專利名稱：生產(chǎn)高純金屬釩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)金屬釩的方法，更具體地講，涉及一種利用釩鐵料 作為可溶性陽(yáng)極通過電解生產(chǎn)高純金屬釩的方法。
背景技術(shù)：
高純金屬釩，具有熔點(diǎn)高、塑性好、良好的延展性、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。由 于其具有熔點(diǎn)高的特點(diǎn)，不僅耐高溫，而且還具有核物理性能，因而也是原 子反應(yīng)堆里中子反射層的最好材料。
高純金屬釩大多熔鑄成錠制造純釩型材，也可與其它元素合成含釩合金。 而且，不僅用作鈦基合金的添加元素和高強(qiáng)度耐熱特種合金的添加元素，還 可以用于制作高速增殖堆、核燃料包套，以及用于制造超導(dǎo)體材料、真空管 的燈絲材料和吸氣劑材料等。
通常，生產(chǎn)高純金屬釩分兩步進(jìn)行，第一步用4丐熱還原法、鎂熱還原法、 鋁熱還原法或真空碳熱還原法制取含有一定碳、氧、氮與氫等雜質(zhì)的金屬釩， 即制得初級(jí)金屬釩(粗釩)。由于上述方法制得的初級(jí)金屬釩中含碳、氧、氮 及氫的雜質(zhì)量較高，且硬度高，不利于下一步的加工及某些應(yīng)用，因此，還 需進(jìn)一步提純。
第二步是在第一步之后，再采用熔鹽電解法、真空熔煉法、碘化物熱分 解法等進(jìn)一步提純精煉第一步所得到的粗釩，才能制得可塑性的高純金屬釩。
上述鈣熱還原法采用金屬鈣還原V203或V205。該方法對(duì)釩的氧化物的
純度要求高，且生產(chǎn)出的金屬釩純度不高，還需要進(jìn)一步提純生產(chǎn)高純金屬 釩，因此，該方法生產(chǎn)成本高。
上述鎂熱還原法首先將釩鐵中的釩氯化成VCl3或VC12，或?qū)⒏邇r(jià)氧化釩用碳還原成低價(jià)氧化釩后，再將低價(jià)氧化釩氯化成VCl3或VC12,最后用金
屬鎂還原VCl3或VCl2得到初級(jí)金屬釩，因此，該方法生產(chǎn)過程復(fù)雜，且生
產(chǎn)成本高。
上述的真空熔煉法所生產(chǎn)的金屬釩很脆，需要再經(jīng)過二次精煉才能得到 可應(yīng)用的塑性金屬釩。
上述幾種傳統(tǒng)生產(chǎn)金屬釩的方法工藝復(fù)雜，需要先對(duì)釩的氧化物或氯化 物進(jìn)行還原，再對(duì)還原后得到的初級(jí)金屬釩進(jìn)行精練提純才能得到高純金屬 釩。因而生產(chǎn)流程長(zhǎng)，制造成本高。
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)中存在的缺陷或不足，而提供一種 直接使用釩鐵料作為可溶性陽(yáng)極，并通過電解來生產(chǎn)高純金屬釩的生產(chǎn)方法。
該方法工藝簡(jiǎn)單，可生產(chǎn)純度大于99.95%的高純度金屬釩。
根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)高純金屬釩的方法包括以下步驟以釩鐵料作為可溶性 陽(yáng)極、以耐腐蝕金屬導(dǎo)電材料作為陰極、以堿性金屬卣化物的熔鹽體系作為 電解液，該電解液中加入釩的低價(jià)卣化物；所述電解液在600。C 1000。C的溫 度范圍內(nèi)執(zhí)行電解，在電解過程中，可溶性陽(yáng)極所含的釩以低價(jià)離子的形 式進(jìn)入熔鹽并在陰極沉積得到高純金屬釩。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述釩鐵料可以為含釩量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50% 的釩鐵料；耐腐蝕金屬導(dǎo)電材料可以為鉬、鈦或鉬鈦合金之一；所述堿性 金屬面化物為堿金屬卣化物、堿土金屬卣化物或二者的混合物之一；所述 堿金屬的卣化物可以為NaCl、 LiCl、 KC1之一或者其至少兩種的混合物； 堿土金屬的囟化物可以為MgCl2、 CaCl2、 BaCl2之一或者其至少兩種的混 合物；電解液中釩離子的濃度的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以為2%~10%。電解時(shí)的陽(yáng)極 初始電流密度可以為0.05A/cm2~0.5A/cm2,優(yōu)選為0.08A/cm2~0.3A/cm2， 陰極初始電流密度可以為 0.10A/cm2~2.0A/cm2 ， 優(yōu)選為 0.30A/cm2 0.8A/cm2。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，該方法還包括電解完成之后，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.5%~5%的鹽酸浸洗陰極沉積的金屬釩，以去除金屬釩夾雜的電解質(zhì)，再
發(fā)明內(nèi)容用蒸餾水洗滌金屬釩至洗滌液無氯離子，在真空條件下干燥，得到高純金 屬釩。
因此，根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)高純金屬釩的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，省略了 陽(yáng)極的制備過程，因此具有工藝流程短、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
