[发明专利]通过氧化物电解提取液态元素

说明书

交叉引用的相关申请

本申请要求由Antoine Allanore等于2010年8月23日提交的US临时专利申请序号61/375,935、名称为METHOD AND APPARATUS FOR ELECTROLYSIS OF MOLTEN OXIDES INCORPORATING METALLIC ALLOY ANODES以及Antoine Allanore等于2011年5月24日提交的US临时专利申请序号61/489,565、名称为METHOD AND APPARATUS FOR ELECTROLYSIS OF MOLTEN OXIDES INCORPORATING METALLIC ALLOY ANODES的优先权，并且将所述临时专利申请在此通过参考合并引入。

技术领域

本发明涉及从氧化物矿石中提取高熔点的元素。特别地，本发明提供了包括使用金属阳极以从氧化物熔体中电解提取元素的电解方法。

背景技术

对于大多数金属，传统熔炼方法的固有结果是释放出温室气体。例如，传统上在鼓风炉中生产的铁带来与焦炭生产和铁矿石还原相关的显著的工艺排放物。燃烧操作的配套工艺步骤例如矿石预处理还增加了碳排放。由生铁制造铁例如在电弧炉中的制造还必然有能量的消耗，其中可以通过燃烧化石燃料提供能量。据信炼铁和炼钢产生全世界温室气体排放的若干百分比。

由于温室气体排放容许量的减少，寻找基本金属冶炼操作的替代技术成为关键。因此，需要其运行时使用的碳和碳基燃料减少的金属提取技术。

同时，对于生产含有一定浓度的溶解碳的金属制品的兴趣增加，所述溶解碳的浓度用常规技术在成本可接受的情况下难以实现。因此，可生产高纯度金属的无碳提取技术是有价值的。

发明内容

在从混合有目标元素的氧化物原料化合物中提取目标元素的方法中，提供至少75重量％为氧化物的液体电解质。液体电解质中溶解有氧化物原料。提供包括金属阳极基板的阳极与电解质相接触。阴极与电解质相接触，与阳极相对。随着电子被驱使离开电解质中的氧前体并穿过金属基板上的氧化物层进入金属基板而形成气态氧，溶解的氧化物原料被电解。电解质中含有目标元素的物质(species)在阴极处被还原形成目标元素。

在另一个实施方式中，从含有目标元素的氧化物原料中提取目标元素的方法，提供了溶解有氧化物原料的液体电解质。与电解质在界面处相接触的阳极包括金属阳极基板。该基板的至少50重量％由至少一种与该目标元素相比在界面的工作温度下与氧更易反应的元素组成。液体阴极与电解质相接触，与阳极相对。随着电子被驱使离开电解质中的氧前体并穿过金属基板上的氧化物层进入金属基板而形成气态氧，溶解的氧化物原料被电解。电解质中含有目标元素的物质在阴极处被还原形成目标元素。

在另一个实施方式中，从氧化物原料中提取铁的方法，提供了至少75重量％为氧化物的液体电解质，该液体电解质中溶解有氧化物原料。与电解质相接触的阳极包括金属阳极基板。该基板为至少50重量％的铬和至少1重量％的铁。相对于阳极的液体阴极与电解质相接触。随着电子被驱使离开电解质中的氧前体并进入金属基板而形成气态氧，溶解的氧化物原料被电解。电解质中含有目标元素的物质在阴极处被还原形成目标元素。

一种装置，其包括至少75重量％为氧化物的液体电解质，该电解质包括氧前体和含目标元素的物质，其源自于溶解在电解质中的氧化物原料化合物。液体阴极与电解质相接触。相对于阴极的阳极与电解质相接触。所述阳极包括金属阳极基板和在接触界面处与电解质相接触的固体氧化物层。在阳极和阴极连接到电源上时，该装置可用于电解所溶解的氧化物原料化合物，驱使电子离开氧前体并穿过氧化物层以形成气态氧，并且将含目标元素的物质在阴极处还原形成目标元素。

在另一个实施方式中，一种装置，其包括至少75重量％为氧化物的液体电解质，该电解质包括氧前体和含铁物质，其源自于溶解在电解质中氧化物原料化合物。液体阴极与电解质相接触。相对于阴极的阳极与电解质相接触。所述阳极包括金属阳极基板，该基板为至少50重量％的铬和至少1重量％的铁。在阳极和阴极连接到电源上时，该装置可用于电解溶解的氧化物原料化合物，驱使电子离开氧前体以形成气态氧，并且还原含铁物质以在阴极处形成铁。

附图说明

结合本发明的以下详细说明并结合附图将更易于理解上述论述，在所述附图中同一标号表述同样的或者功能相似的元件：

图1是根据本发明被配置用于从氧化物原料化合物提取目标元素的电化学装置的纵断面；