CN113881972B - 熔盐电解精炼方法及其阴极析出物的分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔盐电解阴极析出物的分离方法，该方法包括以下步骤：将阴极析出物加热至预定温度使其中包含的电解质完全熔化；当其中包含的电解质完全熔化后进行离心分离，分离出液态的电解质；分离出所述液态的电解质后对剩余物进行减压蒸馏，以分离残留的电解质与金属粉。本发明通过对阴极析出物加热处理、离心分离使大部分液态的电解质和金属粉初步分离，再对剩余物进行减压蒸馏而实现残留的部分电解质与金属粉的分离，具有分离效率高、效果好、可回收利用分离的电解质、对环境友好的优点。

Description

熔盐电解精炼方法及其阴极析出物的分离方法

技术领域

本发明涉及金属精炼领域，特别是涉及一种熔盐电解精炼方法及熔融电解精炼阴极析出物的分离方法。

背景技术

通常，熔盐电解提取钛/精炼钛，一般以粗钛、含钛物料作为阳极，以碱金属和/或碱土金属卤化物中的一种或多种混合物作为电解质，金属材料为阴极，组成电解池进行电解，粗钛在阳极溶出并以离子形式进入熔盐，在电场力及浓度梯度作用下迁移至阴极析出形成阴极析出物，冷却后的阴极析出物为块状固体。阴极析出物中除结晶析出的金属粉末外还含有大量的电解质，根据电解条件的变化，电解质的含量波动范围为40％～85％。

为了获得合格的钛金属产品，必须分离阴极析出物中的金属粉与电解质，通常采用湿法冶金进行分离，其分离过程通常包括：破碎、稀酸浸出、磨碎、湿法分级、脱水、烘干等工序，即利用稀酸溶液对析出物进行浸泡冲洗，使电解质发生化学反应溶解于稀酸溶液中，再经过清水洗涤得到纯净的金属粉。

采用上述方法，需要消耗大量稀酸和经过多次洗涤，导致工艺经济性低、分离效果差；反应过程中会产生大量附加产物和废酸，对环境造成严重影响；并且电解质溶解于稀酸溶液后，回收再利用电解质较为困难，造成资源的浪费。

因此，现有技术在回收电解质以及分离电解质与金属的方面依然存在改进空间。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种熔融电解精炼阴极析出物的分离方法及一种包含该分离方法的熔盐电解精炼方法。

本发明的一方面提供了一种熔融电解精炼阴极析出物的分离方法，其包含以下步骤：

将阴极析出物加热至预定温度使其中包含的电解质完全熔化；

当其中包含的电解质完全熔化后进行离心分离，分离出液态的电解质；

分离出所述液态的电解质后对剩余物进行减压蒸馏，以分离残留的电解质与金属粉。

在本发明的一实施例中，所述预定温度为400～850℃。

在本发明的一实施例中，进行所述离心分离的离心机的转数为5000～30000r/min。

在本发明的一实施例中，所述减压蒸馏的温度为750～1000℃，所述减压蒸馏的压力为<1Pa。

在本发明的一实施例中，所述分离方法还包括：将分离出的液态的电解质进行冷凝结晶得到固态电解质。

在本发明的一实施例中，所述离心分离的时间为20～40min。

在本发明的一实施例中，所述减压蒸馏的时间为2～3h。

本发明的另一方面提供了一种熔盐电解精炼方法，所述方法以碱金属氯化物和/或碱土金属氯化物和/或低价钛的氯化物的熔融盐作为电解质来进行电解，并在阴极形成含有金属和电解质的阴极析出物，所述方法还包括采用如权利要求1至7中任意一项所述的熔融电解精炼阴极析出物的分离方法来分离所述含有金属和电解质的阴极析出物。

在本发明的一实施例中，所述方法的阳极为粗钛或含钛物质。

在本发明的一实施例中，所述熔融盐为NaCl-KCl-TiCl_n(2≤n≤3)或LiCl-KCl-TiCl_n(2≤n≤3)。

采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：

本发明通过先对阴极析出物加热处理使其中包含的电解质熔化，后进行离心分离以使大部分液态的电解质和金属粉进行初步分离，可以实现大部分的电解质和金属粉的初步分离，方便后续对液态的电解质进行冷凝回收利用，从而可以实现对分离出的电解质的回收利用，避免了资源浪费。最后再对剩余物进行减压蒸馏而实现残留的电解质与金属粉的分离，而且对初步分离后的仅含少量电解质的剩余物进行减压蒸馏具有分离效率高、分离效果良好的优点；另外，本发明提供的方法还具有整体成本低、对环境友好的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