此外，當(dāng)電解至陽(yáng)極釩的含量降低到50%時(shí)，殘陽(yáng)極可以作為50釩鐵的
商品使用。
具體實(shí)施例方式
以下將通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。然而， 應(yīng)該理解，本發(fā)明的上述內(nèi)容不僅限于以下實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容 所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明生產(chǎn)高純金屬釩的方法，其中，以釩鐵料作為可溶性陽(yáng)極；以耐 腐蝕金屬導(dǎo)電材料作為陰極；以堿金屬的卣化物、堿土金屬的卣化物或它們 的組合作為電解液，并且在電解液中加入釩的低價(jià)卣化物；優(yōu)選地，電解槽 用惰性氣體保護(hù)，在600。C 100(TC的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行電解。在電解過程中， 可溶性陽(yáng)極所含的釩以低價(jià)離子的形式進(jìn)入熔鹽并在陰極上沉積得到高 純金屬釩。
電解完成之后，從電解液中取出陰極，陰極沉積的金屬釩用質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為0.5% 5%的鹽酸浸洗，去除金屬釩夾雜的電解質(zhì)，再用蒸餾水洗滌金屬 釩至洗滌液無氯離子，在真空條件下干燥，得到高純金屬釩。
釩鐵料的含釩量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以為大于50%的釩鐵料。耐腐蝕金屬導(dǎo) 電材料優(yōu)選為鉬、鈦或它們的合金。所述堿金屬的卣化物優(yōu)選為NaCl、 LiCl、 KC1，堿土金屬的卣化物優(yōu)選為MgCl2、 CaCl2、 BaCl2。其中，當(dāng)使 用堿金屬卣化物的熔鹽體系作為電解液時(shí)，可以只使用 一種堿金屬由化物 的熔鹽體系作為電解液，也可以使用以任意比例組合的兩種或兩種以上的 堿金屬卣化物的熔鹽體系作為電解液；當(dāng)使用堿土金屬囟化物的熔鹽體系 作為電解液時(shí)，可以只使用 一種堿土金屬的卣化物的熔鹽體系作為電解 液，也可以使用以任意比例組合的兩種或兩種以上的堿土金屬卣化物的熔 鹽體系作為電解液；也可以使用石威金屬和堿土金屬的組合熔鹽作為電解液，且所使用堿金屬和所使用的堿土金屬可以以任意比例組合。電解液中
釩離子的濃度的質(zhì)量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為2%~10%。電解時(shí)的陽(yáng)極初始電流密度可 以為0.05A/cm2~0.5A/cm2,優(yōu)選為0.08A/cm2 0.3A/cm2，陰極初始電流密 度可以為0.10A/cm2~2.0A/cm2,優(yōu)選為0.30A/cm2~0.8A/cm2。
本發(fā)明所使用的含釩質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%的陽(yáng)極釩鐵料是一種成品或可直 接得到的商品，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，可直接應(yīng)用于生產(chǎn)高純金屬釩，從而簡(jiǎn)化了氧化 物或氯化物還原制得粗釩再進(jìn)行精練提純才能得到高純金屬釩的復(fù)雜工藝過 程，使工藝流程減少，生產(chǎn)成本大幅降低。當(dāng)電解至陽(yáng)極中釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降 低到50%時(shí)，殘陽(yáng)極仍然可以作為50釩鐵商品使用。
本發(fā)明所使用的陰極金屬導(dǎo)電材料采用了耐腐蝕性能好的鉬、鈦或它們 的合金，以保證陰極在高溫腐蝕條件下正常工作。
本發(fā)明以堿金屬的卣化物、堿土金屬的卣化物或它們的組合熔鹽作為電 解液，具有熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好的特點(diǎn)。
實(shí)施例1
取162g釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的釩鐵作為可溶性陽(yáng)極，以金屬鉬棒作為 陰極，以NaCl-KCl-VCl2熔鹽體系作為電解液組成電解池，其中，釩離子濃度 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%;在800。C的溫度下進(jìn)行電解，陽(yáng)極的初始電流密度為 0.4A/cm2，陰極的初始電流密度為0.5 A/cm2,電解4小時(shí)。電解完成后， 陽(yáng)極損失22g，從電解液中取出陰極，首先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%~5%的鹽酸 浸洗除去金屬釩中夾雜的電解質(zhì)，再用蒸餾水洗滌金屬釩至洗滌液中無氯 離子，最后真空干燥后得到20g沉淀物。
