利用电解沉积法的还原铁制备方法及由此制备的还原铁技术

本发明专利技术涉及利用电解沉积法的还原铁制备方法及由此制备的还原铁，上述利用电解沉积法的还原铁制备方法包括：对含有过氧化钠(Na2O2)和氧化硼(B2O3)的固体电解质及氧化铁(Fe2O3)进行混合来制备混合物的步骤；以及在向具有阳极及不溶性的阴极的电解沉积(electrowinning)装置投入上述混合物并进行加热来形成熔融氧化物之后，向上述阳极及阴极施加电压来在阴极形成铁的步骤。因此，可通过电解沉积法还原氧化铁来获取纯铁状态的还原铁。虽然很难通过提炼铁矿石获取纯铁，但可通过使用对电解质的组合以及电解条件进行调节的电解沉积法来获取纯铁状态的还原铁。

Preparation of Reduced Iron by Electrolytic Deposition and Reduced Iron Prepared from It

The present invention relates to the preparation method of reduced iron by electrodeposition and the reduced iron prepared therefrom. The preparation method of reduced iron by electrodeposition includes the steps of mixing solid electrolyte containing sodium peroxide (Na2O2) and boron oxide (B2O 3) and iron oxide (Fe2O3) to prepare the mixture, and electrowinnin to an anode and an insoluble cathode. G) After the device is put into the mixture and heated to form molten oxide, a voltage is applied to the anode and cathode to form iron at the cathode. Therefore, iron oxide can be reduced by electrodeposition to obtain pure iron. Although it is difficult to obtain pure iron by extracting iron ore, reduction iron in pure iron state can be obtained by electrolytic deposition method, which adjusts the composition of electrolytes and electrolytic conditions.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用电解沉积法的还原铁制备方法及由此制备的还原铁
本专利技术涉及通过使用电解沉积装置制备还原铁的方法及由此制备的还原铁。
技术介绍
地壳中在铝之后存在量最多的是铁，铁主要铸造成钢铁来用作各种结构物、船舶、汽车及各种机械装置的材料。铁不以纯铁的状态生产，而是主要以含有铁的赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿等为原料，对它们进行焙烧来制备氧化铁，并添加作为溶剂的石灰石、作为还原剂的焦炭后在高炉中通过送入热风，燃烧焦炭的同时还原矿石来制备铁，并进行熔融来制备生铁。另一方面，为了利用生铁、钢铁来制备纯铁，使用将它们用作电极并在铁盐水溶液中进行电解精炼的方法。作为电解还原工序的例，具有通过对包含第一金属的氧化物的供给原料进行电解还原来生成金属的方法，上述方法包括：以与阴极及熔融盐相接触的状态配置供给原料的步骤；在电解电池内以与熔融盐相接触的状态配置阳极的步骤；以及向上述阳极与上述阴极之间施加电位来从上述供给原料去除氧的步骤。