專利名稱：用穿梭合金獲取鈦或其它金屬的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用穿梭合金(shuttle alloy)從金屬氧化物中獲取鈦、鋯、鉻、鉬、鎢、鈷、鉭等金屬的改進方法。更具體地說，本發(fā)明涉及用穿梭合金獲取含有對氧和氮非常敏感的金屬的合金和化合物的方法，這些金屬例如有鈦、鋯、鎂、鉭、鋰、鈹、鈉和鉀。
雖然本發(fā)明以獲取鈦和鈦合金(以金屬錠的形式)為例進行說明，但是本發(fā)明的范圍并不局限與此，相反，本發(fā)明的范圍都比這更寬，還包括其它金屬。而且，本發(fā)明方法可以用來提供除金屬錠以外其它形式的金屬和復合金屬，可以用來為其它加工過程提供金屬或金屬合金。
在本行業(yè)中有許多方法用于將金屬分離或純化成元素形式或金屬復合物的形式。許多工業(yè)方法直接處理金屬礦石，其中所需的金屬以金屬氧化物或復合的金屬氧化物的形式存在。例如，鈦和鋯一般是用Kroll法從金紅石、鈦鐵礦和鋯石等礦石中獲取的。在鋼廠中，鐵-鈦通常是利用直接鋁熱法獲得的。
Kroll法是基于將鈦或鋯礦石轉化為鈦或鋯的氯化物，隨后在含鎂熔體(bath)中將金屬氯化物還原成被稱為“海綿”的鈦或鋯的多孔塊。然后蒸發(fā)除去海綿金屬中的鎂，鈦或鋯則熔化并澆鑄成錠。如果要鑄造合金，可在鑄造過程中將來自海綿金屬的鈦或鋯與其它合金成分混合。通常在下一步精煉步驟中將金屬錠重新熔化和重新鑄造。海綿金屬的精煉必須在真空爐中進行，因為海綿金屬對氧和氮極其敏感。必須采取其它措施來避免任何對最終成品的污染。
鋁熱法是基于將鋁粉與通常來自鈦鐵礦的二氧化鈦反應。在進行時，該反應是放熱反應，而且必須采取措施避免產生純粹由鋁和鈦組成的混合物，這樣的混合物特別難分離，因為鋁和鈦的密度相似。為了避免形成純粹的鋁鈦混合物，先分別將鈦礦石/熔劑混合物和鐵鈦在電爐中預熱，然后再混合并攪煉，形成上浮的爐渣和鋼廠所用的鐵鈦。
以上現(xiàn)有技術中的方法存在許多缺點，包括難以處理和加工對氧和氮極其敏感的海綿金屬之類中間體，難以分離各個加工產物。而且，Kroll法和鋁熱法等只能分批進行，不能連續(xù)進行。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術的許多缺點可以通過使用穿梭合金(又稱“出租車合金”)來克服。例如，穿梭合金可以簡化金屬氧化物的還原，即先在金屬氧化物中加入還原劑，然后形成包含由金屬氧化物還原得到的被還原金屬的穿梭合金。具體地說，本發(fā)明不需要生成海綿金屬作為中間體，而是連續(xù)生產包含從金屬氧化物還原得到的金屬的穿梭合金。而且，與現(xiàn)有技術方法生產的諸如海綿金屬之類中間體相比，穿梭合金中被還原金屬的強度高得多，對氧和氮的敏感性也較低。穿梭合金的形成還便于在以后的步驟中分離純金屬。
本發(fā)明也不需要進行中間體金屬錠的精煉過程，這一過程在許多現(xiàn)有技術方法中是常用的。在本發(fā)明中，還原金屬可以從穿梭合金中分離出來成為純金屬或合金，而且具有足夠的耐氧化性，可以保存，也可以直接而連續(xù)地為不同類型的第二步生產過程(例如生產金屬棒、金屬管或金屬板)供料。本發(fā)明不會消耗大量的化學試劑(例如氯或鹽酸)，而且穿梭合金中的組分又可以回收。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明更經(jīng)濟，更符合環(huán)保要求。
