[发明专利]一种熔盐电解铁矿石制取金属铁的方法

说明书

技术领域

本项发明属于冶金非高炉炼铁技术领域，具体为一种采用熔盐电解铁矿石制取金属铁的生产方法。

背景技术

高炉炼铁作为传统冶炼方法是当今炼铁生产的主体工艺。经过长时期的发展，它的技术已经达到十分完善的程度。但高炉炼铁也存在着自身的不足，一是对焦炭的强烈依赖，二是污染巨大。21世纪，冶金行业成为CO₂的主要排放源之一，污染问题将成为国际钢铁工业能否继续生存的重要问题。随着社会的进步，人类对节能环保日益重视，因此人们急切渴望洁净的炼铁工艺技术的有效实现，希冀着CO₂零排放的绿色炼铁技术的早日诞生。

冶金工作者曾提出过富氢冶金，甚至全氢冶金的设想，这是因为炼铁时以氢气H₂为还原剂产生的废弃物是水H₂O，可以彻底解决二氧化碳CO₂的排放问题，但是氢冶金技术的前提是以清洁的方式获得大量氢气H2，通常是先获得电，然后再电解水制备出足够的氢气来还原制铁，电能消耗巨大。如果能直接利用电能对铁矿石进行分离制取，如同氧化铝熔盐电解制备铝，这样就可以省去中间电解水的环节，从而就可以提高能量的利用率，而且流程配置和生产成本等方面都将更加合理。

熔盐电解在提取冶金中的应用已经是非常成熟的技术。金属铁的生产主要是由于成本方面的原因至今未能通过熔盐电解的方式获取。如今，由于不可再生的煤炭资源的逐渐减少，以及CO₂排放压力的日益增大，对非碳冶金的要求则日益迫切。而可预见的能够解决CO₂排放问题的氢冶金技术需经过电能转换环节，因此铁矿石熔盐电解便成为非碳冶金的最佳选择。

发明内容

本项发明目的是为了能克服高炉炼铁工艺对焦炭的强烈依赖和环境污染等弊端，节约焦炭和原材料，实现绿色炼铁。

本发明提供了一种熔盐电解铁矿石制取金属铁的方法，在该方法中，以电解槽为主要设备，使用惰性阳极材料，在一定的槽电压和1580-1620℃高温下，直接电解参有电解质的铁矿石熔盐制取金属铁。

根据本发明，所述惰性阳极材料为金属Pt。所述参有电解质是指在电解过程中加入CaO，电解末期加入CaO-Al₂O₃。所述槽电压为0.8V～2.5V。

根据本发明的方法，可以在没有二氧化碳排放的情况下获得金属铁，是真正意义的绿色冶金技术。

附图说明

附图1为用于根据本发明的熔盐电解制取金属铁的电解槽的结构示意图。

具体实施方式

考虑到目前包括核能和可再生的太阳能、风能、水能等清洁能源利用的经济性和普及性，以及高炉流程的优势，也许在近些年内难以实现铁矿石熔盐电解制铁的太规模生产和普及。但是从长远的战略角度看，CO₂减排的压力和煤炭等不可再生的化石能源的急剧减少，并且随着核能和可再生清洁能源利用方面技术的逐步完善和成本的逐渐降低，直接利用电能通过熔融电解的方式从铁矿石中制取金属铁必将成为钢铁生产的主要工艺之一。

本发明提供了一种非高炉冶炼生铁的方法，具体地讲，提供了一种熔盐电解铁矿石制取金属铁的方法。在根据本发明的熔盐电解铁矿石制取金属铁的方法中，以现有的铝电解所用的普通电解槽为主体设备，以铁矿石为原料，CaO、Al₂O₃为辅助料，直接利用电能电解制取金属铁。

图1示出了用于根据本发明的熔盐电解制取金属铁的电解槽的结构示意图。在本发明中，用来电解制取金属铁的电解槽可以为现有的铝电解所用的普通电解槽，电解槽的尺寸大小可根据生产率的要求来设计。参照图1，用来电解制取金属铁的电解槽包括电解槽盖1、出气口2、阳极导杆3、加料漏斗4、Pt惰性阳极5、结壳6、电解槽内衬7、阴极棒8、原料与渣9、铁液10、渣铁口11和导电内衬12。除了阳极材料之外，图1所示的电解槽与现有的铝电解槽的结构基本相同，因此在此不再对相同的部分进行赘述。

本发明的要点包括：阳极材料的选择、电解温度的确定、电解质的选择、电解电压的确定、电压平衡计算、物料平衡和能量平衡计算。

1.阳极材料的选择。