本發(fā)明涉及濕法冶金中電化學(xué)精煉，特別是一種以生鐵為陽(yáng)極電解制備4n級(jí)純鐵的工藝。

背景技術(shù)：

1、工業(yè)是實(shí)體經(jīng)濟(jì)的主體，材料工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。其中高純鐵作為一種重要的基礎(chǔ)材料，涉及航空航天、電子信息和軍事工業(yè)等廣泛領(lǐng)域，已成為新材料領(lǐng)域一個(gè)重要的發(fā)展方向。純鐵生產(chǎn)主要有火法冶金、濕法冶金和聯(lián)合制備法三條路線。其中電解法制備純鐵是實(shí)現(xiàn)純鐵高純化甚至超純化成本最低、流程最短且操作性最強(qiáng)的方法。目前，電解鐵在發(fā)電機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)部件、特殊合金、濺射靶材及電池用集電體等領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用，歐美國(guó)家陸續(xù)在國(guó)家藥典中將4n級(jí)以上超純電解鐵列入食品營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化添加劑、藥品添加劑等，德國(guó)著名餐具品牌雙立人也已開(kāi)始以高純電解鐵為原料生產(chǎn)制備綠色、無(wú)涂層不粘鍋。顯然高純鐵和超純鐵的需求正日趨增加，其生產(chǎn)和研發(fā)在國(guó)際上備受關(guān)注，從成本及批量化生產(chǎn)的角度，電解法制備高純鐵具備不可替代的優(yōu)勢(shì)。電解法制備純鐵通常采用工業(yè)純鐵為原料進(jìn)行電解生產(chǎn)，價(jià)格相對(duì)價(jià)高，采用低成本的陽(yáng)極材料電解制備純鐵成為了趨勢(shì)。

2、為了保持電解液的穩(wěn)定性，確保電解液中的亞鐵離子濃度不會(huì)隨著電解的持續(xù)進(jìn)行而降低，影響電沉積效率，一般選用可溶性的陽(yáng)極材料進(jìn)行電解，因?yàn)榇藭r(shí)制備電解鐵需要的亞鐵離子主要來(lái)源于陽(yáng)極材料本身。想要批量化的制備電解鐵，對(duì)陽(yáng)極材料的需求量亦是巨大，為了實(shí)現(xiàn)低成本的純鐵工業(yè)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)降本提效的目標(biāo)，應(yīng)選用成本較低的陽(yáng)極材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題：針對(duì)目前普遍采用工業(yè)純鐵作為陽(yáng)極材料進(jìn)行電解制備獲得高純鐵，其陽(yáng)極材料消耗巨大，成本過(guò)高，對(duì)企業(yè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)造成巨大經(jīng)濟(jì)壓力的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種以生鐵為陽(yáng)極電解制備4n級(jí)純鐵的工藝，能夠直接將生鐵提純?yōu)榧兌仍?9.95～99.995wt％的4n級(jí)純鐵。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

3、一種以生鐵為陽(yáng)極電解制備4n級(jí)純鐵的工藝，其特征在于，包括以生鐵作為陽(yáng)極材料所形成的陽(yáng)極，和以鈦板作為陰極材料所形成的陰極，所述陽(yáng)極周?chē)O(shè)置有第一陽(yáng)極隔離薄膜，所述陰極周?chē)O(shè)置有第二陰極隔離薄膜，從陽(yáng)極生鐵溶解到電解液中的鐵元素在陰極鈦板表面沉積為純度在鐵元素占99.95～99.995wt％的4n級(jí)純鐵。

4、所述電解液用鹽酸控制其ph為2～5，所述電解液溫度為60～95℃，所述電解液中的fe2+為50～300g/l，陰極電流密度為50～300a/m2。

5、電解時(shí)，電解液從電解槽底部流出過(guò)濾和上部流入進(jìn)行循環(huán)，流出槽外的電解液經(jīng)過(guò)沉降過(guò)濾和加酸調(diào)節(jié)ph后，最終重新由上部進(jìn)入電解槽中，由此形成上進(jìn)下出的電解液循環(huán)流動(dòng)。

6、陰極電流密度采用小電流密度結(jié)晶成膜、大電流密度長(zhǎng)大增厚的方式，其增大模式如下：先用50a/m2電解1～24小時(shí)、隨后100a/m2電解1～24小時(shí)、再150a/m2電解1～24小時(shí)，逐漸增大電流密度至穩(wěn)定的電解。

7、電解前先在電解液中按0.01～1g/l加入保障電解液穩(wěn)定的還原性穩(wěn)定劑，防止fe2+往fe3+的轉(zhuǎn)化，保障電解液穩(wěn)定性，電解過(guò)程中采用24h觀測(cè)一次，依據(jù)電解液狀態(tài)進(jìn)行電解液維護(hù)。

8、電解前先在電解液中添加一定數(shù)量的3n級(jí)以上高純鐵粉并循環(huán)攪拌一定時(shí)間，利用鐵粉還原沉降電解液中的部分金屬離子。

9、電解過(guò)程中每24h添加一定數(shù)量的3n級(jí)高純鐵粉，利用鐵粉還原沉降電解液中的非鐵金屬離子。

10、所述陽(yáng)極和所述陰極均為板材，所述第一隔離薄膜為不與陽(yáng)極接觸的600目陽(yáng)極隔膜，所述第二隔離薄膜為不與陰極板接觸的600目陰極隔離薄膜，陽(yáng)極板尺寸為長(zhǎng)、寬均為0.5～1m，厚度15～25mm；陰極板尺寸為長(zhǎng)、寬均為0.5～1m2，厚度1～2mm，制備出的4n級(jí)純鐵平面尺寸不小于0.25～1m2和厚度為2～4mm。