所以，本發(fā)明提供了一種由金屬氧化物生產金屬或合金的方法，其特征在于，在第一階段，在原穿梭材料存在條件下還原金屬氧化物，所述的原穿梭材料與被還原金屬形成穿梭合金，在第二階段，從穿梭合金中分離出被還原金屬成為純金屬或合金。
如前所述，本方法的第一階段是在原穿梭材料存在條件下還原金屬氧化物，所述的原穿梭材料與被還原金屬形成穿梭合金。被還原金屬可以以金屬或金屬氧化物等形式溶解在原穿梭材料中、或與之反應、或以其它形式與之結合，形成穿梭合金。在本方法的第二階段，可以利用例如真空蒸餾或磁分離等物理方法或利用化學反應從穿梭合金中分離出被還原金屬。從穿梭合金分離的被還原金屬可以是純金屬的形式，或者是合金/雙金屬化合物的形式。如果利用物理方法從穿梭合金中分離被還原金屬，可以將其鑄造成金屬錠或直接提供給下游加工過程。如果被還原金屬是合金形式的，可以對該合金錠進一步加工生產純金屬。
第一階段中的金屬氧化物反應物通常是單純的金屬氧化物，例如TiO2、Li2O、MgO、CaO、CoO、Ta2O5或ZrO2，或者是復合的金屬氧化物，例如FeTiO3、FeCr2O4、MnCr2O4、FeWO4或ZrSiO4。金屬氧化物可以是礦石的形式或與礦石相混合，所述的礦石例如金紅石、鈦鐵礦、鉻鐵礦、鎢錳鐵礦、鋯石等。
本發(fā)明方法通常用來生產純金屬，例如純鈦，但是對本領域熟練技術人員來說顯而易見的是，本發(fā)明方法也可以用來生產鈦以外的許多其它金屬。本發(fā)明方法通?？蓙砩a鈦、鋯、鋰、鎂、鉻、鉬、鎢或鈷的精煉金屬或合金。
通常，原穿梭材料包含鉍或銻或兩者的組合。鉍或銻的形式可以是金屬元素、金屬化合物或金屬元素與金屬化合物的混合物。原穿梭材料還可以包含元素鉛或鉛化合物，它們可能保持中立但會與銻和鉍形成共晶。鉛的密度比銻或鉍都大，并且蒸氣壓也大得多，如果在第二階段利用加熱和/或真空處理來將被還原金屬從穿棱合金中分離的話，蒸氣壓較大是十分有利的。原穿梭材料還可以包含來自本方法第二階段回收到的穿梭合金。
通常，在方法的第一階段，原穿梭材料是液態(tài)的。
通常，原穿梭材料包含摩爾比在3∶1和1∶3之間的鉍和銻。如果原穿梭材料包含鉛，鉍與鉛的摩爾比在3∶1和1∶3之間。更典型的是，鉍、銻、鉛的摩爾比在2∶1∶3和3∶1∶1之間。例如，3∶1∶2的比例就足以轉化約1或2摩爾的鈦和二氧化鈦。
通常，原穿梭材料并不在過程中被消耗，而是在本方法中回收后再用。過程中可能存在的損失是非常小的，而且可以通過向引入本方法第一階段的金屬氧化物中添加少量鉍(或銻或鉛)或其化合物得以補償。
通常，還原劑參與本方法第一階段金屬氧化物的還原反應。典型的還原劑選自鋁、鋰、鎂、鈣、硅、鈉、鉀和它們的化合物。特別優(yōu)選的是鋁，因為它便宜，在本方法的一個實施方案中，可以使用碳或碳化合物。
還原劑可以在第一階段加入或“原位”形成。而且，還原劑可以在本方法中以游離物質的形式加入，但是更典型的，是將部分或全部還原劑轉移到原穿梭材料中。例如，還原劑可以借助物理結合或化學結合或者形成合金而轉移到在原穿梭材料中。通常，如果要用鋁為還原劑，而原穿梭材料包含銻、鉍和可存在的鉛，則鋁將與原穿梭材料反應，使得穿梭材料含有Al或AlSb形式的鋁。
或者，本方法第一階段的還原反應可以通過電化學方法來進行。例如，在本方法第一階段，還原反應可以在一電場中進行，例如由陰極和陽極構成的電解池所產生的電場。通常，電解池具有固體石墨陽極。電解池的陰極則通常是鎢之類的金屬。原穿梭材料可以作為陽極或陰極，這取決于用作另一電極的材料種類。
而且，本方法第一階段的還原反應可以利用電化學法和采用還原劑的組合，或者利用電化學法“原位”產生還原劑來進行。例如，可以向電解池中加入LiO2，它在碳陽極上反應形成碳酸鋰。陽極的這一碳酸鹽化反應將同時促進或推動本發(fā)明方法第一階段金屬氧化物的還原反應。
