一種氟化物熔鹽體系中熱電還原制備金屬釩的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于有色金屬冶金領域，具體涉及采用工業冰晶石熔鹽體系電解制備金屬?凡。
【背景技術】
[0002]傳統工業上制備金屬釩的方法是首先通過濕法冶金工藝制備出多釩酸銨或者偏釩酸銨，然后在空氣中燒結生成V2O5，之后通過其他金屬(Ca、Al、Mg等)或碳的熱還原得到粗釩，如鈣熱還原法、鋁熱還原法、鎂熱還原法等；最后通過高溫真空精煉或者電解精煉或者碘精煉法得到純度較高的金屬釩。從以上可以看出該方法制取工藝流程長，工藝過程繁瑣，成本高，對環境污染較大，并且不可連續生產。
[0003]申請號為200810305842.2的專利申請公開了“一種金屬釩的制備方法”其采用熔鹽電脫氧的方法制備金屬釩，將V2O3粉末為原料，壓制成片狀作為陰極，石墨為陽極，采用的熔鹽體系為CaCl2-CaO,電解時間為8h。但此方法的電解時間長，熔鹽揮發嚴重，且產生有害氣體。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于針對現有工藝的不足，提供一種制備金屬釩的新方法。該方法以多釩酸銨為原料，采用短流程技術獲得具有高比表面積、高強度的V2O3樣品，大大有利于后續的熱電還原過程，且無需進行金屬釩的精煉。此工藝簡單可靠，無污染、成本低、電解時間短，可實現大規模工業化生產。
[0005]為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下:
a、取一定量的多釩酸銨粉末，添加水和粘結劑攪拌均勻，然后壓片后烘干。所用樣品的含水率為0%~25%、粘結劑用量為0%~3%、壓片壓力為100~300 MPa、烘干時間為2~10h。
[0006]b、將片體放在燒結爐內，按照一定的升溫制度升溫，首先通入煤氣進行煤氣還原，然后通入氬氣保護氣，最后升溫到燒結溫度保溫一段時間后冷卻(在保護氣氬氣氣氛下隨爐冷卻)。
[0007]升溫制度為:升溫到350°C保溫30 min，其目的是使多釩酸銨在350°C下受熱分解生成V2O5，此期間通入氬氣保護氣；溫度在350V保溫30 min后通入煤氣，然后升溫到750V保溫30 min進行煤氣還原，其目的在于在750°C時，煤氣還原效果最好；保溫30min后通入氬氣，溫度升溫到100(Tl30(rC進行燒結，燒結l~3h后冷卻，其主要目的在于增強樣品的強度。
[0008]c、將燒結后的樣品作為陰極、石墨作為陽極，放入AlF3-NaF-Al2O3熔鹽體系中通直流電進行電解。
[0009]熔鹽中NaF/AlF3分子比為1~9，MgF2在熔鹽中的濃度為0%~4%，Al2O3在熔鹽中的濃度為0%~3%，電解時外加電壓為3~4.5V，溫度為90(Tll00°C，電解時間2~3h。
[0010]d、電解3h后取出陰極片，用AlCl3溶液清洗后即得金屬釩。
[0011]將制備的金屬釩置入濃度為30%A1C13溶液中，在8(TlO(rC下清洗2~6h。
[0012]發明人采用氟化物熔鹽體系熱電還原V2O3制備金屬釩的目的主要有以下幾個方面:“煤氣還原+燒結”可以有效提高V2O3樣品的強度和比表面積，有利于后續電解反應的進行；與絕大多數金屬氧化物相比，V2O3具有較強的導電性，利于電解反應；電解中采用氟化物熔鹽體系，此熔鹽體系具有電解速率高(縮短電解時間)、來源廣等優點，并且可使用現有的工業鋁電解設備進行生產。
[0013]與現有的工藝相比，本發明的優點是:
1、本發明采用氟化物熔鹽體系，避免了原有氯化物體系蒸汽壓高(揮發損失大)、電解過程產生污染氣體等問題；
2、本發明可以采用現有的鋁電解設備和熔鹽進行電解制備金屬釩；
3、本發明工藝流程短、無污染、生產成本低。
【具體實施方式】
[0014]此工藝通過采用氟化物熔鹽體系可大大減少熔鹽的電解時間，以下通過實施例的形式【具體實施方式】，對本發明的上述內容再進一步詳細說明。但本發明的保護范圍不僅僅局限于下述的實施例:
