生产高纯金属钒的方法技术

本发明专利技术公开了一种生产高纯金属钒的方法，该方法为：以钒铁料作为可溶性阳极、以耐腐蚀金属导电材料作为阴极、以碱性金属卤化物的熔盐体系作为电解液，该电解液中加入钒的低价卤化物；所述电解液在６００℃～１０００℃的温度范围内进行电解，以使所述阳极中的钒以低价离子形式进入熔盐体系并在阴极沉积得到高纯金属钒。按照本发明专利技术所提供的方法，不仅可以在阴极上得到高纯度的成品，而且与已有工艺相比大大缩短了工艺流程、降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生产金属钒的方法，更具体地讲，涉及一种利用钒铁料 作为可溶性阳极通过电解。
技术介绍
高纯金属钒，具有熔点高、塑性好、良好的延展性、抗腐蚀等优点。由 于其具有熔点高的特点，不仅耐高温，而且还具有核物理性能，因而也是原 子反应堆里中子反射层的最好材料。高纯金属钒大多熔铸成锭制造纯钒型材，也可与其它元素合成含钒合金。 而且，不仅用作钛基合金的添加元素和高强度耐热特种合金的添加元素，还 可以用于制作高速增殖堆、核燃料包套，以及用于制造超导体材料、真空管 的灯丝材料和吸气剂材料等。通常，生产高纯金属钒分两步进行，第一步用4丐热还原法、镁热还原法、 铝热还原法或真空碳热还原法制取含有一定碳、氧、氮与氢等杂质的金属钒， 即制得初级金属钒(粗钒)。由于上述方法制得的初级金属钒中含碳、氧、氮 及氢的杂质量较高，且硬度高，不利于下一步的加工及某些应用，因此，还 需进一步提纯。第二步是在第一步之后，再采用熔盐电解法、真空熔炼法、碘化物热分 解法等进一步提纯精炼第一步所得到的粗钒，才能制得可塑性的高纯金属钒。上述钙热还原法采用金属钙还原V203或V205。该方法对钒的氧化物的纯度要求高，且生产出的金属钒纯度不高，还需要进一步提纯生产高纯金属 钒，因此，该方法生产成本高。上述镁热还原法首先将钒铁中的钒氯化成VCl3或VC12，或将高价氧化钒用碳还原成低价氧化钒后，再将低价氧化钒氯化成VCl3或VC12,最后用金属镁还原VCl3或VCl2得到初级金属钒，因此，该方法生产过程复杂，且生产成本高。上述的真空熔炼法所生产的金属钒很脆，需要再经过二次精炼才能得到 可应用的塑性金属钒。上述几种传统生产金属钒的方法工艺复杂，需要先对钒的氧化物或氯化 物进行还原，再对还原后得到的初级金属钒进行精练提纯才能得到高纯金属 钒。因而生产流程长，制造成本高。本专利技术的目的在于克服上述已有技术中存在的缺陷或不足，而提供一种 直接使用钒铁料作为可溶性阳极，并通过电解来生产高纯金属钒的生产方法。该方法工艺简单，可生产纯度大于99.95%的高纯度金属钒。根据本专利技术包括以下步骤以钒铁料作为可溶性 阳极、以耐腐蚀金属导电材料作为阴极、以碱性金属卣化物的熔盐体系作为 电解液，该电解液中加入钒的低价卣化物；所述电解液在600。C 1000。C的温 度范围内执行电解，在电解过程中，可溶性阳极所含的钒以低价离子的形 式进入熔盐并在阴极沉积得到高纯金属钒。根据本专利技术的一方面，所述钒铁料可以为含钒量的质量分数大于50% 的钒铁料；耐腐蚀金属导电材料可以为钼、钛或钼钛合金之一；所述碱性 金属面化物为碱金属卣化物、碱土金属卣化物或二者的混合物之一；所述 碱金属的卣化物可以为NaCl、 LiCl、 KC1之一或者其至少两种的混合物； 碱土金属的囟化物可以为MgCl2、 CaCl2、 BaCl2之一或者其至少两种的混 合物；电解液中钒离子的浓度的质量分数可以为2%~10%。电解时的阳极 初始电流密度可以为0.05A/cm2~0.5A/cm2,优选为0.08A/cm2~0.3A/cm2， 阴极初始电流密度可以为 0.10A/cm2~2.0A/cm2 ， 优选为 0.30A/cm2 0.8A/cm2。根据本专利技术的一方面，该方法还包括电解完成之后，用质量分数为 0.5%~5%的盐酸浸洗阴极沉积的金属钒，以去除金属钒夹杂的电解质，再
技术实现思路
用蒸馏水洗涤金属钒至洗涤液无氯离子，在真空条件下干燥，得到高纯金 属钒。因此，根据本专利技术，与现有技术相比，省略了 阳极的制备过程，因此具有工艺流程短、工艺简单、生产成本低等优点。此外，当电解至阳极钒的含量降低到50%时，残阳极可以作为50钒铁的商品使用。具体实施例方式以下将通过具体实施例对本专利技术的上述内容作进一步的详细说明。然而， 应该理解，本专利技术的上述内容不仅限于以下实施例，凡基于本专利技术上述内容 所实现的技术均属于本专利技术的范围。本专利技术，其中，以钒铁料作为可溶性阳极；以耐 腐蚀金属导电材料作为阴极；以碱金属的卣化物、碱土金属的卣化物或它们 的组合作为电解液，并且在电解液中加入钒的低价卣化物；优选地，电解槽 用惰性气体保护，在600。C 100(TC的温度范围内执行电解。