[发明专利]一种利用离子液体电解金属氧化物制备金属的方法

说明书

本发明涉及一种利用离子液体电解金属氧化物制备金属的方法，该方法为采用一取代咪唑类离子液体溶解金属氧化物作为电解液；以铜片或不锈钢作为阴极，惰性电极作为阳极，直接电解氧化物制备金属；电解结束后取出铜片或不锈钢片，得到沉积在表面的金属。本发明采用一取代咪唑类离子液体作为电解制备金属的介质，可以使电解过程在较低温度下进行，节约能源的同时减轻了电解液对设备的腐蚀，并且使金属的收率达到99％；采用的离子液体价格相对便宜、熔点低，可降低生产成本；采用的金属离子源为氧化物，在惰性阳极上析出的是氧气，对环境没有污染。此外，本发明方法过程简单，容易操作。

技术领域

本发明涉及一种利用离子液体电解金属氧化物制备金属的方法，属于冶金技术领域。

背景技术

金属氧化物通常在低温介质中的溶解性能(溶解度和溶解速度)差，因而目前金属氧化物的电解主要在高温熔盐中进行。虽然高温熔盐电解可实现金属的规模化生产，但该方法存在电解温度高、能耗大、操作复杂、废气排放量多等一系列问题。在能源短缺、污染加剧的严峻形势下，如何实现金属电沉积的节能减排和绿色生产是亟待解决的问题。因此，找到一种能够溶解金属氧化物无污染低温绿色溶剂就显的尤为重要。

离子液体，是指在室温或接近于室温下呈现液态的、完全由有机阳离子和无机阴离子组成的液体物质，也被称为室温熔融盐。离子液体作为离子化合物，其熔点较低的主要原因是因其结构中某些取代基的不对称性使离子不能规则地堆积成晶体所致。常见的阳离子有季铵盐离子、季鏻盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐离子等，阴离子有卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子等。离子液体是一种理想的室温熔盐，具有高温熔盐和有机溶剂的优点，在室温下即可得到在高温熔盐中才能电沉积得到的金属及其合金，但目前也只有采用基于无水AlCl₃和氯化1-丁基-3-甲基咪唑混合制得的离子液体中电解AlCl₃制备获得金属铝，也有其它金属氯化物在基于AlCl₃分别和氯化丁基吡啶、氯化1-乙基-3-甲基咪唑、氯化1-丁基-3-甲基咪唑等组成的混合液电沉积获得金属或金属与铝的合金，但在利用氯化锌在金、铂、钨和玻碳电极上的电沉积过程，结果发现在金属电极上有欠电位现象，而在玻碳电极上只有三元成核过程；在过电压下得到的是锌和铝的合金，并不能制备获得纯的金属锌。在反应中有机盐和AlCl₃的相对摩尔含量需要严格控制，因AlCl₃过量时呈酸性；有机盐过量时呈碱性；而酸碱性的变化将导致金属离子生成不同的物质。例如Ag⁺在酸性环境下是裸离子，而在碱性环境下则和Cl^-结合，因此通常需用NaCl作缓冲剂。这类液体的电化学窗口范围一般为2～4V，但由于AlCl₃极易吸水因而只能在干燥条件下使用。当基于AlCl₃的离子液体呈中性时，由于咪唑类阳离子呈弱酸性，而与之配对的阴离子则呈弱碱性，这类液体的电化学窗口通常高于4V，但不足之处是其阴离子容易和AlCl₃等强酸性物质发生反应，例如，PF₆^-遇AlCl₃即生成PF₅气体和氟氯铝酸盐，而遇水则发生部分水解并生成一定量的HF，对身体具有一定的危害性，还污染环境。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种利用离子液体电解金属氧化物制备金属的方法，且在较低温度下进行，节约能源、减轻了设备腐蚀且易于操作，同时在阳极上析出的是氧气，对环境无污染。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种利用离子液体电解金属氧化物制备金属的方法，其方法包括如下步骤：

S1、电解液的制备：在加热的离子液体中加入金属氧化物，搅拌混合均匀形成离子液体电解液；