CN115637465A

CN115637465A - 钒铝合金中金属钒的分离纯化方法

Info

Publication number: CN115637465A
Application number: CN202211319324.2A
Authority: CN
Inventors: 宋建勋; 宋芯; 李少龙; 杨斌; 何季麟
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2022-10-26
Filing date: 2022-10-26
Publication date: 2023-01-24

Abstract

本发明实施例公开的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，包括：取设定量的钒铝合金，与添加剂混合，成型；以成型的钒铝合金为阳极、金属电极为阴极，通过设计电极大小设定阴、阳极电流密度，以碱金属或碱土金属氯化物为熔盐电解质，组成电解体系；组成的电解体系进行恒电流电解，在金属钒沉淀在阳极区，金属铝进入电解质，实现金属钒的分离纯化。

Description

钒铝合金中金属钒的分离纯化方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及钒铝合金中金属钒的分离纯化方法。

背景技术

钒是战略性新兴产业发展的关键金属，在国民经济和国防建设中发挥着关键作用。金属钒因具有耐腐蚀、高硬度、高拉伸强度和高抗疲劳性等良好的物理和化学性能，被广泛应用于冶金、化工、航天航空、原子能工业、国防工业、机械建筑、汽车制造及超导等技术领域。

钒在自然界的丰度较高，但分布极为分散，常与铝、铬、铁、钛、铀等的金属矿、碳质矿等伴生，品位普遍较低。我国的提钒原料以钒钛磁铁矿和石煤(含钒页岩)为主，含钒页岩中的钒通常以V(Ⅲ)类质同象取代铝氧二八面体结构中的Al(Ⅲ)而赋存于云母矿中。在含钒页岩提钒过程中，由于铝比钒更活泼，会对后续金属钒的精炼与富集有一定的阻碍。

目前，以铝钒合金为原料分离铝钒的方法多为在含钒溶液中采用萃取法分离钒与杂质铝离子，或者采用化学沉淀法或结晶法。现有钒铝分离的方法存在工艺流程复杂、钒损失率偏高和未回收有价金属铝等问题，资源综合利用率低。

发明内容

有鉴于此，一些实施例公开了钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，包括：

取设定量的钒铝合金，与添加剂混合，成型；

以成型的钒铝合金为阳极、惰性金属电极为阴极，碱金属或碱土金属氯化物为熔盐电解质，组成电解体系；

在组成的电解体系进行恒电流电解，通过电流密度控制，金属钒沉积在阳极区，金属铝进入电解质，实现金属钒的分离及纯化。

一些实施例公开的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，沉淀在阳极区的金属钒进一步进行纯化，得到纯金属钒。

一些实施例公开的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，电解质中的金属铝沉积，收集得到纯金属铝。

一些实施例公开的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，金属阴极包括金属钼电极、金属钒电极、不锈钢电极。

一些实施例公开的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，碱金属或碱土金属氯化物一种或其共晶化合物，包括LiCl-NaCl、CsCl-NaCl、CsCl-LiCl、CsCl-KCl、NaCl-KCl、LiCl-KCl、MgCl₂-LiCl、MgCl₂-NaCl、MgCl₂-KCl、MgCl₂-CsCl、CaCl₂-LiCl、CaCl₂-NaCl、CaCl₂-KCl、CaCl₂-CsCl或MgCl₂-CaCl₂。

一些实施例公开的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，熔盐电解质的温度设定为400～1000℃。

一些实施例公开的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，钒铝合金的成型压力控制为50～100Mpa。

一些实施例公开的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，通过设计电极大小设定阴、阳极电流密度，恒电流电解过程中，阴极电流密度设定在0.1～1.0A/cm²，阳极电流密度设定为0.05～1.0A/cm²。

一些实施例公开的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，添加剂为粘结剂。

一些实施例公开的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，粘结剂为酒精。

本发明实施例公开的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，以钒铝合金为原料制备成阳极，以金属电极为阴极，在碱金属或碱土金属氯化物熔融电解质中电解，在阳极区获得金属钒，铝以离子状态进入电解质中，电化学沉积得到高纯金属铝，实现了金属钒的分离和纯化，在钒铝合金的分离中具有良好应用前景。

附图说明

图1实施例1阳极原料及沉淀产物XRD图。

具体实施方式

在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本发明实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本发明实施例中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明实施例公开的内容。