本發(fā)明特別具有靈活性，因為一個反應中形成的穿梭合金可能能夠用作另一反應第一階段的還原劑來還原另外的金屬氧化物。例如，由LiO2形成的Li2Bi、Li3Sb/穿梭合金可以在另一反應中用來還原CaO。而且，還原MgO所形成的穿梭合金可以在另一反應中用作Ta2O5的還原劑。
當金屬氧化物在本發(fā)明第一階段被還原并形成了穿梭合金，被還原金屬在穿梭合金中的存在形式可以是單純的金屬或與原穿梭材料中的一部分形成雙金屬化合物。如果金屬氧化物是LiO2或MgO，鋰或鎂通常與原穿梭材料中的鉍或銻形成化合物。如果金屬氧化物是CaO，會形成鈣和鉛的化合物。如果金屬氧化物含鈦，會形成鈦與鉍的化合物。如果金屬氧化物含鉻，會形成鉻與銻的化合物。如果金屬氧化物是CoO，會形成鈷與銻的化合物。被還原金屬的形式也可以是溶解在所形成的穿梭合金中。例如，Ti3Bi之類的中間體會溶解在含鉍、銻、鉛的穿梭合金中。
在一個實施方案中，本發(fā)明方法被用來連續(xù)生產金屬鈦或鈦合金。通常，在本方法的第一階段，用鋁熱法產生還原鈦，生成的穿梭合金包含Ti3Bi。在本方法的第二階段，將Ti3Bi從穿梭合金分離，而Ti3Bi分解成元素鈦和鉍。鈦可以連續(xù)供給金屬錠的鑄造過程，或鈦半成品的形成過程。如果需要的是鈦合金，可以在分離的鈦中加入釩或錫等其它金屬。例如，這可能適合于生產各種鈦合金，例如TA6V合金。


圖1表示了以上實施方案的鈦精煉過程，它清楚地顯示了可用于本發(fā)明方法的穿梭循環(huán)回路、在循環(huán)回路中，在原穿梭材料中引入還原劑Al，它以Al和AlSb的形式轉移到穿梭材料中。Al和AlSb參與TiO2的還原。被還原的鈦以Ti3Bi的形式作為穿梭合金的組成部分。還原劑則經(jīng)氧化反應轉化成Al2O3。將Ti3Bi從穿梭合金中分離，并在真空爐中分解成元素Ti和Bi。將分解得到的鈦與金屬釩結合，形成TA6V合金。當鉍與分離出來的穿梭合金返回到第一階段再用作原穿梭材料時，循環(huán)即告完成。原穿梭材料中再加入還原劑，然后重復上述循環(huán)。
通常，如果使用上述循環(huán)回路，穿梭合金和原穿梭材料中的各組份總量保持恒定。例如，在上述回路中，過程中全部鉍的存在形式是在原穿梭材料、穿梭合金和/或Ti3Bi或Ti2Bi中。
通過循環(huán)，可以使得本發(fā)明方法特別節(jié)能。例如Ti3Bi的焓很低，在真空爐中比較容易通過蒸發(fā)鉍來分解得到純鈦。在循環(huán)回路中，鉍蒸汽會在第一階段鋁熱法反應中加入的二氧化鈦或金紅石上冷凝。反應物二氧化鈦和冷凝的鉍與返回第一階段反應器的原穿梭材料溶解在一起，然后在所述反應器中進行鋁熱反應。這樣，蒸發(fā)能量就回收用于為鋁熱反應提供所需的能量。所以，通過監(jiān)控過程第一階段的溫度，并控制供給鋁熱反應器的鉍、穿梭合金、金屬氧化物、還原劑和能量，就能夠控制過程的速度，并可以連續(xù)運行本發(fā)明的過程。
根據(jù)所用的還原劑情況，最初的還原反應可能形成廢渣，后者可以利用添加熔劑來去除。熔劑通常是一種低熔點氧化物。具體地說，如果使用鋁作為還原劑，第一階段的鋁熱反應會形成氧化鋁爐渣。例如，氧化鈣和二氧化硅就可以用作熔劑來去除氧化鋁爐渣，此時，可回收爐渣作為含鋁水泥，這一反應釋放出的能量則可返回用于促進將碳酸鈣脫碳酸化，成為氧化鈣，后者用作熔劑。
