一种绿色熔盐电化学可持续分离FeTiO3中铁的方法与流程

本发明涉及冶金电化学，特别涉及熔盐电化学领域，具体涉及一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法。

背景技术：

1、随着社会的不断发展，绿色可持续能源利用思路已经受到各方关注。而目前fetio3往往是通过硫酸法或氯化法进行钛的提取，从而实现湿法分离铁、钛的目的。但是此两种方法普遍存在酸耗高、污染大、副产物难处理、设备要求高等问题，不符合我国绿色可持续能源利用战略的实施。如何绿色可持续地分离fetio3中的铁、钛成为亟待解决的问题。开发低碳高效的分离提取有价元素和资源利用技术是应对此挑战的必然选择。采用电子作为能量载体的熔盐电化学冶金新工艺展示出良好的发展前景。

2、熔盐电化学技术将高温熔盐作为离子导体，由于高温熔盐具有很宽的电化学窗口，高温下反应动力学速度快，是电化学冶金理想的电解质体系，而电解铝工业是其中成功的典范。近年来，研究者提出了一种在cacl2熔盐体系下直接提取的工艺，将tio2作为固态阴极，石墨作为电解阳极进行阴极电脱氧，从而在阴极获得单质海绵钛，实现金属氧化物中有价金属提取，这种方法以三位研究者名字命名，称为“ffc”工艺(metallurgical andmaterials transcation b,2001,32(6):1041-1052.)。另外，杜继红等人(专利申请号200910021842.4)基于ffc工艺公开了一种钛铁矿制备钛铁合金的方法，其实质是先将钛铁矿矿粉高温煅烧制备压块阴极，然后再在熔盐中实现阴极电脱氧，获得初级产品后再进行真空熔炼制备铁钛合金；类似的，周忠仁(有色金属工程,2017,7(01):1-5.)提出直接将fetio3粉末作为压块阴极，在熔盐中直接电解进行阴极电脱氧，获得了铁钛合金。但目前的工艺思路普遍存在处理量有限、固液界面脱氧动力学条件差、原料残余多、铁钛合金纯度有限等问题，而且也无法实现铁钛的实质分离。所以有必要开发一种可直接将fetio3中铁、钛分离的绿色短流程方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法。该方法充分实现了fetio3的有效分离，可直接制备高纯铁粉，全流程采用可持续能源，无污染及含碳等气体排放，符合当前低碳绿色循环经济的发展需求，解决了传统fetio3提取有价金属过程酸耗高、污染大、副产物难处理、设备要求高等问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

3、步骤一、将fetio3粉与碱金属或/和碱土金属无机盐、活性组分混合均匀后的混合料置于坩埚中，放入恒温干燥箱中进行干燥，得到炉料；所述干燥的温度为120℃，时间为10h以上；

4、步骤二、将步骤一中得到的炉料转移至竖式管式电阻炉中，并在惰性气氛下加热至电解温度，并保温待炉料熔化为液态熔盐体系后，将阴极电极和阳极电极从竖式管式电阻炉的炉顶缓慢移动至熔盐体系液面下并固定，将电化学工作站的工作电极、对电极分别夹持在阴极电极和阳极电极的上端，设置阴极电极电压为-1.0v～-5.0v下持续电解，电解结束后将各电极均提离熔盐体系液面，随炉温缓慢降至室温；所述电解温度为400℃～1000℃，所述阴极电极和阳极电极移动至熔盐体系液面下前的保温时间为10min～30min；

5、步骤三、将步骤二中提离熔盐体系液面的阴极电极上附着的阴极产物进行剥离，然后浸泡在去离子水中并置于超声机内加热至50℃～80℃超声2h以上，经过滤分离得到不溶物，再将不溶物采用乙醇反复清洗3～5次，转移入真空干燥箱内进行干燥，得到产物铁。

6、上述的一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，步骤一中所述fetio3粉的粒径不大于0.074μm。

7、上述的一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，以质量分数计，步骤一中所述混合料中fetio3粉的加入量不超过10％。

8、上述的一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，步骤一中所述碱金属或/和碱土金属无机盐为licl、nacl、kcl、cscl、cacl2、mgcl2、bacl2、na2co3、li2co3、k2co3、cs2co3和baco3中的一种或两种以上。