對(duì)上述干燥的沉淀物進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果表明釩含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 99.95%。
實(shí)施例2
取184g釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%的釩鐵作為可溶性陽(yáng)極，以金屬鉬棒作為 陰極，以NaCl-CaCl2-VCl2熔鹽體系作為電解液組成電解池，其中釩離子濃度 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%;在800。C的溫度下進(jìn)行電解，陽(yáng)極的初始電流密度為 0.25A/cm2，陰極的初始電流密度為0.6A/cm2，電解3小時(shí)。電解完成后， 陽(yáng)極損失17g,從電解液中取出陰極，首先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%~5%的鹽酸浸洗除去金屬釩中夾雜的電解質(zhì)，再用蒸餾水洗滌金屬釩至洗滌液中無氯
離子，最后真空干燥后得到16g沉淀物。
對(duì)上述干燥的沉淀物進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果表明釩含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.97%。
實(shí)施例3
取190g釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的釩鐵作為可溶性陽(yáng)極，以金屬鉬棒作為陰極，以NaCl-LiCl-VCl2熔鹽體系作為電解液組成電解池，其中釩離子濃度的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%;在650。C的溫度下進(jìn)行電解，陽(yáng)極的初始電流密度為0.3A/cm2，陰極的初始電流密度為0.8A/cm2，電解6小時(shí)。電解完成后，陽(yáng)極損失20g,從電解液中取出陰極，首先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%~5%的鹽酸浸洗除去金屬釩中夾雜的電解質(zhì)，再用蒸餾水洗滌金屬釩至洗滌液中無氯離子，最后真空干燥后得到18g沉淀物。
對(duì)上述干燥的沉淀物進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果表明釩含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.98%。
實(shí)施例4
取200g釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56%的釩鐵作為可溶性陽(yáng)極，以金屬鈦棒作為陰極，以NaCl-MgCl-VCl2熔鹽體系作為電解液組成電解池,其中釩離子濃度的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%;在800。C的溫度下進(jìn)行電解，陽(yáng)極的初始電流密度為0.08A/cm2,陰極的初始電流密度為0.3 A/cm2，電解9小時(shí)。電解完成后，陽(yáng)極損失23g，從電解液中取出陰極，首先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%~5%的鹽酸浸洗除去金屬釩中夾雜的電解質(zhì)，再用蒸餾水洗滌金屬釩至洗滌液中無氯離子，最后真空干燥后得到21.82g沉淀物。
對(duì)上述干燥的沉淀物進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果表明釩含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.98%。
實(shí)施例5
取200g釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的釩鐵作為可溶性陽(yáng)極，以鉬鈦合金棒作為陰極，以NaCl-KCl-VCl2熔鹽體系作為電解液組成電解池，其中，釩離子濃度的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。在800。C的溫度下進(jìn)行電解，陽(yáng)極的初始電流密度為0.5A/cm2，陰極的初始電流密度為1.5A/cm2，電解7小時(shí)。電解完成后，陽(yáng)極損失38g,從電解液中取出陰極，首先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%~5%的鹽酸浸洗除去金屬釩中夾雜的電解質(zhì)，再用蒸餾水洗滌金屬釩至洗滌液中無氯離子，最后真空干燥后得到35.19g沉淀物。
對(duì)上述干燥的沉淀物進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果表明釩含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.96%。
