熔盐反应器和从固体粉末中提取目标元素单质的方法技术

本申请公开了熔盐反应器和从固体粉末中提取目标元素单质的方法，其中，熔盐反应器包括浸出室（10）和电解室（20），浸出室用于通过熔盐浸出原料中的含目标元素组分，形成自由的含目标元素离子，电解室与浸出室连通并用于将含目标元素离子电化学还原形成目标元素单质。根据本申请的技术方案，电解室内设置有阳极（30）和阴极（40），所述阴极（40）用于收集所述目标元素单质，或者在阴极上方设置有蒸气塔（50），蒸气塔连接于用于收集目标元素的冷凝器（60）。本申请的熔盐反应器无需使用焦炭等碳基材料，避免了因此产生的过高能耗和因此引入的杂质，从而能够高效、清洁地提取目标元素并能够保证目标元素的纯度达到要求。标元素的纯度达到要求。标元素的纯度达到要求。

【技术实现步骤摘要】
熔盐反应器和从固体粉末中提取目标元素单质的方法


[0001]本申请涉及资源回收领域，更具体地说，涉及一种熔盐反应器和从含固体粉末中提取目标元素单质的方法。

技术介绍

[0002]在很多工业、生活的废物处理时会产生含有目标元素盐（如磷酸盐或硫酸盐）的固体粉末（例如钢渣），从其中可以回收目标元素，如磷（可以为黄磷（又称为白磷））或硫，一方面可以使用目标元素单质生产高附加值化学品，另一方面，经过目标元素单质提纯处理后，可以减小固体废物对环境的威胁并用于生产建筑材料。
[0003]现有技术中，很少使用类似污泥灰作为目标元素提取的原料。即使使用这种原料，基本上都是使用焦炭等碳基材料还原制取目标元素，不仅效率低、耗能高、排放大量CO2，而且焦炭等材料会引入大量杂质，无法获得高纯度的目标元素单质。
[0004]因此，如何清洁、高效地从固体粉末中提取高纯度目标元素单质成为本领域需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请提出了一种熔盐反应器，以清洁、高效地从含有目标元素盐的固体粉末中提取高纯度的目标元素。该目标元素可以为但不限于：硼（B）、硅（Si）、磷（P）、硫（S）、砷（As）、硒（Se）、锑（Sb）、碲（Te）。
[0006]根据本申请，提出了一种熔盐反应器，其中，所述熔盐反应器包括浸出室和电解室，所述浸出室用于通过熔盐浸出原料中的含目标元素组分，形成自由的含目标元素离子，所述电解室与所述浸出室连通并用于将所述含目标元素离子电化学还原形成气态的目标元素单质，所述电解室内设置有阳极和阴极，其中，所述阴极用于收集所述目标元素单质，或者在所述阴极上方设置有蒸气塔，所述蒸气塔连接于用于收集气态的所述目标元素的冷凝器。
[0007]可选的，所述浸出室和所述电解室并排设置，所述电解室的底部与所述浸出室连通，所述阴极靠近所述电解室与所述浸出室连通处。
[0008]可选的，所述阳极为惰性的析氧阳极，所述电解室包括用于导出所述阳极表面生成的气体的导出装置。
[0009]可选的，所述阳极包括由氧离子导通的固体电解质制成的管和填充在所述管内的贵金属粉，所述贵金属粉通过导线与外部电源连接，所述导出装置包括所述管和连接于所述管顶部的导管。
[0010]可选的，所述管为氧化锆基体的陶瓷管；所述贵金属粉为银粉、铂粉或金粉；可选的，所述阳极与所述阴极之间的电压为1.8V
‑
3.0V。
[0011]可选的，所述阳极包括具有贵金属外涂层的合金或者具有外表面复合氧化膜的镍基或钛基合金，所述导出装置包括设置在所述阳极上方的收集罩。可选的，所述阳极与所述
阴极之间的电压为1.5V
‑
2.5V。
[0012]可选的，所述熔盐反应器包括连通所述浸出室和所述电解室的通道，所述通道中设置有过滤装置。
[0013]可选的，所述过滤装置靠近所述通道的连接所述浸出室的端口设置。
[0014]可选的，所述浸出室的底部靠近所述通道的位置设置有挡墙，所述挡墙的高度高于所述通道的顶部。
[0015]可选的，所述熔盐反应器包括用于向所述浸出室提供搅拌气的供气装置，和/或，所述熔盐反应器包括设置在所述浸出室的顶部的用于提供所述原料的料仓。
[0016]可选的，所述熔盐反应器包括用于使所述浸出室和所述电解室保持在预定温度的加热装置；和/或，所述阴极可拆卸地设置在所述电解室中。
[0017]本申请还提供一种从含目标元素盐的固体粉末中提取目标元素单质的方法，其中，所述方法包括：S1、通过熔盐浸出所述固体粉末中的含目标元素组分，形成自由的含目标元素离子；S2、将所述含目标元素离子电化学还原以形成目标元素单质；S3、收集所述目标元素单质。
[0018]可选的，所述熔盐包括重量百分比不低于60%的CaCl2。
[0019]可选的，步骤S1中，将所述熔盐的温度保持在700℃
‑
1000℃。
[0020]可选的，在步骤S1中，所述固体粉末中，目标元素含量的重量百分比不低于4%，所述固体粉末与所述熔盐的重量比例为10%
‑
30%。
[0021]可选的，在步骤S1中，向所述熔盐中提供搅拌气体，所述搅拌气体的流量为0.5L/min
‑
2L/min。
[0022]可选的，所述方法包括保持向所述熔盐中投放所述固体粉末，以使所述熔盐和固体粉末形成的熔池中目标元素含量的重量百分比不低于0.3%。
[0023]可选的：在步骤S2中，在700℃