除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本发明实施例所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本发明实施例中其它未特别注明的试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常采用的实验方法和技术手段。

本文所用的术语“基本”和“大约”用于描述小的波动。例如，它们可以是指小于或等于±5％，如小于或等于±2％，如小于或等于±1％，如小于或等于±0.5％，如小于或等于±0.2％，如小于或等于±0.1％，如小于或等于±0.05％。在本文中以范围格式表示或呈现的数值数据，仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围。例如，“1～5％”的数值范围应被解释为不仅包括1％至5％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2％、3.5％和4％，和子范围，如1％～3％、2％～4％和3％～5％等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的宽度或所述特征如何，这样的解释都适用。

在本文中，包括权利要求书中，连接词，如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”等被理解为是开放性的，即是指“包括但不限于”。只有连接词“由……构成”和“由……组成”是封闭连接词。

为了更好的说明本发明内容，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备等未作详细描述，以便凸显本发明的主旨。

在不冲突的前提下，本发明实施例公开的技术特征可以任意组合，得到的技术方案属于本发明实施例公开的内容。

在一些实施方式中，一些实施例公开了钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，包括：

取设定量的钒铝合金，与添加剂混合，成型；一般地，本文中述及的钒铝合金是指同时含有钒和铝的合金材料；钒铝合金与添加剂混合成型，得到具有一定形状和规格的块状金属材料，如合金金属粉、合金金属板、合金金属棒、合金金属片、合金金属筒等，以适合后续工艺中作为电解体系的阳极为基本原则，确定块状金属材料的形状和规格；一般地，添加剂包括需要添加在钒铝合金中，与钒铝合金混合，有利于钒铝合金成型的添加物，例如粘结剂、成形剂、赋形剂等，一般地添加剂不能参与后续的电解工艺，防止其影响电解工艺，产生对获得金属钒和金属铝不利的杂质产物；

以成型的钒铝合金为阳极、惰性金属电极为阴极，碱金属或碱土金属氯化物为熔盐电解质，组成电解体系；通常得到的钒铝合金具有适合的大小和形状，可以放置在电解容器中作为阳极，设置在电解质中参与电化学反应；通常熔盐电解质加热到一定温度后变为熔融态，熔融态的熔盐电解质作为液态电解质，具有适应的流动性和导电性，适合作为电解钒铝合金进行金属钒和金属铝纯化的电解质；惰性金属电极作为阴极，本身不参与电极反应，有效防止电解体系中带入新的杂质元素，防止金属钒和金属铝的纯化分离工艺复杂化；

组成的电解体系进行恒电流电解，金属钒在阳极区不发生电化学溶解而沉淀，金属铝进入电解质，实现金属钒的分离。通常地，恒电流电解过程中，钒铝合金在阳极发生氧化反应，金属钒不参与氧化反应沉淀在阳极区，金属铝被氧化形成铝离子，进入电解质中；实现了金属铝与金属钒的分离。

富集在阳极区的金属钒，进一步收集、纯化，可以得到高纯金属钒；进入电解质中的铝离子在阴极上电化学精炼为高纯铝。

一些实施例中，沉淀在阳极区的金属钒进一步收集，收集的金属钒经过洗涤、干燥，得到纯金属钒。

一些实施例中，进入电解质中的铝离子在阴极电化学精炼为高纯铝。

一些实施例中，金属阴极包括金属钼电极、金属钒电极、不锈钢电极。

一些实施例中，碱金属或碱土金属氯化物一种或其共晶化合物，包括LiCl-NaCl、CsCl-NaCl、CsCl-LiCl、CsCl-KCl、NaCl-KCl、LiCl-KCl、MgCl₂-LiCl、MgCl₂-NaCl、MgCl₂-KCl、MgCl₂-CsCl、CaCl₂-LiCl、CaCl₂-NaCl、CaCl₂-KCl、CaCl₂-CsCl、MgCl₂-CaCl₂等任一种都可以作为钒铝分离恒电流电解体系的熔盐电解质。

