CN102899689A - 一种环保型金属提炼方法 - Google Patents

一种环保型金属提炼方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102899689A
CN102899689A CN2011102095002A CN201110209500A CN102899689A CN 102899689 A CN102899689 A CN 102899689A CN 2011102095002 A CN2011102095002 A CN 2011102095002A CN 201110209500 A CN201110209500 A CN 201110209500A CN 102899689 A CN102899689 A CN 102899689A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal
oxide
anode
electrolysis
smelting method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011102095002A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102899689B (zh
Inventor
汪的华
尹华意
朱华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University WHU
Original Assignee
Wuhan University WHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University WHU filed Critical Wuhan University WHU
Priority to CN201110209500.2A priority Critical patent/CN102899689B/zh
Publication of CN102899689A publication Critical patent/CN102899689A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102899689B publication Critical patent/CN102899689B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种环保型金属提炼方法。将固态金属氧化物制成多孔块体，并与导电集流体复合形成阴极，配之以惰性阳极；电解质为500-850oC的Na2CO3-K2CO3基熔盐，在阴阳极间施加电压进行电解，所施加的电压足以使阴极固态金属氧化物发生电化学还原但却不会分解熔盐电解质；电解一定时间后取出固态阴极，水洗、干燥，即得到相应的金属或合金。本方法电流效率高，是一条无温室气体排放的低成本的冶金技术。

Description

一种环保型金属提炼方法
 
技术领域
本发明涉及一种环保型的金属提炼方法，属于电化学冶金技术领域。
背景技术
金属材料特别是钢铁是现代生产和生活中最重要的基础材料，现行的炼铁和炼钢方法消耗大量的化石能源。每年全球粗钢产量超过十几亿吨，同时产生超过20亿吨的温室气体。钢铁行业的节能减排任务十分紧迫。除了对现有工艺进行节能降耗的改造之外，研发诸如氢气还原、电解等新方法也在世界各国展开。随着可再生电力（如太阳能发电、风能发电等）的发展，用电子而非碳作为还原剂还原金属将具有广阔的发展前景，代表未来的发展趋势。
近年来研发绿色电解炼铁技术日益活跃。最近美国麻省理工学院报道了在1575oC的高温下电解熔融氧化物制备液态金属铁和氧气（Journal of Electrochemical Society, 2011），但需用到贵金属铱做惰性阳极，难以大规模推广应用。有学者报道了在低温熔盐中电沉积制备金属铁（Chem. Commun., 2010），但产物为枝晶，难以与熔盐分离。也有学者报道了在氯化钙基熔盐中电解还原固态化合物制备了金属铁（J. Mater. Sci. Technol., 2009），但是氯化物熔盐中目前尚难以找到可实用化的惰性阳极，研究者采用石墨阳极仍然会排放温室气体。研究新的无温室气体排放的低成本炼铁技术十分迫切。
在铁重掺入镍、铬、钴、锰、铌等金属可冶炼制备不同性能和用途的钢材（如不锈钢、工具钢等），而这些合金元素目前主要由水溶液电解（镍、钴、锰）和金属热还原（铬、铌）来生产，能耗大，且会产生大量废水，污染环境。
 
