氯化并低温电解制备铝硅合金的方法，其特征在于该过程将含铝矿物和粉煤灰的混合物采用碳热氯化的方法获得无水氯化物，含铝矿物较粉煤灰氯化温度低，生成的无水氯化物对粉煤灰的氯化具有催化作用，有效提高了反应的效率，无水氯化物经分离除杂后在离子液体中电解获得铝硅合金，包括：(1)将含铝矿物和粉煤灰分别破碎成粉后混合，得到混合原料；(2)将混合原料加入还原剂后的固体混合物料用气态氯化剂在沸腾氯化炉中进行碳热沸腾氯化；(3)氯化产物经过滤净化后快速冷凝收集，将混合氯化产物溶解在离子液体中，获得澄清透明的电解液；(4)对电解液进行预处理，电解液中的氯化铁在阴极析出实现氯化物的分离，同时获得金属铁副产物，电解液提纯后更换阴极并改变槽压或电流密度，阴极上获得铝硅合金，预处理与电解过程中在惰性阳极表面析出氯气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)所述的含铝矿物为铝土矿、煤矸石、高岭石、高岭土、红柱石或蓝晶石中的一种，粉煤灰和含铝矿物的组成中粉煤灰的质量分数为10％～50％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)所述的还原剂为石油焦、活性炭和焦炭中的一种或几种的混合物，固体混合物中还原剂的质量分数为20％～40％，还原剂的粒度为含铝原料的1～1.4倍，气态氯化剂为Cl₂、COCl₂和CCl₄中的一种或几种的混合气体，气体的流速为0.0015m/s～0.02m/s，沸腾氯化的温度控制在600℃～1000℃，气态产物冷却温度为10℃～40℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)所述的氯化产物包括氯化铝、氯化铁、氯化硅、氯化钙和氯化镁，其中氯化铝的质量分数为50％～90％，氯化硅的质量分数为5％～40％，氯化物总物质的量与离子液体的物质的量之比为1.2～2，所述的离子液体其阳离子包括烷基、烷氧基、氟原子和氢原子取代的咪唑型、吡啶型、季铵型、季鏻型和吡咯型一价阳离子中的一种，其阴离子为F^-、Cl^-、Br^-、I^-、CN^-、[N(CF₃SO₂)₂]^-和[N(CN)₂]^-中的一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)所述的电解液预处理采用恒电流或恒电压的方式，恒电流电解的电流密度在100～800A/m²，恒电压电解时电压控制在1.0V～3.0V，阳极为惰性材料，包括玻璃碳、高纯石墨、高纯碳纤维电极、铂网和抗腐蚀钌、钛、钼、钽金属电极，阴极为固体铜、铝、铁、石墨材料，极距为10～20mm，体系温度为40℃～110℃。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于电解制备合金的过程采用恒电流或恒电压的方式，恒电流电解的电流密度在100～700A/m²，恒电压电解时电压控制在2.5～5.0V。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)所述的阳极产生的氯气用于含铝原料的氯化，实现氯气的循环，离子液体在长时间电解处理后也进行循环使用。