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KR101684813B1 - 알루미늄 전해를 위해 사용된 전해조 및 상기 전해조를 이용하는 전해방법 - Google Patents

알루미늄 전해를 위해 사용된 전해조 및 상기 전해조를 이용하는 전해방법 Download PDF

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KR101684813B1
KR101684813B1 KR1020157000519A KR20157000519A KR101684813B1 KR 101684813 B1 KR101684813 B1 KR 101684813B1 KR 1020157000519 A KR1020157000519 A KR 1020157000519A KR 20157000519 A KR20157000519 A KR 20157000519A KR 101684813 B1 KR101684813 B1 KR 101684813B1
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electrolyte
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송타오 순
위린 팡
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이너 몽골리아 유나이티드 인더스트리얼 씨오,. 엘티디.
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Abstract

본 발명은 조본체를 포함하는 알루미늄 전해용 전해조를 기술하며, 여기에서 양극 및 음극이 상기 조본체 내에 배치되고, 상기 조본체가 추가로 전해질로 채워지고, 그리고 상기 양극의 적어도 일부가 상기 전해질 내에 함침되고; 상기 양극이 상기 조본체 상에 배치되고, 상기 음극이 상기 전해조의 바닥에 배치되고 그리고 소정량의 알루미늄 액체로 피복되고, 상기 전해질이 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치되고, 그리고 상기 알루미늄 액체를 피복하고; 그리고 절연층이 상기 조본체의 내측벽 상에 배치되고 그리고 탄소괴로부터 산소 또는 상기 전해질을 분리시키는 데 사용된다. 알루미늄 전해용의 상기 전해조는 상기 양극이 Fe, Cu, Ni 및 Sn을 포함하는 성분들을 포함하고, 여기에서 Fe 및 Cu가 주요 성분들로서 기능하고; 그리고 상기 전해질이 30 내지 38중량%의 NaF, 49 내지 60중량%의 AlF3, 1 내지 5중량%의 LiF, 1 내지 6중량%의 KF 및 3 내지 6중량%의 Al2O3로 이루어지고, 여기에서 AlF3에 대한 NaF의 몰비가 1.0 내지 1.52임을 특징으로 한다. 상기 전해조는 공업적인 전해 알루미늄을 제조하는 데 사용될 수 있다.

Description

알루미늄 전해를 위해 사용된 전해조 및 상기 전해조를 이용하는 전해방법{ELECTROLYSIS TANK USED FOR ALUMINUM ELECTROLYSIS AND ELECTROLYSIS PROCESS USING THE ELECTROLYZER}
본 발명은 알루미늄 전기분해를 위한 전해조 및 상기 전해조를 이용하는 전기분해방법에 관한 것이며, 비-철 금속 정련 산업에 속한다.
알루미늄 전기분해 산업에서, 통상 적용되는 전통적인 홀-에룰트(Hall-Heroult) 용융염 알루미늄 전기분해방법이 전형적으로 적용되어 예비소성된 탄소 양극(carbon anode) 전해조 내에서의 빙정석-알루미나의 용융염에 대한 전기분해를 수행하도록 하며, 즉, 빙정석 Na3AlF6 불화물의 염이 용제(flux)로 취하여지고, 산화알루미늄(Al2O3)이 상기 불화물의 염 중에 용해되고, 탄소체가 양극으로서 취하여지고 그리고 상기 전해조 내로 수직으로 삽입되고, 상기 전해조의 바닥을 피복하는 알루미늄 액체를 수반하는 탄소체가 음극(cathode)으로 취하여지고, 강한 직류 전류가 도입된 후 940 내지 960℃의 범위의 고온에서 상기 전해조의 상기 양극 및 음극 상에서 전기화학적 반응이 실행되고, 그리고 그 결과의 알루미늄 액체 제품이 상기 전해조의 상기 바닥의 상기 음극을 피복하게 된다. 높은 전해 온도로 인하여, 상기한 전통적인 알루미늄 전기분해방법은 대량의 전해질의 증발량(volatilization amount), 대량의 탄소 양극의 산화 손실(oxidation loss), 대량의 에너지 소모 및 형편없는 작업 환경 등과 같은 특성들을 갖는다.
선행기술에 있어서, 전해 온도를 낮추기 위하여, 중국 공개특허 제CN101671835A호에는 저온 용융염 시스템을 기술하고 있으며, 상기 시스템의 상기 용융염 조성물은 불화알루미늄(AlF3), Al2O3 그리고 불화칼륨(KF), 불화나트륨(NaF), 불화마그네슘(MgF2), 불화칼슘(CaF2), 염화나트륨(NaCl), 불화리튬(LiF) 및 불화바륨(BaF2)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 염들을 포함하고, 상기 전해질의 전해 온도가 운전의 목적에 따라 680 내지 900℃의 넓은 범위 내에서 낮추어질 수 있다.
앞서 언급된 전해질에의 NaCl의 첨가는 상기 전해질의 액상선 온도(liquidus temperature)를 낮추는 것을 목적으로 하나, 그러나, NaCl은 앞서 언급된 상기 전해 온도에서 전해조 부속물들과 같은 금속부들의 부식을 야기할 수 있고, 게다가, NaCl은 전해 공정 중에서 극히 휘발하기 쉽고 염산(HCl) 독성가스를 형성하기 쉬운 경향이 있어, 그의 적용이 어렵고; NaCl의 첨가에 더하여, AlF3에 대한 NaF의 몰비의 감소는 또한 이 기술분야에서의 상식의 관점에서 상기 전해질의 액상선 온도를 낮출 수 있으나, 그러나, 현존 산업에서, AlF3에 대한 NaF의 몰비는 대체로 2.2 보다 더 크며, 이는, 만일 AlF3에 대한 NaF의 몰비가 더 감소하는 경우, 상기 전해질의 액상선 온도가 낮아지는 한편으로 NaF 및 AlF3들이 저온 전해의 과정 중에 상기 음극의 '각화(crusting)' 현상을 야기할 수 있으며, 이러한 '각화' 현상에 대한 이유는 상기 전해질 내의 소듐이온들과 알루미늄이온들이 상기 전해 공정 중에 상기 음극에 모여서 소듐빙정석(sodium cryolite)을 생성할 수 있고, 이는 그의 높은 융점으로 인하여 낮은 온도에서는 거의 용융되지 않고, 그 결과, 상기 음극의 표면이 내화성의 빙정석 껍질(refractory cryolite crust)의 층으로 덮여 상기 전해 공정에서의 정상적인 전해에 크게 영향을 줄 수 있다. 선행기술에서의 상기한 문제점들로 인하여, 전해의 공업적 응용은 크게 제한되고, 그리고 선행기술에서 전해 장치들에 대한 부식 및 인체에 대한 위해를 회피하고 그리고 적절한 전기 전도도 및 알루미나 용해도를 보장하고 마찬가지로 생성된 전해질의 음극 '각화' 현상을 일으키지 않는 한편으로 상기 전해질의 액상선 온도를 추가로 낮추는 방법을 발견하는 것은 미해결된 문제이다.
