直接电解还原液态V2O5制取金属钒

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钒是一种性能优越的金属,具有密度小、熔点高、硬度大、导热性好、耐腐蚀性强、快中子吸收等优良特性,因此被广泛的应用于钢铁、化工、宇航、医药等行业。金属钒的传统制备方法有钙热还原法、铝热还原法、镁热还原法、硅热还原法、真空碳还原等方法,虽然工艺已经成熟,但是存在工艺复杂,生产周期长,不能连续化生产等缺点,致使钒的生产成本居高不下,极大的限制了钒的广泛应用。FFC工艺则是在熔盐中直接电解氧化物制取金属单质,被认为是一种兼备能耗低、污染小的绿色冶金新工艺。本文研究了用FFC法以液态V205为原料制备金属钒的过程。将盛有V205的小石墨坩埚置于装有熔盐的刚玉坩埚底部为阴极,石墨棒为阳极,摩尔比为0.55:0.45的CaCl2-NaCl作为电解质。研究了温度、电压、成型压力对电解电流和金属纯度的影响。温度范围为750-850℃,电压范围为2.9-3.1V,成型压力范围为0-5MPa的条件下进行电解。获得对不同条件下的电解时间—电流曲线以及产品的XRD、SEM图,确定了最佳的反应温度为800℃,电解电压为3.0V,压片成型压力为3MPa。电解产物明显的分为上、下两层,分别经过水洗、研磨、酸洗、水洗、晾干以后检测的到的XRD、SEM图,下层产物纯度高基本不含有其他杂质,上层产物纯度低含有CaV204等其他杂质。根据时间—电流曲线及产品的、SEM图探讨了电解还原液态V205电解还原的反应机理:整个电解过程分为三个步骤,反应过程中生成了V02、V203、CaV204、V1603等中间产物,得出反应顺序为:V205先还原为V02、V203,V203与CaO结合成CAV204,CaV204被还原为钒和V1603低价钒氧化物,低价氧化物被还原成钒。
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