一種熔鹽電沉積釩的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于有色金屬提煉技術領域，具體涉及一種熔鹽電沉積釩的方法。
【背景技術】
[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的質量分數為I?2%)為原料，經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，轉化為可溶性釩酸鈉，再將焙燒好的球團礦浸入水中，使釩酸鈉充分溶解，加入硫酸，釩酸鈉在硫酸的作用下轉化為不溶于水的V2O5,經沉淀、過濾提純后，得到較純的V2O5即可作為釩鐵合金的工業原料，經鋁熱法或電硅熱法得到釩鐵及其合金等終端產品。此方法的優點為: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，動力和輔助材料消耗量也少。缺點: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、中國等國家主要采用這種方法提取鑰I。
[0004]此外，將含釩鐵礦預還原成金屬球團礦后，還可以通過電爐冶煉出含釩鐵水，提取釩渣，再經過提釩處理得到釩。新西蘭和南非等國家主要采用這種方式提取釩。此方法的優點是處理簡單，處理物料量大，回收效率高，從精礦粉提取V2O5的回收率達80%以上;缺點是設備投資大，焙燒溫度高(1200°C以上)，不可回收鐵，動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工藝上還存在著很多問題，例如優化制備難熔金屬的工藝流程、減少生產帶來的污染、降低生產成本、提高生產效率等，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注的熱點之一。
【發明內容】
[0006]為解決本領域中存在的上述技術缺陷，在充分分析釩氧化物直接制備難熔金屬的制備難點(熔點高，化合價多變，且不易控制)的基礎上，本發明提供一種熔鹽電沉積釩的方法，該方法以熔鹽為介質，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]本發明所稱問題是通過以下技術方案解決的:
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:選取由NaCl、KC1、NaF構成的三組元為介質，其中NaCl、KC1的摩爾比為n(NaCl):n(KCl)=l:1，三組元中NaF的摩爾分數為0.1?0.5，步長為0.1，在三組元中加入占熔鹽介質質量百分數的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熔鹽體系中溶解達到飽和； b.預電解除雜:放入預制好的陰極碳鋼片，預電解20分鐘除雜；
c.電沉積釩:在氬氣保護氣氛中，放入預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，沉積時間為I?2.5h，脈沖電流條件下進行電沉積實驗，得到純釩。
[0008]本發明所述步驟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]本發明所述步驟a中坩禍為氧化鋯坩禍。
[0010]本發明所述步驟a中井式電阻爐中升溫溫度為710°C。
[0011 ] 本發明所述步驟a中井式電阻爐中升溫溫度為830°C。
[0012]本發明所述步驟a中井式電阻爐中升溫溫度為670°C。
[0013]本發明所述步驟c中脈沖電流條件為:溫度為710°C，電流密度為150mA/cm2，沉積時間為lh。
[0014]本發明所述步驟c中脈沖電流條件為:在溫度為750°C，電流密度為150mA/cm2，沉積時間為lh。
[0015]本發明所述步驟c中脈沖電流條件為:溫度為710 °C，電流密度為I lOmA/cm2，沉積時間為2.5h。
[0016]本發明所述步驟c中脈沖電流條件為:溫度為740°C，電流密度為190mA/cm2，沉積時間為2h。
[0017]熔鹽電沉積提釩涉及到的主要反應如下:
4V205+6NaF=6NaV03+2VF3+02
V03—+5e—=V+302—
本發明方法以NaCl、KC1、NaF構成的三組元為介質，陽極材質為高純石墨，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，電沉積時間I?2.5小時，在碳鋼陰極上得到純釩。其工作機理如下: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，隨著電沉積的進行，熔鹽中NaVO3，不斷減少，過剩的V2O5繼續與熔鹽中的NaF反應生成NaVO3,從而使熔鹽中的釩得到補充。在電沉積前，預先在溫度為710°C，陰極電流密度為200mA/cm2條件下，預電解20分鐘除雜。
[0018]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:1、本發明中構成熔鹽的組元為常用廉價藥劑，易獲得，成本低，且消耗少;2、本發明中生產工藝流程短，操作簡單、參數的控制范圍寬，容易實現;3、本發明為制備釩提供了一種簡單易行的新方法，對于制備高純度的釩具有重要意義，該技術在特種鋼和合金鋼的制備中具有很好的應用前景。
【附圖說明】
[0019]圖1為實施例1陰極上沉積層的SEX表面形貌圖；
圖2為實施例1陰極上沉積層的SEX表面形貌圖；
圖3為實施例1陰極上沉積層的SEX表面形貌圖；
圖4為實施例1陰極上沉積層的SEX表面形貌圖； 圖5為陰極產物EDS圖；
圖6為釩含量隨沉積層厚度的變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0021]以下給出幾個具體的實施例:
實施例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:選取由NaC1、KC1、NaF構成的三組元為介質，其中NaCl、KC1的摩爾比為11(他(:1):11(1((:1)=1:1，三組元中似？的摩爾分數為0.2，在三組元中加入占熔鹽介質質量百分數的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熔鹽體系中溶解達到飽和；