通過以上實(shí)施例1-5可知，本發(fā)明所生產(chǎn)的高純金屬釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于99.95%,當(dāng)電解至陽(yáng)極釩的含量降4氐到50%時(shí)，電解后的陽(yáng)極還可以作為50釩鐵的商品使用，并且本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，省略了陽(yáng)極的制備過程，因此具有工藝流程短、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1、一種生產(chǎn)高純金屬釩的方法，其特征在于以釩鐵料作為可溶性陽(yáng)極、以耐腐蝕金屬導(dǎo)電材料作為陰極，并以堿性金屬鹵化物的熔鹽體系作為電解液，該電解液中加入釩的低價(jià)鹵化物；所述電解液在600℃～1000℃的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行電解，以使所述可溶性陽(yáng)極所含的釩以低價(jià)離子的形式進(jìn)入熔鹽體系并在陰極沉積高純金屬釩。
2、 如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高純金屬釩的方法，其特征在于所述釩 鐵料為釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%的釩鐵。
3、 如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高純金屬釩的方法，其特征在于所述耐 腐蝕金屬導(dǎo)電材料為鉬、鈦或鉬鈦合金之一。
4、 如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高純金屬釩的方法，其特征在于所述堿 性金屬卣化物為堿金屬卣化物、堿土金屬卣化物或二者的混合物之一。
5、 如權(quán)利要求4所述的生產(chǎn)高純金屬釩的方法，其特征在于所述堿 金屬卣化物為NaCl、 LiCl、 KC1之一或者其至少兩種的混合物。
6、 如權(quán)利要求4所述的生產(chǎn)高純金屬釩的方法，其特征在于所述堿 土金屬卣化物為MgCl2、 CaCl2、 BaCl2之一或者其至少兩種的混合物。
7、 如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高純金屬釩的方法，其特征在于所述電 解液中釩離子濃度的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%~10%。
8、 如權(quán)利要求1~7中任意一項(xiàng)所述的生產(chǎn)高純金屬釩的方法，其特 征在于所述電解過程中，陽(yáng)極初始電流密度為0.05A/cm2~0.5A/cm2、陰極 初始電流密度為0.10 A/cm2 2.0 A/cm2。
9、 如權(quán)利要求1~7中任意一項(xiàng)所述的生產(chǎn)高純金屬釩的方法，其特 征在于所述電解過程中，陽(yáng)極初始電流密度為0.08A/cm2~0.3A/cm2、陰極 初始電流密度為0.30A/cm2~0.8A/cm2。
10、 如權(quán)利要求1 7中任意一項(xiàng)所述的生產(chǎn)高純金屬釩的方法，其特 征在于還包括電解之后，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%~5%的鹽酸浸洗沉積在陰極的金屬釩， 以去除金屬釩夾雜的電解質(zhì)；再用蒸餾水洗滌金屬釩，以去除金屬釩殘留的鹽酸； 在真空條件下干燥，得到高純金屬釩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生產(chǎn)高純金屬釩的方法，該方法為以釩鐵料作為可溶性陽(yáng)極、以耐腐蝕金屬導(dǎo)電材料作為陰極、以堿性金屬鹵化物的熔鹽體系作為電解液，該電解液中加入釩的低價(jià)鹵化物；所述電解液在600℃～1000℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行電解，以使所述陽(yáng)極中的釩以低價(jià)離子形式進(jìn)入熔鹽體系并在陰極沉積得到高純金屬釩。按照本發(fā)明所提供的方法，不僅可以在陰極上得到高純度的成品，而且與已有工藝相比大大縮短了工藝流程、降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C25C3/00GK101649471SQ20091017689
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者弓麗霞, 彭衛(wèi)星, 朱福興, 穆天柱, 穆宏波, 趙三超, 斌 鄧, 閆蓓蕾 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)研究院有限公司;攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司;攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼鐵研究院有限公司