铝是国民经济中重要的基础原料，2012年我国产量已超过1900万吨，是有色金属中最高的。目前电解铝行业仍普遍采用霍尔-埃鲁法进行铝的工业化生产，该法存在着生产温度高、能耗高和温室气体排放量大等问题，急需通过技术革新来予以解决。因此，开发新型低温电解铝新工艺，对实现产业节能减排和社会的可持续发展具有重大的意义。离子液体作为一种新型的低温电解质，在金属电沉积领域有着广阔的应用前景。本文从上述背景出发，系统研究了离子液体低温电解铝反应过程，主要研究内容如下:　　 1.设计并合成了[Bmim]Cl/AlCl3、[Emim]Cl/AlCl3、[Amim]Cl/AlCl3、[H1mim]Cl/AlCl3和[Hmim]Cl/AlCl3等具有优良物理化学性能的氯铝酸型离子液体，通过核磁共振、元素分析、质谱、液相色谱、紫外、红外和拉曼光谱对其进行了系统的结构和纯度的表征。　　 2.测定了氯铝酸离子液体在不同温度和组成下的密度、粘度和电导率，计算了相应的摩尔电导、偏摩尔体积和粘度偏差。同时结合分子模拟结果，从静电力、范德华力和氢键作用的角度深入研究了离子液体微观结构和宏观性质间的关系。　　 3.对氯铝酸型离子液体进行了详尽的电化学表征，分析并讨论了不同条件下离子液体的电化学窗口、化学稳定性、铝的电还原过程、氯气的析出反应和电极界面效应等，建立了系统的电化学数据体系。　　 4.以玻璃碳为新型惰性阳极，氯铝酸型离子液体为低温电解质，全面考察了不同实验条件下氯气在玻璃碳上的析出过程，建立并完善了氯气的捕集和阳极效率的测定方法，讨论了电解温度、电位、电流密度和真空度等因素对阳极反应的影响。　　 5.在电化学和分子模拟的基础上，深入研究了电解条件、离子结构和相互作用对铝沉积过程的影响，并利用扫描显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)和X射线能谱(EDAX)等手段对铝产品进行了表征，筛选出了最佳的电解反应条件，获得纯度较高的铝产品，掌握了铝形貌的调控机制。　　 6.依据实验研究结果，在广泛的文献调研和实际参观考察的基础上，提出了离子液体低温电解铝的新工艺方案。该工艺结合了无水氯化铝的转化制备、氯铝酸离子液体的合成、大容量电解槽的设计、氯气的回收利用、铝粉的收集清洗以及其它相关的反应步骤，具有很强的可行性和经济性。