一种熔盐电解池中还原制备含铁小球的方法

本发明涉及一种熔盐电解池中还原制备含铁小球的方法，属于有色金属冶金。

背景技术：

1、熔盐电化学法即采用熔融盐为电解质，通过施加一定的槽电压，实现阴极氧化物在固态形式下的电解脱氧后得到产品。熔盐电化学法相较其他提纯方法方法有着工艺简单，便于操作，投资成本低，对原料无特殊要求，所得产品纯度高、杂质含量低、产品形貌易于控制等优点，在金属氧化物原位固态脱氧制备金属及合金方面体现出独特的魅力。

2、中国专利cn110528029a公开了一种熔盐电解法制备纯铁的方法，该方法将nacl、cacl2熔盐与fe2o3混合，经熔盐电解得到纯铁并将其沉积在镍片上进而收集，成功制备纯铁镀层。但问题在于这些金属沉积在集流体上难以收集，操作不当甚至会有集流体的残余，因此我们提出了一种熔盐电解池中还原制备含铁小球的方法用于解决上述问题。且迄今为止未见任何有关在熔盐电解池中还原制备含铁小球的方法。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种熔盐电解池中还原制备含铁小球的方法。通过在mgcl2-xm熔盐体系的电解质中，施加2.6～2.8v槽电压，电解温度750～850℃，时间3～6h，成功制备出含铁小球，小球质地坚硬、球形度高、完整性好，经简单酸洗、抽滤、真空干燥，得到微米级纯铁粉末。本发明首次制得含铁小球，最大尺寸可达数厘米，采用熔盐电解法制备不仅流程短、能耗低、环境友好，还具有产物易收集的显著特征，极大推动了熔盐电解制备金属粉体材料的合成工艺。

2、本发明通过以下技术方案实现。

3、一种熔盐电解池中还原制备含铁小球的方法，其具体步骤如下：

4、步骤1、将碱金属氯化物熔盐研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚中，在真空干燥箱中除去水分；

5、步骤2、将步骤1的氧化铝坩埚置于通惰性气体的电阻炉内胆中，升温保温后，加入微米级fe2o3粉末与熔盐完全混合均匀得到熔盐；

6、步骤3、通入惰性气体条件下，以钼网为阴极、石墨棒为阳极，钼网浸没在步骤2的熔盐中，石墨棒不触底的插入在步骤2的熔盐中，将稳压电源与阴极和阳极电极相通，电解还原制备得到含铁小球；

7、步骤4、将步骤3得到的含铁小球酸洗、抽滤、真空干燥，得到微米级纯铁粉末。

8、所述步骤1中碱金属氯化物熔盐为mgcl2-xm，其中m为cacl2、nacl、bacl2、kcl中的一种或几种任意比例混合物，x为熔盐m的质量百分数，取值为0～50％。

9、所述步骤1在温度为80～120℃真空干燥12～24h。

10、所述步骤2中电解炉的升温速率为2～10℃/min，升温至电解温度为750℃～850℃，保温时间为3～6h。

11、所述步骤2中微米级fe2o3粉末加入量为碱金属氯化物总质量0.01～0.5％。

12、所述步骤3中稳压电源槽电压为2.6～2.8v。

13、所述步骤4中酸洗选用1～5wt％hcl，酸洗时间为0.5～1h；真空干燥温度为60～80℃。

14、所述步骤2中微米级fe2o3粉末由氧化铜、氧化锰、氧化钴、氧化镍或氧化铬替换，制备得到相应的金属小球。

15、上述步骤3中的需浸泡在装有无水乙醇的烧杯中超声清洗干净，石墨棒需用超纯水冲洗直至不掉石墨粉渣；钼网、石墨棒清洗完需要真空干燥，真空干燥温度为70℃，时间为0.5h。

16、上述步骤3含铁小球直径在0.1cm～1.5cm不等，小球质地坚硬、球形度高、完整性好。

17、本发明的有益效果是：

18、1、本发明选用来源丰富、价格低廉的fe2o3为原料，制备工艺流程短，能耗低。

19、2、本发明制备得到的含铁小球形成在熔盐中，未沉积在集流体上，不需要通过繁琐的步骤从集流体上收集，解决熔融盐电沉积得到的金属在集流体上难收集的问题。

20、3、本发明制备得到的含铁小球质地坚硬、球形度高、完整性好，突破熔盐电解金属氧化物仅能得到微纳米级海绵状粉末技术瓶颈；含铁小球经简单酸洗、抽滤、真空干燥，得到微米级纯铁粉末。

技术特征：

1.一种熔盐电解池中还原制备含铁小球的方法，其特征在于具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的熔盐电解池中还原制备含铁小球的方法，其特征在于：所述步骤1中碱金属氯化物熔盐为mgcl2-xm，其中m为cacl2、nacl、bacl2、kcl中的一种或几种任意比例混合物，x为熔盐m的质量百分数，取值为0～50％。

3.根据权利要求1所述的熔盐电解池中还原制备含铁小球的方法，其特征在于：所述步骤1在温度为80～120℃真空干燥12～24h。

4.根据权利要求1所述的熔盐电解池中还原制备含铁小球的方法，其特征在于：所述步骤2中电解炉的升温速率为2～10℃/min，升温至电解温度为750℃～850℃，保温时间为3～6h。

5.根据权利要求1所述的熔盐电解池中还原制备含铁小球的方法，其特征在于：所述步骤2中微米级fe2o3粉末加入量为碱金属氯化物总质量0.01～0.5％。

6.根据权利要求1所述的熔盐电解池中还原制备含铁小球的方法，其特征在于：所述步骤3中稳压电源槽电压为2.6～2.8v。

7.根据权利要求1所述的熔盐电解池中还原制备含铁小球的方法，其特征在于：所述步骤4中酸洗选用1～5wt％hcl，酸洗时间为0.5～1h；真空干燥温度为60～80℃。

8.根据权利要求1所述的熔盐电解池中还原制备含铁小球的方法，其特征在于：所述步骤2中微米级fe2o3粉末可由氧化铜、氧化锰、氧化钴、氧化镍或氧化铬替换，制备得到相应的金属小球。

技术总结
本发明涉及一种熔盐电解池中还原制备含铁小球的方法，属于有色金属冶金技术领域。将碱金属氯化物熔盐研磨混合均匀后放入氧化铝坩埚中，在真空干燥箱中除去水分；将氧化铝坩埚置于通惰性气体的电阻炉内胆中，升温保温后，加入微米级Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉末与熔盐完全混合均匀得到熔盐；通入惰性气体条件下，以钼网为阴极、石墨棒为阳极，钼网浸没在熔盐中，石墨棒不触底的插入在熔盐中，将稳压电源与阴极和阳极电极相通，电解还原制备得到含铁小球；将得到的含铁小球酸洗、抽滤、真空干燥，得到微米级纯铁粉末。本发明首次制得含铁小球，最大尺寸可达数厘米，采用熔盐电解法制备不仅流程短、能耗低、环境友好。

技术研发人员：周忠仁,蒋思威,董鹏,张英杰,曾晓苑,段建国,王丁,王贤树,吴昊,樊珈宏,姚俊,程艳冰
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13