JP6524492B2 - Method of manufacturing vanadium metal - Google Patents

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Description

本発明は、金属バナジウム、特に高純度の金属バナジウムの製造方法に関する。  The present invention relates to a process for the production of metallic vanadium, in particular highly pure metallic vanadium.

金属バナジウムは、被覆材、チタン、アルミニウム、ジルコニウムおよび鋼への添加剤、ジェット機、誘導ミサイルなどの耐熱材、スパッタリング・ターゲット、真空管蒸着、合金系超電導材などとして幅広く使用されており、放射化しない特性により原子炉の材料としても使用されている。  Metallic vanadium is widely used as a coating material, additive to titanium, aluminum, zirconium and steel, heat resistant material such as jet machine and induction missile, sputtering target, vacuum tube evaporation, alloy based superconducting material etc. It is also used as a reactor material due to its characteristics.

また、金属バナジウムは、常温・常圧で約2.2mass%の水素吸蔵・放出特性を有することから単体金属で水素吸蔵材料として期待されている。例えば、ニッケルカドミ電池の代替品になり得るNi-水素電池の陰極として、バナジウム系の水素吸蔵合金の利用が考えられている。
さらに、バナジウムレドックスフロー電池の電解液や、よりエネルギー密度の高いバナジウム-空気電池での利用も考えられており、将来技術の基礎材料として期待されている。
Metallic vanadium is expected to be a single metal as a hydrogen storage material because it has a hydrogen storage / release characteristic of about 2.2 mass% at normal temperature and pressure. For example, utilization of a vanadium-based hydrogen storage alloy is considered as a cathode of a Ni-hydrogen battery that can be a substitute for a nickel cadmium battery.
Furthermore, its application to electrolytes of vanadium redox flow batteries and vanadium-air batteries with higher energy density is also considered, and is expected as a basic material for future technology.

従来、金属バナジウムを製造する方法として、テルミット反応と電子ビーム溶解法を繰り返し用いる方法がある。簡単に説明すれば、この製造方法では、まず、五酸化バナジウムをアルミニウムで熱還元して、アルミニウムと酸素を多く含んだ粗バナジウムを製造する。その後、電子ビームを用いて、得られた粗バナジウムの溶解・凝固を繰り返して金属バナジウムを製造する。この方法によれば、溶解・凝固を繰り返して高純度化を図ることで、高純度のバナジウムを製造することができる。ところが、この製造方法では、装置及び大きなエネルギーが必要であると共に手間がかかるので、製造された金属バナジウムは、非常に高価になる。  Conventionally, as a method of producing metallic vanadium, there is a method of repeatedly using the thermit reaction and the electron beam melting method. Briefly, in this production method, vanadium pentoxide is first thermally reduced with aluminum to produce crude vanadium containing a large amount of aluminum and oxygen. Thereafter, dissolution and solidification of the obtained crude vanadium are repeated using an electron beam to produce metallic vanadium. According to this method, vanadium of high purity can be produced by repeating dissolution and solidification to achieve high purification. However, this method of production requires much equipment and energy and is laborious, so the metallic vanadium produced is very expensive.

また、他の製造方法として、バナジウム酸化物のCa熱還元法が開発されている(特許文献1参照)。この製造方法を用いれば、上述した製造方法よりも低コストで、五酸化バナジウムから金属バナジウムが製造することができる。ところが、五酸化バナジウムは比較的融点が低いため、製造される金属バナジウムは、製造工程で用いる反応容器に固着した状態になりやすく、反応容器の還元物質などの不純物の混入を防止することが容易でない。   Further, as another manufacturing method, a Ca thermal reduction method of vanadium oxide has been developed (see Patent Document 1). Using this production method, metallic vanadium can be produced from vanadium pentoxide at a lower cost than the above-described production method. However, since vanadium pentoxide has a relatively low melting point, the metal vanadium produced is likely to be stuck to the reaction vessel used in the manufacturing process, and it is easy to prevent the mixing of impurities such as reducing substances in the reaction vessel. Not

さらに、他の製造方法として、バナジウムのハロゲン化物を原料とする金属バナジウムの製造方法がある(特許文献1参照)。ところが、バナジウムのハロゲン化物は、取り扱いが非常に難しく、しかも製造途中で生成される副生成物を除去するためのプロセス設計が複雑であるので装置の大型化が難しく、実用化には至っていない。  Furthermore, as another production method, there is a production method of metallic vanadium using a halide of vanadium as a raw material (see Patent Document 1). However, since the halide of vanadium is very difficult to handle and the process design for removing by-products generated in the process is complicated, the enlargement of the apparatus is difficult, and it has not been put to practical use.

