一種熔鹽電沉積釩的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有色金屬提煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熔鹽電沉積釩的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前金屬釩的提取有如下方法:
I)濕法提釩:以含釩較高的釩鈦磁鐵礦精礦(一般含V2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I?2%)為原料，經(jīng)破碎精選成為精礦粉，與芒硝(十水合硫酸鈉Na2SO4.1H2O)混合制球后，在800?1200°C的窯中高溫焙燒，精礦粉中氧化釩與芒硝作用，轉(zhuǎn)化為可溶性釩酸鈉，再將焙燒好的球團(tuán)礦浸入水中，使釩酸鈉充分溶解，加入硫酸，釩酸鈉在硫酸的作用下轉(zhuǎn)化為不溶于水的V2O5,經(jīng)沉淀、過濾提純后，得到較純的V2O5即可作為釩鐵合金的工業(yè)原料，經(jīng)鋁熱法或電硅熱法得到釩鐵及其合金等終端產(chǎn)品。此方法的優(yōu)點(diǎn)為:選取釩鈦磁鐵礦精礦作為提取V2O5原料，含釩量高；可回收鐵;焙燒溫度低，只有800 0C左右，動(dòng)力和輔助材料消耗量也少。缺點(diǎn):處理量少;釩的回收率較低，從精礦粉提取V2O5的回收率約為60%?70%。
[0003]2)火法提釩:火法提釩是用含釩的鐵礦石，經(jīng)過高爐冶煉出含釩鐵水，在煉鋼的過程中提取出含釩爐渣，通過電硅熱法提釩處理得到釩。俄羅斯、中國(guó)等國(guó)家主要采用這種方法提取鑰I。
[0004]此外，將含釩鐵礦預(yù)還原成金屬球團(tuán)礦后，還可以通過電爐冶煉出含釩鐵水，提取釩渣，再經(jīng)過提釩處理得到釩。新西蘭和南非等國(guó)家主要采用這種方式提取釩。此方法的優(yōu)點(diǎn)是處理簡(jiǎn)單，處理物料量大，回收效率高，從精礦粉提取V2O5的回收率達(dá)80%以上;缺點(diǎn)是設(shè)備投資大，焙燒溫度高(1200°C以上)，不可回收鐵，動(dòng)力及輔助原料消耗大。
[0005]從金屬氧化物中直接提取難熔金屬的方法有傳統(tǒng)熔鹽電解法、金屬熱還原法、氣體還原法、新熔鹽電解法等，但這些方法都存在著一些不足。鑒于從難熔金屬氧化物中提取金屬的生產(chǎn)工藝上還存在著很多問題，例如優(yōu)化制備難熔金屬的工藝流程、減少生產(chǎn)帶來的污染、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率等，近年來直接從金屬氧化物中提取難熔金屬是研究工作者關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決本領(lǐng)域中存在的上述技術(shù)缺陷，在充分分析釩氧化物直接制備難熔金屬的制備難點(diǎn)(熔點(diǎn)高，化合價(jià)多變，且不易控制)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供一種熔鹽電沉積釩的方法，該方法以熔鹽為介質(zhì)，先用熔鹽溶解V2O5，然后在直流電的作用下，由V2O5—步電沉積出?凡。
[0007]本發(fā)明所稱問題是通過以下技術(shù)方案解決的:
一種熔鹽電沉積提釩的方法，該方法包括以下步驟:
a.配制熔鹽介質(zhì):選取由NaCl、KC1、NaF構(gòu)成的三組元為介質(zhì)，其中NaCl、KC1的摩爾比為n(NaCl):n(KCl)=l:1，三組元中NaF的摩爾分?jǐn)?shù)為0.1?0.5，步長(zhǎng)為0.1，在三組元中加入占熔鹽介質(zhì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的15%的V2O5,將稱好的四種試劑混合均勻后裝入坩禍，放入井式電阻爐中，升溫至670?830°C，保溫7h使V2O5在NaKClF熔鹽體系中溶解達(dá)到飽和； b.預(yù)電解除雜:放入預(yù)制好的陰極碳鋼片，預(yù)電解20分鐘除雜；
c.電沉積釩:在氬氣保護(hù)氣氛中，放入預(yù)先處理好的陽極石墨和陰極碳鋼片，在溫度為710?750 °C，電流密度為110?190mA/cm2，沉積時(shí)間為I?2.5h，脈沖電流條件下進(jìn)行電沉積實(shí)驗(yàn)，得到純釩。
[0008]本發(fā)明所述步驟b中電解除雜的條件為:溫度為710°C，陰極電流密度為200mA/
Cm20
[0009]本發(fā)明所述步驟a中坩禍為氧化鋯坩禍。
[0010]本發(fā)明所述步驟a中井式電阻爐中升溫溫度為710°C。
[0011 ] 本發(fā)明所述步驟a中井式電阻爐中升溫溫度為830°C。
[0012]本發(fā)明所述步驟a中井式電阻爐中升溫溫度為670°C。
[0013]本發(fā)明所述步驟c中脈沖電流條件為:溫度為710°C，電流密度為150mA/cm2，沉積時(shí)間為lh。
[0014]本發(fā)明所述步驟c中脈沖電流條件為:在溫度為750°C，電流密度為150mA/cm2，沉積時(shí)間為lh。
[0015]本發(fā)明所述步驟c中脈沖電流條件為:溫度為710 °C，電流密度為I lOmA/cm2，沉積時(shí)間為2.5h。
[0016]本發(fā)明所述步驟c中脈沖電流條件為:溫度為740°C，電流密度為190mA/cm2，沉積時(shí)間為2h。
[0017]熔鹽電沉積提釩涉及到的主要反應(yīng)如下:
4V205+6NaF=6NaV03+2VF3+02
V03—+5e—=V+302—
本發(fā)明方法以NaCl、KC1、NaF構(gòu)成的三組元為介質(zhì)，陽極材質(zhì)為高純石墨，陰極為碳鋼片，在溫度670?830°C保溫7h將V2O5在熔鹽中充分溶解、脈沖給電且平均電流密度為110?190mA/cm2的條件下，電沉積時(shí)間I?2.5小時(shí)，在碳鋼陰極上得到純釩。其工作機(jī)理如下:電沉積過程中，粉狀￥205在似(:1-1((:1-似?熔鹽體系中與NaF反應(yīng)形成溶于該熔鹽的NaVO3，使V2O5過剩并沉淀在熔鹽的底部，隨著電沉積的進(jìn)行，熔鹽中NaVO3，不斷減少，過剩的V2O5繼續(xù)與熔鹽中的NaF反應(yīng)生成NaVO3,從而使熔鹽中的釩得到補(bǔ)充。在電沉積前，預(yù)先在溫度為710°C，陰極電流密度為200mA/cm2條件下，預(yù)電解20分鐘除雜。
[0018]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:1、本發(fā)明中構(gòu)成熔鹽的組元為常用廉價(jià)藥劑，易獲得，成本低，且消耗少;2、本發(fā)明中生產(chǎn)工藝流程短，操作簡(jiǎn)單、參數(shù)的控制范圍寬，容易實(shí)現(xiàn);3、本發(fā)明為制備釩提供了一種簡(jiǎn)單易行的新方法，對(duì)于制備高純度的釩具有重要意義，該技術(shù)在特種鋼和合金鋼的制備中具有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0019]圖1為實(shí)施例1陰極上沉積層的SEX表面形貌圖；
圖2為實(shí)施例1陰極上沉積層的SEX表面形貌圖；
圖3為實(shí)施例1陰極上沉積層的SEX表面形貌圖；
圖4為實(shí)施例1陰極上沉積層的SEX表面形貌圖； 圖5為陰極產(chǎn)物EDS圖；
圖6為釩含量隨沉積層厚度的變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0021]以下給出幾個(gè)具體的實(shí)施例:
實(shí)施例1
一種熔鹽電沉積提釩的方法，包括以下步驟:
a.配制熔鹽介質(zhì):選取由NaC1、KC1、NaF構(gòu)成的三組元為介質(zhì)，其中NaCl、KC1的摩爾比為11(他(:1):11(1((:1)=1:1，三組元中似？的摩爾分?jǐn)?shù)為0.2，在三組元中加入占熔鹽介質(zhì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的15%的V2O5,將稱好的四種試劑混合均勻后裝入氧化鋯坩禍，放入井式電阻爐中，升溫至710°C，保溫7h使V2O5在NaKClF熔鹽體系中溶解達(dá)到飽和；
b.預(yù)電解除雜:放入預(yù)制好的陰極碳鋼片，在溫度為710°C，陰極電流密度為200mA/cm2條件下，預(yù)電解20分鐘除雜；