发明内容：
针对现有技术的不足，本发明提供一种环保型的金属提炼方法。
本发明是通过如下的技术方案实现的：
将固态金属氧化物制成多孔块体，并与导电集流体复合形成阴极，配之以惰性阳极；电解质为500-850oC 的Na2CO3-K2CO3基熔盐，在阴阳极间施加电压进行电解，所施加的电压足以使阴极固态金属氧化物发生电化学还原但熔盐电解质不被分解；电解一定时间后取出固态阴极，水洗、干燥，即得到相应的金属或合金。
上述的金属提炼方法，阴极固态氧化物为氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化铬、氧化锰或它们与其它金属氧化物的混合物。
上述的金属提炼方法，惰性阳极为SnO2、铁酸镍陶瓷阳极。
上述的金属提炼方法，惰性阳极也可以为镍基合金。
上述的金属提炼方法，惰性阳极还可以为铜/铁酸镍金属陶瓷、镍/铁酸镍金属陶瓷。
上述的金属提炼方法，在阴阳间间施加1.5-4V电压电解。
上述的金属提炼方法，电解产物为铁粉、镍粉、钴粉、铬粉、不锈钢粉末或它们与其它金属形成的合金粉末。
上述的金属提炼方法，电解产物为多孔泡沫金属。
本发明方法是基于一种优选的熔盐体系，其具有足够宽的电位窗口并与电极材料具有良好的相容性。采用固态阴极电解，通过直接固态还原或阴极微区的溶解沉积的原理避免了阴极枝晶的生长。辅之以适于这种熔盐体系的惰性阳极，可在阴极可得到纯净的多孔泡沫金属，在阳极产生氧气，电流效率高，是一条无温室气体排放的低成本的冶金技术。
附图说明
图1实施例1所制得铁粉SEM图。
图2实施例2所制得泡沫铁形貌。
具体实施方式
下面通过实施例来说明本发明，其在于进一步描述而非限制本发明。
实施例1：将Fe2O3粉末压制成片，700-900℃烧结2小时，将之与铁丝复合制成电解用的阴极。以SnO2陶瓷为阳极，在温度为600-740℃的Na2CO3-K2CO3混盐电解质中，施加1.5-2.0V槽压电解5小时，电解过程中用气相色谱仪检测阳极气体，检测到有氧气产生。电解完成后，发现阳极没有消耗。取出阴极水洗除盐，得到纯净的金属铁粉（如图1所示）。计算电流效率可高达95%，每公斤铁粉电解能耗小于2.9kWh.
实施例2：将Fe2O3粉末压制成片，700-900℃烧结2小时，将之与铁丝复合制成电解用的阴极。以镍合金（NiCuAl）为阳极，在温度为740-850℃的Na2CO3-K2CO3混盐电解质中，施加2.0-4.0V槽压电解2-5小时，电解过程中用气相色谱仪检测阳极气体，检测到有氧气产生。电解完成后，发现阳极没有消耗。取出阴极水洗除盐，得到纯净的泡沫状金属铁（图2）。计算电流效率可高达90%，每公斤铁电解能耗小于3.0kWh.
实施例3：将Fe2O3，NiO, Cr2O3粉末按一定比例混合压制成片，700-900℃烧结2小时，将之装入不锈钢篮网中制成电解用的阴极。以掺铜的铁酸镍金属陶瓷为阳极，在温度为600-850℃的Na2CO3-K2CO3混盐电解质中，施加1.8-3.0V槽压电解5-10小时，电解过程中用气相色谱仪检测阳极气体，检测到有氧气产生。电解完成后，发现阳极没有消耗。取出阴极水洗除盐，得到纯净的FeNiCr不锈钢粉末。
实施例4：将Fe2O3，Nb2O5粉末按一定比例混合后压制成块，700-1000℃烧结2小时，将之与铁丝复合制成电解用的阴极。以镍合金为阳极，在温度为700-850℃的Na2CO3-K2CO3混盐电解质中，施加2.2-2.8V槽压电解4-8小时，电解过程中用气相色谱仪检测阳极气体，检测到有氧气产生。电解完成后，发现阳极没有消耗。取出阴极水洗除盐，得到纯净的铌铁粉末。
实施例5：将Fe2O3，MnO2粉末按一定比例混合后压制成块，700-800℃烧结2小时，将之与铁丝复合制成电解用的阴极。以镍合金为阳极，在温度为500-750℃的Na2CO3-K2CO3-Li2CO3混盐电解质中，施加1.5-2.8V槽压电解4-8小时，电解过程中用气相色谱仪检测阳极气体，检测到有氧气产生。电解完成后，发现阳极没有消耗。取出阴极水洗除盐，得到纯净的铁锰合金粉末。
实施例6：将NiO粉末压制成片，700-900℃烧结2小时，将之与镍网复合制成电解用的阴极。以镍合金为阳极，在温度为600-740℃的Na2CO3-K2CO3-KCl混盐电解质中，施加1.5-2.0V槽压电解5小时，电解过程中用气相色谱仪检测阳极气体，检测到有氧气产生。电解完成后，发现阳极没有消耗。取出阴极水洗除盐，得到纯净的金属镍粉。计算电流效率高于95%，每公斤镍粉电解能耗小于2kWh。

Claims (8)

1.一种环保型金属提炼方法，其特征在于，将固态金属氧化物制成多孔块体，并与导电集流体复合形成阴极，配之以惰性阳极；电解质为500-850oC 的Na2CO3-K2CO3基熔盐，在阴阳极间施加电压进行电解，所施加的电压足以使阴极固态金属氧化物发生电化学还原但却不会分解熔盐电解质；电解一定时间后取出固态阴极，水洗、干燥，即得到相应的金属或合金。
2.根据权利要求1所述的金属提炼方法，其特征在于，阴极固态氧化物为氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化铬、氧化锰或它们与其它金属氧化物的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的金属提炼方法，其特征在于，惰性阳极为SnO2、铁酸镍陶瓷阳极。
4.根据权利要求1或2所述的金属提炼方法，其特征在于，惰性阳极为镍基合金。
5.根据权利要求1或2所述的金属提炼方法，其特征在于，惰性阳极为铜/铁酸镍金属陶瓷、镍/铁酸镍金属陶瓷。
6.根据权利要求1或2所述的金属提炼方法，其特征在于，在阴阳间间施加1.5-4V电压电解。
7.根据权利要求1或2所述的金属提炼方法，其特征在于，电解产物为多孔泡沫金属。
8.根据权利要求1或2所述的金属提炼方法，其特征在于，电解产物为金属粉末或合金粉末。
CN201110209500.2A 2011-07-26 2011-07-26 一种环保型金属提炼方法 Active CN102899689B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110209500.2A CN102899689B (zh) 2011-07-26 2011-07-26 一种环保型金属提炼方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110209500.2A CN102899689B (zh) 2011-07-26 2011-07-26 一种环保型金属提炼方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102899689A true CN102899689A (zh) 2013-01-30
CN102899689B CN102899689B (zh) 2015-06-17

