[发明专利]钙热还原-熔盐电解法从钙长石中提取硅铝钙合金的方法

说明书

钙热还原‑熔盐电解法从钙长石中提取硅铝钙合金的方法，工艺步骤为：(1)将钙长石压片烧结，置入加热熔化后的熔盐介质中；(2)将金属钙加入熔盐介质中进行还原反应；(3)反应混合物冷却至室温，将生成的硅铝钙合金从反应混合物中取出；(4)将剩余熔盐通过Fe‑Ni合金为阳极，液态金属钙为阴极，进行电解，在阴极获得金属钙，阳极获得氧气；(5)收集步骤(4)获得的金属钙和剩余熔盐，其中剩余熔盐循环套用至下一个步骤(1)中使用，金属钙循环套用至下一个步骤(2)中使用。本发明工艺流程短，制备条件简单，显著地降低了能耗和生产成本；并且可获得硅铝钙合金，以及副产品氧气，电解产物金属钙和剩余熔盐可循环使用。

技术领域

本发明属于金属冶炼提取领域，特别涉及一种钙热还原-熔盐电解法从钙长石中提取金属的方法。

背景技术

硅铝钙合金熔点低、合金组分丰富，可作为炼钢脱氧剂。投放钢液中快速熔解形成较强还原气氛，可同时进行沉淀脱氧、扩散脱氧、钢渣界面脱氧，并能很快形成一层低熔点物质成膜防止钢水的二次氧化。

钙长石(CaAl₂Si₂O₈)是长石族矿物的一种，为钙铝硅酸盐矿物。它是地壳中最丰富的矿产之一，钙长石可采矿床遍布全世界的绝大部分地区，而潜在的可利用矿产总量也极为庞大。中国钙长石矿资源非常丰富，具有一定保有储量的矿点近数十个，全国A+B+C级的保有储量为4083万吨。其中尚未开发利用的占半数以上。钙长石矿物主要用作玻璃工业原料，约占总用量的50％～60％，以及陶瓷工业原料，占总用量的30％。其余用于化工、磨料磨具、玻璃纤维、电焊条等其它行业。钙长石用于以上这些行业，其附加值低。

目前，硅铝钙合金的熔炼方法有对掺法、真空电弧熔炼法、自蔓延高温合成法、粉末冶金等方法。这些方法，均存在成本高的问题。因此，通过钙热还原-熔盐电解法从钙长石中提取硅铝钙合金，无疑更具潜力。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种钙热还原-熔盐电解法从钙长石中提取硅铝钙合金的方法，以熔盐中的金属Ca为还原剂，在850～1200℃条件下，金属钙在熔盐中还原钙长石，制备硅铝钙合金。钙热还原结束之后，取出硅铝钙合金，并将含有还原产物CaO的熔盐在850～1200℃下，以Fe-Ni合金为惰性阳极电解，制备金属钙和氧气。由此实现还原剂金属钙的循环利用，且副产品为氧气，实现零室温气体排放。

钙热还原-熔盐电解法从钙长石中提取硅铝钙合金的方法，按照以下工艺步骤进行：

(1)混合均匀的熔盐介质加热至850～1200℃条件下熔化，将经过压片烧结后的钙长石置入熔盐中；所述熔盐介质按质量百分比的化学成分为：CaF₂ 0～70％，CaCl₂ 30～100％；

(2)将金属钙加入到步骤(1)获得的混合熔盐中，在850～1200℃保温2～6h进行还原反应；

(3)停止反应，反应混合物冷却至室温，将生成的硅铝钙合金从反应混合物中取出；

(4)将剩余的含有还原产物CaO的熔盐采用Fe-Ni合金为惰性阳极，液态金属钙为阴极，在850～1200℃及直流电压3.5～4.3V条件下，电解2～4h，在阴极获得金属钙，阳极获得氧气；

(5)收集步骤(4)获得的金属钙和剩余熔盐，其中剩余熔盐循环套用至下一个步骤(1)，金属钙循环套用至下一个步骤(2)中使用。

优选地，所述步骤(1)的钙长石压片烧结条件为：压片压力为100～200MPa，烧结温度为800～1000℃。

优选地，所述步骤(1)的钙长石用量为钙长石和熔盐介质混合物料总质量的4～8％。

优选地，所述步骤(2)的金属钙用量按金属钙与钙长石的摩尔比为8～14:1计。