CN108277507A - 一种电解分离含钒铬熔盐中的钒和铬的方法 - Google Patents

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Abstract

一种电解分离含钒铬熔盐中的钒和铬的方法，属于提钒化工技术领域。其包括以下步骤：经过预处理的钒渣(含VCl3和CrCl3)、氯化钠、氯化钾按一定比例混匀放入氧化铝坩埚中，氧化铝坩埚放入竖炉中，竖炉中通有高纯氩气。将竖炉升温到一定温度，保温一定时间。保温结束后，将银氯化银参比电极，钨丝工作电极，石墨棒通过法兰上的孔插入熔盐中，使用电化学工作站循环伏安测定熔体氧化还原峰；获得的氧化还原峰，根据钒的还原峰电位进行恒电位电解，电解一段时间后，把钨电极拔出熔盐液面一定距离。使用另一个钨丝进行铬的恒电位电解。本方法较传统的萃取分离钒铬得到金属钒和铬的流程短，可以一步电解得到金属钒和铬。钒铬的分离率达到90％以上。

Description

一种电解分离含钒铬熔盐中的钒和铬的方法
技术领域
本发明涉及提钒化工技术领域，更具体讲，涉及一种采用电化学分离含钒铬氯化物熔盐体系中钒和铬的方法。
背景技术
钒熔点高，有延展性，质坚硬，抗腐蚀性强，可以提高钢的强度和韧性，碳化钒可以提高抗氢腐蚀能力。中国每年生产大量的钒，约85％应用于冶炼合金钢。铬可以提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，是耐热钢的重要合金元素。
中国每年产生40万吨左右钒渣，钒渣中含有大量的有价金属钒和铬。钒渣中V2O3含量为13-19wt.％，Cr2O3的含量为1-6wt.％。钒渣主要物相有：尖晶石相(钒铁尖晶石、锰钒尖晶石和钛铁尖晶尖)、硅酸盐相(锰铁橄榄石)和金属铁相。钒主要以三价形式存在于钒铁尖晶石(FeV2O4)中，铬也主要以三价形式存在于铁铬尖晶石(FeCr2O4)中。现在工业上钒渣的综合利用主要采用焙烧-浸出方法，使五价钒、六价铬同时进入溶液。如何分离钒铬是综合利用钒铬的宝贵资源的重要课题之一。在专利200610089232《一种从含钒铬溶液中分离回收钒和铬的方法》中公开了钒铬分离的方法，采用萃取分离钒铬；在专利201410204195.1《一种电解分离含钒铬溶液中钒和铬的方法》通过电化学方法进行了溶液中五价钒和六价铬的分离。但是铬的价态从三价变为六价，铬的毒性增加一百倍。钒的价态从三价变为五价，钒毒性也大大增加。为了降低高价钒铬对于环境的危害，研究三价钒和三价铬有效提取的新工艺是非常有意义的。在专利201611174538.X《一种提取固体中铁和锰的方法》提出了选择性提取铁锰的方法，同时，在专利201610211017.0《一种提取钢铁厂钒渣中钛、铁、锰、钒和铬的方法》我们提出了提钒铬新工艺，得到了三价钒和三价铬。因此经过两次处理后，得到的是含VCl3和CrCl3的熔盐体系。由于钒与铬的性质非常相近，钒铬的分离是非常困难的。
发明内容
本发明目的是为了从含三氯化钒和三氯化铬原料中有效分离钒铬。具体而言，其应用于分离经过预处理的钒渣(含VCl3和CrCl3)中的钒和铬的方法。
一种电解分离含钒铬熔盐中的钒和铬的方法，包括以下步骤：
1).将经过预处理的钒渣(含VCl3和CrCl3)、氯化钠、氯化钾按一定比例混匀。将混合物放入氧化铝坩埚中，将氧化铝坩埚放入竖炉中，竖炉采用法兰密封。竖炉中通有高纯氩气，氩气从竖炉底部进入，顶部出。将竖炉升温到一定温度，保温一定时间；
2)将步骤1)保温结束后，将银氯化银参比电极，钨丝工作电极，石墨棒通过法兰上的孔插入熔盐中，使用电化学工作站循环伏安测定熔体氧化还原峰；
3)将步骤2)获得的氧化还原峰，根据钒的还原峰电位进行恒电位电解，电解一段时间后，把钨电极拔出熔盐液面一定距离。使用另一个钨丝进行铬的恒电位电解；
