專利名稱：一種環(huán)保型金屬提煉方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)保型的金屬提煉方法，屬于電化學冶金技術領域。
背景技術：
金屬材料特別是鋼鐵是現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中最重要的基礎材料，現(xiàn)行的煉鐵和煉鋼方法消耗大量的化石能源。每年全球粗鋼產(chǎn)量超過十幾億噸，同時產(chǎn)生超過20億噸的溫室 氣體。鋼鐵行業(yè)的節(jié)能減排任務十分緊迫。除了對現(xiàn)有工藝進行節(jié)能降耗的改造之外，研發(fā)諸如氫氣還原、電解等新方法也在世界各國展開。隨著可再生電力(如太陽能發(fā)電、風能發(fā)電等)的發(fā)展，用電子而非碳作為還原劑還原金屬將具有廣闊的發(fā)展前景，代表未來的發(fā)展趨勢。近年來研發(fā)綠色電解煉鐵技術日益活躍。最近美國麻省理工學院報道了在1575°C的高溫下電解熔融氧化物制備液態(tài)金屬鐵和氧氣(Journal of ElectrochemicalSociety, 2011)，但需用到貴金屬銥做惰性陽極，難以大規(guī)模推廣應用。有學者報道了在低溫熔鹽中電沉積制備金屬鐵(Chem. Commun. , 2010),但產(chǎn)物為枝晶,難以與熔鹽分離。也有學者報道了在氯化鈣基熔鹽中電解還原固態(tài)化合物制備了金屬鐵(J. Mater. Sci.Technol.，2009)，但是氯化物熔鹽中目前尚難以找到可實用化的惰性陽極，研究者采用石墨陽極仍然會排放溫室氣體。研究新的無溫室氣體排放的低成本煉鐵技術十分迫切。在鐵重摻入鎳、鉻、鈷、錳、鈮等金屬可冶煉制備不同性能和用途的鋼材(如不銹鋼、工具鋼等)，而這些合金元素目前主要由水溶液電解(鎳、鈷、錳)和金屬熱還原(鉻、鈮)來生產(chǎn)，能耗大，且會產(chǎn)生大量廢水，污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種環(huán)保型的金屬提煉方法。本發(fā)明是通過如下的技術方案實現(xiàn)的
將固態(tài)金屬氧化物制成多孔塊體，并與導電集流體復合形成陰極，配之以惰性陽極；電解質(zhì)為500-850°C的Na2CO3-K2CO3基熔鹽，在陰陽極間施加電壓進行電解，所施加的電壓足以使陰極固態(tài)金屬氧化物發(fā)生電化學還原但熔鹽電解質(zhì)不被分解；電解一定時間后取出固態(tài)陰極，水洗、干燥，即得到相應的金屬或合金。上述的金屬提煉方法，陰極固態(tài)氧化物為氧化鐵、氧化鎳、氧化鈷、氧化鉻、氧化錳或它們與其它金屬氧化物的混合物。上述的金屬提煉方法，惰性陽極為SnO2、鐵酸鎳陶瓷陽極。上述的金屬提煉方法，惰性陽極也可以為鎳基合金。上述的金屬提煉方法，惰性陽極還可以為銅/鐵酸鎳金屬陶瓷、鎳/鐵酸鎳金屬陶瓷。上述的金屬提煉方法，在陰陽間間施加I. 5-4V電壓電解。
上述的金屬提煉方法，電解產(chǎn)物為鐵粉、鎳粉、鈷粉、鉻粉、不銹鋼粉末或它們與其它金屬形成的合金粉末。上述的金屬提煉方法，電解產(chǎn)物為多孔泡沫金屬。本發(fā)明方法是基于一種優(yōu)選的熔鹽體系，其具有足夠?qū)挼碾娢淮翱诓⑴c電極材料具有良好的相容性。采用固態(tài)陰極電解，通過直接固態(tài)還原或陰極微區(qū)的溶解沉積的原理避免了陰極枝晶的生長。輔之以適于這種熔鹽體系的惰性陽極，可在陰極可得到純凈的多孔泡沫金屬，在陽極產(chǎn)生氧氣，電流效率高，是一條無溫室氣體排放的低成本的冶金技術。


圖I實施例I所制得鐵粉SEM圖。圖2實施例2所制得泡沫鐵形貌。
具體實施例方式下面通過實施例來說明本發(fā)明，其在于進一步描述而非限制本發(fā)明。實施例I :將Fe2O3粉末壓制成片，700-900°C燒結2小時，將之與鐵絲復合制成電解用的陰極。以SnO2陶瓷為陽極，在溫度為600-740°C的Na2CO3-K2CO3混鹽電解質(zhì)中，施加
I.5-2. OV槽壓電解5小時，電解過程中用氣相色譜儀檢測陽極氣體，檢測到有氧氣產(chǎn)生。電解完成后，發(fā)現(xiàn)陽極沒有消耗。取出陰極水洗除鹽，得到純凈的金屬鐵粉(如圖I所示)。計算電流效率可高達95%，每公斤鐵粉電解能耗小于2. 9kffh.