在电解过程中， 可溶性阳极所含的钒以低价离子的形式进入熔盐并在阴极上沉积得到高 纯金属钒。电解完成之后，从电解液中取出阴极，阴极沉积的金属钒用质量分数 为0.5% 5%的盐酸浸洗，去除金属钒夹杂的电解质，再用蒸馏水洗涤金属 钒至洗涤液无氯离子，在真空条件下干燥，得到高纯金属钒。钒铁料的含钒量的质量分数可以为大于50%的钒铁料。耐腐蚀金属导 电材料优选为钼、钛或它们的合金。所述碱金属的卣化物优选为NaCl、 LiCl、 KC1，碱土金属的卣化物优选为MgCl2、 CaCl2、 BaCl2。其中，当使 用碱金属卣化物的熔盐体系作为电解液时，可以只使用 一种碱金属由化物 的熔盐体系作为电解液，也可以使用以任意比例组合的两种或两种以上的 碱金属卣化物的熔盐体系作为电解液；当使用碱土金属囟化物的熔盐体系 作为电解液时，可以只使用 一种碱土金属的卣化物的熔盐体系作为电解 液，也可以使用以任意比例组合的两种或两种以上的碱土金属卣化物的熔 盐体系作为电解液；也可以使用石威金属和碱土金属的组合熔盐作为电解液，且所使用碱金属和所使用的碱土金属可以以任意比例组合。电解液中钒离子的浓度的质量分数优选为2%~10%。电解时的阳极初始电流密度可 以为0.05A/cm2~0.5A/cm2,优选为0.08A/cm2 0.3A/cm2，阴极初始电流密 度可以为0.10A/cm2~2.0A/cm2,优选为0.30A/cm2~0.8A/cm2。本专利技术所使用的含钒质量分数大于50%的阳极钒铁料是一种成品或可直 接得到的商品，经过实验，可直接应用于生产高纯金属钒，从而简化了氧化 物或氯化物还原制得粗钒再进行精练提纯才能得到高纯金属钒的复杂工艺过 程，使工艺流程减少，生产成本大幅降低。当电解至阳极中钒的质量分数降 低到50%时，残阳极仍然可以作为50钒铁商品使用。本专利技术所使用的阴极金属导电材料采用了耐腐蚀性能好的钼、钛或它们 的合金，以保证阴极在高温腐蚀条件下正常工作。本专利技术以碱金属的卣化物、碱土金属的卣化物或它们的组合熔盐作为电 解液，具有熔点低、流动性好的特点。实施例1取162g钒的质量分数为80%的钒铁作为可溶性阳极，以金属钼棒作为 阴极，以NaCl-KCl-VCl2熔盐体系作为电解液组成电解池，其中，钒离子浓度 的质量分数为2%;在800。C的温度下进行电解，阳极的初始电流密度为 0.4A/cm2，阴极的初始电流密度为0.5 A/cm2,电解4小时。电解完成后， 阳极损失22g，从电解液中取出阴极，首先用质量分数为0.5%~5%的盐酸 浸洗除去金属钒中夹杂的电解质，再用蒸馏水洗涤金属钒至洗涤液中无氯 离子，最后真空干燥后得到20g沉淀物。对上述干燥的沉淀物进行化学分析，结果表明钒含量的质量分数为 99.95%。实施例2取184g钒的质量分数为70%的钒铁作为可溶性阳极，以金属钼棒作为 阴极，以NaCl-CaCl2-VCl2熔盐体系作为电解液组成电解池，其中钒离子浓度 的质量分数为5%;在80本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产高纯金属钒的方法，其特征在于：　以钒铁料作为可溶性阳极、以耐腐蚀金属导电材料作为阴极，并以碱性金属卤化物的熔盐体系作为电解液，该电解液中加入钒的低价卤化物；　所述电解液在６００℃～１０００℃的温度范围内执行电解，以使所述 可溶性阳极所含的钒以低价离子的形式进入熔盐体系并在阴极沉积高纯金属钒。

【技术特征摘要】
1、一种生产高纯金属钒的方法，其特征在于以钒铁料作为可溶性阳极、以耐腐蚀金属导电材料作为阴极，并以碱性金属卤化物的熔盐体系作为电解液，该电解液中加入钒的低价卤化物；所述电解液在600℃～1000℃的温度范围内执行电解，以使所述可溶性阳极所含的钒以低价离子的形式进入熔盐体系并在阴极沉积高纯金属钒。2、 如权利要求1所述的生产高纯金属钒的方法，其特征在于所述钒 铁料为钒的质量分数大于50%的钒铁。3、 如权利要求1所述的生产高纯金属钒的方法，其特征在于所述耐 腐蚀金属导电材料为钼、钛或钼钛合金之一。4、 如权利要求1所述的生产高纯金属钒的方法，其特征在于所述碱 性金属卣化物为碱金属卣化物、碱土金属卣化物或二者的混合物之一。5、 如权利要求4所述的生产高纯金属钒的方法，其特征在于所述碱 金属卣化物为NaCl、 LiCl、 KC1之一或者其至少两种的混合物。6、 如权利要求4所述的生产高纯金属钒的方法，其特征在于所述碱 土金属卣化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫蓓蕾，穆宏波，穆天柱，弓丽霞，邓斌，赵三超，朱福兴，彭卫星，
申请(专利权)人：攀钢集团研究院有限公司，攀钢集团攀枝花钢钒有限公司，攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：90[]