해결되어야 할 필요가 있는 높은 전해 온도에 더해, 전통적인 알루미늄 전해용 전해조 중의 상기 탄소 양극은 상기 전해 공정 동안에 산화에 의하여 끊임없이 소모되고, 따라서 상기 탄소 양극에 대한 지속적인 교체가 요구되고; 게다가, 이산화탄소, 일산화탄소 및 다른 폐가스들이 알루미늄 전해 동안에 상기 양극에서 지속적으로 생성된다. 따라서, 상기 알루미늄 전해 공정 중의 양극 물질의 소모를 줄이고 그리고 동시에 폐가스들의 방출을 감소시키기 위하여, 선행기술에서 다수의 문헌들이 양극 물질에 대한 연구에 대하여 기술하고 있고, 예를 들면, 중국 공개특허 제CN1443877A호는 알루미늄, 마그네슘 및 희토류 전해 공업에 적용되는 비활성 양극 물질을 기술하고 있으며, 이 물질은 크롬, 니켈, 철, 코발트, 티타늄, 동, 알루미늄, 마그네슘 및 다른 금속들로 이루어지는 이성분 또는 다-원소 합금으로 형성되고, 그리고 그의 제조방법은 용련(smelting) 또는 분말야금법이다. 상기 제조된 양극 물질은 전기 전도도 및 열 전도도가 양호하고 그리고 전해 공정 중에 산소를 생성하고, 여기에서, 실시예 1에서, 양극은 37중량%의 코발트, 18중량%의 동, 19중량%의 니켈, 23중량%의 철 및 3중량%의 은으로 이루어지는 합금 물질로 만들어지고, 그리고 알루미늄 전해용으로 사용되고, 상기 양극은 850℃에서의 전해 공정 중에 1.0A/㎠의 전류 밀도를 가지고 그리고 전해조 전압은 상기 전해 공정 중에 4.1V 내지 4.5V의 범위 이내로 유지되고, 제조된 알루미늄은 98.35%의 순도를 갖는다.
상기 탄소 물질과 비교하여, 앞서 언급된 기술들에서의 상기 합금 양극 물질은 상기 전해 공정 중에 보다 높은 전기 전도도 및 보다 낮은 부식량을 가지고 그리고 임의의 형상들로 가공될 수 있으나, 그러나, 앞서 언급된 성분들로 이루어지는 상기 합금 양극은 여전히 과전압이 높고, 이는 공업 전력 소모 및 낮은 제품 품질의 결과를 가져오고, 그 외에, 대량의 고가의 금속 물질들이 사용되기 때문에, 상기 양극 물질은 고가이고 그리고 공업화 수요에 적용될 수 없다.
게다가, 선행기술에서 상기 제조된 합금 양극의 표면 상에 산화막의 층이 생성되고, 그리고 이 산화막이 파괴되는 경우, 표면에 노출된 상기 양극 물질은 신생 산화물로 산화될 수 있다. 선행기술에서의 상기 합금 양극의 상기 표면 상의 상기 산화막은 낮은 내산화성을 가지고 그리고 게다가 산화반응하여 상기 전해질에 의해 부식될 수 있는 생성물들을 형성하는 경향이 있고, 그리고 낮은 안정성을 갖는 상기 산화막은 상기 전해 공정에서 상기 양극 전극이 파괴되는 경향이 있고; 앞서의 산화막이 부식되거나 파괴된 후, 표면에 노출된 상기 합금 양극의 물질은 반응에 의하여 새로운 산화막을 생성할 수 있고, 이러한 새로운 산화막과 오래된 산화막 사이의 치환은 상기 양극 물질의 지속적인 소모 및 낮은 내부식성의 결과를 가져오고; 게다가, 상기 부식되거나 또는 파괴된 산화막은 상기 알루미나의 전해 공정 중의 액체 알루미늄 내로 들어가서 최종 알루미늄 제품의 순도를 저하시키는 결과를 가져오고, 그 결과, 제조된 알루미늄 제품은 국가 기준의 요구를 만족할 수 없고 그리고 그에 따라 직접적으로 완성된 제품으로 사용될 수 없다.
본 발명에 의해 해결되어야 할 제1의 기술적인 문제점은 선행기술이 전해 장치들에 대한 부식 및 인체에 대한 위해를 회피하고 그리고 적절한 전기 전도도 및 알루미나 용해도를 보장하고 마찬가지로 생성된 전해질의 음극 '각화' 현상을 일으키지 않는 한편으로 상기 전해질의 액상선 온도를 추가로 낮추지 못한다는 것이다. 따라서 본 발명은 액상선 온도가 낮고, 금속 부식이 없고, 휘발하는 경향이 없으며, 전기 전도도 및 알루미나 용해도에서 적절하고 그리고 음극 '각화' 현상이 없는 알루미늄 전해용 전해질을 포함하는 전해조를 제공한다.
동시에, 본 발명에 의해 해결되어야 할 제2의 기술적인 문제점은 선행기술에서 금속 성분들로 이루어지는 합금 양극이 과전압이 높고, 알루미늄 전해 공정에서 전력 소모가 크고 그리고 사용된 금속 성분들이 고가이어서 상기 합금 양극의 비용의 증가의 결과를 가져오고; 게다가, 상기 선행 기술에서의 상기 합금 양극의 표면 상의 산화막이 내산화성이 낮고 그리고 파괴되는 경향이 있고, 이는 상기 합금 양극의 지속적인 소모 및 낮은 내부식성의 결과를 가져오고, 게다가, 상기 부식되거나 또는 파괴된 산화막이 액체 알루미늄 내로 들어가서 최종 알루미늄 제품의 순도를 저하시킨다는 것이고; 따라서, 사용된 비활성 양극 물질이 과전압에서 낮고, 가격이 저렴하고, 그리고 그의 표면 상에 형성된 상기 산화막의 내산화성 및 안정성이 강하고 그리고 전해질 부식에 대하여 저항성인 알루미늄 전해용 전해조가 제공된다.
동시에, 본 발명은 상기 전해조를 사용하는 알루미늄 전해방법을 제공한다.