4)电解完后，电极在氩气保护下冷却，将电解产物从钨丝上取出，使用乙醇、去离子水冲洗数次，低温烘干得到分离的钒和铬金属。
进一步地，步骤1)中加入的预处理的钒渣(含VCl3和CrCl3)粒度在48-120微米之间。
进一步地，步骤1)中的NaCl和KCl是为了形成低熔点的熔盐，在电解过程中不参与反应，可以从碱金属氯化物或者碱土金属氯化物中选择一种或者多种氯化物，形成熔盐。
进一步地，步骤1)中熔盐(NaCl-KCl)与预处理的钒渣(含VCl3和CrCl3)比大于5。
进一步地，步骤1)中竖炉升温到400-900℃。
进一步地，步骤1)中竖炉保温0.5-1h。
进一步地，步骤1)中熔体的组成包括NaCl、KCl、CrCl3、VCl3。
进一步地，步骤2)中银氯化银参比电极与两个钨丝工作电极保持相同的距离，并且在一条直线上。
进一步地，步骤3)中钒的电解电位为-0.9到-1.8V，电解时间为0.5-3h；铬的电解电位为-1.7V到-2.3V，时间为0.5-3h。
本发明特点如下：
(1)本发明所采用的钒铬熔盐中钒和铬都是三价氯化物。
(2)本发明找到了一种通过控制电位和钒铬浓度高效分离钒渣中钒铬的新方法。
(3)本方法用氯化钠(NaCl)和氯化钾(KCl)混合物的质量与钒渣的质量比大于5。
(4)本方法反应温度在400-900o C。
(5)本方法较传统的萃取分离钒铬得到金属钒和铬的流程短，可以一步电解得到金属钒和铬。钒铬的分离率达到90％以上。
具体实施方式
此处所描述的具体实例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，本领域技术人员应当理解，本发明的方法并不仅限于提取钢铁厂钒渣、不锈钢渣或钛铁矿粉中钒和铬。
实施例1
将1.5克干燥三氯化钒、1.5克干燥三氯化铬、40克氯化钠粉和50克氯化钾粉机械混匀，放入坩埚中。将坩埚置于通有高纯氩气的竖炉中，竖炉采用法兰密封。升温到800℃，保温1h，保温结束后。将银氯化银参比电极，钨丝工作电极，石墨棒通过法兰上的孔插入距离熔盐底部1.5cm处。进行循环伏安测定，确定钒铬的氧化还原峰。进行恒电位电解，电解电位为-1.35V,电解2h。把钨电极拔出熔盐液面一定距离，使用另一个钨丝进行铬的恒电位电解，电解电位为-2V,电解2h。电解完后，电解在氩气保护下冷却，将电解产物从阴极取出，使用乙醇、去离子水冲洗数次，低温烘干得到钒和铬。
实施例2
将3克干燥三氯化钒、1.5克干燥三氯化铬、40克氯化钠粉和50克氯化钾粉机械混匀，放入坩埚中。将坩埚置于通有高纯氩气的竖炉中，竖炉采用法兰密封。升温到800℃，保温1h，保温结束后。将银氯化银参比电极，钨丝工作电极，石墨棒通过法兰上的孔插入距离熔盐底部1.5cm处。进行循环伏安测定，确定钒铬的氧化还原峰。进行恒电位电解，电解电位为-1.35V,电解2h。把钨电极拔出熔盐液面一定距离，使用另一个钨丝进行铬的恒电位电解，电解电位为-2V,电解2h。电解完后，电解在氩气保护下冷却，将电解产物从阴极取出，使用乙醇、去离子水冲洗数次，低温烘干得到钒和铬。
实施例3
将4.5克干燥三氯化钒、1.5克干燥三氯化铬、40克氯化钠粉和50克氯化钾粉机械混匀，放入坩埚中。将坩埚置于通有高纯氩气的竖炉中，竖炉采用法兰密封。升温到800℃，保温1h，保温结束后。将银氯化银参比电极，钨丝工作电极，石墨棒通过法兰上的孔插入距离熔盐底部1.5cm处。进行循环伏安测定，确定钒铬的氧化还原峰。进行恒电位电解，电解电位为-1.35V,电解2h。把钨电极拔出熔盐液面一定距离，使用另一个钨丝进行铬的恒电位电解，电解电位为-2V,电解2h。电解完后，电解在氩气保护下冷却，将电解产物从阴极取出，使用乙醇、去离子水冲洗数次，低温烘干得到钒和铬。

