一種離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法，屬于有色金屬冶金技術領域。在惰性氣氛下，以石墨坩堝為陰極，將方鉛礦置于石墨坩堝底部，離子液體為電解液，將石墨棒為陽極插入到電解液中但不接觸到底部的方鉛礦，在電解溫度為50~80℃、槽電壓為2.5~3.2V條件下電解5~15h，最后取出石墨坩堝底部粉末經(jīng)沖洗分離出單質硫，干燥后即得到金屬鉛粉。該方法將離子液體作為電解質應用于方鉛礦的電解還原一步提取金屬鉛，可以顯著縮短從方鉛礦到鉛的生產(chǎn)流程。
【專利說明】
一種離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法，屬于有色金屬冶金技術領域。
【背景技術】
[0002]金屬鉛因其具有良好的延展性、化學穩(wěn)定性及抗酸堿腐蝕能力，廣泛應用于鉛蓄電池、汽油添加劑、電纜保護套、輻射防護、工業(yè)潤滑劑和設備防腐防漏等領域。用于金屬鉛生產(chǎn)的硫化鉛精礦的主要成分為方鉛礦(PbS)，同時還伴有閃鋅礦、輝銀礦、黃鐵礦等其他硫化物。目前，鉛冶煉仍以火法為主，其產(chǎn)量約占世界礦產(chǎn)鉛總量的60%。但是，傳統(tǒng)的火法煉鉛工藝存在環(huán)境污染嚴重和鉛中毒等突出問題，極大地限制了其在世界范圍內的使用。經(jīng)過多年發(fā)展，Ki vcet熔煉法、QSL熔煉法、澳斯麥特熔煉法、艾薩熔煉法以及我國的水口山法等一些現(xiàn)代火法煉鉛技術雖然解決了煉鉛煙氣治酸的問題，但要徹底消除鉛污染，達到相關排放標準和要求，還存在許多技術難題亟待解決。在能源短缺、溫室效應加劇的嚴峻形勢下，濕法煉鉛工藝的開發(fā)得到人們的高度重視。目前濕法煉鉛還處于研究階段，主要有礦漿電解法、氟硼酸鉛溶液電解法、氯化鉛溶液電解法、氟硅酸鉛溶液電解法，上述方法能有效避免SO2氣體及含鉛煙塵的產(chǎn)生，同時對低品位及復雜鉛精礦的適應性較強，發(fā)展?jié)摿^大。然而這些方法均存在原料價格昂貴、電解質腐蝕性強和設備要求高等突出問題，難以實現(xiàn)規(guī)?；I(yè)推廣應用。因此，為解決現(xiàn)有煉鉛工藝存在的問題，研究一種全新的直接電解還原方鉛礦一步制備金屬鉛和單質硫的理論和方法，從源頭上簡化鉛冶煉的生產(chǎn)工藝，降低設備要求，減少三廢排放，節(jié)能降耗，符合當前資源環(huán)境和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的基本要求，具有重要的科學意義和廣闊的工業(yè)應用前景。離子液體的發(fā)現(xiàn)和應用為實現(xiàn)這一目標提供了一條新途徑。
[0003]離子液體是室溫離子液體的簡稱，是由特定陽離子和陰離子構成的在室溫或近于室溫下呈液態(tài)的熔鹽體系，構成離子液體的陽離子主要有咪唑類、吡啶類、吡咯類、季銨鹽等，與之相對應的陰離子主要有Cr、Br_、PF6_、N03_、BF4'CF3COO'CF3SO3'CF3C02_、N(CF3SO2)2_等。與其他溶劑相比，離子液體具有揮發(fā)性小、熱穩(wěn)定性高、液態(tài)范圍大、電化學窗口寬、可溶解許多有機物和無機物等優(yōu)異的物理化學性質，因此被廣泛應用于有機合成、溶解分離和功能材料等領域。離子液體作為溶劑不僅可以溶解很高濃度的金屬鹽(可達5mol/L以上)，而且能夠提供一種與傳統(tǒng)溶劑完全不同的反應環(huán)境，使其中發(fā)生的化學反應可能獲得與傳統(tǒng)化學反應完全不同的結果。在金屬電解還原方面，離子液體是一種理想的室溫液態(tài)電解質，它融合了高溫熔鹽和水溶液的優(yōu)點:具有較寬的電化學窗口，在室溫下即可得到在高溫熔鹽中才能電解得到的金屬和合金，而沒有高溫熔鹽那樣的強腐蝕性；同時，由于離子液體具有良好的導電性和較負的還原電勢，在室溫下即可得到大多數(shù)能在水溶液中得到的金屬和合金且無副反應。離子液體的上述特性使之成為制備金屬及合金的優(yōu)良液體介質。
[0004]發(fā)明人之前研究的申請?zhí)枮椤?01410321997.0”、名稱為“一種低共熔溶劑原位還原氧化鉛制取鉛的方法”專利申請，以氧化鉛為原料，碳酸氫銨為造孔劑，聚乙烯醇為粘結劑，將上述三種物料混合均勻后壓制成塊狀氧化鉛，在氬氣氣氛中燒制成氧化鉛電極;低共熔溶劑中以石墨為陽極，氧化鉛電極為陰極進行電解得到高純金屬鉛。但是上述專利所使用的鉛原料為氧化物，而自然界中鉛的礦物原料分為硫化礦和氧化礦，其中硫化礦屬原生礦，分布最廣。鉛的硫化礦主要是方鉛礦，是當今煉鉛的主要原料，因此，研究以方鉛礦為原料在低溫下一步制備金屬鉛和單質硫的方法具有廣闊的工業(yè)應用前景。

