一种熔盐电解精炼金属的方法技术

本发明专利技术涉及一种熔盐电解精炼金属的方法，属金属精炼提纯领域。所述方法利用双室精炼电解槽实施，阳极室内盛有阳极熔盐并插有阳极，阴极室内盛有阴极熔盐并插有阴极。在通电运行条件下，阳极待冶炼金属原料发生氧化反应被消耗并产生相应的金属离子，阴极表面发生还原反应并生成相应的金属产物。本发明专利技术具有物料适应性好，操作性强，产物纯度高等优点。产物纯度高等优点。产物纯度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种熔盐电解精炼金属的方法


[0001]本专利技术属于金属精炼领域，具体涉及一种熔盐电解精炼金属的方法。

技术介绍

[0002]通过矿物原料冶炼生产的粗金属通常纯度较低，无法满足高性能金属材料的生产要求，为此不得不进一步进行精炼提纯操作。例如，铝是产量最大的有色金属，铝金属及合金具有密度小、抗蚀性好、性价比高等特点广泛应用于结构材料和包装材料，特别是在飞机、汽车等交通工具上大量使用铝材。
[0003]工业上通常以氧化铝为原料采用Hall
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Heroult法来生产原铝或电解铝，其中Al纯度一般为99.00～99.85％，主要杂质为Si、Fe等元素。这些杂质元素不同程度上影响了铝金属或合金材料的耐腐蚀性能、导电性、加工性能和力学性能。
[0004]为了净化原铝中的杂质，或者进一步生产出价值更高和性能更好的精铝或高纯铝，工业上通常采直接净化法(如熔剂净化、气体净化和电磁净化)、偏析熔炼法(如分步结晶法、定向凝固法和区域熔炼法)和电解精炼法(如三层液电解法和有机溶液电解法)，其中三层液电解法具有生产能力大、电解操作连续、提纯精度和生产效率较高等优点，仍然被广大原铝精炼的厂家所采用。
[0005]三层液铝精炼槽内有三层密度各不相同的熔体，底层为作为阳极的铜铝合金，中层为熔盐电解质，顶层为连有阴极的精铝液。精炼原理在于：铜铝合金中的铝原子发生氧化反应产生铝离子并进入熔盐电解质中，而Fe、Si等杂质则留在铜铝合金之中，熔盐电解质中的铝离子发生还原反应生成精铝液，其中铝的纯度可达99.99％。
[0006]但是三层液电解法也面临以下问题有待解决：
①
槽寿命偏短，只有3～4年，大多由于精炼槽料室底部入口处石墨板的损坏而导致停槽大修的；
②
电解过程中铜铝合金成分不断变化，影响电解操作和产物纯度；
③
向铜铝合金中加入原铝的速度不能太快，否则原铝会来不及合金化而直接漂浮进入到上层精铝液之中，这不仅影响生产效率，而且容易造成产品纯度下降。
[0007]除了利用上述氧化铝为原料采用熔盐电解法生产原铝/精铝外，利用废铝或废铝合金等含铝二次资源再生得到铝金属及合金材料也是一种重要的途径，即再生铝。再生铝工业具有重要意义：缓解我国优质天然铝资源短缺的局面，大大减少炼铝的能源消耗和废物排放和环境污染。目前主流的废铝回收再生工艺流程包括：废铝回收与分类、预处理、熔化与精炼、生产铝锭或铝合金锭，其中精炼步骤较为关键，其目的在于去除铝熔体中部分金属及非金属杂质以及调整熔体成分，再生铝企业广泛采用熔剂精炼法，即向熔体中通入气体(如O2、Cl2)或固体(如冰晶石、稀土化合物)，杂质元素会与熔剂之间发生选择性反应生成新相脱离铝熔体。熔剂精炼法具有如下特点：
①
操作简单，应用广泛；
②
除去非金属杂质及活泼的金属杂质(如Mg、Na)效果较好，但是对一些不活泼的金属杂质脱除效果很差甚至无能为力，例如Cu、Si、Fe、Mn；
③
无法深度净化，只能调整成分；
④
适应性差，不同的废铝原料需要不同用量和种类的精炼剂，而实际上废铝里面可能包含多种系列的铝合金，以及含有
多种或大量杂质，这些缺点对熔剂精炼法提出了挑战。三层液电解法也曾被研究用于废铝的回收，但是同样面临前文所述缺点。
[0008]对于生产出其他高纯度的金属，例如电池级金属锂，高纯金属镁，高纯稀土金属，具有生产能力大，效率高等优点的熔盐电解精炼被视为是一种有潜力的除杂提纯方法。但是，对于低熔点的锂、镁等金属而言，参考铝的三层液法进行电解精炼也面临一样的问题；对于一些高熔点稀有金属或稀土金属及而言，普通熔盐电解精炼因为相似杂质元素的晶间夹杂等因素而表现出有限的除杂效果。
[0009]基于此，亟需一种新的通过熔盐电解法精炼金属的方法及装置，以解决上述问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种通过熔盐电解法精炼金属的方法，所述方法具有原料适应性广、流程简单、操作适应性强、金属产物纯度高等优点。