上述阳极为作为上述电池中电解温度下的熔融金属的第二金属。上述第二金属为与第一金属不同的金属。当进行电解时，从供给原料去除的氧与经过熔融的第二金属进行反应来形成包含第二金属的氧化物。因此，氧不会在经过熔融的阳极中作为气体来释放(专利文献1)。通过对包含上述金属氧化物的供给原料进行电解还原来生成金属的方法存在如下的问题，即，将硫酸或盐酸作为电解液来从阴极获取铁，在电解过程中，由于氢过电压引起的氢气泡而难以调节铁的纯度，并且电解槽的电压高达3V，且耗电也很高，从而使工序费用增加。并且，作为电解精炼的方法，金属氧化物回收方法包括：准备含有钛和铁的原料；将上述原料投入于精炼容器中；在上述精炼容器中装入铁水；以及向上述精炼容器吹入包含氧的气体的过程，在吹入上述气体的过程中，可使上述原料所含有的钛以氧化钛形态包含于在精炼上述铁水的过程中产生的熔渣中(专利文献2)。上述方法公开了将含有铁的铁矿石用作铁源进行电解精炼来回收有价金属的方法，但以氧化物形态回收，在这一点上存在难以获取纯铁的问题。通过电解精炼提炼的铁的磁特性非常优秀，因而除催化剂、电磁材料、合金原料之外，还作为真空管材料或高性能磁性材料来对其的需求不断增加，因此，依然需要研发以更简单的工序增加有效性来使用电解沉积法大量生产还原铁的方法。
技术实现思路
因此，本专利技术通过利用电解沉积法(electrowinning)来能够以比以往还原铁的生产方法更简单且低廉的费用还原氧化铁来制备还原铁。本专利技术所要解决的问题并不局限于以上所提及的(多个)问题，普通技术人员可通过以下记载明确理解未提及的其他(多个)问题。为了解决上述问题，本专利技术提供利用电解沉积法的还原铁制备方法，上述利用电解沉积法的还原铁制备方法包括：对含有作为第一族元素的氧化物的过氧化钠(Na2O2)和氧化硼(B2O3)的固体电解质及氧化铁(Fe2O3)进行混合来制备混合物的步骤；以及在向具有阳极及不溶性的阴极的电解沉积(electrowinning)装置投入上述混合物并进行加热来形成熔融氧化物之后，向上述阳极及阴极施加电压来在阴极形成铁的步骤。根据本专利技术，通过电解沉积法还原氧化铁，从而可获取纯铁(pureiron)状态的还原铁。虽然很难通过铁矿石获取纯铁，但可通过使用对电解质的组合以及电解条件进行调节的电解沉积法来获取作为纯铁的还原铁。可仅通过使用不溶性的阴极分离还原物质来简单地回收还原铁，尤其，可仅利用固体电解质以低廉的费用还原氧化铁，因此，有效性非常高，与以往的盐酸盐或硫酸盐电解质不同地，具有可回收并再次使用固体电解质的优点。并且，上述还原铁可制备成板状，而不是枝晶(dendrite)状，从而可增加电解沉积效率。并且，上述还原铁为纯铁，接近电解铁，可应用于电解沉积材料及各种电器元件。附图说明图1为示出本专利技术实施例的利用电解沉积法的还原铁的制备方法的工序顺序的工序流程图。图2为通过FACTSAGE程序计算的过氧化钠、氧化硼及氧化铁的三元系相图(B2O3-Na2O2-Fe2O3)。图3a、图3b示出本专利技术实施例的利用电解沉积法的还原铁制备方法中的基于混合物的组成的线性扫描伏安曲线。图4a、图4b为本专利技术实施例的利用电解沉积法的还原铁制备方法中的电压差的阴极的照片。图5为本专利技术实施例的利用电解沉积法的还原铁制备方法中的以2.5V的电压差电解沉积的还原铁的扫描电子显微镜照片及能量色散谱。图6为本专利技术实施例的利用电解沉积法的还原铁制备方法中的以1.5V的电压差电解沉积的还原铁的扫描电子显微镜照片及能量色散谱。图7为示出本专利技术实施例的经过电解沉积的还原铁的X射线衍射分析结果的图表。具体实施方式首先，对作为第一族元素的氧化物的过氧化钠和氧化硼进行混合来制备出固体电解质。在上述固体电解质中混合氧化铁，并且使用球磨机粉碎并搅拌来制备出混合物。通过预先计算的三元系相图来确定出共熔点(eutecticpoint)。在此情况下，上述混合物包含60重量百分比的氧化硼、30重量百分比的过氧化钠及10重量百分比的氧化铁。