有选择性地氧化合金的金属的方法技术

技术编号:27011020 阅读:9 留言:0更新日期:2021-01-08 17:21
本发明专利技术提供了一种有选择性地氧化包含目标金属和非目标金属的合金中的一种或多种目标金属的方法。该方法包括以下步骤:i)在足以产生氧化合金中的一种或多种目标金属且不氧化非目标金属的氧化电位的条件下,熔化合金并使熔融合金在含氧雾化气体的存在下同时发生破碎和氧化;和ii)使被处理的合金凝固。该方法可用于提纯非目标基本金属。该方法还可用于生产包含所需含量的一种或多种氧化目标金属的金属化合物,该所需含量高于热等离子体喷涂表面涂层应用通常能达到的理论最大含量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有选择性地氧化合金的金属的方法
本专利技术总体涉及氧化金属的方法,尤其涉及一种有选择性地氧化合金中的金属的方法。这种方法可用于从合金提纯普通金属,例如通过包含贵金属和普通金属(例如金、银、铂和铂族金属、铜、镍和其他具有商业价值的金属)的溶剂金属的反向提纯技术进行。这些方法还可用于生产工程金属/金属氧化物化合物。
技术介绍
贵金属和/或其他有商业价值的金属通常包含在珠宝、餐具、手表和艺术品中、以及用于工业应用的部件中,例如电子部件、电缆、电连接器等。这些产品通常寿命有限,导致产生大量含金属废料。已经开发了从废金属中回收贵金属(例如金)的方法。从杂质分离金有三种主要方法,包括:焙烧、电化学、在金浸出或溶解后进行锌粉沉淀。某些金属(例如金和银)的相似特性使得贵金属的提纯更加困难。这两种金属具有相似的熔点和电化学性质。因此,提纯贵金属的方法可包括焙烧、浸出、溶解/沉淀和电化学方法的组合。美国专利4,426,225公开了一种从印刷电路板生产中产生的废料回收可见的金片的方法。在存在起泡剂的条件下,用硝酸溶液浸蚀基本金属,并在所得的泡沫中回收金片。美国专利4,668,289公开了一种使用包含卤化物离子的浸提溶液从含金废料回收金属形式的金的方法。加拿大专利2,237,171提供了一种提纯金的方法,该方法包括通过使原金暴露于高酸性并具有高氧化电位的溶液而从原金浸出杂质的步骤。现有的分离技术往往很复杂、昂贵且对环境不友好。此外,在这种分离方法中所使用的设备因被大量杂质污染而需要频繁维护。等离子体喷涂或热喷涂方法通常应用于精确成形制造和各种涂层应用。反应喷射沉积是一项成熟的技术,已应用于单一金属或二元金属的飞行中氧化,以确定金属氧化物含量。但是,这种方法尚未应用于工程金属/金属氧化物化合物的生产或从贵金属或普通金属的组成溶质或杂质金属中提纯贵金属或普通金属。因此,需要一种高效、低成本且对环境无害的提纯合金的基本金属的方法。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面中,提供了一种有选择性地氧化合金中的一种或多种金属的方法,该方法包括以下步骤:i.在足以产生氧化合金中的一种或多种目标金属的氧化电位的条件下,熔化合金,并使熔融合金在氧气存在下同时发生破碎并燃烧;并且ii.使被处理的合金凝固,并将合金中的氧化颗粒与未氧化颗粒分离。在另一个方面中,本专利技术涉及一种从合金中提纯基本金属的方法,在该方法中,使熔融态的合金在氧气存在下同时发生破碎并燃烧,以氧化杂质金属。因此,提供了一种从合金中提纯基本金属的方法,该方法包括以下步骤:i.在足以产生等于或大于合金中的杂质的氧化电位且小于基本金属的氧化电位的氧化电位的条件下,熔化合金,并使熔融合金在氧气存在下同时发生破碎并燃烧;ii.使被处理的合金凝固,并将合金中的氧化颗粒与未氧化颗粒分离;iii.收集未氧化的颗粒,该未氧化的颗粒是纯化的基本金属;并且iv.可选地重复步骤i至iii,以提高基本金属的纯度。在另一个方面中,提供了一种生产具有预定氧化物含量的金属化合物的方法,该方法包括以下步骤:i.在足以产生等于或大于待氧化的合金中的一种或多种目标金属的氧化电位且小于非目标金属的氧化电位的氧化电位的条件下,熔化合金,并使熔融合金在氧气存在下同时发生破碎并燃烧,并持续足够的时间,以达到目标金属的预定氧化程度;并且ii.使熔融合金凝固,以产生具有预定目标氧化物含量的金属化合物。通过参考详细说明和以下附图,本专利技术的这些方面和其他方面将变得显而易见。