b.預電解除雜:放入預制好的陰極碳鋼片，在溫度為710°C，陰極電流密度為200mA/cm2條件下，預電解20分鐘除雜；
c.電沉積釩:在氬氣保護氣氛中，放入預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，沉積時間為Ih，脈沖電流條件下進行電沉積實驗，得到沉積層的SEM表面形貌圖，見圖1。
實施例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:選取由NaC1、KC1、NaF構成的三組元為介質，其中NaCl、KC1的摩爾比為n(NaCl):n(KCl)=l:1，三組元中NaF的摩爾分數為0.1，在三組元中加入占恪鹽介質質量百分數的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熔鹽體系中溶解達到飽和；
b.預電解除雜:放入預制好的陰極碳鋼片，在溫度為710°C，陰極電流密度為200mA/cm2條件下，預電解20分鐘除雜；
c.電沉積釩:在氬氣保護氣氛中，放入預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，沉積時間為Ih，脈沖電流條件下進行電沉積實驗，得到沉積層的SEM表面形貌圖，見圖2。
[0022]實施例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:選取由NaC1、KC1、NaF構成的三組元為介質，其中NaCl、KC1的摩爾比為n(NaCl):n(KCl)=l:1，三組元中NaF的摩爾分數為0.1，在三組元中加入占恪鹽介質質量百分數的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熔鹽體系中溶解達到飽和；
b.預電解除雜:放入預制好的陰極碳鋼片，在溫度為710°C，陰極電流密度為200mA/cm2條件下，預電解20分鐘除雜；
c.電沉積釩:在氬氣保護氣氛中，放入預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，沉積時間為2.5h，脈沖電流條件下進行電沉積實驗，得到沉積層的SEM表面形貌圖，見圖3。
[0023]實施例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:選取由NaC1、KC1、NaF構成的三組元為介質，其中NaCl、KC1的摩爾比為11(他(:1):11(1((:1)=1:1，三組元中似？的摩爾分數為0.3，在三組元中加入占熔鹽介質質量百分數的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熔鹽體系中溶解達到飽和；
b.預電解除雜:放入預制好的陰極碳鋼片，在溫度為710°C，陰極電流密度為200mA/cm2條件下，預電解20分鐘除雜；
c.電沉積釩:在氬氣保護氣氛中，放入預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，沉積時間為2h，脈沖電流條件下進行電沉積實驗，得到沉積層的SEM表面形貌圖，見圖4。
[0024]圖5為陰極產物EDS圖，圖6為在實施例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，實施例1 -4中的得到的釩純度較高。
[0025]以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
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:選取由NaCl、KCl、NaF構成的三組元為介質，其中NaCKKCl的摩爾比為n(NaCl):n(KCl)=l:1，三組元中NaF的摩爾分數為0.1?0.5，步長為0.1，在三組元中加入占熔鹽介質質量百分數的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熔鹽體系中溶解達到飽和； b.預電解除雜:放入預制好的陰極碳鋼片，預電解20分鐘除雜； c.電沉積釩:在氬氣保護氣氛中，放入預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，沉積時間為I?2.5h，脈沖電流條件下進行電沉積實驗，得到純釩。2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求1-3任意一項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.根據權利要求1-3任意一項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.根據權利要求1-3任意一項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.根據權利要求1-3任意一項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，沉積時間為Ih。8.根據權利要求1-3任意一項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，沉積時間為Ih。9.根據權利要求1-3任意一項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，沉積時間為2.5h。10.根據權利要求1-3任意一項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，沉積時間為2h。
【專利摘要】本發明公開了一種熔鹽電沉積釩的方法，本發明方法以NaCl、KC1、NaF構成的三組元為介質，陽極材質為高純石墨，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，電沉積時間1～2.5小時，在碳鋼陰極上得到純釩。本發明構成熔鹽的組元為常用廉價藥劑，易獲得，成本低，且消耗少，生產工藝簡單，過程容易控制，具有很好的應用前景。
【IPC分類】C25C3/26
【公開號】CN105714332
【申請號】CN201610232472
【發明人】何小鳳, 李運剛, 張士憲, 李智慧
【申請人】華北理工大學