Family

ID=47572169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110209500.2A Active CN102899689B (zh) 2011-07-26 2011-07-26 一种环保型金属提炼方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102899689B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108360022A (zh) * 2018-05-02 2018-08-03 东北大学 一种熔盐电化学法回收锂电池正极材料中钴元素的方法
CN108505071A (zh) * 2018-04-09 2018-09-07 武汉大学 抗热烧结团聚及氧化的纳米铁及其制备方法
CN109868489A (zh) * 2019-04-02 2019-06-11 柳州光华科技有限公司 一种锡的提炼与回收方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1748047A (zh) * 2002-12-12 2006-03-15 Bhp比利顿创新公司 金属氧化物的电化学还原
CN101280438A (zh) * 2008-05-09 2008-10-08 北京大学 一种利用铬铁矿粉直接制备铬铁合金的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1748047A (zh) * 2002-12-12 2006-03-15 Bhp比利顿创新公司 金属氧化物的电化学还原
CN101280438A (zh) * 2008-05-09 2008-10-08 北京大学 一种利用铬铁矿粉直接制备铬铁合金的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
敖先权等: "Na2C03-K2C03熔盐法同时制取合成气和金属锌", 《过程工程学报》, vol. 8, no. 3, 30 June 2008 (2008-06-30), pages 511 - 516 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108505071A (zh) * 2018-04-09 2018-09-07 武汉大学 抗热烧结团聚及氧化的纳米铁及其制备方法
CN108505071B (zh) * 2018-04-09 2019-09-17 武汉大学 抗热烧结团聚及氧化的纳米铁及其制备方法
CN108360022A (zh) * 2018-05-02 2018-08-03 东北大学 一种熔盐电化学法回收锂电池正极材料中钴元素的方法
CN109868489A (zh) * 2019-04-02 2019-06-11 柳州光华科技有限公司 一种锡的提炼与回收方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102899689B (zh) 2015-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lv et al. Electric field driven de-lithiation: a strategy towards comprehensive and efficient recycling of electrode materials from spent lithium ion batteries
Xie et al. Comparison of four nickel-based electrodes for hydrogen evolution reaction
Pan et al. A green lead hydrometallurgical process based on a hydrogen-lead oxide fuel cell
Shen Recycling cathode materials of spent lithium-ion batteries for advanced catalysts production
Chen et al. Integrating electrodeposition with electrolysis for closed-loop resource utilization of battery industrial wastewater
CN110359068B (zh) 一种基于熔盐电化学法制备碳纳米管包覆金属材料的方法
Tang et al. Green production of nickel powder by electro-reduction of NiO in molten Na2CO3–K2CO3
CN103132100B (zh) 一种从煤生产纯净氢气和二氧化碳的工艺方法
CN101457372A (zh) 一种含钛废渣直接制备钛及钛合金的方法
CN107123810B (zh) 一种基于磷化镍骨架结构复合材料的制备方法及其应用
CN102925930A (zh) 一种用含钛物料生产金属钛的方法
CN111455404B (zh) 一种通过固相电解法从废铅膏中回收铅的方法
CN102703929B (zh) 一种钛铁矿直接还原制取Ti-Fe合金的方法
CN102925929B (zh) 一种熔盐电解生产金属钛的方法
CN107740143B (zh) 一种具有铁酸锂保护膜的铁基惰性阳极及其制备方法、应用
Xie et al. Electro-reduction of hematite using water as the redox mediator
Xie et al. Molten salt electrochemical production and in situ utilization of hydrogen for iron production
CN102899689B (zh) 一种环保型金属提炼方法
Zhang et al. Hydrogen production by traditional and novel alkaline water electrolysis on nickel or iron based electrocatalysts
CN108796394B (zh) 一种阳极析氧催化剂FeMnCoNiP非晶合金及其制备方法
Kotkar et al. Microwave assisted recycling of spent Li-ion battery electrode material into efficient oxygen evolution reaction catalyst
CN102839394B (zh) 一种快速制备多级结构的枝状纳米铁的方法
Wang et al. Research progress in the preparation of iron by electrochemical reduction route without CO2 emissions
Li et al. Investigation of hydrogen evolution on electrodeposited Ni/P coated carbon paper electrode in microbial fuel cell
Liu et al. One-step nickel-cobalt alloy electrodeposition from spent lithium-ion battery via synergistic pH adjustment and Mn2+ supplementation

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant