单质制备设备和制备方法

本申请涉及提取冶金和资源回收领域，更具体地说，涉及一种单质制备设备和制备方法。

背景技术：

1、通过从含有目标元素化合物(如磷酸盐或硫酸盐)的原料(例如磷矿石、污泥灰、钢渣、磷石膏等)中可以制备目标元素单质，如磷(可以为黄磷(又称为白磷))或硫。现有技术中，虽然可以通常采用直接碳热还原或高温热分解的方式，将目标元素化合物还原为单质，但在制备过程中，由于需要使用大量焦炭并且需要维持较高的反应温度，导致能耗和成本较高。

2、因此，如何兼顾成本和效率成为本申请需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提出了一种单质制备设备，以降低能耗和成本。

2、本申请提供一种单质制备设备，其中，所述单质制备设备包括加料室和制备室，所述加料室用于加热熔盐，所述加料室设置有用于向所述熔盐中投放含目标元素组分的原料的投料部，所述制备室与所述加料室流体连通且连通处设置有过滤部，以允许所述熔盐浸出的含目标元素离子进入所述制备室，所述制备室设置有用于向其中投放还原剂的投放部和用于收集通过还原反应产生的目标元素的气态单质的收集部。

3、可选地，所述制备室与所述加料室的连通处设置有过滤部。

4、可选地，所述制备室与所述加料室的连通处设置有循环装置。

5、可选地，所述加料室包括用于容纳所述熔盐和原料的腔体部和用于加热所述腔体部的加热部，所述投料部包括设置在所述腔体部顶部的投料口和/或设置在所述腔体部的液面以下的侧部的投料管。

6、可选地：所述投放部包括设置在所述制备室的液面以上部分的投放口和/或设置在所述制备室的液面以下侧部的投放管；和/或，所述收集部包括设置在所述制备室顶部的蒸气塔和与所述蒸气塔连接以冷凝气态单质的冷凝器。

7、可选地，所述加料室的底部设置有第一排渣口，和/或，所述制备室的底部设置有第二排渣口。

8、本申请还提供一种单质制备方法，其中，所述单质制备方法包括：s1.通过熔盐浸出原料中的目标元素组分，形成自由的含目标元素离子；s2.通过向所述熔盐中投放还原剂，使所述含目标元素离子还原以形成目标元素的气态单质；s3.收集所述气体单质。

9、可选地，所述单质为黄磷或硫。

10、可选地，所述熔盐包括金属氯化物、金属氟化物中的至少一者，使所述熔盐保持600℃-1000℃；和/或，步骤s2中，所述单质为黄磷，在所述熔盐中的目标元素离子浓度达到0.3％时投放所述还原剂；或者所述单质为硫，在所述熔盐中的目标元素离子浓度达到3％时投放所述还原剂。

11、可选地，所述还原剂包括镁、铝、硅、钙、碳中至少一种元素的单质或合金或者还原性气体；和/或，所述单质制备方法使用本申请的单质制备设备。

12、根据本申请的技术方案，通过熔盐浸出含目标元素离子，通过还原剂使含目标元素离子发生还原反应而产生气态单质，无需直接使用焦炭且能够在较低的温度下进行反应，能够在保持生产效率的同时显著降低生产成本，提高生产过程和产品的清洁度。

13、本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种单质制备设备，其特征在于，所述单质制备设备包括加料室(10)和制备室(20)，所述加料室(10)用于加热熔盐，所述加料室(10)设置有用于向所述熔盐中投放含目标元素组分的原料的投料部，所述制备室(20)与所述加料室(10)流体连通且连通处设置有过滤部(40)，以允许所述熔盐浸出的含目标元素离子进入所述制备室(20)，所述制备室(20)设置有用于向其中投放还原剂的投放部和用于收集通过还原反应产生的目标元素的气态单质的收集部。

2.根据权利要求1所述的单质制备设备，其特征在于，所述制备室(20)与所述加料室(10)的连通处设置有过滤部(40)。

3.根据权利要求1所述的单质制备设备，其特征在于，所述制备室(20)与所述加料室(10)的连通处设置有循环装置(30)。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的单质制备设备，其特征在于，所述加料室(10)包括用于容纳所述熔盐和原料的腔体部和用于加热所述腔体部的加热部，所述投料部包括设置在所述腔体部顶部的投料口(11)和/或设置在所述腔体部的液面以下的侧部的投料管。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的单质制备设备，其特征在于：

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的单质制备设备，其特征在于，所述加料室(10)的底部设置有第一排渣口(12)，和/或，所述制备室(20)的底部设置有第二排渣口(24)。

7.一种单质制备方法，其特征在于，所述单质制备方法包括：

8.根据权利要求7所述的单质制备方法，其特征在于，所述单质为黄磷或硫。

9.根据权利要求8所述的单质制备方法，其特征在于，所述熔盐包括金属氯化物、金属氟化物中的至少一者，使所述熔盐保持600℃-1000℃；和/或，步骤s2中，所述单质为黄磷，在所述熔盐中的目标元素离子浓度达到0.3％时投放所述还原剂；或者所述单质为硫，在所述熔盐中的目标元素离子浓度达到3％时投放所述还原剂。

10.根据权利要求8或9所述的单质制备方法，其特征在于，所述还原剂包括镁、铝、硅、钙、碳中至少一种元素的单质或合金或者还原性气体；和/或，所述单质制备方法使用权利要求1-6中任意一项所述的单质制备设备。

技术总结
本申请公开了单质制备设备和制备方法，其中，所述单质制备设备包括加料室(10)和制备室(20)，所述加料室用于加热熔盐，所述加料室设置有用于向所述熔盐中投放含目标元素组分的原料的投料部，所述制备室与所述加料室流体连通且连通处设置有过滤部(40)，以允许所述熔盐浸出的含目标元素离子进入所述制备室，所述制备室设置有用于向其中投放还原剂的投放部和用于收集通过还原反应产生的目标元素的气态单质的收集部。通过熔盐浸出含目标元素离子，通过还原剂使含目标元素离子发生还原反应而产生气态单质，无需直接使用焦炭且能够在较低的温度下进行反应，能够在保持生产效率的同时显著降低生产成本，提高生产过程和产品的清洁度。

技术研发人员：杨肖,林世伟
受保护的技术使用者：西湖大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24