在将上述混合物投入于电解沉积装置中，并在坩埚中以1000℃的温度条件进行加热来将上述混合物制备成熔融氧化物之后，以使电解沉积装置的阳极与阴极的电压差达到1.5V及2.5V的方式调节电压来施加了3小时。使用具有X射线衍射分析仪和能量色散谱仪的扫描电子显微镜(SEM-EDS，e-FlashHRandX-Flash，BrukerNanoGmbH，Germany)对经过电解沉积的结果在阴极产生的物质进行了分析。本专利技术的实施方式以下，参照附图对本专利技术的优选实施例进行详细说明。可参照附图、详细后述的实施例来明确理解本专利技术的优点及特征、实现其的方法。但是，本专利技术并不局限于以下所公开的实施例，可由互不相同的各种方式实现，本实施例仅使本专利技术的公开变得完整，为了使本专利技术所属
的普通技术人员完整地理解专利技术的范畴而提供，本专利技术仅通过专利技术要求保护范围的范畴定义。并且，在说明本专利技术的过程中，在判断为相关的公知技术等有可能混淆本专利技术的主旨的情况下，将省略与其相关的详细说明。图1为示出本专利技术实施例的利用电解沉积法的还原铁的制备方法的工序顺序的工序流程图。参照图1，本专利技术提供利用电解沉积法的还原铁制备方法，上述利用电解沉积法的还原铁制备方法包括：对含有过氧化钠和氧化硼的固体电解质及氧化铁进行混合来制备混合物的步骤；以及在向具有阳极及不溶性的阴极的电解沉积装置投入上述混合物并进行加热来形成熔融氧化物之后，向上述阳极及阴极施加电压来在阴极形成铁的步骤。电解沉积法通过对包含金属的矿石进行预处理并使用溶剂提取金属，对所获取的含金属溶液进行纯化并使用不溶性阳极进行电解，将低价的硫酸或盐酸用作溶剂，在提取铁矿石来进行电解沉积的情况下，难以调节铁的纯度。因此，使用对固体电解质的组合和组成比进行调节并限定电解条件的电解沉积法的情况下的还原铁的制备方法具有比投入于电解沉积装置的以往的还原铁生产方法容易并能够以低廉的费用获取还原铁的优点。使用上述固体电解质的电解沉积法可利用电能来分离目标金属。上述还原铁为铁的纯度非常高的纯铁(pureiron)，其为强磁性体(ferromagnetism)，可用于合金材料、催化剂、电磁材料等。上述过氧化钠为第一族元素的氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用电解沉积法的还原铁制备方法，其特征在于，包括：对含有过氧化钠和氧化硼的固体电解质及氧化铁进行混合来制备混合物的步骤；以及在向具有阳极及不溶性的阴极的电解沉积装置投入上述混合物并进行加热来形成熔融氧化物之后，向上述阳极及阴极施加电压来在阴极形成还原铁的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.06 KR 10-2016-00855011.一种利用电解沉积法的还原铁制备方法，其特征在于，包括：对含有过氧化钠和氧化硼的固体电解质及氧化铁进行混合来制备混合物的步骤；以及在向具有阳极及不溶性的阴极的电解沉积装置投入上述混合物并进行加热来形成熔融氧化物之后，向上述阳极及阴极施加电压来在阴极形成还原铁的步骤。2.根据权利要求1所述的利用电解沉积法的还原铁制备方法，其特征在于，上述混合物的混合比通过上述过氧化钠、氧化硼及氧化铁的三元系相图(B2O3-Na2O2-Fe2O3)上的B：N：F为6～5：3：1～2的区域的组成来确定，其中，B为硼、N为钠、F为铁。3.根据权利要求1所述的利用电解沉积法的还原铁制备方法，其特征在于，针对上述混合物的混合比来说，上述混合物含有60重量百分比的氧化硼、30重量百分比的过氧化钠及10重量百分比的氧化铁。4.根据权利要求2所述的利用电解沉积法的还原铁制备方法，其特征在于，上述三元系相图在1000℃的温度条件及一个大气压下确定。5.根据权利要求1所述的利用电解沉积法的还原铁制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李京雨，朴宗夏，崔镐吉，
申请(专利权)人：首尔大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国,KR