앞서 언급된 기술적인 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명은 조본체(cell body)를 포함하고, 여기에서 양극 및 음극이 상기 조본체 내부에 배치되고, 상기 조본체가 추가로 전해질로 채워지고; 상기 양극이 상기 조본체 상에 배치되고, 그리고 상기 양극의 적어도 일부가 상기 전해질 내에 함침되고; 상기 음극이 상기 전해조의 바닥에 배치되고 그리고 소정량의 알루미늄 액체로 피복되고; 상기 전해질이 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치되고; 상기 양극이 철(Fe), 동(Cu), 니켈(Ni) 및 주석(Sn)을 포함하는 성분들을 포함하고, 여기에서 Fe 및 Cu가 주요 성분들로서 기능하고; 상기 전해질이 30 내지 38중량%의 NaF, 49 내지 60중량%의 AlF3, 1 내지 5중량%의 LiF, 1 내지 6중량%의 KF 및 3 내지 6중량%의 Al2O3로 이루어지고, 여기에서 AlF3에 대한 NaF의 몰비가 1.0 내지 1.52인 알루미늄 전해용 전해조를 제공한다.
상기 양극의 바닥표면은 상기 전해조에 평행하게 유지되고, 그리고 절연층이 상기 전해조의 내측벽 상에 배치되고 그리고 탄소괴(carbon block)로부터 산소 또는 상기 전해질을 분리시키는 데 사용된다.
상기 조본체의 상단부에 조덮개(cell cover)가 배치되고 그리고 여기에는 배기구 및 공급구가 제공되고; 음극 막대가 상기 음극 내부에 배치되고, 상기 양극의 일측단부가 상기 조덮개를 통하여 통과하고 그리고 전원과의 연결을 위한 접선기둥(binding post)에 연결되도록 제공된다.
Fe : Cu : Sn의 질량비는 (23 내지 40) : (36 내지 60) : (0.2 내지 5)이다.
상기 양극의 성분들에는 Ni가 추가로 포함된다.
상기 양극은 Fe, Cu, Ni 및 Sn으로 이루어지고, 여기에서 Fe의 함량이 23 내지 40중량%이고, Cu의 함량이 36 내지 60%이고, Ni의 함량이 14 내지 28중량%이고 그리고 Sn의 함량이 0.2 내지 5중량%이다.
상기 양극의 성분들에는 알루미늄(Al) 및 이트륨(Y)이 추가로 포함된다.
상기 양극은 Fe, Cu, Ni, Sn, Al 및 Y로 이루어지고, 여기에서 Fe의 함량은 23 내지 40중량%이고, Cu의 함량은 36 내지 60중량%이고, Ni의 함량은 14 내지 28중량%이고, Al의 함량은 0 이상 4중량% 이하이고, Y의 함량은 0 이상 2중량% 이하이고, 그리고 Sn의 함량은 0.2 내지 5중량%이다.
AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.12 내지 1.52이다.
상기 전해질의 액상선 온도는 620 내지 670℃이다.
상기 전해조를 사용하는 전해 공정은
(1) 혼합 및 용융을 위한 용융로에 특정한 양의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들을 첨가하여 용융물을 형성시키거나; 또는 혼합 및 용융을 위한 용융로에 특정한 양의 NaF, AlF3, LiF 및 KF를 첨가하고 그리고 계속해서 Al2O3를 첨가하여 용융물을 수득하는 단계; 및
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 720 내지 760℃ 이상으로 상승시키고, 그리고 계속해서 상기 용융물을 상기 전해조 내로 부어 넣고 그리고 전해를 수행하는 한편으로 상기 온도를 720 내지 760℃로 유지시키는 단계;
를 포함한다.
전해 온도는 730 내지 750℃이다.
Al2O3가 상기 전해 공정에 정량적으로 공급된다.
상기 전해조를 사용하는 상기 전해 공정은
(1) 혼합 및 용융을 위한 용융로에 특정한 양의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들을 첨가하여 용융물을 형성시키거나; 또는 혼합 및 용융을 위한 용융로에 특정한 양의 NaF, AlF3, LiF 및 KF를 첨가하고 그리고 계속해서 Al2O3를 첨가하여 용융물을 수득하는 단계; 및
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 720 내지 760℃ 이상으로 상승시키고, 그리고 계속해서 상기 용융물을 상기 전해조 내로 부어 넣고 그리고 전해를 수행하는 한편으로 상기 온도를 720 내지 760℃로 유지시키는 단계;
를 포함한다.
전해 온도는 730 내지 750℃이다.
Al2O3가 상기 전해 공정에 정량적으로 공급된다.
본 발명에서의 상기 전해조 및 상기 전해조를 사용하는 상기 전해 공정은 하기의 잇점들을 갖는다:
(1) 본 발명에서의 알루미늄 전해용의 상기 전해조는 조본체를 포함하고, 여기에서 양극 및 음극이 상기 조본체 내부에 배치되고, 그리고 상기 조본체가 추가로 전해질로 채워지고; 상기 양극이 상기 조본체 상에 배치되고, 그리고 상기 양극의 적어도 일부가 상기 전해질 내에 함침되고; 상기 음극이 상기 전해조의 바닥에 배치되고 그리고 소정량의 알루미늄 액체로 피복되고; 상기 전해질이 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치되고; 상기 양극이 Fe, Cu, Ni 및 Sn을 포함하는 성분들을 포함하고, 여기에서 Fe 및 Cu가 주요 성분들로서 기능하고; 상기 전해질이 30 내지 38중량%의 NaF, 49 내지 60중량%의 AlF3, 1 내지 5중량%의 LiF, 1 내지 6중량%의 KF 및 3 내지 6중량%의 Al2O3로 이루어지고, 여기에서 AlF3에 대한 NaF의 몰비가 1.0 내지 1.52인 알루미늄 전해용 전해조를 제공한다.
금속 Sn을 포함하고 그리고 상기 언급된 금속 성분들로 이루어지는 상기 양극은 전기 전도도가 높고 그리고 과전압에서 낮고, 상기 전해조의 상기 전해 공정 중의 조의 전압은 약 3.1 내지 3.4V이고, 상기 알루미늄 전해 공정 중의 전력 소모가 작고, 알루미늄 톤 당 전력 소모가 11000㎾ㆍh 이하이어서 상기 공정 비용이 낮고; 상기 양극 물질이 Fe, Cu 및 Sn으로 이루어지는 합금이어서 상기 전해 공정 중에서의 상기 양극의 표면 상에 형성된 산화막이 내산화성이 높고 그리고 상기 전해질에 의하여 거의 부식되지 않고, 그리고 상기 형성된 산화막이 안정하고 그리고 파괴되는 경향이 없고, 따라서, 상기 양극에 상당히 높은 내산화성 및 강한 내부식성이 부여되어 알루미늄 제품의 순도를 보증하도록 하고, 즉 생산된 알루미늄의 순도가 99.8%에 달할 수 있다. 선행기술에서의 하기의 문제점들이 회피된다: 상기 합금 양극이 높은 과전압을 갖고, 상기 합금 표면 상의 상기 산화막은 내산화성이 낮고 그리고 파괴되는 경향이 있고, 이는 상기 합금 양극의 지속적인 소모 및 형편없는 내부식성을 야기하고, 게다가, 부식되거나 또는 파괴되는 산화막이 액체 알루미늄 내로 들어가서 최종 알루미늄 제품의 순도를 저하시킨다. 게다가, Fe 및 Cu가 상기 합금 양극의 주요 성분들로서 기능하고 그리고 그들의 함량 비율이 상당히 높고, 그리고 그에 따라, 상기 양극 물질의 제조비용이 낮아진다.