生產鈦或鈦合金的過程，通常是使用包含鉍、銻和可能還含的鉛的原穿梭材料和用作還原劑的鋁來進行。在這里不準備拘泥于理論，但可以認為，在本方法第一階段，二氧化鈦發(fā)生的鋁熱反應在穿梭合金中形成Al或AlSb。根據(jù)以下反應，這些化合物的形成促進了鋁熱還原反應，使得二氧化鈦轉化成Ti3Bi，而Al和AlSb則同時轉化成Al2O3。
Ti3Bi化合物易溶于鉍合金，且其密度和熔點迥異于穿梭合金的組分。而且，Ti3Bi的某些物理和化學特性與作為副產物形成的氧化物(例如氧化鋁)不同，所述副產物是所用還原劑在鈦還原反應中形成的。所以。Ti3Bi可以容易地從其與穿梭合金的溶液中濃縮和提取出來。通常，將穿梭合金和Ti3Bi置于一旋轉的浴槽中，產生的離心作用有助于將Ti3Bi從穿梭合金中去除。分離出來的Ti3Bi可以連續(xù)地供給下游的過程或設備，用于提煉、鑄造、拉伸、壓延等。或者，可將從穿梭合金中分離出來Ti3Bi鑄造成易于運輸和保存的金屬錠。這些金屬錠可以用于以后的加工，或者經(jīng)處理將純鈦與鉍分離。
參照以下一些非限定性實施例，將進一步對本發(fā)明進行說明實施例1鈷的生產在本實施例中，穿梭合金被用來由CoO生產鈷。原穿梭材料包含銻、鉍和鉛，一種鋁化合物被用作還原劑。在過程的第一階段，它與原穿梭材料形成了Al和AlSb。Al和AlSb作為還原劑還原CoO，同時形成包含CoSb3的穿梭合金。該反應可如下表示
在過程的第二階段，CoSb3從穿梭合金分離，并用真空爐蒸發(fā)分離鈷和銻。銻蒸汽會冷凝返回到穿梭合金上，因此，過程中不存在銻的凈損失。實施例2由鉻鐵礦生產鉻合金本實施例的過程由圖2表示。
在本實施例中，本發(fā)明方法被用來處理鉻鐵礦。原穿梭材料包含銻、鉍和鉛，其中銻的比例大于本說明書中先前以生產鈦或鈦合金為例所述的比例。還原劑是鋁，但是也可以使用其它還原劑。根據(jù)具體所用的鉻鐵礦石的情況，形成的穿梭合金包含(Fe,CrSb,CrSb2/穿梭合金)或(Mn,CrSb,CrSb2/穿梭合金)。上述反應可如下表示
或
Fe,Mn,CrSb和CrSb2在真空爐中與穿梭合金分離，生成可用于冶金反應的合金。穿梭合金與第一階段加料所用的鉻鐵礦和所用的鋁混合后返回到過程中。實施例3由黑鎢礦生產鎢粉末本實施例的過程由圖3表示。
在本實施例中，本發(fā)明方法被用于處理黑鎢礦(FeWO4)。原穿梭材料包含銻、鉍和鉛。還原劑是鋰，在另一實施方案中是鋰與穿梭合金和碳的化合物。反應可如下表示
第一階段形成包含被還原金屬(Fe和W)的穿梭合金，而在第二階段，被還原金屬從穿梭合金懸浮液中分離。穿梭合金的熔點很低，這有助于通過磁性法去除元素鐵，然后再利用密度的不同將鎢分離出來。實施例4由鈦鐵礦生產鈦合金本實施例的過程由圖4表示。
在本實施例中，本發(fā)明方法被用于處理鈦鐵礦。原穿梭材料包含銻、鉍和鉛。還原劑包含鋰與穿梭合金的化合物，但是也可以使用鋰。在本實施例中使用了一種特殊的電爐，其頂部裝了一個自耗石墨電極，在這下面，穿梭材料熔體構成陰極。由于密度低，引入熔體的氧化鋰就浮在熔體上與陽極接觸，在此反應形成碳酸鹽。由此形成的碳酸鋰促進反應物鈦鐵礦分解成兩種氧化物(Fe2O3和Ti2O3)，并引起氧化鐵的部分還原。在熔體中，鈦的氧化物和鋰形成溶液，該溶液容易地被鋰化合物所還原，而鈦則被吸收到穿梭合金中。上述反應可如下表示
第二步，由于穿梭合金的熔點低，利用磁性法很容易將元素Fe從熔體中分離。由于鉛與其它組分之間存在較大的密度差異，就便于將鉛分離出來。最后，用真空爐從穿梭合金中分離出合金形式的Ti3Bi。實施例5由鋯石或二氧化鋯礦(Baddeleyite)生產鋯本實施例的過程由圖5表示。