附图说明图1是示意性地示出了本专利技术的一个实施例,该实施例利用热-等离子体喷涂技术在基本金属中产生某些物理化学性质变化,从而能够从基本金属中去除杂质金属;图2示出了一种丝材型电弧热喷涂装置;图3示出了一种用于粉末型注射的HVOF热喷涂装置;图4示出了一种用于丝材型原料的HVOF热喷涂装置;图5示出了一种用于熔融液体型原料的重力进料的HVOF热喷涂装置;和图6示出了用于实施本专利技术的一个实施例的方法的热喷涂装置和密封系统。具体实施方式在本专利技术的一个方面中,提供了一种有选择性地氧化包含至少一种目标金属和非目标金属的合金中的一种或多种金属的方法。该方法包括以下步骤:i)在导致足以氧化合金中的一种或多种目标金属且比非目标金属的氧化电位低的氧化电位的条件下,熔化合金,并使熔融合金在含氧气体存在下同时发生破碎并燃烧;并且ii)使被处理的合金凝固。在所述方法的第一步中,合金经受足以熔化、破碎和氧化合金中的目标金属的条件。所述合金可以是固体形式(丝)、粉末形式或液体形式。本领域技术人员能理解,用于熔化、破碎和氧化目标金属的条件会随着待处理的特定合金、进行处理的环境压力、处理中使用的气体以及合金中的金属被氧化的程度而有所不同。就此而言,所述条件(例如用于熔化合金的温度、实现熔融合金破碎的气体力(雾化气体的压力)和含氧雾化气体的氧活性)应足以产生熔融合金颗粒以及等于或大于待氧化的目标金属的氧化电位但小于一种或多种不被氧化的金属(即,非目标金属)的氧化电位的氧化电位。本领域技术人员能理解,所选择的条件由有选择性地氧化目标金属但不会氧化非目标金属所需的氧化电位决定。因此,根据能斯特和塔菲尔方程选择熔化合金的温度、雾化含氧气体的压力或力、雾化气体的氧活度等条件,以实现目标金属的氧化。为了熔化合金,通常使用低于合金熔化温度的温度,例如,大约比合金熔化温度低15-25%,或大约比合金熔化温度低20%。在氧存在下,发生氧化,这导致温度升高到合金破碎为熔融颗粒的温度,并形成氧化物。破碎通常发生在合金的液相线温度与液相线温度上方大约200℃温度之间。通常,在本方法中采用在大约1150-2000℃范围内的温度。所述方法可使用热喷涂装置进行。使用热喷涂装置使合金经受等离子体熔化处理,同时使其暴露于空气、氧气或富氧气体射流,以将熔融金属相破碎为熔融金属颗粒,这会同时点燃目标金属,以有选择性地形成金属氧化物,然后可将金属氧化物与基础金属或溶剂金属(例如金或其他有商业价值的金属)分离。在金属喷涂行业中常用的任何热喷涂装置都可在经过设计修改后在本方法中使用,或者无需进行设计修改即可在本方法中使用,以破碎并有选择性地氧化合金。可使用的热喷涂装置的例子包括用于标准等离子体喷涂、爆炸喷涂、丝材电弧喷涂、高速氧气燃料喷涂(HVOF)和高速空气燃料喷涂(HVAF)的装置,如下文所进一步详述。在一个优选实施例中,使用丝材电弧喷涂装置。与热喷涂技术的常规使用相反,在氧化条件下使用热喷涂装置执行本方法,而不是在最大限度地减少氧化的常规热喷涂条件下执行。就此而言,要选择条件以实现导致氧化目标金属而不氧化非目标金属的氧化电位。一般来说,根据本方法,使用热喷涂装置(例如线材电弧喷涂装置)施加的功率(V)会小于合金中的具有最小氧化电位的第一目标金属与具有下一个最近氧化电位的第二目标金属或非目标金属之间的氧化电本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种有选择性地氧化包含至少一种目标金属和至少一种非目标金属的合金中的一种或多种目标金属的方法,所述方法包括以下步骤:/ni)在足以产生氧化合金中的一种或多种目标金属且不氧化非目标金属的氧化电位的条件下,熔化所述合金并使熔融合金在含氧雾化气体的存在下同时发生破碎和氧化;和/nii)使被处理的合金凝固。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180301 US 62/6368781.一种有选择性地氧化包含至少一种目标金属和至少一种非目标金属的合金中的一种或多种目标金属的方法,所述方法包括以下步骤:
i)在足以产生氧化合金中的一种或多种目标金属且不氧化非目标金属的氧化电位的条件下,熔化所述合金并使熔融合金在含氧雾化气体的存在下同时发生破碎和氧化;和
ii)使被处理的合金凝固。