一些实施例公开的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，熔盐电解质的温度设定为400～1000℃。通常电解质的温度是指恒电流电解过程中熔融盐电解质处于合适的状态所具有的温度；一般地，该温度根据电解质类别进行确定，例如，电解质的温度高于熔融温度，共晶盐电解质的温度高于共晶点温度；例如共晶盐电解质LiCl-KCl的温度可以选择在400～500℃；共晶盐电解质NaCl-KCl的温度可以选择在700～800℃。

一些实施例中，电解质的温度比电解质的熔融温度高50℃以上。共晶盐电解质的温度比共晶点温度高50℃以上。

一些实施例中，钒铝合金的成型压力控制为50～100Mpa。

一些实施例中，恒电流电解过程中，阴极电流密度设定在0.1～1.0A/cm²，阳极电流密度设定为0.05～1.0A/cm²。

一些实施例公开的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，添加剂为粘结剂。例如粘结剂可选酒精。

以下结合实施例对技术细节做进一步示例性说明。

实施例1

图1为实施例1公开的阳极原料及沉淀产物XRD图。

(1)称取100g钒铝合金粉，向其中加入酒精，混合均匀后在100Mpa压力下压制成型；

(2)以成型的钒铝合金作为阳极，金属钼板作为阴极，NaCl-KCl为电解质，放置在石墨电解池中，组成电解体系；电解质温度设定为750℃，通过设计电极大小设定阴、阳极电流密度，其中阴极电流密度设置为0.4A/cm²，阳极电流密度设定为0.25A/cm²，在氩气氛中进行恒电流电解；

电解过程中，金属钒逐渐在阳极区沉淀，收集阳极区沉淀产物，得到金属钒；铝以离子的形式进入到电解质中并在阴极得到电化学精炼。

图1为实施例1阳极及收集沉淀产物的XRD图。由图1可知，未电解前，阳极的XRD衍射曲线显示其主要成分为V₅Al₈，电解完成后，收集的阳极沉淀物XRD衍射曲线显示成分为V。

本发明实施例公开的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，以钒铝合金为原料制备成阳极，以金属电极为阴极，通过设计电极大小设定阴、阳极电流密度，在碱金属或碱土金属氯化物熔融电解质中电解，在阳极区获得金属钒，铝以离子状态进入电解质中并在阴极得到电化学精炼，实现了金属钒的分离和纯化，在钒铝合金的分离中具有良好应用前景。

本发明实施例公开的技术方案和实施例中公开的技术细节，仅是示例性说明本发明的发明构思，并不构成对本发明实施例技术方案的限定，凡是对本发明实施例公开的技术细节所做的常规改变、替换或组合等，都与本发明具有相同的发明构思，都在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，其特征在于，包括：

取设定量的钒铝合金，与添加剂混合，成型；

以成型的钒铝合金为阳极、金属电极为阴极，碱金属或碱土金属氯化物为熔盐电解质，组成电解体系；

组成的电解体系进行恒电流电解，通过电流密度控制，金属钒沉淀在阳极区，金属铝进入电解质，实现金属钒的分离。

2.根据权利要求1所述的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，其特征在于，沉淀在阳极区的金属钒进一步进行纯化，得到纯金属钒。

3.根据权利要求1所述的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法，其特征在于，所述惰性金属电极包括金属钼电极、金属钒电极、不锈钢电极。

4.根据权利要求1所述的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法其特征在于，所述碱金属或碱土金属氯化物一种或其共晶化合物，包括LiCl-NaCl、CsCl-NaCl、CsCl-LiCl、CsCl-KCl、NaCl-KCl、LiCl-KCl、MgCl₂-LiCl、MgCl₂-NaCl、MgCl₂-KCl、MgCl₂-CsCl、CaCl₂-LiCl、CaCl₂-NaCl、CaCl₂-KCl、CaCl₂-CsCl或MgCl₂-CaCl₂。

5.根据权利要求1所述的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法其特征在于，熔盐电解质的温度设定为400～1000℃。

6.根据权利要求1所述的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法其特征在于，钒铝合金的成型压力控制为50～100Mpa。

7.根据权利要求1所述的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法其特征在于，恒电流电解过程中，阴极电流密度设定在0.1～1.0A/cm²，阳极电流密度设定为0.05～1.0A/cm²。

8.根据权利要求1所述的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法其特征在于，所述添加剂为粘结剂。

9.根据权利要求8所述的钒铝合金中金属钒的分离纯化方法其特征在于，所述粘结剂为酒精。