使用基于氟化物的电解质的用于高熔点金属氧化物的还原方法和系统技术方案

本公开内容涉及金属氧化物还原方法，并且具体地，涉及这样的金属氧化物还原方法：所述方法在使用金属氧化物作为原材料来生产优质合金金属时，通过脱离在惰性气体气氛中的现有生产过程实现了在大气中进行操作，并且由于使用了对生态环境友好的方法而容易商业化并且能够使效率最大化。能够使效率最大化。能够使效率最大化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用基于氟化物的电解质的用于高熔点金属氧化物的还原方法和系统


[0001]本公开内容涉及用于高熔点金属氧化物的还原方法，并且具体地，涉及这样的用于金属氧化物的还原方法和系统：其中在不使用在惰性气体气氛中的现有生产过程的情况下实现了在大气中进行操作，并且使用对生态环境友好的方法可以使其效率最大化并且提供了其容易的商业化。

技术介绍

[0002]当本领域中通常已知的金属被称为任何金属“M”时，所述金属M可以通过还原诸如氧化物或卤化物的原材料来获得。在用于生产期望的金属M的方法中，在本领域中相对熟知且最广泛使用的方法是所谓的克罗尔法(Kroll process)。
[0003]通常，可以将克罗尔法概括为这样的方法：其中使用熔融的镁作为还原剂，并向其中加入期望金属M的氯化物例如氯化钛或氯化锆以还原钛或锆。在这方面，克罗尔法的更多细节可以在美国注册专利第5,035,404号中找到。
[0004]由于这种克罗尔法是使用氯化物作为原材料的方法，因此在该过程期间会产生氯气和氯化镁作为副产物。在这些副产物中，作为对人体造成致命问题的环境物质，氯气被认为是克罗尔法的代表性问题，而在氯化镁的情况下，其在快速腐蚀反应容器(称之为槽、熔化炉或坩埚)的过程中造成问题。
[0005]因此，克罗尔法需要另外的设备来解决环境可接受的规定，并且伴随着反应容器的频繁更换，从而导致用于操作该工艺的高成本。
[0006]另一方面，在克罗尔法中，获得的金属以包含大量孔隙的海绵状物的形式产生，因此非常难以控制可能存在于金属中的氧。换言之，克罗尔法在获得高纯度金属方面具有局限性。
[0007]目前正在研究电解精炼法来代替这些现有的方法，该方法通过直接还原金属氧化物而不产生氯气从而具有比现有方法更简单的优点，但具有的问题是回收的金属的形式局限于粉末并且粉末的颗粒尺寸也受限制，使得难以控制该过程之后金属中的氧浓度。为了克服这一点，虽然必须通过使用诸如真空电弧熔炼的方法生产铸锭来降低回收金属的比表面积，同时通过精炼法生产的回收金属粉末未暴露于大气中，但在这种情况下，大型工业设备是困难的，并且在成本方面存在现实困难。
[0008]另一方面，本专利技术人提出了液态铜辅助电解(liquid copper
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aidedelectrolysis，LCE)方法(参见专利文献1至3)以解决上述方法的问题，该方法涉及通过使用还原剂的电解还原过程来生产目标金属作为合金，然后通过电解精炼对高纯度目标金属进行精炼的方法。然而，即使在这种电解还原过程中，也使用具有高挥发率的基于氯的熔剂，导致设备的快速腐蚀和成本方面的问题以及氯气的产生，这需要在封闭系统中在氩气气氛中操作。
[0009][公开内容][0010][技术问题][0011][专利文献][0012](专利文献1)美国注册专利第5,035,404号
[0013](专利文献2)韩国专利注册第10
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1757626号
[0014](专利文献3)韩国专利注册第10
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1793471号
[0015](专利文献4)韩国专利注册第10
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1878652号
[0016][非专利文献][0017](非专利文献1)Antoine Allanore,Journal of The ElectrochemicalSociety,162(1)(2015)E13
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E22
[0018]提出本公开内容以解决如上所述的现有技术的问题，并且本公开内容的目的是使用基于氟化物的熔剂在环境友好和高效的大气环境中还原高熔点金属氧化物以生产优质合金金属。本公开内容的目的是提供这样做的方法和系统。
[0019]本公开内容的特征在于生产金属M1和金属M2彼此形成共晶相的液态金属合金。由于通过共晶反应降低了金属M1的熔点，因此可以在相对低的温度下有效地进行还原，这可以显著节约能源并产生成本降低。此外，本公开内容通过共晶反应以液态合金状态(M1和M2的液态金属合金)获得，使得该金属合金本身可以用作最终产品。此外，金属M1可以通过对所获得的金属合金进行电解精炼而获得。由此获得的液态合金可以从可能存在氧的环境中完全分离，并因此可以显著地防止氧的污染。即，根据以上方面，可以获得高纯度金属合金和金属M1。