在本實施例中，本發(fā)明方法被用來生產不含鉿的純鋯。穿梭材合金包含銻、鉍、鉛和幾種它們化合物的混合物。在過程的第一階段，使用了與實施例4中類似的鍋爐。反應可如下表示
在過程的第二階段，利用真空爐將元素鋯從穿梭合金中分離。
本發(fā)明如實施例5所述的方法是特別有利的，因為它能夠生產出不含鉿的鋯。在此之前，鋯與鉿的分離被認為是一個主要難題。在本發(fā)明方法中，只要準確控制過程的溫度，就可以還原鋯而不還原鉿，因為氧化鉿的生成焓大大高于氧化鋯的生成焓。圖5清楚地顯示了可用于本發(fā)明方法的穿梭材料循環(huán)回路。實施例6鋰或鋰/鎂/鈣的生產本實施例的過程由圖6表示。
本實施例中，穿梭合金被用來運輸來自鋰還原池的氧。在本實施例中，原穿梭材料熔體起著陽極的作用，而反應池的頂部起著陰極的作用。陰極是鎢，原穿梭材料熔體包含Li2WO4或Li2MoO4(但是，也可以使用僅含上述氧化物之一的熔體)。
氧化鋰積聚在熔體表面上，當與鎢陰極接觸時分解。在熔體的底部，操作溫度很高，足以將氧化銻轉化成液態(tài)。
氧化銻和部分穿梭合金被緩慢排放到還原爐中被氧化鋁還原。就銻的這一鋁熱反應而言，為了最佳地控制這一放熱反應，鋁還原劑被引入穿梭合金中。與穿梭合金結合的銻與部分鋁循環(huán)到反應池的陽極，然后引起陽極對氧化銻的部分“原位”還原。形成的氧化鋁與氧化銻一起去除。
在這種反應中，最好將鋁熱反應釋放的熱量供給碳酸鋰的脫碳酸化反應，形成用于給過程加料的氧化鋰。同樣，最好的是，給形成的氧化鋁按比例補充必要的二氧化硅和生石灰，用以形成具有“含鋁水泥”組成的“爐渣”。在爐渣冷卻前，可將部分釋放出的熱量供CaCO3脫碳酸化成為CaO。
可對氧化鋰加入少量氧化鎂(MgO)或生石灰(CaO)，用以生產鋰/鎂合金或鋰/鈣合金。實施例7鋅的生產本實施例的過程由圖7表示。
某些含鋅礦石含有高比例的鐵和鉛，這對本發(fā)明方法是有利的，但是這在現(xiàn)有技術的方法中則會產生問題。在本實施例中，原穿梭材料包含鋅、鐵或鉛的化合物，與氧化鋰組合成陰極熔體形式。陽極的碳酸鹽化反應引起了鉛、鐵和鋅的還原。在過程的第二階段，含有鋅、鐵或鉛的化合物的穿梭合金被送至真空蒸餾爐中，在此，鋅與鐵/鉛分離。實施例8鈦的生產實施例4(以及相應的圖4)描述了本發(fā)明方法用氧化鋰作為還原劑原位還原氧化鈦的一種實施方式。在本實施例中，原穿梭材料與氧化鋰組合成為陰極熔體形式。陽極的碳酸鹽化反應引起了氧化鈦的還原。在過程的第二階段，包含Ti3Bi和Ti2Bi的穿梭合金被送至真空蒸餾爐中，在此，鈦化合物從穿梭合金中分離出來。
在本實施例中，為了提高反應池的效率，在陽極熔體和陰極之間使用了一些中間電極。(參見圖9和圖10)。為了促進鋰化合物或其它還原劑的反應，中間電極的表面可以是尖嘴狀/園錐狀或含許多個平面或含許多個比鄰的表面，使得液體能夠從中間流過，并經(jīng)過中間電極的表面。
可以對以上實施方案加以進一步的拓展，在本發(fā)明的精神和范圍內可進行多種修改，這些修改可包括新的特征和本文所述特征的新的組合。對于本領域熟練技術人員來說，在此描述的本發(fā)明是可以有變動和改進的，而不是限于上面具體的敘述。應該理解，本發(fā)明包涵所有這些變動和改進，它們都屬于本發(fā)明范圍之內。
根據(jù)PCT第19條的聲明要指出的是，在國際檢索報告中查閱了6篇參考文獻，其中兩篇，即US4,400,247(Ginatta)和US-4,578,242(sharma)歸為X類，其余歸為A類。