[0011]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]一种熔盐电解精炼金属的方法，适用于双室精炼电解槽；所述双室精炼电解槽包含双室精炼电解槽槽体和绝缘隔板；所述绝缘隔板设置在所述双室精炼电解槽槽体内靠上部位，将所述双室精炼电解槽槽体分割为阳极室和阴极室；所述连通区处于所述双室精炼电解槽槽体内底部，分别与所述阳极室、所述阴极室相连通；
[0013]所述连通区内盛有液态合金；所述阳极室内设置阳极、阳极熔盐、待冶炼金属原料；待冶炼金属原料设置在所述阳极熔盐上部，并与阳极形成导电接触；所述阴极室内设置阴极、阴极熔盐；所述阴极浸入在所述阴极熔盐中；所述阳极熔盐和所述阴极熔盐互不接触而通过所述液态合金相连通；其中，所述液态合金为液态的所述待冶炼金属与辅助金属的合金；
[0014]所述方法包括：将所述阳极与电源正极相连，所述阴极与电源负极相连；然后通电电解，并在所述阴极室中收集固态或液态的金属产物。
[0015]在正常工作状态下，所述液态合金与所述阳极熔盐及所述阴极熔盐处于分层状态。
[0016]优选地，所述辅助金属包括Cu、Sn、Pb、In、Zn、Ga、Sb、Ag、Bi中至少一种；所述液态合金的密度大于所述阳极熔盐或所述阴极熔盐的密度。
[0017]优选地，所述阳极熔盐或所述阴极熔盐包括碱金属卤化物或/和碱土金属的卤化物中至少一种，且溶解有待冶炼金属元素的卤化物。
[0018]优选地，所述碱金属卤化物为LiX、NaX、KX中至少一种；所述碱土金属卤化物为MgX2、CaX2、BaX2中至少一种，其中X＝F、Cl、Br或I。进一步优选为氟化物或氯化物，其中氟化物熔点较高，难挥发，对金属的溶解度低，有利于抑制熔盐的电子电导率，保证电流效率；而氯化物价格便宜，来源广泛，腐蚀性小，熔点相对较低。当然，多种卤化物的混合有利于获取综合物化性能更好的熔盐电解质，不同卤化物的搭配可以实现熔盐电解质初晶温度、密度、电导率等性质的定向调控。
[0019]进一步地，所述阳极熔盐和所述阴极熔盐在成分上可以相同也可以不同。
[0020]优选地，待冶炼金属原料为金属铝。包括不同品级的原铝、精铝、铝合金和废铝。
[0021]进一步地，所述废铝是指含金属铝的废旧材料，例如电解铝行业或铝加工行业制
造过程中产生的含铝废料、铝渣、报废后的废旧铝合金。
[0022]就金属铝原料和金属铝产物的搭配关系而言，可以采用原铝(电解铝)生产得到精铝或高纯铝，可以采用精铝进一步提纯得到高纯铝产物，采用回收而来的(废)铝合金原料生产精铝或高纯铝。
[0023]可以理解的是，在电解开始前不存在产物铝液，随着电解进行，在阴极表面发生还原并析出铝原子，由此形成产物铝液，随后产物铝液也可以作为阴极参与还原反应。
[0024]当冶炼金属原料为金属铝时，所述辅助金属优选为Cu，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种熔盐电解精炼金属的方法，其特征在于，适用于双室精炼电解槽；所述双室精炼电解槽包含双室精炼电解槽槽体和绝缘隔板；所述绝缘隔板设置在所述双室精炼电解槽槽体内靠上部位，将所述双室精炼电解槽槽体分割为阳极室和阴极室；所述连通区处于所述双室精炼电解槽槽体内底部，分别与所述阳极室、所述阴极室相连通；所述连通区内盛有液态合金；所述阳极室内设置阳极、阳极熔盐、待冶炼金属原料；待冶炼金属原料设置在所述阳极熔盐上部，并与阳极形成导电接触；所述阴极室内设置阴极、阴极熔盐；所述阴极浸入在所述阴极熔盐中；所述阳极熔盐和所述阴极熔盐互不接触而通过所述液态合金相连通；其中，所述液态合金为液态的所述待冶炼金属与辅助金属的合金；所述方法包括：将所述阳极与电源正极相连，所述阴极与电源负极相连；然后通电电解，并在所述阴极室中收集固态或液态的金属产物。2.根据权利要求1所述的熔盐电解精炼金属的方法，其特征在于，所述辅助金属包括Cu、Sn、Pb、In、Zn、Ga、Sb、Ag、Bi中至少一种；所述液态合金的密度大于所述阳极熔盐或所述阴极熔盐的密度。3.根据权利要求1所述的熔盐电解精炼金属的方法，其特征在于，所述阳极熔盐或所述阴极熔盐包括碱金属卤化物或/和碱土金属的卤化物中至少一种，且溶解有待冶炼金属元素的卤化物。4.根据权利要求3所述的熔盐电解精炼金属的方法，其特征在于，所述碱金属卤化物为LiX、NaX、KX中至少一种；所述碱土金属卤化物为MgX2、CaX2、BaX2中至少一种，其中X＝F、Cl、Br或I。5.根据权利要求1所述的熔盐电解精炼金属的方法，其特征在于，所述待冶炼金属原料为金属铝。6.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵中伟，雷云涛，吕江江，孙丰龙，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：