[0020]本公开内容涉及提供合金金属还原方法，该方法与相关技术相比可以提高最终产品的优质生产率，并且具有高的能量效率且有利于商业化。
[0021][技术方案][0022]根据本公开内容，提供了从金属氧化物中还原金属M1的方法。
[0023]根据本公开内容，从金属氧化物中还原金属M1的方法包括：
[0024]在槽中形成基于氟化物的熔剂的熔盐；
[0025]向槽中加入与金属M1形成共晶相的金属M2和包含金属M3的还原剂，以产生金属M2和金属M3的共晶组合物；以及
[0026]通过使金属氧化物与共晶组合物反应来还原金属M1，并用还原的金属M1和M2形成液态金属合金。
[0027]在从金属氧化物中还原金属M1的方法中，基于氟化物的熔剂的熔盐可以小于金属M2与金属M3的共晶组合物和金属氧化物的密度。
[0028]根据本公开内容，基于氟化物的熔剂的熔盐在1600℃下持续10小时的挥发率为10重量％或更低，具体地5重量％或更低，并且更具体地2重量％或更低。
[0029]根据本公开内容，基于氟化物的熔剂可以为选自MgF2、CaF2、SrF2和BaF2中的一者或更多者，并且具体地可以为CaF2。
[0030]根据本公开内容，金属M1可以为选自Ti、Zr、Hf、W、Fe、Ni、Zn、Co、Mn、Cr、Ta、Ga、Nb、Sn、Ag、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Ac、Th、Pa、U、Np、Pu、Am、Cm、Bk、Cf、Es、Fm、Md和No中的一者或更多者。
[0031]根据本公开内容，金属M2可以为选自Cu、Ni、Sn、Zn、Pb、Bi、Cd、及其合金中的一者
或更多者，并且具体地可以为Cu。
[0032]根据本公开内容，金属M3可以为选自Ca、Mg、Al、及其合金中的一者或更多者，并且具体地可以为Mg。
[0033]根据本公开内容，金属氧化物可以包括选自M
1x
O
z
和M
1x
M
3y
O
z
中的一者或更多者，其中x和y分别为1至3的实数，以及z为1至4的实数。
[0034]根据本公开内容，通过使金属氧化物与共晶组合物反应来还原金属M1的过程可以在空气中或在氟化物中进行。
[0035]根据本公开内容，通过使金属氧化物与共晶组合物反应来还原金属M1的过程可以在900℃至1600℃的范围内进行。
[0036]根据本公开内容，从金属氧化物中还原金属M1的方法还可以包括通过添加造渣添加剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种从金属氧化物中还原金属M1的方法，包括：在槽中形成基于氟化物的熔剂的熔盐；向所述槽中加入与所述金属M1形成共晶相的金属M2和包含金属M3的还原剂，以产生所述金属M2和所述金属M3的共晶组合物；以及通过使所述金属氧化物与所述共晶组合物反应来还原所述金属M1，并用还原的金属M1和M2形成液态金属合金；其中所述熔盐的密度小于所述共晶组合物和所述金属氧化物的密度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述熔盐在1,600℃下持续10小时的挥发率为10重量％或更低。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述基于氟化物的熔剂为选自MgF2、CaF2、SrF2和BaF2中的一者或更多者。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述基于氟化物的熔剂为CaF2。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属M1为选自以下中的一者或更多者：Ti、Zr、Hf、W、Fe、Ni、Zn、Co、Mn、Cr、Ta、Ga、Nb、Sn、Ag、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Ac、Th、Pa、U、Np、Pu、Am、Cm、Bk、Cf、Es、Fm、Md和No。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属M2为选自Cu、Ni、Sn、Zn、Pb、Bi、Cd、及其合金中的一者或更多者。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述金属M2为Cu。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属M3为选自Ca、Mg、Al、及其合金中的一者或更多者。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氧化物包括选自M
1x
O
z
和M
1x
M
3y
O
z
中的一者或更多者；其中x和y分别为1至3的实数，以及z为1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：李咏俊，柳弘热，
申请(专利权)人：韩国战略素材技术有限公司，
类型：发明
国别省市：