一种氟化物熔盐体系中热电还原制备金属钒的方法

摘要

本发明涉及一种金属钒的具体制备方法，属于有色金属冶金领域。本发明所解决的技术问题是提供了一种生产金属钒的低成本、无污染、连续生产的制备方法。此工艺过程简单、环保、成本低、能耗低，适合于规模化、工业化生产。此制备方法包括以下几个步骤：a、取一定量的多钒酸铵粉末，添加水和粘结剂搅拌均匀，然后压片后烘干；b、将片体放在烧结炉内，按照一定的升温制度升温，首先通入煤气进行煤气还原制备V2O3样品，然后通入氩气保护气，升温到烧结温度保温一段时间后冷却（在保护气氩气气氛下随炉冷却）；c、将烧结后的样品作为阴极、石墨作为阳极，放入AlF3‑NaF‑MgF2‑Al2O3熔盐体系中通直流电进行电解；d、电解3 h后取出阴极片，用AlCl3溶液清洗后即得金属钒，其纯度大于99%。此发明可应用于钒冶炼厂等企业，为制备金属钒提供了一种更具有竞争力的方法。

权利要求

1.一种氟化物熔盐体系中热电还原制备金属钒的方法，其特征在于：a.将一定量的多钒酸铵粉末压片后进行煤气还原及高温烧结制得高强度、高比表面积的V2O3样品；

b.将所得V2O3样品作为阴极、石墨作为阳极，放入AlF3-NaF-MgF2-Al2O3熔盐体系中通直流电进行电解；

c.步骤b中所用的AlF3-NaF-MgF2-Al2O3熔盐成分为：NaF/AlF3分子比为1~9，MgF2在熔盐中浓度为0% 4%，Al2O3在熔盐中浓度为0% 3%，电解时外加电压为3 V  4.5V，温度为900℃~ ~ ~ ~

1100℃。

d.电解3 h后取出阴极片，用AlCl3溶液清洗后即得金属钒。

e.步骤b中熔盐电脱氧过程是在惰性气氛保护下进行。

说明书

一种氟化物熔盐体系中热电还原制备金属钒的方法

技术领域

[0001] 本发明属于有色金属冶金领域，具体涉及采用工业冰晶石熔盐体系电解制备金属钒。

背景技术

[0002] 传统工业上制备金属钒的方法是首先通过湿法冶金工艺制备出多钒酸铵或者偏钒酸铵，然后在空气中烧结生成V2O5，之后通过其他金属（Ca、Al、Mg等）或碳的热还原得到粗钒，如钙热还原法、铝热还原法、镁热还原法等；最后通过高温真空精炼或者电解精炼或者碘精炼法得到纯度较高的金属钒。从以上可以看出该方法制取工艺流程长，工艺过程繁琐，成本高，对环境污染较大，并且不可连续生产。

[0003] 申请号为200810305842.2的专利申请公开了“一种金属钒的制备方法”其采用熔盐电脱氧的方法制备金属钒，将V2O3粉末为原料，压制成片状作为阴极，石墨为阳极，采用的熔盐体系为CaCl2-CaO，电解时间为8h。但此方法的电解时间长，熔盐挥发严重，且产生有害气体。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对现有工艺的不足，提供一种制备金属钒的新方法。该方法以多钒酸铵为原料，采用短流程技术获得具有高比表面积、高强度的V2O3样品，大大有利于后续的热电还原过程，且无需进行金属钒的精炼。此工艺简单可靠，无污染、成本低、电解时间短，可实现大规模工业化生产。

[0005] 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

[0006] a、取一定量的多钒酸铵粉末，添加水和粘结剂搅拌均匀，然后压片后烘干。所用样品的含水率为0% 25%、粘结剂用量为0% 3%、压片压力为100 300 MPa、烘干时间为2 10h。~ ~ ~ ~

[0007] b、将片体放在烧结炉内，按照一定的升温制度升温，首先通入煤气进行煤气还原，然后通入氩气保护气，最后升温到烧结温度保温一段时间后冷却（在保护气氩气气氛下随炉冷却）。

[0008] 升温制度为：升温到350℃保温30 min，其目的是使多钒酸铵在350℃下受热分解生成V2O5，此期间通入氩气保护气；温度在350℃保温30 min后通入煤气，然后升温到750℃保温30 min进行煤气还原，其目的在于在750℃时，煤气还原效果最好；保温30min后通入氩气，温度升温到1000 1300℃进行烧结，烧结1 3h后冷却，其主要目的在于增强样品的强度。~ ~