사용된 전해질은 순수한 불화물 시스템을 채용하고, 상기 전해질 중의 물질 조성은 한정되고, 이들 물질들의 함량들은 더욱 한정되고 그리고 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.0 내지 1.52이며, 상기 전해질의 상기 액상선 온도는 640 내지 670℃까지 낮아지고, 그 결과, 전해는 상기 전해 공정에 따라 720 내지 760℃에서 수행될 수 있고, 이는 불화물염의 휘발 손실을 감소시키고, 전해 장치들에 대한 부식 및 인체에 대한 위해를 회피하고, 작업 환경을 향상시키고, 전해 공정에서의 에너지 소모를 크게 감소시키고 그리고 에너지 절약 및 배출 감소의 목표를 달성하고; 한편으로 본 발명에 있어서, 적절한 양들의 LiF 및 KF들이 첨가되고 그리고 상기 전해질 내의 소듐이온 및 알루미늄이온들과 결합되어 저융점들을 갖는 리튬빙정석(lithium cryolite) 및 포타슘빙정석(potassium cryolite)을 형성할 수 있고, 그에 따라 전해 공정에서 상기 각화 현상이 회피되고; 현존하는 산업과 비교하면, 본 발명에서의 알루미늄 전해용의 상기 전해질은 그 안에 CaF2 및 MgF2가 첨가되지 않고, 대신, 알루미나의 용해도 및 용해 속도를 증가시키는 기능을 갖는 KF가 적절한 비율로 AlF3에 대한 NaF의 몰비가 1.0 내지 1.52인 시스템에 첨가되고, 그에 따라 저 몰비의 전해질 중에서의 낮은 알루미나 용해도의 단점이 개선되고; 대체로, 상기 전해질의 전기 전도도는 온도가 감소함에 따라 감소되고, 따라서 전형적으로, 낮은 전해 온도에서의 상기 전기 전도도는 통상의 전해 공정에서의 요건을 거의 만족하지 못하고; 상기 전해 온도는 본 발명의 상기 전해질의 액상선 온도를 낮추는 것에 의하여 낮아지나, 그러나, 보다 큰 전기 전도도를 갖는 LiF가 첨가되고 그리고 상기 전해질 중에서의 성분 비율들이 최적화되어 있기 때문에 저온에서의 상기 전해질의 상기 전기 전도도는 여전히 상기 전해 공정에서의 요건을 만족할 수 있고, 따라서 상기 전해 공정에서의 전류 효율을 향상시킨다. 본 발명에 따르면, LiF의 함량은 1 내지 5%로 한정되고, 이는 너무 낮은 함량의 LiF는 전기 전도도를 향상하고 그리고 각화를 방지하는 데 실패하고, 그리고 너무 높은 함량의 LiF는 알루미나 용해도의 감소의 결과를 가져오고, 그리고 상기한 두 가지 상황들은 본 발명에서 LiF의 함량을 1 내지 5%로 한정하는 것에 의해 효과적으로 회피되고; 그리고 본 발명에서의 상기 비율들을 갖는 상기 전해질이 사용되는 경우 금속 장치에 대한 부식이 없고, 이러한 방법으로, 상기 전해 장치의 내용년수(service life)가 연장된다.
(2) 본 발명의 알루미늄 전해용의 상기 전해조에 있어서, 상기 양극은 Fe, Cu, Ni, Sn, Al 및 Y로 이루어지고, 여기에서 Fe의 함량은 23 내지 40중량%이고, Cu의 함량은 36 내지 60중량%이고, Ni의 함량은 14 내지 28중량%이고, Al의 함량은 4중량% 이하이고, Y의 함량은 2중량% 이하이고, 그리고 Sn의 함량은 0.2 내지 5중량%이다.
유사하게, 앞서 언급된 비활성 합금 양극은 낮은 재료 가격 및 높은 전기 전도도의 잇점들을 가지고, 게다가, 앞서 언급된 비활성 합금 양극 중에 포함된 금속 알루미늄이 내산화성의 역할을 수행하고 그리고 상기 비활성 양극 합금 중의 금속 산화물과의 금속열 환원반응(metallothermic reduction reaction)을 위한 환원제로서 기능할 수 있고, 그에 따라 상기 비활성 합금 양극 중의 상기 금속들, 즉, 주요 성분들이 산화되는 것을 방지하고 그리고 상기 합금 양극의 전기 전도도의 감소를 야기하고; 한편으로는, 첨가된 상기 금속 Y가 상기 비활성 양극의 제조 공정에서 양극 물질 형성을 위한 결정 구조를 조절하도록 사용되어 항산화 목적을 달성할 수 있도록 할 수 있다.
(3) 본 발명에 있어서의 알루미늄 전해를 위한 상기 전해조에 있어서는, 특정된 양들의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들이 혼합되고, 그 결과의 혼합물이 가열되어 용융물을 형성하거나; 또는 특정된 양들의 NaF, AlF3, LiF 및 KF들이 혼합되고, 그리고 계속해서 Al2O3가 첨가되어 용융물이 수득되고, 상기 제조된 용융물이 720 내지 760℃에서 전해된다. 전해 온도는 상기 전해질의 휘발, 음극 각화 현상, 상기 공정의 에너지 소모, 전기 전도도 및 알루미나 용해도와 직접적으로 연관되고, 그리고 본 발명의 발명자는 장기간의 연구 끝에 본 발명의 상기 전해질의 성분들 및 함량 특성들에 기초하여 매칭되도록 하는 방법으로 상기 전해 온도를 720 내지 760℃의 범위 이내로 설정하고, 따라서 상기 음극 각화 현상이 방지되고 그리고 상기 전해질의 휘발 및 상기 전해 공정의 에너지 소모가 감소되는 한편으로 상기 전기 전도도 및 상기 알루미나 용해도 둘 다 증가되고 그리고 상기 공정의 경제적인 성능이 향상된다. 바람직하게는, 상기 전해 온도는 본 발명에서는 추가로 730 내지 750℃의 범위 이내로 설정된다.
도 1은 본 발명에서의 알루미늄 전해용 전해조의 구조 다이어그램이다.
