本文旨在讲述用于低温电解铝的电解质研究，旨在为铝的低温生产提供参考思路。
简述：铝是世界上最有用的金属之一，具有材质轻、强度高、延展性好、易回收等优点。由于具有良好的物理和机械性能，铝被广泛应用于建筑业、运输业、包装业以及电子技术工业。现代电解铝工业的主要生产方法是Hall—Heroult法，即冰晶石(Na3AlF6)一氧化铝熔融盐电解法。虽然该法经过100多年的发展已经相当成熟，但仍存在电解温度高(950～970 ℃)、能耗大、能源利用率低、污染严重等问题。因此，开发一种电解温度低、能源利用率高的低温铝电解技术显得尤为迫切。开发铝电解新工艺的关键在于寻找一种新型低温电解质。
低温点解铝研究：
1. 钠冰晶石体系低温铝电解
目前，电解铝都采用钠冰晶石体系，其主要成分为Na3AlF6 、AlF3 、Al2 O 3。为实现钠冰晶石体系低温铝电解，可向电解质体系中加入过量的AlF3 ，降低NaF/AlF 3 的比例，从而降低冰晶石的初晶温度。不同的AlF 3 含量对冰晶石初晶温度的影响如下图所示。随着AlF3 添加量的增加，电解质的初晶温度呈先升高后降低的趋势。添加过量的AlF3 虽可降低初晶温度，但Al2O3的溶解速率和溶解度也会随之降低。
2. 锂冰晶石体系低温铝电解
在锂冰晶石电解质体系中，添加 LiF 对改变冰晶石的物理化学性质效果显著，LiF 加入到冰晶石电解质体系中，存在唯一的解离反应如式(1)所列。
研究发现，通过加入LiF可显著提高冰晶石电导率和电流效率，改善表面张力，降低初晶温度，显著增加了锂冰晶石作为低温铝电解质的吸引力。锂冰晶石熔点为785 ℃，锂冰晶石与AlF3 的共晶温度为710 ℃，低温铝电解温度区间较大。锂冰晶石体系的独特优势，使之成为众多专家学者研究的热点。
3. 钾冰晶石体系低温铝电解
钾冰晶石电解质体系基本成分为KF-AlF3 ，与钠冰晶石相比，Al2O3 在钾冰晶石体系中溶解度更大。因碳素材料抵抗钾冰晶石的渗透作用较弱，将严重缩短以碳素材料作为阴极和内衬的电解槽使用寿命。随着惰性阴极和惰性阳极材料的发展，钾冰晶石体系研究再次受到重视。
Suzdaltsev等采用固定极化和伏安法研究了KF-AlF3 -Al2O3 熔体中碳电极和金属电极的电极过程动力学，结果表明，在750～800 ℃的电解条件下，阴极电流密度不超过 0.40～0.55 A/cm2 ，还有较大的提升空间。测量电解槽电化学实验装置如下图所示。
4. 以铝盐为原料的传统低温铝电解技术
熔融硫化铝低温铝电解是利用碱金属和碱土金属氟化物或氯化物的熔盐中，以Al2S3为原料，在电解过程中制备金属铝的方法。Minh等人采用该方法在750℃的MgCl2-NaCl-KCl熔盐中进行电解制备金属铝，电流效率达80%，同时获得硫副产品。该方法的电解温度低，不需要消耗碳阳极，但缺点是硫化铝需要人工合成，合成过程复杂且对环境造成污染，成本较高。
5. 离子液体低温制备铝
近年来，离子液体的出现为化学家寻找绿色介质提供了新的思路，并迅速成为化学化工等领域的研究热点之一。由于具有特殊的物理化学和电化学性质，离子液体作为一种新型电解质材料在铝的电沉积研究中得到广泛的应用。
研究人员采用第一代离子液体对铝电沉积进行了初步研究，将铝从Lewis酸性氯化丁基吡啶/AlCl3熔体中沉积到铂和玻璃碳电极上。Liao等人在W电极上使用咪唑基液体进行铝沉积。Abbott等人研究了Lewis酸性AlCl3/1-乙基-3-甲基咪唑氯基混合物，可沉积出24～30 mm的铝层。研究结果显示，使用[Bmim]Cl/AlCl3作为电解质，在较低反应温度和适中电流密度条件下，有利于在阴极表面形成平整均匀的铝沉积层。在此基础上，一些研究者开发了[Amim]Cl（1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐）/AlCl3离子液体，对反应的主要参数进行了完善和优化，为工业化生产应用奠定了基础。
参考文献：
[1]胡佩业,范阳阳,孔亚鹏等. 低温铝电解研究进展 [J]. 江西冶金, 2023, 43 (02): 135-141. DOI:10.19864/j.cnki.jxye.2023.02.008.
[2]周君,周淑梅. 离子液体中低温制备铝技术研究进展 [J]. 上海化工, 2017, 42 (02): 34-38. DOI:10.16759/j.cnki.issn.1004-017x.2017.02.016.
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