一种还原性熔盐介质及其制备方法技术

本发明专利技术涉及金属材料制备技术领域，具体公开了一种还原性熔盐介质及其制备方法。所述的还原性熔盐介质的制备方法，其以混合盐MaOH‑Ma

【技术实现步骤摘要】
一种还原性熔盐介质及其制备方法
本专利技术涉及金属材料制备
，具体涉及一种还原性熔盐介质及其制备方法。
技术介绍
从矿物中提取有价金属的基本方法包括：(1)通过选矿法从矿物中提取出金属氧化物或硫化物含量高的精矿；(2)采用冶炼法将精矿转化成粗金属，然后精炼粗金属获得高纯的金属；或者(3)先将精矿转化成金属化合物(金属氧化物、金属卤化物、金属硫化物等)，然后从这些金属化合物中制备出金属。传统从金属化合物中制备金属依赖于：(1)湿法冶金制备法，(2)高温化学制备法，和(3)电化学方法制备法。活泼金属M1热还原另一金属的化合物M2X属高温化学制备法之一，其总反应表达如下：M2X+M1＝M2+M1X(1)其中M1是活泼金属(例如，碱金属、碱土金属、Al、Si)，用作还原剂；M2X是金属化合物，其中M2是所要制备的金属，而X是非金属元素，可以是氧、氯、氟、硫、碳、氮等等。与M2相比，M1对X具有更强的亲和力，也就是说，M1X的热力学稳定性比M2X高。这样，反应(1)的标准反应自由能变化(ΔG°)总是负值。此外，反应(1)总是放热反应，因此称之为“金属热还原”。金属热还原法已经在工业上应用于生产某些高纯度金属，例如，镁分别热还原TiCl4或ZrCl4生产金属海绵钛或者锆(Trans.Electrochem.Soc.，1940，78，35-47；“Zirconium”CRCHandbookofChem.Phys.4，2007-2008，NewYork，CRCPress，42)，K2TaF7钠还原生产金属钽粉(美国专利3012877，1961年12月12日)，铝热还原氧化铁和氧化钒铝混合物生产钒铁合金(MineralsEng.，2003，16，793-805)。金属热还原法需要消耗过量的活泼金属还原剂M1以便使反应(1)进行彻底，所有活泼金属它们本身的价格高，从而提高了热还原法的生产成本。从经济效益角度来看，金属热还原法仅适合于生产比金属还原剂价格更高的金属。此外，金属热还原过程中伴随着释放大量反应热，使反应金属产物相互就地烧结易形成海绵状形态多孔颗粒，无法制备超细金属粉末。在金属热还原方法中，碱金属(Ma)与碱土金属(Me)已在金属热还原方法中广泛地被用作还原剂制备各种金属，其主要不足是：(1)碱金属、碱土金属本身价格高，造成还原过程成本高；(2)由于碱金属、碱土金属的化学活性，直接使用这些金属还原剂造成操作危险、安全管理要求高、难度大；(3)热还原过程释放大量反应热，容易引起反应产物的局部烧结，(4)由于碱金属、碱土金属在高温下挥发性强，易发生对炉衬材料的化学侵蚀；(5)生产工艺复杂；6)生产周期长、成本高；(7)过程能耗大；(8)过程是批量生产过程，难以实现连续化或半连续化。碱金属与碱土金属相比，其熔点远远低于碱土金属，但其沸点只是略微低于碱土金属。因此，碱金属更适合于还原温度较低的热还原过程，例如低于700℃，而碱土金属更适合较高还原温度的热还原，例如高于750℃。低温金属热还原的最大优点是它能大大降低过程的热能损失，同时有效地降低了产物局部烧结程度，使产物结构性能更具一致性。熔盐在碱或碱土金属热还原中广泛地用作反应介质。例如，美国专利(专利号4992096，1991年2月12日)公开了一种在CaCl2熔盐介质中的钙热还原稀土金属氯化物制备稀土金属及其合金。在CaCl2-NaCl熔盐介质中的钙热还原稀土金属氧化物制备稀土金属及合金(US4578242，1986年3月25日)，在CaCl2熔盐介质中的钙热还原稀土金属氟化物制备稀土金属及其合金(美国专利5314526，1994年5月24日)，MgCl2-NdCl3熔盐介质中的镁热还原UO2和其它锕系金属氧化物回收金属价(US590337，1994年3月1日)，在CaCl2-CaF2熔盐介质中的钙热还原TiO2或ZrO2制备金属钛或锆(US6117208，2000年9月12日)，碱与碱土金属氯化物中钠热还原Ta2O5和Nb2O5制备金属钽和铌(CN1410209A，2003年4月16日)。熔盐介质的主要优点是：(i)熔盐介质传热性好，易于保持介质温度的均匀性，可以有效地降低还原产物的局部烧结，有利于保证产物性能的一致性；(ii)碱、碱土金属在其熔融的卤化物中有一定的熔解度，某些热还原反应副产品(碱土金属氧化物MeO)在其熔融的卤化物盐中有相当量的熔解度，这些性能有利于碱金属还原剂与氧化物MO的直接接触，加快反应速度。然而，上述金属热还原过程直接采用金属形式的钙或钠作为还原剂。因此，尽管采用了熔盐介质，上述碱金属、碱土金属热还原法的缺点(1)，(2)，(5)，(6)，(7)和(8)仍然无法克服。专利CN105274576B公开了一种熔盐介质中连续还原制备金属的方法，针对现有熔盐介质中碱金属热还原氧化物MO存在的不足，以解决或克服以下存在的缺点：(i)采用特选的碱土金属氧化物MeO/碱金属卤化物MaY混合物取代金属形态的碱金属还原剂：克服现有直接加入的碱金属还原剂方法带来的操作复杂、危险的缺点；解决了处理和操作碱金属安全管理要求高、难度大的问题；(ii)辅助电解含碱土金属氧化物MeO熔盐介质，就地生成与再生成碱金属还原剂：解决了现有碱金属热还原过量使用碱金属还原剂的问题；克服现有金属热还原的批量生产过程，难以实现连续化的缺点。然而，在实际生产过程中，专利CN105274576B方法存在生产效率低以及能耗增高的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于至少在一定程度上解决
技术介绍
中指出的其中之一的技术问题。本专利技术所要解决的技术问题，通过以下技术方案予以实现：本专利技术提供一种还原性熔盐介质的制备方法，其以混合盐MaOH-Ma2CO3-MaCl为原料，以混合物MaY-MeY2为熔盐介质熔剂；将MaOH-Ma2CO3-MaCl熔融形成MaOH-Ma2CO3-MaCl熔盐，放入熔融的MaY-MeY2熔盐介质熔剂中，进行电解反应即得所述的还原性熔盐介质；所述的还原性熔盐介质为MaY-MeY2-Ma；其中，Ma代表碱金属；Me代表碱土金属；Y代表卤素元素。专利CN105274576B是专利技术人前期的专利技术，在实际生产中专利技术人进一步发现，采用专利CN105274576B的方法在制备金属材料的过程中存在生产效率低的技术问题；而为了解决生产效率低的技术问题，专利技术人经大量的试验研究寻找生产效率低的原因，最终发现：采用专利CN105274576B的方法是以MeO/MaY混合物为原料制备还原性熔盐介质，而采用该还原性熔盐介质在反应产物附近MeO熔解于熔盐介质的速度过慢，未熔解的MeO使周围的熔盐粘度升高；而熔盐粘度升高导致还原速度降低，进而导致生产效率低。基于该原因的发现，专利技术人，将专利CN105274576B中的原料MeO/MaY替换成了原料MaOH-Ma2CO3-MaCl用于制备还原性熔盐介质，由于该原料中不含MeO，其能有效降低了熔盐介质中MeO的含量，促进了反应生成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种还原性熔盐介质的制备方法，其特征在于，以混合盐MaOH-Ma