ところで、近年、さらに別の金属バナジウムの製造方法として、溶融電解を用いて五酸化バナジウムをカルシウム還元する技術を用いた製造方法が開発されている。この製造方法は、近年、酸化チタンなどの金属の製造方法(新しい還元法)として注目されている技術(いわゆる「OS法」)をバナジウムの製造に応用したものである。「OS法」とは、簡単に説明すれば、溶融塩化カルシウムを用いた還元方法であり、「塩化カルシウム−酸化カルシウム電解法」と「カルシウム熱還元法」を一体化した技術である(特許文献2参照)。  By the way, in recent years, as another method for producing metallic vanadium, a production method using a technique of calcium reduction of vanadium pentoxide using a melt electrolysis has been developed. This manufacturing method is an application of technology (so-called "OS method"), which has attracted attention as a manufacturing method (new reduction method) of metals such as titanium oxide, to vanadium manufacturing in recent years. The “OS method” is simply a reduction method using molten calcium chloride, and is a technology in which the “calcium chloride-calcium oxide electrolytic method” and the “calcium thermal reduction method” are integrated (patent document) 2).

宮内彰彦、岡部徹「バナジウム及びバナジウム合金の新しい製造 技術の開発」日本金属学会誌、第74巻、第11号(2010) 701-711 解説論文Akihiko Miyauchi, Toru Okabe "Development of new manufacturing technology of vanadium and vanadium alloys" Journal of the Japan Institute of Metals, Vol. 74, No. 11 (2010) 701-711 commentary 特許第3981601号公報Patent No. 3981601

岡 佑一、鈴木亮輔「溶融塩化カルシウム浴を用いた酸化バナ ジウムの直接還元」日本金属学会誌、第72号、第3巻 (2008)181-187Okaichi Koichi, Suzuki Akira "Direct Reduction of Vanadium Oxide Using Molten Calcium Chloride Bath" Journal of the Japan Institute of Metals, Vol.72, Vol.3 (2008) 181-187 R.O.Suzuki etc. “Direct reduction of vanadium oxide in molten CaCl2” Mineral Processing and Extractive Metallurgy (Trans. Inst. Min. Metal. C) 2008, Vol.117, No.2, 108-112R. O. Suzuki etc. "Direct reduction of vanadium oxide in molten CaCl2" Mineral Processing and Extractive Metallurgy (Trans. Inst. Min. Metal. C) 2008, Vol. 117, No. 2, 108-112 Y.Oka, and R.O.Suzuki “Direct Reduction of Liquid V2O5 in Molten CaCl2” ECS Transactions, 16(49)255-264Y. Oka, and R. O. Suzuki "Direct Reduction of Liquid V2O5 in Molten CaCl2" ECS Transactions, 16 (49) 255-264

ところが、「OS法」を応用した金属バナジウムの製造方法では、原料として融点が低い五酸化バナジウムを用いており、上述したように製造段階で不純物が混入するおそれがあり、高純度の金属バナジウムの製造は容易でない。より融点の高い三酸化バナジウムを用いることでこの問題を改善することが考えられるが、この場合、五酸化バナジウムを三酸化バナジウムに還元する必要があるため、その分だけ手間がかかり、金属バナジウムの製造効率が低下する。  However, in the method of producing metallic vanadium to which the “OS method” is applied, vanadium pentoxide having a low melting point is used as a raw material, and as described above, there is a possibility that impurities may be mixed in the production stage. Manufacturing is not easy. Although it is thought that this problem will be improved by using vanadium trioxide having a higher melting point, in this case, since it is necessary to reduce vanadium pentoxide to vanadium trioxide, it takes time and effort to Manufacturing efficiency is reduced.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、高純度の金属バナジウムを、より簡便且つより低コスト・省エネルギーで製造することができる金属バナジウムの製造方法を提供するものである。  The present invention has been made in view of such problems, and provides a method for producing metallic vanadium which can produce metallic vanadium of high purity more easily, at lower cost and with energy saving. .