根据本发明的一方面，提供一种熔盐电解精炼阴极析出物的分离方法，如图1所示，包括以下步骤：将阴极析出物加热至预定温度使其中包含的电解质完全熔化；当其中包含的电解质完全熔化后进行离心分离，分离出液态的电解质；分离出所述液态的电解质后对剩余物进行减压蒸馏，以分离残留的电解质与金属粉。

本发明提供一种熔盐电解精炼阴极析出物的分离方法可以广泛应用于对熔盐电解精炼提取钛、钒等过程中得到的阴极析出物的处理，下面以熔盐电解精炼提取钛得到的阴极析出物的分离方法为例来具体说明，可以理解的是，本发明的保护范围不限于此，熔盐电解精炼提取其他金属得到的阴极析出物的分离方法均在本发明的保护范围内。

具体来讲，熔盐电解精炼提取钛得到的阴极析出物由金属粉末和电解质组成，其中金属粉末被凝固后的电解质包裹。钛为高熔点金属(熔点1668℃)，而电解所用的电解质的熔点低于钛的熔点，当对阴极析出物加热至使其中包含的电解质完全熔化时，金属钛仍为固体，从而可以在电解质完全熔化后进行离心分离操作，从而分离液态的电解质和固体剩余物，后对固体剩余物进行减压蒸馏，得到金属粉和残留的部分电解质，最终实现阴极析出物中金属粉和电解质的分离。

在本发明的一实施例中，加热阴极析出物使其中包含的电解质完全熔化的温度为400～850℃，该加热温度需处于熔盐电解提取钛所用电解质的熔点以上，可以保证电解质完全熔化后具有良好的流动性，以便后续进行离心分离具有良好的效果。此外，如果温度过高会增加经济成本，因此较适宜温度为400～1000℃。例如，如果熔盐电解提取钛所用电解质为NaCl-KCl-TiCln(2≤n≤3)，对其阴极析出物加热温度需至少达到667℃以上，如果熔盐电解提取钛所用电解质为LiCl-KCl-TiCln(2≤n≤3)，对其阴极析出物加热温度需至少达到400℃以上。

在本发明的一实施例中，当其中包含的电解质完全熔化后进行离心分离，进行离心分离的离心机的转数为5000～30000r/min，在该离心机的转数范围内，同样可以使熔化后的电解质与固态金属更好地分离，分离出的电解质比例可达到93.3％以上，进一步地，离心分离的时间可以为20～40min，以便实现最合适的离心分离时间。

在本发明的一实施例中，在分离出液态的电解质后对剩余物进行减压蒸馏步骤中，具体过程为：在蒸馏过程中通过控制温度使剩余物中残留的电解质以气体形式蒸出来而剩下金属粉末，从而实现残留的电解质与金属的分离。可选的，减压蒸馏温度范围为750～1000℃，减压蒸馏压力为<1Pa，上述参数范围内，可以提高电解质与金属的分离效果，而且减压蒸馏可以提高蒸出电解质的速度，进一步地，减压蒸馏的时间为2～3h。

在本发明的一实施例中，在分离出液态的电解质后，可以对液态的电解质进行冷凝结晶得到固态电解质，从而实现电解质的回收和利用，避免了资源的浪费。

本发明提供的熔盐电解精炼阴极析出物的分离方法，首先将阴极析出物进行加热使温度达到其中包含的电解质的熔点以上，使电解质熔化为流动性较好的液态；再采用离心分离方法将大部分的液态电解质和固态金属粉末进行初步分离，对初步分离得到的液态的电解质可以进行冷凝回收利用，避免了资源浪费及环境污染；最后由于离心分离后的阴极析出物中仅包含少量电解质，再进行减压蒸馏，可以提高金属粉末和电解质的分离效率和分离效果，而且方法整体成本低、对环境友好。

