一种高碳粗杂钒精炼高纯金属钒方法

摘要

本发明提供了一种高碳粗杂钒精炼高纯金属钒方法，属于冶金化工领域。所述的一种高碳粗杂钒精炼高纯金属钒方法过程如下：首先将粗钒进行预处理制备成电极后，在熔融盐中以0.1～1.5A/cm

说明书

技术领域

本发明涉及一种高碳粗杂钒精炼高纯金属钒方法，属于冶金化工领域，具体涉及熔盐电解领域。

背景技术

随着我国工业技术的不断发展，突破行业瓶颈逐渐成为我国各行各业亟待解决的现状。纯金属尤其是钒金属，在航空航天、电子信息、海洋勘探及新型材料等领域具有广阔的应用，例如，高纯钒箔是最好的屏蔽材料。我国钒金属来源主要基于钒钛磁铁矿的冶炼，其是低品位复合共生矿，矿冶难度大，高品质的纯金属钒传统冶炼工艺主要有：(1)真空碳热还原法、(2)硅热还原法、(3)氮化钒的热分解法、(4)分步还原法、(5)钒氧化物或氯化物的金属热还原法，其中以钒氧化物的铝热还原最为普遍，以上方法普遍存在工业排放大，资源浪费严重，操作严苛，产品纯度不高，流程长等弊端。而基于粗杂钒直接电解制备纯钒的思路具备了极大得优势。基于此，本专利公布了一种粗杂钒电解精炼新方法。

近年来，熔盐电解技术被公认为是一种绿色可持续的新型冶金方法，对于钒金属的电解冶炼，刘守信曾在“低铬高纯金属钒生产工艺的研究”一文中曾提出在以粗氧化钒为原料配加铝精粉制备含钒95％的粗钒进行精炼后得到高纯钒，但其过程配入的铝精粉会带入未知杂质，亦对粗氧化钒的要求极大，尤其是铬、铁、铝等杂质的去除率不高；另电解过程通常首先要使用氯气制备VCl₂电解质，以达到阴极沉积钒精炼条件，种种要求限制了产品纯度，且造成了操作难度高及电流效率低的后果。本专利公布的一种粗杂钒精炼新方法中，对原料适应性广，且节省中间制备VCl₂高难度高危险环节，精炼得到了纯钒金属。刘威等在“熔盐电解精炼高碳铁合金制备纯净铁合金工艺优化分析”中基于熔盐电解技术精炼进行了综述，其中关于钒金属的描述，以碳化钒为原料，但需要利用氯气制备VCl₂，并外加入熔盐中，制备过程污染严重，安全性差，对设备要求苛刻；而针对铁合金的精炼过程是要实现金属之间的共沉积和杂质元素的溶出等，与精炼纯金属在机理上具有本质差别。所以，本专利公布的一种高碳粗杂钒精炼高纯金属钒方法操作简单，对原料适应性广的而具有纯钒精炼的发展优势。

发明内容

本发明提供的一种高碳粗杂钒精炼高纯金属钒方法，相比传统的纯钒金属处理工艺，具有原料适应性广，操作难度低，熔盐准备范围宽泛，不需要氯气制备VCl₂，精炼过程绿色可持续，纯钒金属产品纯度高等优势。

为实现上述目的，本发明方法提供的技术方案为：

一种高碳粗杂钒精炼高纯金属钒方法，精炼步骤如下：

(a)将V含量为60％～75％，C含量5％～20％的高碳粗杂钒原料破碎、研磨成粉状，以50-150MPa的压力在高压粉末成型压片机上成型为的块状体后，置于真空干燥箱中干燥备用。

(b)将块状高碳粗杂钒块粒放置于多孔阳极吊篮中，以熔融碱金属熔盐为电解质，在刚玉坩埚中电解精炼，全程在惰性气氛下进行；在炉温升至500～800℃后，将已准备好的阳极吊篮和阴极浸没至熔盐中进行电解，首先以0.1～1.5A/cm²的恒电流密度电解30min～300min进行预电解制盐，随后以0.2～1.5V的恒定槽电压电解10h以上。

(c)电解结束后，将阳极吊篮和阴极提起，待炉温冷却至室温后停止惰性气氛保护，取出阴极并分离阴极产物，在水浴超声中处理10min～120min后用稀盐酸/去离子水反复清洗获得高纯金属钒。

优选地，步骤(a)粗杂钒原料主要由V_xC_y、V_xO_y、Al₂O₃、C、SiO₂及其他杂质组成；

粗杂钒原料中各元素以质量分数计，V含量为60％～75％，C含量5％～20％，O含量为5％～15％，Al含量为1％～3％，Si含量为1％～5％，其他杂质元素含量为0.1％～2％；