본 발명의 내용들을 보다 용이하게 이해되도록 하기 위하여, 이하에서 도면 및 구체예들과 함께 본 발명의 기술적인 해결책에 대하여 추가로 상세하게 설명한다.
이 도면에서, 참조기호들은 다음과 같다: 1은 조본체를 의미하고, 2는 양극을 의미하고, 3은 음극을 의미하고, 4는 전해질을 의미하고, 5는 절연층을 의미하고, 6은 조덮개를 의미하고, 7은 배기구를 의미하고, 8은 공급구를 의미하고, 9는 접선기둥을 의미하고, 10은 음극 막대를 의미하고 그리고 11은 알루미늄 액체를 의미한다.
본 발명의 알루미늄 전해용의 상기 전해조는 도 1에 나타낸 바와 같으며, 조본체(1)를 포함하고, 여기에서 양극(2) 및 음극(3)이 상기 조본체(1) 내부에 배치되고, 상기 양극(2) 및 상기 음극(3)은 실제 요구에 따라 무작위의 방법으로 배치될 수 있고, 본 구체예에서는, 상기 양극(2)은 상기 조본체(1) 상에 배치되고, 상기 양극(2)의 바닥표면은 상기 조본체(1)에 대하여 평행하게 유지되고, 상기 음극(3)은 상기 전해조의 바닥에 배치되고 그리고 소정량의 알루미늄 액체(11)로 피복되고; 상기 조본체(1)가 추가로 전해질(4)로 채워지고, 상기 전해질(4) 중의 상기 양극(2) 및 상기 음극(3)의 함침은 선택된 전해조 구조에 의존적이고, 본 구체예에서는, 상기 양극(2)의 적어도 일부가 상기 전해질(4) 내로 함침되고; 상기 음극(3)이 상기 전해조의 바닥에 배치되고 그리고 소정량의 알루미늄 액체(11)로 피복되고; 상기 전해질(4)이 상기 양극(2)과 상기 음극(3) 사이에 위치되고 그리고 상기 알루미늄 액체(11)로 피복되고; 상기 양극(2)이 Fe, Cu, Ni 및 Sn을 포함하는 성분들을 포함하고, 여기에서 Fe 및 Cu가 주요 성분들로서 기능하고, 그리고 Fe : Cu : Sn의 질량비가 (23 내지 40) : (36 내지 60) : (0.2 내지 5)이고; 상기 전해질(4)이 30 내지 38중량%의 NaF, 49 내지 60중량%의 AlF3, 1 내지 5중량%의 LiF, 1 내지 6중량%의 KF 및 3 내지 6중량%의 Al2O3로 이루어지고, 여기에서 AlF3에 대한 NaF의 몰비가 1.0 내지 1.52, 바람직하게는 1.12 내지 1.52이고, 그리고 상기 전해질(4)의 상기 액상선 온도가 620 내지 670℃, 바람직하게는 640 내지 670℃이다.
이러한 기초에 근거한 가변적인 구체예로서, 상기 전해질(4) 및 산소로부터 상기 조본체(1)의 내측벽을 분리시켜 상기 조본체(1)의 상기 측벽과 상기 전해질(4) 사이에서의 전자들의 전달 및 상기 조본체(1)의 상기 측벽에 대한 상기 전해질(4)의 부식을 방지하고, 절연층(5)이 상기 조본체(1)의 내측벽 상에 배치되고 그리고 고온 및 상기 전해질(4)의 부식에 대하여 내성인 임의의 상용적으로 획득가능한 절연물질, 예를 들면, 강옥(corundum), 알루미네이트 스피넬 내화물질(aluminate spinel refractory) 등으로 만들어진다. 이 구체예에 있어서, 탄소괴가 상기 조본체(1)의 상기 내측벽과 상기 절연층(5) 사이에 배치되고, 그리고 상기 탄소괴 및 상기 음극(3)들이 일체로 형성된다. 의심할 나위 없이, 상기 탄소괴 및 상기 음극(3)은 또한 분리된 방식으로 배치될 수 있다.
이러한 기초에 근거하여, 배기 및 공급에 장애를 줌이 없이 상기 전해조에 대한 상기 전해 환경을 외부로부터 단리시키기 위하여, 조덮개(6)가 상기 조본체(1)의 상단부에 배치되고 그리고 그 위에 배기구(7) 및 공급구(8)가 제공되고, 상기 배기구(7) 및 상기 공급구의 크기 및 위치들은 실제 요구에 따라 무작위로 결정될 수 있고, 그리고 본 구체예에서는 상기 배기구(7)는 상기 양극(2) 다음에 배치된다.
게다가, 상기 양극(2)과 상기 음극(3)의 전원에의 연결을 용이하게 하기 위하여, 음극막대(10)가 상기 전해조의 바닥에서 상기 음극(3) 상에 배치되고 그리고 상기 음극(3)의 상기 전원과의 연결을 위하여 사용되고; 상기 양극(2)의 일측 단부가 상기 조덮개(6)를 통하여 관통하고 그리고 접선기둥(9)에 연결되고 그리고 상기 양극(2)의 상기 전원과의 연결을 위하여 제공되고; 그리고 상기 음극(10) 및 상기 접선기둥(9)은 강철(steel), 철(iron) 및 합금 물질 등을 포함하여 양호한 전기 전도도를 갖는 임의의 물질로 만들어질 수 있다.
이러한 기초에 근거하여, 금속들 Fe, Cu 및 Sn들 간의 결합 견고성(combination firmness)을 개선하기 위하여, 상기 양극(2)의 상기 성분들에는 Ni가 추가로 포함되고, 바람직하게는 상기 양극(2)은 Fe, Cu, Ni 및 Sn으로 이루어지고, 여기에서 Fe의 함량은 23 내지 40중량%이고, Cu의 함량은 36 내지 60중량%이고, Ni의 함량은 14 내지 28중량%이고 그리고 Sn의 함량은 0.2 내지 5중량%이다.
상기 양극(2)은 바람직하게는 Fe, Cu, Ni, Sn, Al 및 Y로 이루어지고, 상기 첨가된 Al이 상기 양극(2)의 다른 주요 금속 성분들이 산화되는 것을 방지하고 그리고 내산화성을 개선시킬 수 있고, 상기 성분 Y가 상기 항산화 목적을 달성하기 위하여 상기 제조된 합금 결정의 구조를 조절하고 그리고 제어하는 데 사용될 수 있고, 여기에서 Fe의 함량은 23 내지 40중량%이고, Cu의 함량은 36 내지 60중량%이고, Ni의 함량은 14 내지 28중량%이고, Al의 함량은 4중량% 이하이고, Y의 함량은 2중량% 이하이고, 그리고 Sn의 함량은 0.2 내지 5중량%이다.