11、所述生鐵包括的化學(xué)成分及wt％如下：cr、mn元素含量之和不高于0.2，co、ni、cu、zn含量之和不高于0.1，c＝2.5～5.5，余量為fe和不可避免的其他非鐵元素。

12、本發(fā)明的技術(shù)效果如下：本發(fā)明一種以生鐵為陽(yáng)極電解制備4n級(jí)純鐵的工藝，能夠獲得4n級(jí)高純鐵，同時(shí)實(shí)現(xiàn)4n級(jí)電解鐵的量產(chǎn)。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單、制備周期短、產(chǎn)量高、產(chǎn)品純度高，并在電化學(xué)精煉法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低了可溶性陽(yáng)極材料的成本。本發(fā)明電解制備的4n級(jí)純鐵厚度達(dá)2～4mm，重量達(dá)20～60kg/板，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種以生鐵為陽(yáng)極電解制備4n級(jí)純鐵的工藝，其特征在于，包括以生鐵作為陽(yáng)極材料所形成的陽(yáng)極，和以鈦板作為陰極材料所形成的陰極，所述陽(yáng)極周?chē)O(shè)置有第一陽(yáng)極隔離薄膜，所述陰極周?chē)O(shè)置有第二陰極隔離薄膜，從陽(yáng)極生鐵溶解到電解液中的鐵元素在陰極鈦板表面沉積為純度在鐵元素占99.95～99.995wt％的4n級(jí)純鐵。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以生鐵為陽(yáng)極電解制備4n級(jí)純鐵的工藝，其特征在于，所述電解液用鹽酸控制其ph為2～5，所述電解液溫度為60～95℃，所述電解液中的fe2+為50～300g/l，陰極電流密度為50～300a/m2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以生鐵為陽(yáng)極電解制備4n級(jí)純鐵的工藝，其特征在于，電解液配置過(guò)程中添加0.01～1g/l的溶液穩(wěn)定劑，穩(wěn)定劑需為具有還原特性的氯化鹽。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以生鐵為陽(yáng)極電解制備4n級(jí)純鐵的工藝，其特征在于，電解過(guò)程中每24h觀測(cè)電解液的性質(zhì)與狀態(tài)，并采用添加溶液穩(wěn)定劑的方式對(duì)電解液進(jìn)行維護(hù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以生鐵為陽(yáng)極電解制備4n級(jí)純鐵的工藝，其特征在于，電解時(shí)，電解液從電解槽底部流出和上部加入，流出槽外的電解液經(jīng)過(guò)沉降過(guò)濾和加酸調(diào)節(jié)ph后，最終重新由上部進(jìn)入電解槽中，由此形成上進(jìn)下出的電解液循環(huán)流動(dòng)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以生鐵為陽(yáng)極電解制備4n級(jí)純鐵的工藝，其特征在于，陰極電流密度采用“小電流成膜、大電流增厚”的工藝，電流增大模式如下：50～100～150～200a/m2依次增加到穩(wěn)定的電解，每次調(diào)整電流根據(jù)陰級(jí)狀態(tài)需間隔1～24h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以生鐵為陽(yáng)極電解制備4n級(jí)純鐵的工藝，其特征在于，電解前先在電解液中添加一定數(shù)量的3n級(jí)以上高純鐵粉并循環(huán)攪拌一定時(shí)間，利用鐵粉還原沉降電解液中的部分金屬離子。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以生鐵為陽(yáng)極電解制備4n級(jí)純鐵的工藝，其特征在于，電解過(guò)程中每24h添加一定數(shù)量的3n級(jí)高純鐵粉，利用鐵粉還原沉降電解液中的非鐵金屬及被氧化的fe2+離子。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以生鐵為陽(yáng)極電解制備4n級(jí)純鐵的工藝，其特征在于，所述陽(yáng)極和所述陰極均為板材，所述第一隔離薄膜為不與陽(yáng)極接觸的600目陽(yáng)極隔膜，所述第二隔離薄膜為不與陰極板接觸的600目陰極隔離薄膜，陰極板尺寸為長(zhǎng)、寬均為0.5～1m2，厚度15～25mm；陰極板尺寸為長(zhǎng)、寬均為0.5～1m2，厚度1～2mm，制備出的4n級(jí)純鐵平面尺寸不小于0.25～1m2和厚度為2～4mm。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以生鐵為陽(yáng)極電解制備4n級(jí)純鐵的工藝，其特征在于，所述生鐵包括的化學(xué)成分及wt％如下：cr、mn元素含量之和不高于0.2，co、ni、cu、zn含量之和不高于0.1，c＝2.5～5.5，余量為fe和不可避免的其他非鐵元素。

技術(shù)總結(jié)
一種以生鐵為陽(yáng)極電解制備4N級(jí)純鐵的工藝，采用了可溶性的生鐵為陽(yáng)極，惰性鈦板為陰極，氯化亞鐵與鹽酸的混合溶液和添加用于保證電解液穩(wěn)定的試劑進(jìn)行電解制備4N級(jí)純鐵。電解液pH為2～5，電解液溫度為60～95℃，陰極電流密度為50～300A/m<supgt;2</supgt;，制備出的純鐵純度為99.95～99.995wt％，厚度為2～4mm。本發(fā)明方法優(yōu)點(diǎn)在于以生鐵作為陽(yáng)極材料，降低了可溶性陽(yáng)極材料的成本，實(shí)現(xiàn)了4N級(jí)高純鐵的工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：董瀚,張迪,劉騰軾,王博,曹鑫,楊現(xiàn)亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江思派特新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6