c.電沉積釩:在氬氣保護(hù)氣氛中，放入預(yù)先處理好的陽極石墨和陰極碳鋼片，在溫度為710 °C，電流密度為150mA/cm2，沉積時(shí)間為Ih，脈沖電流條件下進(jìn)行電沉積實(shí)驗(yàn)，得到沉積層的SEM表面形貌圖，見圖1。
實(shí)施例2
一種熔鹽電沉積提釩的方法，包括以下步驟:
a.配制熔鹽介質(zhì):選取由NaC1、KC1、NaF構(gòu)成的三組元為介質(zhì)，其中NaCl、KC1的摩爾比為n(NaCl):n(KCl)=l:1，三組元中NaF的摩爾分?jǐn)?shù)為0.1，在三組元中加入占恪鹽介質(zhì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的15%的V2O5,將稱好的四種試劑混合均勻后裝入氧化鋯坩禍，放入井式電阻爐中，升溫至830°C，保溫7h使V2O5在NaKClF熔鹽體系中溶解達(dá)到飽和；
b.預(yù)電解除雜:放入預(yù)制好的陰極碳鋼片，在溫度為710°C，陰極電流密度為200mA/cm2條件下，預(yù)電解20分鐘除雜；
c.電沉積釩:在氬氣保護(hù)氣氛中，放入預(yù)先處理好的陽極石墨和陰極碳鋼片，在溫度為750 °C，電流密度為150mA/cm2，沉積時(shí)間為Ih，脈沖電流條件下進(jìn)行電沉積實(shí)驗(yàn)，得到沉積層的SEM表面形貌圖，見圖2。
[0022]實(shí)施例3
一種熔鹽電沉積提釩的方法，包括以下步驟:
a.配制熔鹽介質(zhì):選取由NaC1、KC1、NaF構(gòu)成的三組元為介質(zhì)，其中NaCl、KC1的摩爾比為n(NaCl):n(KCl)=l:1，三組元中NaF的摩爾分?jǐn)?shù)為0.1，在三組元中加入占恪鹽介質(zhì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的15%的V2O5,將稱好的四種試劑混合均勻后裝入氧化鋯坩禍，放入井式電阻爐中，升溫至710°C，保溫7h使V2O5在NaKClF熔鹽體系中溶解達(dá)到飽和；
b.預(yù)電解除雜:放入預(yù)制好的陰極碳鋼片，在溫度為710°C，陰極電流密度為200mA/cm2條件下，預(yù)電解20分鐘除雜；
c.電沉積釩:在氬氣保護(hù)氣氛中，放入預(yù)先處理好的陽極石墨和陰極碳鋼片，在溫度為710°C，電流密度為llOmA/cm2，沉積時(shí)間為2.5h，脈沖電流條件下進(jìn)行電沉積實(shí)驗(yàn)，得到沉積層的SEM表面形貌圖，見圖3。
[0023]實(shí)施例4
一種熔鹽電沉積提釩的方法，包括以下步驟:
a.配制熔鹽介質(zhì):選取由NaC1、KC1、NaF構(gòu)成的三組元為介質(zhì)，其中NaCl、KC1的摩爾比為11(他(:1):11(1((:1)=1:1，三組元中似？的摩爾分?jǐn)?shù)為0.3，在三組元中加入占熔鹽介質(zhì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的15%的V2O5,將稱好的四種試劑混合均勻后裝入氧化鋯坩禍，放入井式電阻爐中，升溫至670°C，保溫7h使V2O5在NaKClF熔鹽體系中溶解達(dá)到飽和；
b.預(yù)電解除雜:放入預(yù)制好的陰極碳鋼片，在溫度為710°C，陰極電流密度為200mA/cm2條件下，預(yù)電解20分鐘除雜；
c.電沉積釩:在氬氣保護(hù)氣氛中，放入預(yù)先處理好的陽極石墨和陰極碳鋼片，在溫度為740 0C，電流密度為190mA/cm2，沉積時(shí)間為2h，脈沖電流條件下進(jìn)行電沉積實(shí)驗(yàn)，得到沉積層的SEM表面形貌圖，見圖4。
[0024]圖5為陰極產(chǎn)物EDS圖，圖6為在實(shí)施例1中的沉積條件下，釩含量隨沉積層厚度的變化曲線，通過圖5、6可以看出，實(shí)施例1 -4中的得到的釩純度較高。