‑
1000℃的温度范围内进行电化学还原；和/或，在阴极上方罩设蒸气塔，所述蒸气塔连接有冷凝器，在步骤S3中，将所述蒸气塔内的温度控制在300℃
‑
500℃，将所述冷凝器内的温度控制在室温以下，优选的所述冷凝器内的压力控制在0.07MPa
‑
0.09MPa。
[0024]可选的，在步骤S2中，使用的阳极为惰性的析氧阳极。
[0025]可选的，所述阳极包括由氧离子导通的固体电解质制成的管和填充在所述管内的贵金属粉，所述贵金属粉通过导线与外部电源连接，所述管的顶部连接于收集管道。
[0026]可选的，所述管为氧化锆基体的陶瓷管；所述贵金属粉为银粉、铂粉或金粉；优选的所述阳极与所述阴极之间的电压为1.8V
‑
3.0V。
[0027]可选的，所述管为氧化钇稳定氧化锆管；和/或，所述贵金属粉的粒径不超过0.5mm，优选不超过0.2mm。
[0028]可选的，所述固体粉末可以是含有目标元素的矿石、城市污水处理厂排放的污泥灰、工矿企业排放的粉尘或炉渣。
[0029]根据本申请的技术方案，通过浸出室将原料中的含目标元素（如磷）离子浸出，随后可以通过电解室将含目标元素离子电化学还原形成目标元素单质。本申请的熔盐反应器
无需使用焦炭等碳基材料，避免了因此产生的过高能耗和因此引入的杂质，从而能够高效、清洁地提取目标元素单质并能够保证该单质的纯度达到要求。
[0030]本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0031]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请。在附图中：图1为根据本申请优选实施方式的熔盐反应器的示意图；图2为根据本申请的另一种实施方式的熔盐反应器的示意图；图3为根据本申请的另一种实施方式的熔盐反应器的示意图。
具体实施方式
[0032]下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请的技术方案。
[0033]在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请。
[0034]本申请提供一种熔盐反应器，其中，所述熔盐反应器包括浸出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种熔盐反应器，其特征在于，所述熔盐反应器包括浸出室（10）和电解室（20），所述浸出室（10）用于通过熔盐浸出原料中的含目标元素组分，形成自由的含目标元素离子，所述电解室（20）与所述浸出室（10）连通并用于将所述含目标元素离子电化学还原形成目标元素单质，所述电解室（20）内设置有阳极（30）和阴极（40），其中，所述阴极（40）用于收集所述目标元素单质，或者在所述阴极（40）上方设置有蒸气塔（50），所述蒸气塔（50）连接于用于收集气态的所述目标元素单质的冷凝器（60）。2.根据权利要求1所述的熔盐反应器，其特征在于，所述浸出室（10）和所述电解室（20）并排设置，所述电解室（20）的底部与所述浸出室（10）连通，所述阴极（40）靠近所述电解室（20）与所述浸出室（10）连通处。3.根据权利要求2所述的熔盐反应器，其特征在于，所述阳极（30）为惰性的析氧阳极，所述电解室（20）包括用于导出所述阳极（30）表面生成的气体的导出装置。4.根据权利要求3所述的熔盐反应器，其特征在于，所述阳极（30）包括由氧离子导通的固体电解质制成的管（31）和填充在所述管（31）内的贵金属粉（32），所述贵金属粉（32）通过导线与外部电源连接，所述导出装置包括所述管（31）和连接于所述管（31）顶部的导管。5.根据权利要求4所述的熔盐反应器，其特征在于，所述管（31）为氧化锆基体的陶瓷管；所述贵金属粉（32）为银粉、铂粉或金粉。6.根据权利要求3所述的熔盐反应器，其特征在于，所述阳极（30）包括具有贵金属外涂层的合金或者具有外表面复合氧化膜的镍基或钛基合金，所述导出装置包括设置在所述阳极（30）上方的收集罩（100）。7.根据权利要求2
‑
6中任意一项所述的熔盐反应器，其特征在于，所述熔盐反应器包括连通所述浸出室（10）和所述电解室（20）的通道（70），所述通道（70）中设置有过滤装置（80）。8.根据权利要求7所述的熔盐反应器，其特征在于，所述过滤装置（80）靠近所述通道（70）的连接所述浸出室（10）的端口设置。9.根据权利要求7所述的熔盐反应器，其特征在于，所述浸出室（10）的底部靠近所述通道（70）的位置设置有挡墙（11），所述挡墙（11）的高度高于所述通道（70）的顶部。10.根据权利要求1所述的熔盐反应器，其特征在于，所述熔盐反应器包括用于向所述浸出室（10）提供搅拌气的供气装置，和/或，所述熔盐反应器包括设置在所述浸出室（10）的顶部的用于提供所述原料的料仓（90）。11.根据权利要求1所述的熔盐反应器，其特征在于，所述熔盐反应器包括用于使所述浸出室（10）和...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨肖，钟禹翔，
申请(专利权)人：西湖大学，
类型：发明
国别省市：