本発明の発明者らは、レドックスフロー電池などのバナジウム電池を開発する中で、これらの電池で必要な金属バナジウムを、簡便且つ低コストで製造できる製造技術が必要と考えた。また、上述したように、金属バナジウムは、様々な用途で幅広く使用されており、この点でも需要が高まると考えられる。
このようなことから、金属バナジウムを簡便且つ低コストで製造できる製造技術が必要であるとの結論に達し、今後は高純度の金属バナジウムの必要性が高まると判断から、高純度の金属バナジウムを簡便且つ低コストで製造する方法の開発を行うこととした。
そこで、上述の「OS法」を応用した金属バナジウムの製造方法に着目し、不純物の混入防止の観点で研究開発を進め、次に説明するような本発明をするに至った。
The inventors of the present invention, while developing a vanadium battery such as a redox flow battery, thought that a manufacturing technique that can easily and inexpensively manufacture the metallic vanadium necessary for these batteries is necessary. Further, as described above, metallic vanadium is widely used in various applications, and it is considered that the demand is also increased in this respect.
Based on these facts, we conclude that we need a manufacturing technology that can produce metallic vanadium simply and at low cost, and based on the judgment that the need for metallic vanadium of high purity will increase in the future We decided to develop a simple and low-cost manufacturing method.
Therefore, focusing on the method of producing metallic vanadium to which the above-mentioned "OS method" is applied, research and development have been advanced from the viewpoint of preventing the mixing of impurities, and the present invention as described below has been made.

本出願に係る発明は、反応槽内の溶融塩電解浴を形成する無機溶融塩のうちの一部の無機溶融塩を電気分解して還元性分解生成物を生成せしめ、還元性分解生成物によりバナジウム化合物を熱還元して金属バナジウムを製造する金属バナジウムの製造方法であり、前記一部の無機溶融塩として、カルシウムの硫化物、硫酸化合物及び酸化物からなる群から選ばれる1種又は2種以上が含まれており、前記還元性分解生成物には、前記一部の無機溶融塩を電気分解して得られるカルシウムが含まれており、前記バナジウム化合物は、バナジウム硫化物、バナジウム硫酸化合物、バナジウムのチオ硫酸化合物、メタバナジン酸アンモニウム及び硫酸バナジルからなる群から選ばれる1種又は2種以上を含む混合バナジウム化合物である、金属バナジウムの製造方法である。  The invention according to the present application electrolyzes a part of the inorganic molten salt of the inorganic molten salt forming the molten salt electrolytic bath in the reaction tank to form a reductive decomposition product, and the reductive decomposition product It is a manufacturing method of metallic vanadium which carries out thermal reduction of a vanadium compound and manufactures metallic vanadium, and one or two sorts chosen from a group which consists of a sulfide, a sulfuric acid compound, and an oxide of calcium as said some inorganic molten salt. The above is included, and the reductive decomposition product contains calcium obtained by electrolyzing the above-mentioned part of the inorganic molten salt, the above-mentioned vanadium compound is a vanadium sulfide, a vanadium sulfate compound, A metallic vanadium, which is a mixed vanadium compound containing one or more selected from the group consisting of a thiosulfate compound of vanadium, ammonium metavanadate and vanadyl sulfate Is a method of producing

不純物の混入を防止する方法を検討する中で、融点が高いバナジウム硫化物やバナジウム硫酸化合物を原料として用いることに着目し、さらに研究開発を進めて本発明をするに至った。
融点が高いこれらのバナジウム化合物は、溶融塩電解浴への投入時など、製造段階での取り扱いが容易である。したがって、原料やその取り扱いに起因する不純物混入をより容易に防止することができ、高純度の金属バナジウムをより容易に製造することができる。例えば、融点を比べると、V2S3は約2,400℃、V2O3は約1,970℃、V2O5 は約690℃である。
また、さらに研究を行ったところ、融点が高いバナジウム化合物を原料の一部として用いると、比較的融点が低いバナジウム酸化物が原料の一部に含まれる場合でも、不純物の混入が防止される傾向にあることを見出した。融点が高いバナジウム化合物が原料中に混在すると、バナジウム酸化物が溶融しにくくなり、あるいは、溶融したとしても、周囲に融点が高いバナジウム化合物が存在することで取り扱い性の低下が防止されると考えられる。
While examining methods for preventing the contamination of impurities, attention was paid to using vanadium sulfide or vanadium sulfate compound having a high melting point as a raw material, and research and development were further advanced to achieve the present invention.
These vanadium compounds having a high melting point are easy to handle at the production stage, such as when they are introduced into a molten salt electrolytic bath. Therefore, it is possible to more easily prevent the mixing of impurities caused by the raw materials and the handling thereof, and it is possible to more easily manufacture high-purity metallic vanadium. For example, comparing the melting points, V 2 S 3 is about 2,400 ° C., V 2 O 3 is about 1,970 ° C., and V 2 O 5 is about 690 ° C.
Further, as a result of further research, when a vanadium compound having a high melting point is used as a part of the raw material, mixing of impurities is tended to be prevented even when a vanadium oxide having a relatively low melting point is contained in a part of the raw material. I found it to be. It is thought that if the vanadium compound having a high melting point is mixed in the raw material, the vanadium oxide is difficult to melt or, even if the vanadium compound is melted, the decrease in the handling property is prevented by the presence of the vanadium compound having a high melting point in the periphery. Be