【技术特征摘要】
1.一种还原性熔盐介质的制备方法，其特征在于，以混合盐MaOH-Ma2CO3-MaCl为原料，以混合物MaY-MeY2为熔盐介质熔剂，将MaOH-Ma2CO3-MaCl熔融形成MaOH-Ma2CO3-MaCl熔盐，放入熔融的MaY-MeY2熔盐介质熔剂中，进行电解反应即得所述的还原性熔盐介质；
所述的还原性熔盐介质为MaY-MeY2-Ma；
其中，Ma代表碱金属；Me代表碱土金属；Y代表卤素元素。


2.根据权利要求1所述的还原性熔盐介质的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
将MaOH-Ma2CO3-MaCl熔盐放入具有Ma+离子传导作用的容器中；再将具有Ma+离子传导作用的容器放入熔融的MaY-MeY2熔盐介质熔剂中，具有Ma+离子传导作用的容器外部直接与MaY-MeY2熔盐介质熔剂相接触，使得MaOH-Ma2CO3-MaCl熔盐与熔融的MaY-MeY2熔盐介质熔剂完全隔离；
在MaOH-Ma2CO3-MaCl熔盐中插入电子导体棒作为惰性阳极；在MaY-MeY2熔盐介质熔剂中插入电子导体棒作为惰性阴极；构成“惰性阳极，MaOH-Ma2CO3-MaCl(阳极电解质)|Ma+离子固体导体|MaY-MeY2(阴极电解质)，惰性阴极”电解池；
对电解池进行电解反应，即得所述的还原性熔盐介质。


3.根据权利要求2所述的还原性熔盐介质的制备方法，所述的MaOH-Ma2CO3-MaCl为具有低熔点的熔盐，优选为低共熔混合盐MaOH-Ma2CO3-MaCl熔盐。


4.根据权利要求2所述的还原性熔盐介质的制备方法，其特征在于，所述的具有Ma+离子传导作...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜晓勇，
申请(专利权)人：奥勇新材料科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31