알루미늄 전해를 위하여 앞서 언급된 전해조가 사용되는 경우 전해 온도는 720 내지 760℃, 바람직하게는 730 내지 750℃이다.
이하에서 실시예들을 참조하여 상세한 설명을 한다.
실시예 1
23중량%의 Fe, 60중량%의 Cu, 14중량%의 Ni 및 3중량%의 Sn에 기초하여 Fe, Cu, Ni 및 Sn 금속괴들을 혼합하고, 그 혼합물을 고온에서의 가열에 의하여 용융시키고, 그리고 계속해서 주조에 적용시켜 양극(1)을 수득하였다. 상기 양극(1)은 8.3g/㎤의 밀도, 68μΩㆍ㎝의 비저항 및 1360℃의 용융점을 갖는다.
본 실시예에서 상기 전해질의 성분들은 다음과 같다: 32%의 NaF, 57%의 AlF3, 3%의 LiF, 4%의 KF 및 4%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.12이다. 본 실시예에서 상기 전해질의 액상선 온도는 측정에 따르면 640℃이다. 상기 전해질은 약 1.7Ω-1ㆍ㎝-1의 전기 전도도, 2.03g/㎤의 밀도 및 5%의 알루미나 포화 농도를 갖는다.
알루미늄 전해용으로 본 발명의 상기 전해질을 사용하는 공정은 다음과 같다:
(1) 상기 양극(1) 및 상기 탄소체 음극에 의하여, 앞서 언급된 양의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3를 용융로 내에서 용융시켜 용융물이 형성되도록 하고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 상기 용융로 내에서 720℃ 이상으로 상승시키고, 계속해서 그 용융물을 전해조 내로 부어 넣고, 상기 양극 및 상기 음극의 전원들에 스위치를 연결하고, 그리고 상기 온도를 720℃로 유지하는 한편으로 40시간 동안 전해를 실행시키고, 여기에서 Al2O3를 정량적으로 공급하였다.
상기 전해 공정 동안 상기 조본체의 상기 바닥에 껍질(crust)이 없었고, 상기 전해조의 조의 전압은 3.1V이고, 상기 전해 공정 동안 알루미늄 톤 당 전력 소모는 10040㎾ㆍh이고, 그리고 제조된 알루미늄은 99.85%의 순도를 가졌다.
실시예 2
40중량%의 Fe, 36중량%의 Cu, 19중량%의 Ni 및 5중량%의 Sn에 기초하여 Fe, Cu, Ni 및 Sn 금속괴들을 혼합하고, 그 혼합물을 고온에서의 가열에 의하여 용융시키고, 그리고 계속해서 주조에 적용시켜 양극(2)을 수득하였다. 상기 양극은 8.1g/㎤의 밀도, 76.8μΩㆍ㎝의 비저항 및 1386℃의 용융점을 갖는다.
본 실시예에서 상기 전해질의 성분들은 다음과 같다: 38%의 NaF, 50%의 AlF3, 2%의 LiF, 5%의 KF 및 5%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.52이다.
본 실시예에서 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 그 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 670℃이다. 상기 전해질은 약 1.8Ω-1ㆍ㎝-1의 전기 전도도, 2.05g/㎤의 밀도 및 6%의 알루미나 포화 농도를 갖는다.
알루미늄 전해용으로 본 발명의 상기 전해질을 사용하는 공정은 다음과 같다:
(1) 상기 양극(2) 및 상기 탄소체 음극에 의하여, 앞서 언급된 양의 NaF, AlF3, LiF 및 KF를 용융로 내에서 용융시키고, 그리고 계속해서 앞서 언급된 양의 Al2O3를 첨가하여 용융에 의하여 용융물이 수득되도록 하고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 상기 용융로 내에서 760℃ 이상으로 상승시키고, 계속해서 그 용융물을 전해조 내로 부어 넣고, 상기 양극 및 상기 음극의 전원들에 스위치를 연결하고, 그리고 상기 온도를 760℃로 유지하는 한편으로 40시간 동안 전해를 실행시켰다.
상기 전해 공정 동안 상기 조본체의 상기 바닥에 껍질이 없었고, 상기 전해조의 조의 전압은 3.39V이고, 상기 전해 공정 동안 알루미늄 톤 당 전력 소모는 10979㎾ㆍh이고, 그리고 제조된 알루미늄은 99.82%의 순도를 가졌다.
실시예 3
25중량%의 Fe, 46.8중량%의 Cu, 28중량%의 Ni 및 0.2중량%의 Sn에 기초하여 Fe, Cu, Ni 및 Sn 금속괴들을 혼합하고, 그 혼합물을 고온에서의 가열에 의하여 용융시키고, 그리고 계속해서 주조에 적용시켜 양극(3)을 수득하였다. 상기 양극은 8.2g/㎤의 밀도, 72μΩㆍ㎝의 비저항 및 1350℃의 용융점을 갖는다.
본 실시예에서 상기 전해질의 성분들은 다음과 같다: 32%의 NaF, 57%의 AlF3, 3%의 LiF, 4%의 KF 및 4%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.12이다.
본 실시예에서 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 그 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 640℃이다. 상기 전해질은 약 1.6Ω-1ㆍ㎝-1의 전기 전도도, 2.03g/㎤의 밀도 및 5%의 알루미나 포화 농도를 갖는다.
알루미늄 전해용으로 본 발명의 상기 전해질을 사용하는 공정은 다음과 같다:
(1) 상기 양극(3) 및 상기 탄소체 음극에 의하여, 앞서 언급된 양의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3를 용융로 내에서 용융시켜 용융물이 형성되도록 하고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 상기 용융로 내에서 730℃ 이상으로 상승시키고, 계속해서 그 용융물을 전해조 내로 부어 넣고, 상기 양극 및 상기 음극의 전원들에 스위치를 연결하고, 그리고 상기 온도를 730℃로 유지하는 한편으로 40시간 동안 전해를 실행시키고, 여기에서 Al2O3를 정량적으로 공급하였다.
상기 전해 공정 동안 상기 조본체의 상기 바닥에 껍질이 없었고, 상기 전해조의 조의 전압은 3.15V이고, 상기 전해 공정 동안 알루미늄 톤 당 전력 소모는 10202㎾ㆍh이고, 그리고 제조된 알루미늄은 99.85%의 순도를 가졌다.
실시예 4
24.2중량%의 Fe, 60중량%의 Cu, 14중량%의 Ni 및 0.2중량%의 Sn에 기초하여 Fe, Cu, Ni 및 Sn 금속괴들을 혼합하고, 그 혼합물을 고온에서의 가열에 의하여 용융시키고, 계속해서 1.8중량%의 Al 금속괴를 첨가하여 용융 및 혼합을 지속하고, 그리고 마지막으로 0.8중량%의 Y 금속괴를 첨가하고 용융 및 혼합시키고 그리고 상기 혼합물의 주조에 의하여 양극(4)이 수득되었다. 상기 양극은 8.3g/㎤의 밀도, 68μΩㆍ㎝의 비저항 및 1360℃의 용융점을 갖는다.