さらに、熱還元に必要な還元性分解生成物を生成するための無機溶融塩に着目し、研究を行った。その結果、原料であるバナジウム化合物としてバナジウム硫化物やバナジウム硫酸化合物かを含めると否とにかかわらず、還元性分解生成物の生成に必要な一部の無機溶融塩として硫化カルシウムおよび硫酸カルシウムからなる群から選ばれる1種又は2種以上を含めることで、高純度の金属バナジウムを容易に製造できることを見出し、次の発明をするに至った。  Furthermore, research was conducted focusing on inorganic molten salts for producing reductive decomposition products necessary for thermal reduction. As a result, regardless of whether vanadium sulfide or vanadium sulfate compound is included as a vanadium compound as a raw material, calcium sulfide and calcium sulfate are contained as a part of inorganic molten salt necessary for the formation of reductive decomposition products. It has been found that high purity metal vanadium can be easily produced by including one or more selected from the group, and the following invention has been achieved.

本出願に係る別の発明は、反応槽内の溶融塩電解浴を形成する無機溶融塩のうちの一部の無機溶融塩を電気分解して還元性分解生成物を生成せしめ、還元性分解生成物によりバナジウム化合物を熱還元して金属バナジウムを製造する金属バナジウムの製造方法であり、前記一部の無機溶融塩として、硫化カルシウムおよび硫酸カルシウムからなる群から選ばれる1種又は2種以上が含まれており、前記還元性分解生成物には、前記一部の無機溶融塩の電気分解により得られるカルシウムが含まれており、前記バナジウム化合物は、バナジウム硫化物、バナジウム酸化物、バナジウム硫酸化合物、バナジウムのチオ硫酸化合物、メタバナジン酸アンモニウム及び硫酸バナジルからなる群から選ばれる1種又は2種以上を含む混合バナジウム化合物である、金属バナジウムの製造方法である。  Another invention according to the present application electrolyzes a part of the inorganic molten salt of the inorganic molten salt forming the molten salt electrolytic bath in the reaction tank to form a reductive decomposition product, and the reductive decomposition product Method of producing metallic vanadium by thermally reducing a vanadium compound with a metal to produce metallic vanadium, wherein the partial inorganic molten salt contains one or more selected from the group consisting of calcium sulfide and calcium sulfate The reductive decomposition product contains calcium obtained by electrolysis of the inorganic molten salt of the part, the vanadium compound is vanadium sulfide, vanadium oxide, vanadium sulfate compound, A mixed vanadium compound containing one or more selected from the group consisting of thiosulfuric acid compounds of vanadium, ammonium metavanadate and vanadyl sulfate It is a method for producing a metal vanadium.

原料として比較的融点が低いバナジウム酸化物を用いる場合であっても、溶融塩電解浴を形成する無機溶融塩として硫化カルシウムおよび硫酸カルシウムからなる群から選ばれる1種又は2種以上を含めることで、不純物の混入が防止されると考えられる。
つまり、先に説明した本出願に係る発明においては、原料であるバナジウム化合物として、バナジウム硫化物およびバナジウム硫酸化合物からなる群から選ばれる1種又は2種以上を含めていることと、前記一部の無機溶融塩に硫化カルシウムや硫酸カルシウムを含めたこととがあいまって、高純度の金属バナジウムをより容易に製造することができると考えられる。
Even when vanadium oxide having a relatively low melting point is used as the raw material, by including one or more selected from the group consisting of calcium sulfide and calcium sulfate as the inorganic molten salt forming the molten salt electrolytic bath It is considered that the contamination of impurities is prevented.
That is, in the invention according to the present application described above, the vanadium compound as the raw material includes one or more selected from the group consisting of vanadium sulfide and vanadium sulfate compounds, and It is considered that high purity metal vanadium can be more easily produced by combining calcium sulfide and calcium sulfate with the inorganic molten salt of the above.