實施例2 :將Fe2O3粉末壓制成片，700-900°C燒結2小時，將之與鐵絲復合制成電解用的陰極。以鎳合金(NiCuAl)為陽極，在溫度為740-850°C的Na2CO3-K2CO3混鹽電解質(zhì)中，施加2. 0-4. OV槽壓電解2-5小時，電解過程中用氣相色譜儀檢測陽極氣體，檢測到有氧氣產(chǎn)生。電解完成后，發(fā)現(xiàn)陽極沒有消耗。取出陰極水洗除鹽，得到純凈的泡沫狀金屬鐵(圖2)。計算電流效率可高達90%，每公斤鐵電解能耗小于3. Okffh.
實施例3 :將Fe2O3, NiO, Cr2O3粉末按一定比例混合壓制成片，700_900°C燒結2小時，將之裝入不銹鋼籃網(wǎng)中制成電解用的陰極。以摻銅的鐵酸鎳金屬陶瓷為陽極，在溫度為600-850°C的Na2CO3-K2CCV混鹽電解質(zhì)中，施加I. 8-3. OV槽壓電解5_10小時，電解過程中用氣相色譜儀檢測陽極氣體，檢測到有氧氣產(chǎn)生。電解完成后，發(fā)現(xiàn)陽極沒有消耗。取出陰極水洗除鹽，得到純凈的FeNiCr不銹鋼粉末。實施例4 :將Fe2O3, Nb2O5粉末按一定比例混合后壓制成塊，700-1000 °C燒結2小時，將之與鐵絲復合制成電解用的陰極。以鎳合金為陽極，在溫度為700-850°C的Na2CO3-K2CCV混鹽電解質(zhì)中，施加2. 2-2. 8V槽壓電解4_8小時，電解過程中用氣相色譜儀檢測陽極氣體，檢測到有氧氣產(chǎn)生。電解完成后，發(fā)現(xiàn)陽極沒有消耗。取出陰極水洗除鹽，得到純凈的鈮鐵粉末。 實施例5 :將Fe2O3, MnO2粉末按一定比例混合后壓制成塊，700-800 °C燒結2小時，將之與鐵絲復合制成電解用的陰極。以鎳合金為陽極，在溫度為500-750°C的Na2CO3-K2CO3-Li2CCV混鹽電解質(zhì)中，施加I. 5-2. 8V槽壓電解4_8小時，電解過程中用氣相色譜儀檢測陽極氣體，檢測到有氧氣產(chǎn)生。電解完成后，發(fā)現(xiàn)陽極沒有消耗。取出陰極水洗除鹽，得到純凈的鐵錳合金粉末。
實施例6 :將NiO粉末壓制成片，700-900°C燒結2小時，將之與鎳網(wǎng)復合制成電解用的陰極。以鎳合金為陽極，在溫度為600-740°C的Na2CO3-K2CO3-KCl混鹽電解質(zhì)中，施加 I.5-2. OV槽壓電解5小時，電解過程中用氣相色譜儀檢測陽極氣體，檢測到有氧氣產(chǎn)生。電解完成后，發(fā)現(xiàn)陽極沒有消耗。取出陰極水洗除鹽，得到純凈的金屬鎳粉。計算電流效率高于95%，每公斤鎳粉電解能耗小于2kWh。
權利要求
1.一種環(huán)保型金屬提煉方法，其特征在于，將固態(tài)金屬氧化物制成多孔塊體，并與導電集流體復合形成陰極，配之以惰性陽極；電解質(zhì)為500-850°C的Na2CO3-K2CO3基熔鹽，在陰陽極間施加電壓進行電解，所施加的電壓足以使陰極固態(tài)金屬氧化物發(fā)生電化學還原但卻不會分解熔鹽電解質(zhì)；電解一定時間后取出固態(tài)陰極，水洗、干燥，即得到相應的金屬或合金。
2.根據(jù)權利要求I所述的金屬提煉方法，其特征在于，陰極固態(tài)氧化物為氧化鐵、氧化鎳、氧化鈷、氧化鉻、氧化錳或它們與其它金屬氧化物的混合物。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的金屬提煉方法，其特征在于，惰性陽極為SnO2、鐵酸鎳陶瓷陽極。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的金屬提煉方法，其特征在于，惰性陽極為鎳基合金。
5.根據(jù)權利要求I或2所述的金屬提煉方法，其特征在于，惰性陽極為銅/鐵酸鎳金屬陶瓷、鎳/鐵酸鎳金屬陶瓷。
6.根據(jù)權利要求I或2所述的金屬提煉方法，其特征在于，在陰陽間間施加I.5-4V電壓電解。
7.根據(jù)權利要求I或2所述的金屬提煉方法，其特征在于，電解產(chǎn)物為多孔泡沫金屬。
8.根據(jù)權利要求I或2所述的金屬提煉方法，其特征在于，電解產(chǎn)物為金屬粉末或合金粉末。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)保型金屬提煉方法。將固態(tài)金屬氧化物制成多孔塊體，并與導電集流體復合形成陰極，配之以惰性陽極；電解質(zhì)為500-850oC的Na2CO3-K2CO3基熔鹽，在陰陽極間施加電壓進行電解，所施加的電壓足以使陰極固態(tài)金屬氧化物發(fā)生電化學還原但卻不會分解熔鹽電解質(zhì)；電解一定時間后取出固態(tài)陰極，水洗、干燥，即得到相應的金屬或合金。本方法電流效率高，是一條無溫室氣體排放的低成本的冶金技術。
文檔編號C25C5/04GK102899689SQ201110209500
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權日2011年7月26日
發(fā)明者汪的華, 尹華意, 朱華 申請人:武漢大學