본 실시예에서 상기 전해질의 성분들은 다음과 같다: 32%의 NaF, 57%의 AlF3, 3%의 LiF, 4%의 KF 및 4%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.12이다.
본 실시예에서 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 그 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 640℃이다. 상기 전해질은 약 1.8Ω-1ㆍ㎝-1의 전기 전도도, 2.04g/㎤의 밀도 및 6%의 알루미나 포화 농도를 갖는다.
알루미늄 전해용으로 본 발명의 상기 전해질을 사용하는 공정은 다음과 같다:
(1) 상기 양극(4) 및 상기 탄소체 음극에 의하여, 앞서 언급된 양의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3를 용융로 내에서 용융시켜 용융물이 형성되도록 하고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 상기 용융로 내에서 750℃ 이상으로 상승시키고, 계속해서 그 용융물을 전해조 내로 부어 넣고, 상기 양극 및 상기 음극의 전원들에 스위치를 연결하고, 그리고 상기 온도를 750℃로 유지하는 한편으로 40시간 동안 전해를 실행시키고, 여기에서 Al2O3를 정량적으로 공급하였다.
상기 전해 공정 동안 상기 조본체의 상기 바닥에 껍질이 없었고, 상기 전해조의 조의 전압은 3.12V이고, 상기 전해 공정 동안 알루미늄 톤 당 전력 소모는 10105㎾ㆍh이고, 그리고 제조된 알루미늄은 99.8%의 순도를 가졌다.
실시예 5
40중량%의 Fe, 36중량%의 Cu, 14.9중량%의 Ni 및 5중량%의 Sn에 기초하여 Fe, Cu, Ni 및 Sn 금속괴들을 혼합하고, 그 혼합물을 고온에서의 가열에 의하여 용융시키고, 계속해서 0.1중량%의 Al 금속괴를 첨가하여 용융 및 혼합을 지속하고, 그리고 마지막으로 0.1중량%의 Y 금속괴를 첨가하고 용융 및 혼합시키고 그리고 상기 혼합물의 주조에 의하여 양극(5)이 수득되었다. 상기 양극은 8.1g/㎤의 밀도, 76.8μΩㆍ㎝의 비저항 및 1386℃의 용융점을 갖는다.
본 실시예에서 상기 전해질의 성분들은 다음과 같다: 30%의 NaF, 60%의 AlF3, 1%의 LiF, 6%의 KF 및 3%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.0이다.
본 실시예에서 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 그 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 620℃이다. 상기 전해질은 약 1.6Ω-1ㆍ㎝-1의 전기 전도도, 2.03g/㎤의 밀도 및 5%의 알루미나 포화 농도를 갖는다.
알루미늄 전해용으로 본 발명의 상기 전해질을 사용하는 공정은 다음과 같다:
(1) 상기 양극(5) 및 상기 탄소체 음극에 의하여, 앞서 언급된 양의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3를 용융로 내에서 용융시켜 용융물이 형성되도록 하고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 상기 용융로 내에서 720℃ 이상으로 상승시키고, 계속해서 그 용융물을 전해조 내로 부어 넣고, 상기 양극 및 상기 음극의 전원들에 스위치를 연결하고, 그리고 상기 온도를 720℃로 유지하는 한편으로 40시간 동안 전해를 실행시키고, 여기에서 Al2O3를 정량적으로 공급하였다.
상기 전해 공정 동안 상기 조본체의 상기 바닥에 껍질이 없었고, 상기 전해조의 조의 전압은 3.27V이고, 상기 전해 공정 동안 알루미늄 톤 당 전력 소모는 10591㎾ㆍh이고, 그리고 제조된 알루미늄은 99.81%의 순도를 가졌다.
실시예 6
25중량%의 Fe, 38중량%의 Cu, 28중량%의 Ni 및 4중량%의 Sn에 기초하여 Fe, Cu, Ni 및 Sn 금속괴들을 혼합하고, 그 혼합물을 고온에서의 가열에 의하여 용융시키고, 계속해서 4중량%의 Al 금속괴를 첨가하여 용융 및 혼합을 지속하고, 그리고 마지막으로 1중량%의 Y 금속괴를 첨가하고 용융 및 혼합시키고 그리고 상기 혼합물의 주조에 의하여 양극(6)이 수득되었다. 상기 양극은 8.2g/㎤의 밀도, 70μΩㆍ㎝의 비저항 및 1365℃의 용융점을 갖는다.
본 실시예에서 상기 전해질의 성분들은 다음과 같다: 38%의 NaF, 54%의 AlF3, 4%의 LiF, 1%의 KF 및 3%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.4이다.
본 실시예에서 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 그 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 670℃이다. 상기 전해질은 약 1.8Ω-1ㆍ㎝-1의 전기 전도도, 2.05g/㎤의 밀도 및 6%의 알루미나 포화 농도를 갖는다.
알루미늄 전해용으로 본 발명의 상기 전해질을 사용하는 공정은 다음과 같다:
(1) 상기 양극(6) 및 상기 탄소체 음극에 의하여, 앞서 언급된 양의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3를 용융로 내에서 용융시켜 용융물이 형성되도록 하고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 상기 용융로 내에서 760℃ 이상으로 상승시키고, 계속해서 그 용융물을 전해조 내로 부어 넣고, 상기 양극 및 상기 음극의 전원들에 스위치를 연결하고, 그리고 상기 온도를 760℃로 유지하는 한편으로 40시간 동안 전해를 실행시키고, 여기에서 Al2O3를 정량적으로 공급하였다.
상기 전해 공정 동안 상기 조본체의 상기 바닥에 껍질이 없었고, 상기 전해조의 조의 전압은 3.35V이고, 상기 전해 공정 동안 알루미늄 톤 당 전력 소모는 10850㎾ㆍh이고, 그리고 제조된 알루미늄은 99.83%의 순도를 가졌다.
실시예 7
40중량%의 Fe, 36.5중량%의 Cu, 18중량%의 Ni 및 3중량%의 Sn에 기초하여 Fe, Cu, Ni 및 Sn 금속괴들을 혼합하고, 그 혼합물을 고온에서의 가열에 의하여 용융시키고, 계속해서 1.5중량%의 Al 금속괴를 첨가하여 용융 및 혼합을 지속하고, 그리고 마지막으로 1중량%의 Y 금속괴를 첨가하고 용융 및 혼합시키고 그리고 상기 혼합물의 주조에 의하여 양극(7)이 수득되었다. 상기 양극은 8.1g/㎤의 밀도, 76.8μΩㆍ㎝의 비저항 및 1386℃의 용융점을 갖는다.