作為答復，在此提交一套修改的權利要求書。在新修改的權利要求書中，對原權利要求1的修改為內容上的添加，并增加了由權利要求1派生的，針對鈦和鎢的新獨立權利要求2和3。原權利要求2至21重新編號為4至23。
我們認為修改后的權利要求1和新的權利要求2和3超越了所有的引用文獻。
就US-4,400,247和US-4,578,242而言，我們認為，新修改的權利要求書所限定的本發(fā)明方法與參考文獻有明顯的區(qū)別，理由如下。
US-4,400,247涉及在包含一系列不同兩性電極的電解池中利用金屬化合物的陰極溶解液來生產金屬或類金屬。
相反，本發(fā)明方法涉及形成一種穿梭合金，其作用在于，在沒有鹵化鹽存在條件下，保護其中的被還原金屬不與至少氧和氮反應。本發(fā)明方法不依賴于電解液的存在。本發(fā)明與參考文獻的區(qū)別，首先在于穿梭合金的形成，其次在于保護被還原金屬不與氧或氮反應。
US-4,578,242(sharma)涉及通過在氯化鈣和鈉金屬的熔體中的分散來還原稀土金屬氧化物。
相反，本發(fā)明方法涉及的是主族金屬氧化物，它們在不含鹵化鹽的原穿梭材料存在條件下被還原。本發(fā)明方法并不涉及稀土金屬氧化物或例如氯化鈣等鹵化鹽的使用。所以，本發(fā)明與參考文獻至少有兩點區(qū)別，其一是用于諸如鈦和鎢等主族金屬，另一點是原穿梭材料和穿梭合金中不含鹵化鹽。
權利要求書按照條約第19條的修改1．一種由包括堿土金屬氧化物和堿金屬氧化物在內的主族金屬氧化物生產金屬或合金的方法，其特征在于，在第一階段，金屬氧化物在原穿梭材料存在條件下被還原，原穿梭材料與被還原金屬形成穿梭合金，穿梭合金保護被還原金屬不與氧和氮反應；在第二階段，被還原金屬從穿梭合金中分離，成為純金屬或合金，原穿梭材料和穿梭合金不含鹵化鹽。
2．一種由鈦的氧化物生產鈦或鈦合金的方法，其特征在于，在第一階段，鈦的氧化物在包含鉍的原穿梭材料存在條件下被還原，原穿梭材料與被還原鈦形成穿梭合金，并保護被還原的鈦不與氧和氮反應；在第二階段，被還原鈦從穿梭合金中分離，成為金屬鈦或鈦合金，原穿梭材料和穿梭合金不含鹵化鹽。
3．一種由鎢的氧化物生產鎢或鎢合金的方法，其特征在于，在第一階段鎢的氧化物在包含鉍的原穿梭材料存在條件下被還原，原穿梭材料與被還原鎢形成穿梭合金，并保護被還原的鎢不與氧和氮反應；在第二階段，被還原的鎢從穿梭合金中分離，成為金屬鎢或鎢合金，原穿梭材料和穿梭合金不含鹵化鹽。
4．根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中利用化學方法、電化學方法或化學方法與電化學方法的組合來還原金屬氧化物。
5．根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的方法，其中用陽極碳酸鹽化作用來促進或推動第一階段金屬氧化物的還原。
6．根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的方法，其中的原穿梭材料發(fā)生陽極氧化作用，使得金屬氧化物的氧轉移到被原穿梭材料中。
7．根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其中是將一種還原劑用于金屬氧化物的還原，至少有部分還原劑是游離的和/或轉移到原穿梭材料中。
8．根據(jù)權利要求7所述的方法，其中的金屬氧化物被選自鋁、鈣、鋰、鎂、鈉、鉀及其它們的化合物的還原劑所還原。
9．根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中原穿梭材料所含的金屬選自銻或鉍或它們的組合。
