本發(fā)明涉及電化學(xué)冶金，尤其涉及一種熔鹽電解鈰鈮鈣鈦礦制備鈮鋁合金的方法。

背景技術(shù)：

1、鈮屬對國家安全和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義的稀有金屬，由于鈮及其相關(guān)化合物具有優(yōu)異的物理、化學(xué)及機械性能，被廣泛的應(yīng)用于鋼鐵、航空、航天、航海、化工、建筑和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，在現(xiàn)代工業(yè)和尖端技術(shù)中不可或缺。

2、白云鄂博礦是世界矚目的集稀土、鐵、鈮、鈦等重要元素于一體的多金屬共生礦。稀土資源儲量居世界第一位，鈮資源儲量居世界第二位。然而一直以來，白云鄂博礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用以鐵為主，稀土資源的綜合利用率不足10%，鈮資源的綜合利用率幾乎為零。白云鄂博礦鈮品位約為0.10%，含鈮礦相多達(dá)20種，粒徑一般不超過20μm，由于白云鄂博礦相貧、雜、細(xì)的特征，且與其他礦相共生或包裹在一起，分離提取極為困難。尤其是鈮與鈦的化學(xué)性質(zhì)相似，二者以類質(zhì)同象廣泛共生于多種含鈮礦相中，并遺傳至鈮資源的選冶過程中，嚴(yán)重影響了精礦品位和產(chǎn)品質(zhì)量。

3、中國專利公開號為cn116240590a公開了“一種利用熔鹽電解制備鈮鈦合金的方法”，將四氯化鈦和五氯化鈮溶解在氯化物熔鹽中進行電解制備鈮鈦合金的工藝。中國專利公開號為cn115717254a公開了“熔鹽電解制備高純金屬鈮的方法”，該方法以制備的鈮碳基固溶體作為可溶性陽極，石墨為陰極，在氯化物熔鹽體系中進行電解制備金屬鈮。中國專利公開號為cn116463683a公開了“利用可溶性陽極電解分離金屬鈮鈦的方法”，將制備鈮碳基固溶體、鈦碳基固溶體作為陽極，分別置于兩個氯化物電解質(zhì)體系中進行電解，從而達(dá)到鈮、鈦的分離。中國專利公開號為cn115305521a公開了“一種熔鹽電解制備金屬鈮的方法”，該方法利用液態(tài)鈮合金將電解槽分隔為陰極槽與陽極槽，再進行電解制備金屬鈮。

4、以上專利技術(shù)均利用熔鹽電解法達(dá)到制備金屬鈮、或分離鈮鈦的目的。但并未考慮鈮、鈦在熔鹽中溶解度低，因而造成的電流效率低，電解效果差的問題；采用鈮、鈦碳基固溶體作陰極的制備過程復(fù)雜，且電解過程中隨著目標(biāo)產(chǎn)物的沉積會釋放出大量的一氧化碳或二氧化碳，因此很難實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；且上述方法并未針對鈮、鈦共存的礦物進行電解分離，因此并未考慮到在實際生產(chǎn)應(yīng)用中的效果。

5、中國專利公開號為cn105385866a公開了“一種鈮鋁合金的制備方法和系統(tǒng)”，該方法利用鋁熱還原反應(yīng)，使反應(yīng)生成的金屬鈮均勻的分布在鋁液中，并與多余的鋁反應(yīng)生成鈮鋁合金。中國專利公開號為cn115478200a“鈮鋁合金及其制備方法”中公開了將鈮源、鋁源、造渣劑及發(fā)熱劑充分混合后，發(fā)生鋁熱反應(yīng)制備鈮鋁合金。中國專利公開號為cn104674067a公開了“一種鈮鋁合金的生產(chǎn)方法”，該方法采用純主元鈮，即熔點約1690℃的鈮鋁中間合金進行熔煉，得到鈮鋁合金。

6、以上方法均利用鋁熱還原反應(yīng)制備鈮鋁合金，然而，上述方法無法克服其他金屬的共同還原問題，因此無法解決復(fù)雜共伴生礦中金屬元素分離問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、（一）要解決的技術(shù)問題

2、鑒于現(xiàn)有技術(shù)中，各種針對白云鄂博礦尾礦中提鈮的工藝均有不足之處，仍然沒有得到有效的回收利用的技術(shù)問題。

3、（二）技術(shù)方案

4、為此，本發(fā)明提及了一種熔鹽電解鈰鈮鈣鈦礦制備鈮鋁合金的方法，包括：

5、步驟1：將原料鋁放置于電解槽底部；

6、步驟2：將原料礦與熔鹽按照質(zhì)量比例范圍為（1-10）：100混勻后放置于電解槽內(nèi)；

7、步驟3：將電解槽底部進行加熱，升溫至第一預(yù)設(shè)溫度后，保溫第一預(yù)設(shè)時間，使原料鋁熔融至液態(tài)鋁；

8、步驟4：保溫結(jié)束后，將電解槽底部的溫度升至第二預(yù)設(shè)溫度，液態(tài)鋁作為陰極，石墨棒作為陽極，連接直流電源后，按照預(yù)設(shè)電源電壓，進行恒電壓電解，得到電解產(chǎn)物；