Claims (9)

1.一种电解分离含钒铬熔盐中的钒和铬的方法，其特征在于包括以下步骤：
1).将经过预处理含VCl3和CrCl3的钒渣、氯化钠、氯化钾按一定比例混匀；将混合物放入氧化铝坩埚中，将氧化铝坩埚放入竖炉中，竖炉中通有高纯氩气，氩气从竖炉底部进入，顶部出；将竖炉升温到一定温度，保温一定时间；
2)将步骤1)保温结束后，将银氯化银参比电极、钨丝工作电极、石墨棒通过法兰上的孔插入熔盐中，使用电化学工作站循环伏安测定熔体氧化还原峰；
3)将步骤2)获得的氧化还原峰，根据钒的还原峰电位进行恒电位电解，电解一段时间后，把钨电极拔出熔盐液面一定距离，使用另一个钨丝进行铬的恒电位电解；
4)将步骤3)电解完后，电极在氩气保护下冷却，将电解产物从钨丝取出，使用乙醇、去离子水冲洗数次，低温烘干得到分离的钒和铬金属。
2.根据权利要求1所述电解分离含钒铬熔盐中的钒和铬的方法，其特征在于其中步骤1)中加入的预处理含VCl3和CrCl3的钒渣粒度在48-120微米之间。
3.根据权利要求1所述电解分离含钒铬熔盐中的钒和铬的方法，其特征在于其中步骤1)中NaCl和KCl是为了形成低熔点的熔盐，在电解过程中不参与反应，从碱金属氯化物或者碱土金属氯化物中选择一种或者多种氯化物，形成熔盐。
4.根据权利要求1所述电解分离含钒铬熔盐中的钒和铬的方法，其特征在于其中步骤1)中熔盐NaCl-KCl与预处理含VCl3和CrCl3的钒渣比大于5。
5.根据权利要求1所述电解分离含钒铬熔盐中的钒和铬的方法，其特征在于其中步骤1)中竖炉升温到400-900℃。
6.根据权利要求1所述电解分离含钒铬熔盐中的钒和铬的方法，其特征在于其中步骤1)中竖炉保温0.5-1h。
7.根据权利要求1所述电解分离含钒铬熔盐中的钒和铬的方法，其特征在于其中步骤1)中熔体的组成包括NaCl、KCl、CrCl3、VCl3。
8.根据权利要求1所述电解分离含钒铬熔盐中的钒和铬的方法，其特征在于其中步骤2)中银氯化银参比电极与两个钨丝工作电极保持相同的距离，并且在一条直线上。
9.根据权利要求1所述电解分离含钒铬熔盐中的钒和铬的方法，其特征在于其中步骤3)中钒的电解电位为-0.9到-1.8V，电解时间为0.5-3h；铬的电解电位为-1.7V到-2.3V，时间为0.5-3h。
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