10．根據(jù)權利要求8或9所述的方法，其中原穿梭材料還包含鉛。
11．根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，來自第二階段的穿梭合金被循環(huán)返回到第一階段，所述過程得以連續(xù)進行。
12．根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，在方法的第二階段，利用真空蒸餾將被還原金屬從穿梭合金中分離，穿梭合金以蒸汽的形式冷凝在方法第一階段所用的金屬氧化物和/或其它組分上返回第一階段。
13．根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中金屬或合金形式的被還原金屬提供給下游加工過程。
14．根據(jù)前述權利要求1或4至13中任一項所述的方法，其中金屬氧化物所含的金屬選自鈦、鋯、鉻、鉬、鎢、鎂、鋰、鈹、鈉、鈣、鋅或鉀，以及它們的組合。
15．根據(jù)權利要求14所述的方法，其中金屬氧化物選自TiO2、Li2O、MgO、CaO、Ta2O5、ZnO、ZrO2、FeTiO3、FeCr2O4、MnCr2O4或ZrSiO4。
16．根據(jù)權利要求1、2或4至13中任一項所述的方法，其中的金屬氧化物是鈦的氧化物，穿梭合金包含Ti3Bi和/或Ti2Bi。
17．根據(jù)權利要求16所述的方法，其中鈦的氧化物的形式是鈦鐵礦或金紅石。
18．根據(jù)權利要求1或4至13中任一項所述的方法，其中的金屬氧化物是氧化鋰，穿梭合金包含Li3Bi和/或Li3Sb。
19．根據(jù)權利要求1至13中任一項所述的方法，其中的金屬氧化物是鎂的氧化物，穿梭合金包含Mg3Sb2和/或Mg2Pb。
20．根據(jù)權利要求1至13中任一項所述的方法，其中的金屬氧化物是鉻的氧化物，穿梭合金包含CrSb3。
21．根據(jù)權利要求1至13中任一項所述的方法，其中的金屬氧化物是鋯的氧化物，穿梭合金包含Zr和/或ZrSi2。
22．根據(jù)權利要求21所述的方法，其中鋯的氧化物以二氧化鋯礦或鋯石的形式存在，控制反應條件使得包含Zr和/或ZrSi2的穿梭合金不含有鉿和含鉿化合物。
23．基本上如實施例所述的方法。
權利要求
1．一種由金屬氧化物生產金屬或合金的方法，其特征在于，在第一階段，金屬氧化物在原穿梭材料存在條件下被還原，原穿梭材料與被還原金屬形成穿梭合金；在第二階段，被還原金屬從穿梭合金中分離，成為純金屬或合金。
2．根據(jù)權利要求1所述的方法，其中利用化學方法、電化學方法或化學方法與電化學方法的組合來還原金屬氧化物。
3．根據(jù)權利要求2所述的方法，其中用陽極碳酸鹽化反應來促進或推動第一階段金屬氧化物的還原。
4．根據(jù)權利要求2所述的方法，其中的原穿梭材料發(fā)生陽極氧化作用，使得金屬氧化物的氧轉移到原穿梭材料中。
5．根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中是及將一種還原劑用于金屬氧化物的還原，至少有部分還原劑是游離的和/或轉移到原穿梭材料中。
6．根據(jù)權利要求4所述的方法，其中的金屬氧化物被選自鋁、鈣、鋰、鎂、鈉、鉀及其它們的化合物的還原劑所還原。
7．根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中原穿梭材料所含的金屬選自銻或鉍或它們的組合。
8．根據(jù)權利要求6所述的方法，其中原穿梭材料包含鉛。