[0025]以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熔鹽電沉積提釩的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: a.配制熔鹽介質(zhì):選取由NaCl、KCl、NaF構(gòu)成的三組元為介質(zhì)，其中NaCKKCl的摩爾比為n(NaCl):n(KCl)=l:1，三組元中NaF的摩爾分?jǐn)?shù)為0.1?0.5，步長(zhǎng)為0.1，在三組元中加入占熔鹽介質(zhì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的15%的V2O5,將稱好的四種試劑混合均勻后裝入坩禍，放入井式電阻爐中，升溫至670?830°C，保溫7h使V2O5在NaKClF熔鹽體系中溶解達(dá)到飽和； b.預(yù)電解除雜:放入預(yù)制好的陰極碳鋼片，預(yù)電解20分鐘除雜； c.電沉積釩:在氬氣保護(hù)氣氛中，放入預(yù)先處理好的陽極石墨和陰極碳鋼片，在溫度為710?750 °C，電流密度為110?190mA/cm2，沉積時(shí)間為I?2.5h，脈沖電流條件下進(jìn)行電沉積實(shí)驗(yàn)，得到純釩。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電沉積提釩的方法，其特征在于，所述步驟b中電解除雜的條件為:溫度為710 °C，陰極電流密度為200mA/cm2。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熔鹽電沉積提釩的方法，其特征在于，所述步驟a中坩禍為氧化鋯坩禍。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種熔鹽電沉積提釩的方法，其特征在于，所述步驟a中井式電阻爐中升溫溫度為710°C。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種熔鹽電沉積提釩的方法，其特征在于，所述步驟a中井式電阻爐中升溫溫度為830 V。6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種熔鹽電沉積提釩的方法，其特征在于，所述步驟a中井式電阻爐中升溫溫度為670 °C。7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種熔鹽電沉積提釩的方法，其特征在于，所述步驟c中脈沖電流條件為:溫度為710 °C，電流密度為150mA/cm2，沉積時(shí)間為Ih。8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種熔鹽電沉積提釩的方法，其特征在于，所述步驟c中脈沖電流條件為:在溫度為750 0C，電流密度為150mA/cm2，沉積時(shí)間為Ih。9.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種熔鹽電沉積提釩的方法，其特征在于，所述步驟c中脈沖電流條件為:溫度為710 °C，電流密度為11 OmA/cm2，沉積時(shí)間為2.5h。10.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種熔鹽電沉積提釩的方法，其特征在于，所述步驟c中脈沖電流條件為:溫度為740 0C，電流密度為190mA/cm2，沉積時(shí)間為2h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熔鹽電沉積釩的方法，本發(fā)明方法以NaCl、KC1、NaF構(gòu)成的三組元為介質(zhì)，陽極材質(zhì)為高純石墨，陰極為碳鋼片，在溫度670～830℃保溫7h將V2O5在熔鹽中充分溶解、脈沖給電且平均電流密度為110～190mA/cm2的條件下，電沉積時(shí)間1～2.5小時(shí)，在碳鋼陰極上得到純釩。本發(fā)明構(gòu)成熔鹽的組元為常用廉價(jià)藥劑，易獲得，成本低，且消耗少，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，過程容易控制，具有很好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C25C3/26
【公開號(hào)】CN105714332
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610232472
【發(fā)明人】何小鳳, 李運(yùn)剛, 張士憲, 李智慧
【申請(qǐng)人】華北理工大學(xué)