[0009] c、将烧结后的样品作为阴极、石墨作为阳极，放入AlF3-NaF-Al2O3熔盐体系中通直流电进行电解。

[0010] 熔盐中NaF/AlF3分子比为1~9，MgF2在熔盐中的浓度为0%~4%，Al2O3在熔盐中的浓度为0% 3%，电解时外加电压为3 4.5V，温度为900 1100℃，电解时间2 3h。~ ~ ~ ~

[0011] d、电解3h后取出阴极片，用AlCl3溶液清洗后即得金属钒。

[0012] 将制备的金属钒置入浓度为30%AlCl3溶液中，在80~100℃下清洗2~6h。

[0013] 发明人采用氟化物熔盐体系热电还原V2O3制备金属钒的目的主要有以下几个方面：“煤气还原+烧结”可以有效提高V2O3样品的强度和比表面积，有利于后续电解反应的进行；与绝大多数金属氧化物相比，V2O3具有较强的导电性，利于电解反应；电解中采用氟化物熔盐体系，此熔盐体系具有电解速率高（缩短电解时间）、来源广等优点，并且可使用现有的工业铝电解设备进行生产。

[0014] 与现有的工艺相比，本发明的优点是：

[0015] 1、本发明采用氟化物熔盐体系，避免了原有氯化物体系蒸汽压高（挥发损失大）、电解过程产生污染气体等问题；

[0016] 2、本发明可以采用现有的铝电解设备和熔盐进行电解制备金属钒；

[0017] 3、本发明工艺流程短、无污染、生产成本低。

具体实施方式

[0018] 此工艺通过采用氟化物熔盐体系可大大减少熔盐的电解时间，以下通过实施例的形式具体实施方式，对本发明的上述内容再进一步详细说明。但本发明的保护范围不仅仅局限于下述的实施例：

[0019] 实施例1

[0020] 将多钒酸铵粉末与粘结剂（糊精）充分搅拌后放入模具内，施加245MPa的压力压制成片，片体厚度4mm。将压制好的片体放在烘干箱内烘干8h，之后将烘干好的片体放入烧结炉内，温度以5℃/min升温，升温之前通入氩气，温度升温到350℃并且保温30min后通入生活煤气进行煤气还原，之后升温到750℃并且保温30min后再改通入氩气直至升温到1200℃且保温2h后随炉冷却。将冷却后的片体作为阴极，石墨坩埚为阳极，在惰性气体保护下，放入到以工业冰晶石为熔盐的石墨坩埚内进行电解（添加含量分别为整个熔盐质量2%和0.5%的MgF2和Al2O3），电解温度为1000℃、电解时间3h、分解电压3.5V，将电解后的样品取出后冷却、研碎后放在浓度为30%的AlCl3溶液中，在95℃下浸泡3h后，用水清洗样品后过滤，所得滤渣即为金属钒，其纯度可达到99.5%。

[0021] 实施例2

[0022] 将多钒酸铵粉末与粘结剂（糊精）充分搅拌后放入模具内，施加230MPa的压力压制成片，片体厚度4 mm。将压制好的片体放在烘干箱内烘干8h，之后将烘干好的片体放入烧结炉内，温度以5℃/min升温，升温之前通入氩气，温度升温到350℃并且保温30min后通入生活煤气进行煤气还原，之后升温到750℃并且保温30min后再改通入氩气直至升温到1250℃且保温2h后随炉冷却。将冷却后的片体作为阴极，石墨坩埚为阳极，在惰性气体保护下，放入到以工业冰晶石为熔盐的石墨坩埚内进行电解（添加含量分别为整个熔盐质量3%和1%的MgF2和Al2O3），电解温度为950℃、电解时间2.5h、分解电压4V，将电解后的样品取出后冷却、研碎后放在浓度为40%的AlCl3溶液中，在80℃下浸泡5h后，用水清洗样品后过滤，所得滤渣即为金属钒，其纯度可达到99.7%。

[0023] 该工艺简单易行、可持续生产、不污染环境、成本低、可直接采用铝电解设备进行生产、应用前景广泛。