9．根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，由于來自第二階段的穿梭合金被循環(huán)返回到第一階段，所述過程得以連續(xù)進行。
10．根據(jù)權利要求8所述的方法，在方法的第二階段，利用真空蒸餾將被還原金屬從穿梭合金中分離，穿梭合金以蒸汽的形式冷凝在方法第一階段所用的金屬氧化物和/或其它組分上返回第一階段。
11．根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中金屬或合金形式的被還原金屬提供給下游加工過程。
12．根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中金屬氧化物所含的金屬選自鈦、鋯、鉻、鉬、鎢、鎂、鋰、鈹、鈉、鈣、鋅或鉀，以及它們的組合。
13．根據(jù)權利要求12所述的方法，其中金屬氧化物選自TiO2、Li2O、MgO、CaO、Ta2O5、ZnO、ZrO2、FeTiO3、FeCr2O4、MnCr2O4或ZrSiO4。
14．根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的方法，其中的金屬氧化物是鈦的氧化物，穿梭合金包含Ti3Bi。
15．根據(jù)權利要求14所述的方法，其中鈦的氧化物的形式是鈦鐵礦或金紅石。
16．根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的方法，其中的金屬氧化物是氧化鋰，穿梭合金包含Li3Bi和/或Li3Sb。
17．根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的方法，其中的金屬氧化物是鎂的氧化物，穿梭合金包含Mg3Sb2和/或Mg2Pb。
18．根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的方法，其中的金屬氧化物是鉻的氧化物，穿梭合金包含CrSb3。
19．根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的方法，其中的金屬氧化物是鋯的氧化物，穿梭合金包含Zr和/或ZrSi2。
20．根據(jù)權利要求19所述的方法，其中鋯的氧化物以二氧化鋯礦或鋯石的形式存在，控制反應條件使得包含Zr和/或ZrSi2的穿梭合金不含有鉿和含鉿化合物。
21．基本上如實施例所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及用穿梭合金從氧化物中獲取金屬的方法,尤其是由鈦鐵礦、金紅石形式的二氧化鈦來獲取金屬鈦。本方法可用于獲取各種金屬,例如鋯、鉻、鉬、鎢、鉭、鋰、鈷、鋅這些元素金屬或合金。本發(fā)明方法包括兩個階段,第一階段,金屬氧化物在原穿梭材料存在條件下被還原,穿梭材料與被還原金屬形成穿梭合金,第二階段,被還原金屬從穿梭合金中分離,成為純金屬或合金。原穿梭材料通常包含鉍或銻或兩者的混合物,有時還含鉛。還原反應可以通過化學方法或電化學方法或兩者的組合來進行。本方法可將兩個階段連接起來連續(xù)進行。使得自第二階段回收的能量可傳送至第一階段用于推動金屬氧化物的還原反應或其它反應,例如用作熔劑的碳酸鈣的脫碳酸化。加入二氧化硅之類物質,可有助于回收例如含鋁水泥等副產物。
文檔編號C22B5/00GK1236399SQ97199446
公開日1999年11月24日 申請日期1997年9月23日 優(yōu)先權日1996年9月30日
發(fā)明者克勞德·福汀 申請人:克勞德·福汀