본 실시예에서 상기 전해질의 성분들은 다음과 같다: 34%의 NaF, 49%의 AlF3, 5%의 LiF, 6%의 KF 및 6%의 Al2O3, 여기에서 불화알루미늄 AlF3에 대한 NaF의 몰비는 1.39이다.
본 실시예에서 상기 전해질의 성능들이 측정되었고 그리고 그 측정 결과는 본 실시예에서의 상기 전해질의 액상선 온도가 660℃이다. 상기 전해질은 약 1.8Ω-1ㆍ㎝-1의 전기 전도도, 2.05g/㎤의 밀도 및 6%의 알루미나 포화 농도를 갖는다.
알루미늄 전해용으로 본 발명의 상기 전해질을 사용하는 공정은 다음과 같다:
(1) 상기 양극(7) 및 상기 탄소체 음극에 의하여, 앞서 언급된 양의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3를 용융로 내에서 용융시켜 용융물이 형성되도록 하고; 그리고
(2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 상기 용융로 내에서 760℃ 이상으로 상승시키고, 계속해서 그 용융물을 전해조 내로 부어 넣고, 상기 양극 및 상기 음극의 전원들에 스위치를 연결하고, 그리고 상기 온도를 760℃로 유지하는 한편으로 40시간 동안 전해를 실행시키고, 여기에서 Al2O3를 정량적으로 공급하였다.
상기 전해 공정 동안 상기 조본체의 상기 바닥에 껍질이 없었고, 상기 전해조의 조의 전압은 3.38V이고, 상기 전해 공정 동안 알루미늄 톤 당 전력 소모는 10947㎾ㆍh이고, 그리고 제조된 알루미늄은 99.8%의 순도를 가졌다.
앞서 언급된 실시예들에서의 상기 전해조는 본 발명에서의 상기 전해조들 중의 임의의 하나이다.
앞서 언급된 실시예들에서 본 발명의 구체적인 내용들에 대하여 상세히 설명되었으며, 당해 기술분야에서 숙련된 자들에게는 본 발명에 기초하는 임의의 형태로의 변형들 및 미세한 변경들이 본 발명이 보호를 구하는 상기 내용들에 속한다는 것은 이해되어야 한다.

Claims (13)

  1. 알루미늄 전해를 위한 전해조로서, 양극(2) 및 음극(3)이 내부에 배열되고, 추가로 전해질(4)로 채워지는 조본체(1);
    상기 조본체(1) 상에 배치되는 양극(2)으로서, 상기 양극(2)의 적어도 일부가 상기 전해질(4) 내에 함침되는 상기 양극(2);
    전해조의 바닥에 배치되고 그리고 소정량의 알루미늄 액체(11)로 피복되는 상기 음극(3);
    상기 양극(2) 및 상기 음극(3) 사이에 위치되는 상기 전해질(4)을 포함하는, 알루미늄 전해를 위한 전해조로서,
    상기 양극(2)이 Fe, Cu, Ni 및 Sn으로 이루어지고, 여기에서 Fe의 함량이 23 내지 40중량%이고, Cu의 함량이 36 내지 60중량%이고, Ni의 함량이 14 내지 28중량%이고, 그리고 Sn의 함량이 0.2 내지 5중량%이고;
    상기 전해질(4)이 30 내지 38중량%의 NaF, 49 내지 60중량%의 AlF3, 1 내지 5중량%의 LiF, 1 내지 6중량%의 KF, 및 3 내지 6중량%의 Al2O3로 이루어지고, AlF3에 대한 NaF의 몰비가 1.0 내지 1.52임을 특징으로 하는, 알루미늄 전해를 위한 전해조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극(2)의 바닥표면이 상기 조본체(1)에 대하여 평행하게 유지되고, 절연층(5)이 상기 조본체(1)의 내측벽 상에 배치되고 그리고 탄소괴로부터 산소 또는 상기 전해질(4)을 분리시키는 데 사용되는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 전해를 위한 전해조.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    조덮개(6)가 상기 조본체(1)의 상단부에 배치되고, 배기구(7) 및 공급구(8)가 제공되고; 음극막대(10)가 상기 음극(3) 내에 배치되고, 상기 양극(2)의 일측 단부가 상기 조덮개(6)를 통하여 관통하고, 접선기둥(9)에 연결되고, 전원과의 연결을 위하여 제공됨을 특징으로 하는, 알루미늄 전해를 위한 전해조.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    Fe : Cu : Sn의 질량비가 (23 내지 40) : (36 내지 60) : (0.2 내지 5)인 것을 특징으로 하는, 알루미늄 전해를 위한 전해조.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극(2)의 성분들이 추가로 Al 및 Y를 포함함을 특징으로 하는, 알루미늄 전해를 위한 전해조.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 양극(2)이 Fe, Cu, Ni, Sn, Al 및 Y로 이루어지고, Fe의 함량이 23 내지 40중량%이고, Cu의 함량이 36 내지 60중량%이고, Ni의 함량이 14 내지28중량%이고, Al의 함량이 0 이상 4중량% 이하이고, Y의 함량이 0 이상 2중량% 이하이고, Sn의 함량은 0.2 내지 5중량%임을 특징으로 하는, 알루미늄 전해를 위한 전해조.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    AlF3에 대한 NaF의 몰비가 1.12 내지 1.52임을 특징으로 하는, 알루미늄 전해를 위한 전해조.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전해질(4)의 액상선 온도가 620 내지 670℃임을 특징으로 하는, 알루미늄 전해를 위한 전해조.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 전해조를 사용하는 전해 공정으로서,
    (1) 혼합 및 용융을 위한 용융로에 특정한 양의 NaF, AlF3, LiF, KF 및 Al2O3들을 첨가하여 용융물을 형성시키거나; 또는 혼합 및 용융을 위한 용융로에 특정한 양의 NaF, AlF3, LiF 및 KF를 첨가하고, 계속해서 Al2O3를 첨가하여 용융물을 수득하는 단계; 및
    (2) 단계 (1)에서 제조된 상기 용융물의 온도를 720 내지 760℃ 이상으로 상승시키고, 계속해서 상기 용융물을 상기 전해조 내로 부어 넣고 전해를 수행하면서, 상기 온도를 720 내지 760℃로 유지시키는 단계를 포함하는 전해조를 사용하는 전해 공정.
  12. 제 11 항에 있어서,
    전해 온도가 730 내지 750℃임을 특징으로 하는, 전해조를 사용하는 전해 공정.
  13. 제 11 항에 있어서,
    Al2O3가 상기 전해 공정에 정량적으로 공급됨을 특징으로 하는, 전해조를 사용하는 전해 공정.
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