9、上述的一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，步骤一中所述活性组分为cao、mgo或bao。

10、上述的一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，以质量分数计，步骤一中所述活性组分的加入量不超过碱金属或碱土金属无机盐量的10％。

11、上述的一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，步骤二中所述阳极电极为nife2o4基、tib2基、sno2或ruo2*tio2惰性电极，所述阴极电极为钼片、镍片或不锈钢片。

12、上述的一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，步骤二中所述电解温度为450℃～1000℃，阴极电极相对阳极电极的电位为-1.5v～-4.0v，电解时间不少于3h。

13、本发明中ruo2*tio2惰性电极是指ruo2和tio2的复合电极。

14、本发明与现有技术相比具有以下优点：

15、1、本发明将fetio3粉直接与碱金属或/和碱土金属无机盐、活性组分混合后升温进行恒压电解，使得fetio3粉中的金属铁沉积在阴极电极，钛主要富集于无机盐熔盐底部，原料残留少，从而实现了高纯度铁的可持续分离，且全过程避免采用强酸强碱，无有害三废排放，对环境无污染，绿色环保，符合当前低碳绿色循环经济的发展需求。

16、2、本发明采用非碳惰性材料作为电解的阳极电极材料，进一步避免产生温室气体co2及引入杂质，有利于保证高纯度产物铁的制备。

17、3、本发明通过调控恒压电解的工艺参数如电压、温度和电解时间，实现对恒压电解产物铁微观形貌的定向控制，灵活方便，易于实现。

18、4、本发明采用恒压电解工艺使得分离的钛富集在熔盐体系底部，便于后续分离得到钛，有利于钛的高效、低耗提取。

19、5、本发明的分离工序少，流程短，且可通过连续加入fetio3粉原料及轮换阴极电极实现分离过程的持续进行，在连续化工业应用方面具有良好的发展前景。

20、下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，步骤一中所述fetio3粉的粒径不大于0.074μm。

3.根据权利要求1所述的一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，以质量分数计，步骤一中所述混合料中fetio3粉的加入量不超过10％。

4.根据权利要求1所述的一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，步骤一中所述碱金属或/和碱土金属无机盐为licl、nacl、kcl、cscl、cacl2、mgcl2、bacl2、na2co3、li2co3、k2co3、cs2co3和baco3中的一种或两种以上。

5.根据权利要求1所述的一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，步骤一中所述活性组分为cao、mgo或bao。

6.根据权利要求1所述的一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，以质量分数计，步骤一中所述活性组分的加入量不超过碱金属或碱土金属无机盐量的10％。

7.根据权利要求1所述的一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，步骤二中所述阳极电极为nife2o4基、tib2基、sno2或ruo2*tio2惰性电极，所述阴极电极为钼片、镍片或不锈钢片。

8.根据权利要求1所述的一种绿色熔盐电化学可持续分离fetio3中铁的方法，其特征在于，步骤二中所述电解温度为450℃～1000℃，阴极电极相对阳极电极的电位为-1.5v～-4.0v，电解时间不少于3h。

技术总结
本发明公开了一种绿色熔盐电化学可持续分离FeTiO<subgt;3</subgt;中铁的方法，该方法包括：一、将FeTiO<subgt;3</subgt;粉与碱金属或/和碱土金属无机盐、活性组分的混合料干燥得到炉料；二、将炉料加热熔化为液态熔盐体系后持续电解；三、将阴极产物剥离后经浸泡、加热超声、过滤分离、清洗和干燥，得到产物铁。该方法将FeTiO<subgt;3</subgt;粉与碱金属或/和碱土金属无机盐、活性组分混合熔融后恒压电解，使得FeTiO<subgt;3</subgt;粉中的铁电沉积于阴极电极，钛富集于无机盐熔盐底部，从而获得了高纯铁产品，实现了铁、钛的可持续、绿色短流程分离，且可使用绿色能源供能，过程简单可控，操作安全，对环境友好，拓展了熔盐电化学在矿物直接提取方面的应用前景。

技术研发人员：陈云飞,戎万,贾志华,党蕊
受保护的技术使用者：西北有色金属研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15