9、步驟5：將得到的電解產(chǎn)物進行破碎磨細(xì)，得到鈮鋁合金和殘余的熔鹽。

10、進一步地，在步驟4中，預(yù)設(shè)電源電壓低于熔鹽體系、稀土及鈦氧化物的分解電壓，高于鈮氧化物的分解電壓。

11、進一步地，在步驟2中，熔鹽為na3alf6與naf、lif或kf中的至少一種混合而成。

12、進一步地，在熔鹽中，na3alf6與naf、lif或kf中的至少一種，按質(zhì)量比例計，質(zhì)量比例為（7：3）-（5：5）。

13、進一步地，預(yù)設(shè)電源電壓為2-5v。

14、進一步地，在步驟2中，以質(zhì)量百分含量之和為100%計，原料礦的成分包括：reo為38%-46%，nb2o5為13%-17%，tio為29%-37%，余量為不可避免的雜質(zhì)。

15、進一步地，在步驟3中，通入預(yù)設(shè)流量的惰性氣體進行氣氛保護。

16、進一步地，在步驟4中，進行恒電壓電解的時間為第二預(yù)設(shè)時間，第二預(yù)設(shè)時間為1-5h。

17、進一步地，在步驟5中，電解結(jié)束后，將陰極、陽極及熔鹽在惰性氣體的保護下進行冷卻。

18、進一步地，在步驟5中，殘余的熔鹽中含有稀土和鈦，用于稀土和鈦的分離提取。

19、（三）有益效果

20、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種熔鹽電解鈰鈮鈣鈦礦制備鈮鋁合金的方法，包括：將原料鋁放置于電解槽底部；將原料礦與熔鹽按照質(zhì)量比例范圍為（1-10）：100混勻后放置于電解槽內(nèi)；將電解槽底部進行加熱，升溫至第一預(yù)設(shè)溫度后，保溫第一預(yù)設(shè)時間，使原料鋁熔融至液態(tài)鋁；保溫結(jié)束后，將電解槽底部的溫度升至第二預(yù)設(shè)溫度，液態(tài)鋁作為陰極，石墨棒作為陽極，連接直流電源后，按照預(yù)設(shè)電源電壓，進行恒電壓電解，得到電解產(chǎn)物；將得到的電解產(chǎn)物進行破碎磨細(xì)，得到鈮鋁合金和殘余的熔鹽。

21、本發(fā)明提及的熔鹽電解鈰鈮鈣鈦礦制備鈮鋁合金的方法，以低熔點金屬鋁作為液態(tài)陰極，操作難度低，有效避免鈮產(chǎn)物枝晶生長問題，避免了碳化鈮和碳化鈦的生成，解決了電解效率低下等相關(guān)問題。通過補加原料的方式進行連續(xù)電解分離提取，成功得到了鈮鋁合金、鈮鈦鋁合金。通過電化學(xué)條件的精準(zhǔn)控制，實現(xiàn)鈮、鈦間的梯級電解和元素分離。通過對于預(yù)設(shè)電壓的調(diào)控可按照鈮、鈦、稀土的順序進行梯級電解，實現(xiàn)了鈮、鈦的選擇性還原，制備出鈮鋁合金、鈮鈦鋁合金。借助選擇性析出的金屬在熔鹽與液態(tài)陰極之間的擴散實現(xiàn)不同關(guān)鍵金屬的相間分離。在完成鈮、鈦分離的同時制備鈮鋁合金、鈮鈦鋁合金的同時，實現(xiàn)了含稀土、鈮、鈦的共伴生礦或冶金渣中多種金屬的綜合提取利用。

技術(shù)特征：

1.一種熔鹽電解鈰鈮鈣鈦礦制備鈮鋁合金的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解鈰鈮鈣鈦礦制備鈮鋁合金的方法，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解鈰鈮鈣鈦礦制備鈮鋁合金的方法，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種熔鹽電解鈰鈮鈣鈦礦制備鈮鋁合金的方法，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種熔鹽電解鈰鈮鈣鈦礦制備鈮鋁合金的方法，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解鈰鈮鈣鈦礦制備鈮鋁合金的方法，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解鈰鈮鈣鈦礦制備鈮鋁合金的方法，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解鈰鈮鈣鈦礦制備鈮鋁合金的方法，其特征在于，

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解鈰鈮鈣鈦礦制備鈮鋁合金的方法，其特征在于，

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電解鈰鈮鈣鈦礦制備鈮鋁合金的方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電化學(xué)冶金技術(shù)領(lǐng)域，提及了一種熔鹽電解鈰鈮鈣鈦礦制備鈮鋁合金的方法，包括：將原料鋁放置于電解槽底部；將原料礦與熔鹽混勻后放置于電解槽內(nèi)；將電解槽底部進行加熱，升溫并保溫后，使原料鋁熔融至液態(tài)鋁；保溫結(jié)束后，將電解槽底部升溫，液態(tài)鋁作為陰極，石墨棒作為陽極，連接直流電源后，按照預(yù)設(shè)電源電壓，進行恒電壓電解，得到電解產(chǎn)物；將得到的電解產(chǎn)物進行破碎磨細(xì)，得到鈮鋁合金和殘余的熔鹽。本發(fā)明提及的方法，通過電化學(xué)條件的精準(zhǔn)控制，實現(xiàn)鈮、鈦間的梯級電解和元素分離，在制備鈮鋁合金、鈮鈦鋁合金的同時，實現(xiàn)了含稀土、鈮、鈦的共伴生礦或冶金渣中多種金屬的綜合提取利用。

技術(shù)研發(fā)人員：張波,葉芷萌,賈興麗,劉承軍,姜茂發(fā)
受保護的技術(shù)使用者：東北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30