一种熔盐电还原制备金属的装置及方法

本申请涉及熔盐电还原，尤其涉及一种熔盐电还原制备金属的装置及方法。

背景技术：

1、传统的金属冶炼工艺在国民生产生活等各个领域的地位举足轻重。作为一个钢铁生产大国，中国生铁的年产量超过5亿吨。目前我国炼铁工艺以高炉炼铁为主。首先，高炉炼铁过程流程复杂，包括烧结、炼焦、高炉炼铁等过程，需要消耗大量的能源及资源，成本较高。其次，高炉炼铁需要消耗大量的焦炭作为还原剂及原料，而且炼焦过程不仅需要消耗大量的不可再生的煤炭资源，同时会产生大量co2及有毒气体。最后，高炉炼铁会产生大量的炉渣。

技术实现思路

1、本申请实施例通过提供一种熔盐电还原制备金属的装置及方法，能够解决现有制备金属的工艺能耗和成本较高，不利于环境保护的问题。

2、为了实现上述目的，本发明实施例的技术方案是：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种熔盐电还原制备金属的装置，包括反应器、导电体、电源、气体充排机构和封闭机构；所述反应器为底板导电，周壁绝缘且一端开口的桶体，所述反应器的桶腔被配置为由下往上依次铺设待反应物质和熔盐物质；所述导电体用于插入融化后的所述熔盐物质；所述反应器和所述导电体设置于所述封闭机构的内部，所述电源设置于所述封闭机构的外部；所述电源的正极与所述导电体电连接，所述电源的负极与所述底板电连接；所述气体充排机构被配置为向所述反应器内持续充入保护气体，同时排除废气。

4、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述反应器包括导电底板和第一绝缘筒体，所述第一绝缘筒体设置于所述导电底板上。所述导电底板的外径等于或大于所述第一绝缘筒体的外径。

5、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述反应器包括导电桶和第二绝缘筒体；所述第二绝缘筒体插设于所述导电桶内，且底面抵于所述导电桶的内底面。

6、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，熔盐电还原制备金属的装置还包括第一导电棒；所述第一导电棒的一端与导电体电连接，另一端穿出所述封闭机构与所述电源的正极电连接。

7、第二方面，本发明实施例提供了一种熔盐电还原制备金属的方法，使用上述所述的熔盐电还原制备金属的装置，包括：

8、所述反应器的桶腔由下往上依次铺设所述待反应物质和所述熔盐物质；

9、对所述反应器进行加热至所述熔盐物质融化后将所述导电体插设于所述熔盐物质内；

10、通过所述气体充排机构向所述反应器内持续充入保护气体，同时排除废气，打开所述电源进行熔盐电还原；

11、所述桶腔内的反应结束，断开所述电源，倒出所述桶腔上部的所述熔盐物质，取出下部的留存物；

12、通过所述留存物获得金属。

13、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述通过所述留存物获得金属，包括：

14、将所述留存物在超纯水内浸泡多次获得粉末状金属。

15、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述通过所述留存物获得金属，包括：

16、对所述留存物进行加热，达到金属熔点后获得液态或块状金属。

17、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述熔盐物质为氯化物或氟化物中的一种或多种。

18、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述待反应物质包括金属氧化物和导电剂。

19、本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

20、本发明实施例提供了一种熔盐电还原制备金属的装置，该装置包括反应器、导电体、电源、气体充排机构和封闭机构。反应器为底板导电，周壁绝缘且一端开口的桶体，反应器的桶腔被配置为由下往上依次铺设待反应物质和熔盐物质。导电体用于插入融化后的熔盐物质。反应器和导电体设置于封闭机构的内部，电源设置于封闭机构的外部。电源的正极与导电体电连接，电源的负极与底板电连接。气体充排机构被配置为向反应器内持续充入保护气体，同时排除废气。