【發(fā)明內容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法。該方法將離子液體作為電解質應用于方鉛礦的電解還原一步提取金屬鉛，可以顯著縮短從方鉛礦到鉛的生產(chǎn)流程，消除SO2氣體排放污染，降低電解過程的能耗、提高電流效率、減少設備腐蝕，實現(xiàn)金屬鉛和單質硫的綠色生產(chǎn)，從技術上解決傳統(tǒng)生產(chǎn)方法存在的諸多問題，是極具發(fā)展前景的電化學冶金新方法，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)。
[0006]—種離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法，其具體步驟如下:在惰性氣氛下，以石墨坩禍為陰極，將方鉛礦置于石墨坩禍底部，離子液體為電解液，將石墨棒為陽極插入到電解液中但不接觸到底部的方鉛礦，在電解溫度為50?80°C、槽電壓為2.5?3.2V條件下電解5?15h，最后取出石墨坩禍底部粉末經(jīng)沖洗分離出單質硫，干燥后即得到金屬鉛粉。
[0007 ]所述方鉛礦的含鉛質量百分比為38%?66%。
[0008]所述離子液體為低共熔溶劑、[BMIM]AlCl3、[BMni]BF4S[BMnCPF6。
[0009]所述低共熔溶劑將季銨鹽與多元醇按照摩爾比(I?3):(2?5)混合，然后在溫度為70-90 0C條件下混合均勻制備得到。
[0010]所述季銨鹽為氯化膽堿、四甲基氯化銨、四丁基氯化銨、四甲基氟化銨或四丁基溴化銨。
[0011]所述多元醇為乙二醇、丙三醇或木糖醇。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:將離子液體作為電解質應用于方鉛礦的電解還原一步提取金屬鉛和單質硫，可以顯著縮短從方鉛礦到鉛的生產(chǎn)流程，消除SO2氣體排放污染，降低電解過程的能耗、提高電流效率、減少設備腐蝕，實現(xiàn)金屬鉛和單質硫的綠色生產(chǎn)，從技術上解決傳統(tǒng)生產(chǎn)方法存在的諸多問題，是極具發(fā)展前景的電化學冶金新方法，并為其它硫化礦提取金屬提供了理論指導。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實施例1石墨坩禍中的電解產(chǎn)物照片圖；
圖2是本發(fā)明實施例1制取得到的鉛粉XRD圖；
圖3是本發(fā)明實施例1制取得到的鉛粉微觀結構圖A;
圖4是本發(fā)明實施例1制取得到的鉛粉微觀結構圖B。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和【具體實施方式】，對本發(fā)明作進一步說明。
[0015]實施例1 該離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法，其具體步驟如下:
(1)在惰性氣氛下，將季銨鹽與多元醇按照摩爾比I: 2混合，在溫度為90°C (恒溫油浴)條件下混合均勻制備得到低共熔溶劑;其中季銨鹽為氯化膽堿，多元醇為乙二醇；
(2)以石墨坩禍為陰極，將Ig方鉛礦(方鉛礦的含鉛質量百分比為38%)置于石墨坩禍底部，以步驟(I)得到的30ml低共熔溶劑為電解液，將石墨棒為陽極插入到電解液中但不接觸到底部的方鉛礦，在電解溫度為50°C、槽電壓為2.5V條件下電解5h，最后取出陰極石墨坩禍底部粉末(石墨坩禍中的電解產(chǎn)物照片圖如圖1所示)經(jīng)沖洗分離出單質硫，干燥后即得到金屬鉛粉，其粒徑為I?5 Mi，制取得到的金屬鉛粉的XRD圖如圖2所示，其微觀結構如圖3和4所示。
[0016]實施例2
該離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法，其具體步驟如下:
(1)在惰性氣氛下，將季銨鹽與多元醇按照摩爾比2:4混合，在溫度為70°C(恒溫油浴)條件下混合均勻制備得到低共熔溶劑;其中季銨鹽為四丁基氯化銨，多元醇為丙三醇；
(2)以石墨坩禍為陰極，將Ig方鉛礦(所述方鉛礦的含鉛質量百分比為66%)置于石墨坩禍底部，以步驟(I)得到的30ml低共熔溶劑為電解液，將石墨棒為陽極插入到電解液中但不能接觸到底部的方鉛礦，在電解溫度為60°C、槽電壓為3.0V條件下電解10h，最后取出陰極石墨坩禍底部粉末經(jīng)沖洗分離出單質硫，干燥后即得到金屬鉛粉，其粒徑為I?5 μπι。