根据本发明的另一方面，提供一种熔盐电解精炼方法，该方法以碱金属氯化物和/或碱土金属氯化物和/或低价钛的氯化物的熔融盐作为电解质来进行电解，并在阴极形成含有金属和电解质的阴极析出物，该方法还包括采用如上所述的熔融电解精炼阴极析出物的分离方法来分离含有金属和电解质的阴极析出物，以有效分离阴极析出物中的金属和电解质，并实现对电解质的回收和利用。例如，所述方法的阳极可以为粗钛或含钛物质，熔融盐可以为NaCl-KCl-TiCl_n(2≤n≤3)或者为LiCl-KCl-TiCl_n(2≤n≤3)。

下面通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例之中。

实施例1

取电解钛阴极析出物15kg，其中电解质为NaCl-KCl-TiCl_n(2≤n≤3)，电解质含量为85wt％，将电解钛阴极析出物加热至850℃，待其中包含的电解质完全熔化后，对电解钛阴极析出物放入离心机进行离心分离，离心机的分离转数为5000r/min，分离20min后，排走熔化状的液态电解质，液态电解质进行冷凝结晶后回收，获得11.9kg固态电解质，经计算，离心分离后液态电解质的分离率为93.3％；将离心分离大部分电解质后剩余物进行减压蒸馏，蒸馏温度1000℃，蒸馏压力1Pa，蒸馏时间2h，获得2.2kg钛粉及0.85kg固态电解质，钛粉经ICP(电感耦合等离子光谱发生仪)检测，其中Na含量<0.01％，K含量<0.01％，Cl含量<0.02％。

实施例2

取电解钛阴极析出物15kg，其中电解质为LiCl-KCl-TiCl_n(2≤n≤3)，电解质含量为55.1wt％，将电解钛阴极析出物加热至400℃，待其中包含的电解质完全熔化后，对电解钛阴极析出物放入离心机进行离心分离，离心机的分离转数为30000r/min，分离40min后，排走熔化状的液态电解质，液态电解质进行冷凝结晶后回收，获得7.9kg固态电解质，经计算，离心分离后液态电解质的分离率为95.6％；将离心分离大部分电解质后剩余物进行减压蒸馏，蒸馏温度750℃，蒸馏压力2×10^-1Pa，蒸馏时间3h，获得6.7kg钛粉及0.35kg固态电解质，钛粉经ICP检测，其中Li含量<0.01％，K含量0.015％，Cl含量<0.02％。

可以看出，采用本发明提供的熔盐电解阴极析出物的分离方法，通过离心分离步骤，可使至少93.3％的液态电解质和金属钛进行初步分离，而且对离心分离的剩余物进行减压蒸馏得到的钛粉中含有的杂质元素含量很低。

需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。

以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种熔盐电解精炼阴极析出物的分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

将电解精炼钛的阴极析出物加热至预定温度使其中包含的电解质完全熔化，所述电解质为NaCl-KCl-TiCl_n或LiCl-KCl-TiCl_n，其中所述n的范围为2≤n≤3；

当其中包含的电解质完全熔化后进行离心分离，分离出液态的电解质；

分离出所述液态的电解质后对剩余物进行减压蒸馏，以分离残留的电解质与金属粉，所述金属粉为钛粉。

2.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，所述预定温度为400～850℃。

3.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，进行所述离心分离的离心机的转数为5000～30000r/min。

4.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，所述减压蒸馏的温度为750～1000℃，所述减压蒸馏的压力为<1Pa。

5.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，所述分离方法还包括：将分离出的液态的电解质进行冷凝结晶得到固态电解质。

6.根据权利要求3所述的分离方法，其特征在于，所述离心分离的时间为20～40min。

7.根据权利要求4所述的分离方法，其特征在于，所述减压蒸馏的时间为2～3h。

8.一种熔盐电解精炼方法，其特征在于，所述方法以碱金属氯化物和/或碱土金属氯化物和/或低价钛的氯化物的熔融盐作为电解质来进行电解，并在阴极形成含有金属和电解质的阴极析出物，所述方法还包括采用如权利要求1至7中任意一项所述的熔融电解精炼阴极析出物的分离方法来分离所述含有金属和电解质的阴极析出物。

9.根据权利要求8所述的熔盐电解精炼方法，其特征在于，所述方法的阳极为粗钛。

10.根据权利要求8所述的熔盐电解精炼方法，其特征在于，所述熔融盐为NaCl-KCl-TiCl_n或LiCl-KCl-TiCl_n，其中所述n的范围为2≤n≤3。