21、本发明实施例提供的熔盐电还原制备金属的装置，将反应器和导电体设置于封闭机构的内部，电源设置于封闭机构的外部，在反应器的桶腔内由下往上依次铺设待反应物质和熔盐物质，安装好气体充排机构和封闭机构，将电源的正极与导电体电连接，电源的负极与反应器的底板电连接。对反应器进行加热至熔盐物质融化后将导电体插设于熔盐物质内。通过气体充排机构向反应器内持续充入保护气体，同时排除废气。打开电源进行熔盐电还原。当反应器的桶腔内的反应结束，断开电源，倒出桶腔上部的熔盐物质，取出下部的留存物。最后通过留存物获得金属。本发明实施例提供的熔盐电还原制备金属的装置，由于反应器的底板导电，周壁绝缘，熔盐电还原反应的阴极为反应器导电的底板，反应器的桶腔内由下往上依次铺设待反应物质和熔盐物质，待反应物质只与反应器导电的底板接触导通，从而当进行熔盐电还原时，电子从底部向上运动，电流定向传输，熔盐电还原过程由下往上逐渐进行，形成“阻式”反应结构，能够提升电流的利用效率。本申请实施例提供的熔盐电还原制备金属的装置在进行熔盐电还原时，工艺流程简单，不需要消耗大量的焦炭作为还原剂及原料，也不需要消耗大量的不可再生的煤炭资源，也不会产生大量的co2、有毒气体以及炉渣，对环境的污染较小，能够实现高效率低成本，其可在较低操作温度下进行熔盐电还原，不依赖焦炭就可高效制备金属。装置的操作温度较低，可在较低的温度范围内实现待反应物质的熔盐电还原过程，有利于降低加热过程的能耗。

技术特征：

1.一种熔盐电还原制备金属的装置，其特征在于，包括反应器、导电体、电源、气体充排机构和封闭机构；

2.根据权利要求1所述的熔盐电还原制备金属的装置，其特征在于，所述反应器包括导电底板和第一绝缘筒体，所述第一绝缘筒体设置于所述导电底板上。

3.根据权利要求2所述的熔盐电还原制备金属的装置，其特征在于，所述导电底板的外径等于或大于所述第一绝缘筒体的外径。

4.根据权利要求1所述的熔盐电还原制备金属的装置，其特征在于，所述反应器包括导电桶和第二绝缘筒体；

5.根据权利要求1所述的熔盐电还原制备金属的装置，其特征在于，还包括第一导电棒；

6.一种熔盐电还原制备金属的方法，其特征在于，使用权利要求1~5任一项所述的熔盐电还原制备金属的装置，包括：

7.根据权利要求6所述的熔盐电还原制备金属的方法，其特征在于，所述通过所述留存物获得金属，包括：

8.根据权利要求6所述的熔盐电还原制备金属的方法，其特征在于，所述通过所述留存物获得金属，包括：

9.根据权利要求6所述的熔盐电还原制备金属的方法，其特征在于，所述熔盐物质为氯化物或氟化物中的一种或多种。

10.根据权利要求6所述的熔盐电还原制备金属的方法，其特征在于，所述待反应物质包括金属氧化物和导电剂。

技术总结
本申请公开了一种熔盐电还原制备金属的装置及方法，属于熔盐电还原领域，能够解决现有制备金属的工艺能耗和成本较高，不利于环境保护的问题。装置包括反应器、导电体、电源、气体充排机构和封闭机构；反应器为底板导电，周壁绝缘且一端开口的桶体，反应器的桶腔被配置为由下往上依次铺设待反应物质和熔盐物质；导电体用于插入融化后的熔盐物质；反应器和导电体设置于封闭机构的内部，电源设置于封闭机构的外部；电源的正极与导电体电连接，电源的负极与底板电连接；气体充排机构被配置为向反应器内持续充入保护气体，同时排除废气。本申请降低了制备金属的工艺能耗和成本，利于环境保护。

技术研发人员：梁精龙,李慧,张福成,霍东兴,齐西伟,杨宇,瞿邦盟,刘畅
受保护的技术使用者：华北理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27