實施例1
將多釩酸銨粉末與粘結劑(糊精)充分攪拌后放入模具內，施加245MPa的壓力壓制成片，片體厚度4_。將壓制好的片體放在烘干箱內烘干8h，之后將烘干好的片體放入燒結爐內，溫度以5°C /min升溫，升溫之前通入氬氣，溫度升溫到350°C并且保溫30min后通入生活煤氣進行煤氣還原，之后升溫到750°C并且保溫30min后再改通入氬氣直至升溫到1200°C且保溫2h后隨爐冷卻。將冷卻后的片體作為陰極，石墨坩堝為陽極，在惰性氣體保護下，放入到以工業冰晶石為熔鹽的石墨坩堝內進行電解(添加含量分別為整個熔鹽質量2%和0.5%的MgF2和Al2O3),電解溫度為1000°C、電解時間3h、分解電壓3.5V，將電解后的樣品取出后冷卻、研碎后放在濃度為30%的AlCl3溶液中，在95°C下浸泡3h后，用水清洗樣品后過濾，所得濾渣即為金屬釩，其純度可達到99.5%。
[0015]實施例2
將多釩酸銨粉末與粘結劑(糊精)充分攪拌后放入模具內，施加230MPa的壓力壓制成片，片體厚度4 _。將壓制好的片體放在烘干箱內烘干8h，之后將烘干好的片體放入燒結爐內，溫度以5 V /min升溫，升溫之前通入氬氣，溫度升溫到350 V并且保溫30min后通入生活煤氣進行煤氣還原，之后升溫到750°C并且保溫30min后再改通入氬氣直至升溫到1250°C且保溫2h后隨爐冷卻。將冷卻后的片體作為陰極，石墨坩堝為陽極，在惰性氣體保護下，放入到以工業冰晶石為熔鹽的石墨坩堝內進行電解(添加含量分別為整個熔鹽質量3%和1%的MgFJP Al2O3),電解溫度為950°C、電解時間2.5h、分解電壓4V，將電解后的樣品取出后冷卻、研碎后放在濃度為40%的AlCl3溶液中，在80°C下浸泡5h后，用水清洗樣品后過濾，所得濾渣即為金屬釩，其純度可達到99.7%。
[0016]該工藝簡單易行、可持續生產、不污染環境、成本低、可直接采用鋁電解設備進行生產、應用前景廣泛。
【主權項】
1.一種氟化物熔鹽體系中熱電還原制備金屬釩的方法，其特征在于: a、將一定量的多釩酸銨粉末壓片后進行煤氣還原及高溫燒結(惰性氣氛保護)制得高強度、高比表面的V2O3樣品； b、將所得V2O3樣品作為陰極、石墨作為陽極，放入AlF3-NaF-MgF2-Al2O3熔鹽體系中通直流電進行電解； C、電解3 h后取出陰極片，用AlCl3溶液清洗后即得金屬釩。2.根據權利要求1中所述的一種氟化物熔鹽體系中熱電還原制備金屬釩的方法，其特征在于:步驟b中熔鹽電脫氧過程中是惰性氣體保護下進行，所用熔鹽為AlF3-NaF-MgF2-Al2O3熔鹽體系，其中NaF/AlF3分子比為1~9，MgF2在熔鹽中的濃度為0%~4%，Al2O3在熔鹽中的濃度為0%~3%，電解時外加電壓為3~4.5 V，溫度為90(Tll0(rC。
【專利摘要】本發明涉及一種金屬釩的具體制備方法，屬于有色金屬冶金領域。本發明所解決的技術問題是提供了一種生產金屬釩的低成本、無污染、連續生產的制備方法。此工藝過程簡單、環保、成本低、能耗低，適合于規模化、工業化生產。此制備方法包括以下幾個步驟：a、取一定量的多釩酸銨粉末，添加水和粘結劑攪拌均勻，然后壓片后烘干；b、將片體放在燒結爐內，按照一定的升溫制度升溫，首先通入煤氣進行煤氣還原制備V2O3樣品，然后通入氬氣保護氣，升溫到燒結溫度保溫一段時間后冷卻（在保護氣氬氣氣氛下隨爐冷卻）；c、將燒結后的樣品作為陰極、石墨作為陽極，放入AlF3-NaF-MgF2-Al2O3熔鹽體系中通直流電進行電解；d、電解3h后取出陰極片，用AlCl3溶液清洗后即得金屬釩，其純度大于99%。此發明可應用于釩冶煉廠等企業，為制備金屬釩提供了一種更具有競爭力的方法。
【IPC分類】C25C3/26
【公開號】CN105018970
【申請號】CN201410166859
【發明人】韓慶, 于恒淵, 劉奎仁, 陳建設, 崔爽
【申請人】東北大學
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2014年4月24日