[发明专利]一种熔盐电解法制备金属锆粉的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种熔盐电解法制备金属锆粉的方法。

背景技术

金属锆属于第五周期ⅣB族元素，由于其提炼和加工困难，被归为稀有金属。锆具有比不锈钢、镍基合金及钛更优异的耐腐蚀性能、力学性能和加工性能，广泛应用于核工业多个等领域。在冶金领域中，金属锆常用做添加剂来获得特殊性能的合金。锆与人体的生物相容性较好，也常用作医疗设备和医疗材料。

目前，工业上用熔盐电解法是生产金属锆，主要流程是：将氯化钠和锆氟酸钾熔盐电解质进行电解后，进行水洗分离，得到金属锆。该方法具有工艺简单，不消耗金属还原剂，生产成本低，产品纯度高的优点。但存在电解过程不能连续进行，使单次电解过程中锆氟酸钾利用率低，产生的废电解质含锆7%～8%无法再利用，不易处理，长期堆放容易造成环境的污染以及资源的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、可提高锆氟酸钾的利用率、充分利用废电解质废弃资源、对环境友好的熔盐电解法制备金属锆粉的方法。

本发明的技术解决方案是：

一种熔盐电解法制备金属锆粉的方法，其具体步骤如下：

a. 原料预处理

将锆氟酸钾、氯化钠、海绵锆和熔盐电解制金属锆产生的废电解质分别在60℃～80℃下，烘干24h～30h；

b.混料和电解

按重量份数计，将步骤a中经干燥的10份～12份废电解质、23份～25份锆氟酸钾和55份～56份氯化钠混合均匀配制混合底料；取2/3混合底料投入电解炉内，电解炉通电加热使混合底料熔化，加热电流为2600A～3400A，电压为18V～32V，待混合底料熔化形成熔池后，加入剩余1/3混合底料，继续加热，待混合底料熔化形成熔池后，加入2份海绵锆，通2000A～3000A直流电进行电解，电压为10V～20V，在660℃～800℃电解1h～2h，将电解过程中的阴极电解产物取出冷却；

c.阴极电解产物的处理

将阴极电解产物粉碎至过40目筛网，然后用80℃～100℃热水和常温水交替洗涤至料液澄清，用盐酸浸泡20min～30min后，再用80℃～100℃热水洗涤3次～5次，烘干，制得电解金属锆粉。

所述废电解质为氯化钠和锆氟酸钾质进行熔盐电解后产生含锆7%～8%的废电解质。

所述海绵锆为火器海绵锆。

本发明的化学反应方程式：

阴极反应：Zr⁴⁺＋4e ＝ Zr⁰

阳极反应：Zr^０－4e ＝ Zr⁴⁺       

2Cl^-－2e ＝ Cl₂↑

本发明的有益效果：

以锆氟酸钾、氯化钠、海绵锆和废电解质为电解原料，原料易得，价格低廉，使废电解质废弃资源充分别利用，解决了熔盐电解生产金属锆产生的废电解质堆放容易造成环境的污染；在锆氟酸钾、氯化钠、海绵锆和废电解质形成的熔盐体系内，通过直流电的作用，发生锆氟酸钾电解和海绵锆的精炼提纯反应，锆氟酸钾和废电解质中的锆离子（Zr⁴⁺）在阴极钢棒表面还原成锆粉（Zr^０），海绵锆在阳极被氧化成锆离子（Zr⁴⁺），进入熔盐，电解操作容易，同时提高了锆氟酸钾的利用率，提高了金属锆的总回收率。

具体实施方式

实施例1

a. 原料预处理

将锆氟酸钾、氯化钠、火器海绵锆和废电解质分别在60℃下，烘干30h，所述废电解质为氯化钠和锆氟酸钾质进行熔盐电解后产生含锆8%的废电解质；

b.混料和电解

将步骤a中经干燥的废电解质100kg、锆氟酸钾240kg和氯化钠560kg混合均匀配制混合底料；取2/3混合底料投入电解炉内，电解炉通电加热使混合底料熔化，加热电流为2600A，电压为32V，待混合底料熔化形成熔池后，加入剩余1/3混合底料，继续加热，待混合底料熔化形成熔池后，加入20kg火器海绵锆，通2000A直流电进行电解，电压为20V，在660℃电解2h，将电解过程中的阴极电解产物取出冷却；

c.阴极电解产物的处理

将阴极电解产物粉碎至过40目筛网，然后用80℃～100℃热水和常温水交替洗涤至料液澄清，用盐酸浸泡20min后，再用80℃～100℃热水洗涤3次，烘干，制得电解金属锆粉，金属锆的总回收率为68%。

实施例2

a. 原料预处理