电解三氯化铝制金属铝

结晶三氯化铝的工业品为淡黄色或深黄色，吸湿性很强，易潮解，主要用于工业原水处理和饮用水絮凝净化处理。此外，三氯化铝也可用于制金属铝。三氯化铝电解法制铝是把直流电流通入溶有氯化铝的碱金属和碱土金属氯化物电解质中，在电解槽阴极析出铝的一种铝电解方法。

早在冰晶石一氧化铝熔盐电解法发明之前，德国的本生(J．Bunsen)和法国的德维叶(C．Deville)在1854年曾经成功地电解NaAlCl4熔盐制得金属铝。1973年美国铝业公司的阿尔阔(Alcoa)分公司宣布研究出一种新的三氯化铝电解制铝法。这种方法采用了多室电解槽的新工艺，与冰晶石一氧化铝熔盐电解法相比，可节电30%，还有占地面积小、单槽产量高，可避免强磁场等优点。

阿尔阔(Alcoa)三氯化铝电解法制铝主要由三氯化铝制备和三氯化铝电解两大过程组成。

三氯化铝制备

为避免硅、铁等氯化物杂质污染AlCl3，仍采用工业纯Al2O3为原料。氯化过程在流态化氯化炉中进行。掺有焦炭颗粒的氧化铝从加料口加入，氯气从炉底通入。氯气要保持一定压力，以便使炉料处于流态化状态。氯化温度为973～1173K。在此氯化温度下，炉料中的Al2O3与氯气和焦炭发生生成AlCl3的反应。从流态化氯化炉中出来的AlCl3气经过初步提纯，在冷凝器中得到固体AlCl3作为电解的原料。

三氯化铝电解

阿尔阔(Alcoa)法电解三氯化铝的关键是采用双极性电极多室电解槽。这种电解槽的电极有阳极、阴极和诸多双极性电极，所有电极均由石墨制成。石墨电极几乎不消耗，不必像冰晶石一氧化铝熔盐电解那样要经常更换阳极，阳极、阴极和双极可密封在电解槽中，从而可使电解操作大为简化。

这种电解槽的极间距很小，石墨双极电极的上表面作为阴极，下表面作为阳极，这样每一个室就是一个电解槽，整个电解槽相当于多个单室电解槽串联的多室槽。因此，每台电解槽的生产能力很大。电解槽极间距小、双极多室是Alcoa法节能的关键。电解槽的外壳用钢板焊成，内衬为耐高温、不导电、侧部的相对位置不变，有利于气体和铝液按希望的路线运动，电解槽侧部不能生长炉帮，在电解槽侧部和电极之间采用了氮化硅、氮化硼等较贵重的耐火材料。

当电流密度为0.8～2．3A/c㎡时，单室的室电压为2.7V，其中含氯化铝的理论分解电压1.8V，阴、阳两极的超电位0.37V，电解质电压降大约为0.5V，其他还有少量导线和电极电压降。

三氯化铝电解法制铝的电解质组成有两类。一类是纯氯化物组成的电解质体系，如NaCl-KCl-AICl3系或NaCl-KCl-LiCl-A1Cl3系；另一类是氯化物与氟化物混合体系，如NaCl-CaCl2-CaF2-A1C13系等。AlCl3的蒸气压很大，在453K温度左右即达到0.1MPa。为了减少AlCl2的挥发损失，一般采用主要由蒸气压较小的NaCl、KCl、Cacl2、CaF2等组成的电解质。