2.根据权利要求1-3中任一项所述的方法,其中所述合金在1150-2000℃的温度范围内熔化。


3.根据权利要求1所述的方法,其中所述含氧雾化气体包含15-100%的氧气。


4.根据权利要求1所述的方法,其中在60-100psi范围内的压力下将所述含氧雾化气体施加到所述熔融合金上,以破碎并氧化所述合金中的目标金属。


5.根据权利要求1所述的方法,其中步骤i)是使用热喷涂装置进行的。


6.根据权利要求5所述的方法,其中所述热喷涂装置是丝材电弧热喷涂装置。


7.根据权利要求5或6所述的方法,其中使用26.5-35.5伏电压和150-260安电流的功率以及60-100psi范围内的雾化气体压力来熔化所述合金。


8.根据权利要求1所述的方法,其中所述非目标金属占所述合金的50%以上。


9.根据权利要求1所述的方法,还包括从凝固的处理过的合金中去除氧化的目标金属的步骤。


10.一种从合金中提纯基本金属的方法,包括以下步骤:
i)在足以产生等于或大于合金中的杂质的氧化电位且小于基本金属的氧化电位的氧化电位的条件下,熔化所述合金并使熔融合金在含氧雾化气体存在下同时发生破碎并氧化;
ii)使被处理的合金凝固,并将所述合金中的氧化颗粒与未氧化颗粒分离;
iii)收集所述未氧化颗粒,所述未氧化颗粒包括纯化的基本金属;和
iv)可选地重复步骤i)至iii),以提高所述基本金属的纯度。


11.根据权利要求10所述的方法,其中所述合金在1150-2000℃范围内的温度下熔化,并在60-100psi范围内的压力下将所述含氧雾化气体施加到所述熔融合金上,以破碎并氧化所述合金中的杂质。


12.根据权利要求10所述的方法,其中通过将所述氧化颗粒溶解在不溶解所述未氧化颗粒的浸提剂中而将所述氧化颗粒与所述未氧化颗粒分离。


13.根据权利要求12所述的方法,其中所述浸提剂是无毒酸性溶液。


14.根据权利要求13所述的方法,其中所述浸提剂包括羧酸或无机酸。


15.根据权利要求14所述的方法,其中所述羧酸选自以下组成的组:甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、草酸...

【专利技术属性】
技术研发人员:毛瑞斯迈克尔·汉娜凯文·拉特惠泽
申请(专利权)人:奥朗茵特格拉公司
类型:发明
国别省市:加拿大;CA

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