[0017]實施例3
該離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法，其具體步驟如下:
(1)在惰性氣氛下，將季銨鹽與多元醇按照摩爾比3:5混合，在溫度為70°C(恒溫油浴)條件下混合均勻制備得到低共熔溶劑;其中季銨鹽為四甲基氯化銨，多元醇為木糖醇；
(2)以石墨坩禍為陰極，將Ig方鉛礦(方鉛礦的含鉛質量百分比為57%)置于石墨坩禍底部，以步驟(I)得到的30ml低共熔溶劑為電解液，將石墨棒為陽極插入到電解液中但不能接觸到底部的方鉛礦，在電解溫度為80°C、槽電壓為3.2V條件下電解15h，最后取出陰極石墨坩禍底部粉末經(jīng)沖洗分離出單質硫，干燥后即得到金屬鉛，其粒徑為I?5 μπι。
[0018]實施例4
該離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法，其具體步驟如下:在惰性氣氛下，以石墨坩禍為陰極，將方鉛礦(方鉛礦的含鉛質量百分比為38%)置于石墨坩禍底部，[ΒΜΙΜ]AlCl3離子液體為電解液，將石墨棒為陽極插入到電解液中但不接觸到底部的方鉛礦，在電解溫度為70°C、槽電壓為2.9V條件下電解12h，最后取出陰極石墨坩禍底部粉末經(jīng)沖洗分離出單質硫，干燥后即得到金屬鉛粉。
[0019]實施例5
該離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法，其具體步驟如下:在惰性氣氛下，以石墨坩禍為陰極，將方鉛礦(方鉛礦的含鉛質量百分比為66%)置于石墨坩禍底部，[BMIM]BF4離子液體為電解液，將石墨棒為陽極插入到電解液中但不接觸到底部的方鉛礦，在電解溫度為60°C、槽電壓為3.0V條件下電解8h，最后取出陰極石墨坩禍底部粉末經(jīng)沖洗分離出單質硫，干燥后即得到金屬鉛粉。
[0020]實施例6
該離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法，其具體步驟如下:在惰性氣氛下，以石墨坩禍為陰極，將方鉛礦(方鉛礦的含鉛質量百分比為66%)置于石墨坩禍底部，[BMIM]PF6離子液體為電解液，將石墨棒為陽極插入到電解液中但不接觸到底部的方鉛礦，在電解溫度為50°C、槽電壓為3.2V條件下電解13h，最后取出陰極石墨坩禍底部粉末經(jīng)沖洗分離出單質硫，干燥后即得到金屬鉛粉。
[0021]以上結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【主權項】
1.一種離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法，其特征在于具體步驟如下:在惰性氣氛下，以石墨坩禍為陰極，將方鉛礦置于石墨坩禍底部，離子液體為電解液，將石墨棒為陽極插入到電解液中但不接觸到底部的方鉛礦，在電解溫度為50?80°C、槽電壓為2.5?3.2V條件下電解5?15h，最后取出石墨坩禍底部粉末經(jīng)沖洗分離出單質硫，干燥后即得到金屬鉛粉。2.根據(jù)權利要求1所述的離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法，其特征在于:所述方鉛礦的含鉛質量百分比為38%?66%。3.根據(jù)權利要求1所述的離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法，其特征在于:所述離子液體為低共熔溶劑、[BMnCAlCl3、[BMnCBF4S[BMnCPF6。4.根據(jù)權利要求3所述的離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法，其特征在于:所述低共熔溶劑將季銨鹽與多元醇按照摩爾比(I?3): (2?5)混合，然后在溫度為70?90°C條件下混合均勻制備得到。5.根據(jù)權利要求4所述的離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法，其特征在于:所述季銨鹽為氯化膽堿、四甲基氯化銨、四丁基氯化銨、四甲基氟化銨或四丁基溴化銨。6.根據(jù)權利要求4所述的離子液體電解還原方鉛礦提取金屬鉛的方法，其特征在于:所述多元醇為乙二醇、丙三醇或木糖醇。
【文檔編號】C25C5/02GK105908219SQ201610267768
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】汝娟堅, 華新, 華一新, 徐存英, 李堅, 張啟波, 李艷, 熊禮
【申請人】昆明理工大學