[发明专利]利用电解还原和电解精炼工序的金属精炼方法

说明书

根据本发明的金属精炼方法包括：电解还原步骤，通过利用与第1金属具有共晶点(eutectic point)的金属阴极的电解还原来制造上述第1金属与第2金属间的合金(alloy)，上述第1金属为二元相图上金属氧化物的金属，上述第2金属为上述液体金属阴极的金属；以及电解精炼步骤，对固化的上述合金进行电解精炼而从上述合金回收第1金属。

技术领域

本发明涉及一种金属精炼方法，详细而言，能够以金属氧化物作为原料并以环保安全的方法制造高纯度的金属且能够制造氧含量显著低的高品质的金属的金属精炼方法。

背景技术

作为现有的锆和钛金属氧化物的还原工序的代表性的方法，可举出克罗尔(Kroll)工艺(美国授权专利5,035,404)。克罗尔(Kroll)工艺为以氯化工序为基础的工艺，利用镁还原氯化锆或钛，因此其工序复杂且氯气生成率高而存在环境问题，并且存在工序稳定性降低的问题。作为可以代替现有的克罗尔工艺的工艺，研究了电解还原工艺，该工艺虽然具有可以维持作为前体使用的物质的形态的优点和不生成氯气的优点等各种优点，但回收的金属还限定为钛和钽等一部分系列，回收的金属的形态限定为粉末或多孔形态，因此存在工序后氧浓度控制困难的问题。作为能够控制这种生成物的大表面积引起的高氧浓度的方案，报告了利用熔融氧化物电解质的电解还原法(Antoine Allanore,Journal ofThe Electrochemical Society,162(1)(2015)E13-E22)，但该工艺为了熔融氧化物原料而需要1500℃以上的高温，适用于如Ti和Zr之类的熔点达到1700℃以上的高熔点金属还是有限。为了克服这一点，应该降低比表面积，使得在电解质内通过电解还原反应生成的Ti和Zr目标金属不发生再氧化，但在Ti和Zr的情况下，熔融导致的比表面积减少是现实中不可能的。

发明内容

本发明是为了解决如上所述的现有技术的问题而进行的，本发明的目的在于提供无需氯化工序而以环保安全的方法能够由金属氧化物制造高纯度的金属的金属精炼方法。

本发明的另一目的在于提供无需氯化工序而以环保安全的方法在大气中能够由金属氧化物制造高纯度的金属的金属精炼方法。

本发明的另一目的在于提供能够由金属氧化物制造氧含量显著低的高品质的金属的金属精炼方法。

本发明的另一目的在于提供可实现相对低温工序而具有高效节能且简单的工序，从而有利于商业化的金属精炼方法。

本发明所涉及的金属精炼方法包括：通过利用与第1金属具有共晶点(eutecticpoint)的金属阴极的电解还原来制造上述第1金属与第2金属间的合金(alloy)的电解还原步骤，上述第1金属为二元相图上金属氧化物的金属，上述第2金属为上述金属阴极的金属；以及对固化的上述合金进行电解精炼而从上述合金回收第1金属的电解精炼步骤。

在本发明的一方式所涉及的金属精炼方法(I)中，上述金属阴极为液体金属阴极，上述金属氧化物被电解还原而能够制造液态的第1金属与第2金属间的合金(alloy)。

在本发明的另一方式所涉及的金属精炼方法(II)中，上述金属阴极为固体金属阴极，上述第2金属可以为与第3金属具有共晶点(eutectic point)的金属，上述第3金属为选自二元相图上碱金属和碱土金属中的一种或两种以上的金属。

在本发明的一实施例所涉及的金属精炼方法(II)中，上述a)步骤可以包括：a1)利用含有上述第3金属的氧化物的电解质来对上述第3金属的氧化物进行还原，从而制造液体状态的第3金属与第2金属间的合金的步骤；以及a2)在上述电解质中投入作为上述第1金属的氧化物的金属氧化物，将第3金属与第2金属间的合金转换为第1金属与第2金属间的合金的步骤。

在本发明的一实施例所涉及的金属精炼方法(II)中，上述a1)步骤的温度可以满足下述关系式1。

(关系式1)

TeTa1≤1.8Tm