优选地，阳极吊篮用金属钼网、镍网、钨网、钛网中的任意一种，且孔径0.25～0.075mm。阴极可以是钼片，镍片、不锈钢片、钒片中的任意一种。

优选地，步骤(b)电解炉温控制在650℃～750℃。

优选地，电解质熔盐可以是氯化钠、氯化钾、氯化铯、氯化镁、氯化锂、氯化钙、氟化钠、氟化钾、氟化镁、氟化锂、氟化钙、氟化铯中的一种或几种。

优选地，步骤(b)中预电解电流密度为0.5～1.2A/cm²，电解时间为60min～180min。

优选地，步骤(b)中恒电位电解槽电压0.4～1.0V，电解时间不少于15h。

与现有技术相比，本发明所述方法具有的优势如下：

本发明在直接以高碳粗杂钒为原料，基于熔盐电解技术，以碱金属氯化盐或氟化盐为电解质，采用自组装的电解阳极，以恒电流预电解制盐与恒电压电解精炼相结合的方式，在阴极得到纯金属钒，可精炼高碳粗杂钒，具有对原料适应性广，减少了电解过程杂质带入环节，精炼产品纯度高；本方法的精炼过程还简化了传统使用氯气制盐的高危繁杂操作，降低了对设备的严苛要求。

附图说明

图1为高碳粗杂钒原料的XRD谱图；

图2为精炼产品实物图；

图3精炼产品XRD谱图。

具体实施方式

为更清晰的阐述本发明，具体实施例进行讲述如下：

实施例1：

以质量分数计，取V含量为70.8％，C含量为18.5％，O含量为5.5％，Al含量为1.5％Si含量为2.2％，其他杂质元素含量为1.5％的粗杂钒原料，在50MPa压力下在高压成型压样机下压制为φ5mm×5mm的样品，取粗杂钒块25粒放置于0.212mm孔隙度镍网吊篮中；选取NaCl、KCl共晶盐为电解质，钼片为阴极，在650℃下以0.75A/cm²的电流密度电解90min，然后继续以0.2V的槽电压恒电位电解25h后提起阴、阳极，待炉温冷却至室温后，将阴极产物超声处理10min后，用稀盐酸与去离子水反复清洗5次后获得纯度为99.5％的金属钒。

实施例2：

以质量分数计，取V含量为75％，C含量为5％，O含量为14.0％，Al含量为3.0％Si含量为2.0％，其他杂质元素含量为2.0％的粗杂钒原料，在100MPa压力下在高压成型压样机下压制为φ5mm×5mm的样品，取粗杂钒块30粒放置于0.075mm孔隙度钼网吊篮中；选取CsCl、KCl、MgCl盐为电解质，镍片为阴极，在750℃下以1.1A/cm²的电流密度电解65min，然后继续以0.65V的槽电压恒电位电解30h后提起阴、阳极，待炉温冷却至室温后，将阴极产物超声处理110min后，用稀盐酸与去离子水反复清洗5次后获得纯度为99.9％的金属钒。

实施例3：

以质量分数计，取V含量为67.4％，C含量为14.3％，O含量为14.5％，Al含量为2.6％Si含量为1.1％，其他杂质元素含量为0.1％的粗杂钒原料，在150MPa压力下在高压成型压样机下压制为φ5mm×5mm的样品，取粗杂钒块45粒放置于0.18mm孔隙度镍网吊篮中；选取LiCl、KCl共晶盐为电解质，钼片为阴极，在500℃下以0.5A/cm²的电流密度电解170min，然后继续以0.8V的槽电压恒电位电解30h后提起阴阳极，待炉温冷却至室温后，将阴极产物超声处理100min后，用稀盐酸与去离子水反复清洗5次后获得纯度为99.8％的金属钒。

实施例4：

以质量分数计，取V含量为60％，C含量为20％，O含量为15％，Al含量为2％Si含量为1.0％，其他杂质元素含量为2％的粗杂钒原料，在100MPa压力下在高压成型压样机下压制为φ5mm×5mm的样品，取粗杂钒块30粒放置于0.075mm孔隙度钼网吊篮中；选取LiCl、KCl、MgCl盐为电解质，钒片为阴极，在750℃下以0.1A/cm²的电流密度电解300min，然后继续以0.65V的槽电压恒电位电解30h后提起阴、阳极，待炉温冷却至室温后，将阴极产物超声处理80min后，用稀盐酸与去离子水反复清洗5次后获得纯度为99.6％的金属钒。

实施例5：

以质量分数计，取V含量为70％，C含量为10％，O含量为10％，Al含量为1.0％Si含量为2.0％，其他杂质元素含量为2.0％的粗杂钒原料，在80MPa压力下在高压成型压样机下压制为φ5mm×5mm的样品，取粗杂钒块40粒放置于0.25mm孔隙度钼网吊篮中；选取LiCl、KCl、MgCl盐为电解质，钒片为阴极，在800℃下以1.5A/cm²的电流密度电解30min，然后继续以1.5V的槽电压恒电位电解10h后提起阴、阳极，待炉温冷却至室温后，将阴极产物超声处理100min后，用稀盐酸与去离子水反复清洗5次后获得纯度为99.7％的金属钒。

需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。