また、原料であるバナジウム化合物としてバナジウム硫化物やバナジウム硫酸化合物を用いると、より少ない電力量で金属バナジウムを製造することができる。つまり、低コストで効率よく金属バナジウムを製造することができる。この点について具体的に検討を進め、V2S3、V2O3 又はV2O5を例に、これらの原料から金属バナジウムを製造する場合の理論電気量Q0を比較した。この計算を行うと、Q0=2,923C/g-V2S3、Q0=3,863C/g-V2O3、Q0=5,305C/g-V2O5であった。硫化バナジウムの理論電気量は比較的少ない点が、金属バナジウムを生成する上で有利に作用する。In addition, when vanadium sulfide or a vanadium sulfate compound is used as a vanadium compound which is a raw material, metallic vanadium can be produced with less electric power. That is, metallic vanadium can be efficiently produced at low cost. This point was specifically studied, and V 2 S 3 , V 2 O 3 or V 2 O 5 was used as an example to compare the theoretical quantity of electricity Q 0 when producing metallic vanadium from these raw materials. Doing this calculation, Q 0 = 2,923C / gV 2 S 3, Q 0 = 3,863C / gV 2 O 3, Q 0 = 5,305C / gV was 2 O 5. The relatively small amount of theoretical electrical charge of vanadium sulfide is advantageous in producing metallic vanadium.

なお、原料であるバナジウム化合物や電解浴を形成する無機溶融塩に、硫黄を含む化合物が含まれている場合、溶融塩電解浴から排出される成分がS2ガスもしくは陽極炭素と反応して生成するCS2ガスになるところ、当該ガスは反応容器から環境中へ排出するのではなく、冷却により析出させ、それぞれ固形物および液体として容易に回収可能であるという点でも優れている。Incidentally, the inorganic molten salt to form a vanadium compound and an electrolytic bath which is a raw material, if it contains a compound containing sulfur, components discharged from the molten salt electrolytic bath reacts with S 2 gas or anode carbon product When become CS 2 gas, the gas is not to discharge into the environment from the reaction vessel to precipitate by cooling, it is excellent in that it can easily be recovered as each solids and liquids.

そして、上述した両発明の製造方法によれば、金属バナジウムを連続的に製造することができる。連続的に金属バナジウムを製造できる製造方法は、工業化や量産化の際に有利であるということができる。  And according to the manufacturing method of both inventions mentioned above, metallic vanadium can be manufactured continuously. It can be said that the manufacturing method which can manufacture metal vanadium continuously can be advantageous at the time of industrialization or mass production.

また、上述した両発明によれば、粒状あるいは粉状の金属バナジウムを容易に製造することができる。金属バナジウムは、上述したように、例えば、触媒、水素吸蔵合金、化学電池など、多種多様な用途で用いられている。そして、これらの用途では、粉末の金属バナジウムが必要であるところ、粉末ではない金属バナジウムを製造してしまうと、その後、粉末にする手間がかかり、その分、高価になる。この点、上述した両発明の製造方法は、粒状あるいは粉状の金属バナジウムを容易に製造することができ、低コストを実現できる点で極めて優れている。  Moreover, according to both the inventions described above, granular or powdered metallic vanadium can be easily produced. As described above, metallic vanadium is used in a wide variety of applications such as, for example, catalysts, hydrogen storage alloys, and chemical batteries. And in these applications, although powdered metallic vanadium is required, if metallic vanadium which is not a powder is manufactured, it will take time and effort to make a powder, and that part will become expensive. In this respect, both of the above-described manufacturing methods of the present invention are extremely excellent in that granular or powdered metallic vanadium can be easily manufactured, and low cost can be realized.

さらに、上述した両発明によれば、粒状あるいは粉状で且つ多孔質の金属バナジウムを容易に製造することができる。粉末の金属バナジウムが要求される理由としては、例えば、混合性や溶解性及び反応性に優れていることや表面積が大きいことなどを挙げることができるが、多孔質であることは、こられの特性をより向上させる性質である。従って、粒状あるいは粉状で且つ多孔質の金属バナジウムは、上述した触媒、水素吸蔵合金、化学電池など用いる金属バナジウムとしてさらに好ましい。つまり、上述した両発明は、粒状あるいは粉状で且つ多孔質の金属バナジウムを容易に製造することができ、低コストを実現できる点で極めて優れている。  Furthermore, according to both the inventions described above, granular or powdery and porous metallic vanadium can be easily produced. The reason why the metallic vanadium of the powder is required may be, for example, the excellent mixing property, solubility and reactivity, and the large surface area, etc. However, the porous property is not particularly limited. It is the property of further improving the characteristics. Therefore, granular or powdery and porous metallic vanadium is more preferable as metallic vanadium used in the above-mentioned catalyst, hydrogen storage alloy, chemical battery and the like. That is, both of the above-described inventions are extremely excellent in that granular or powdery and porous metallic vanadium can be easily produced, and low cost can be realized.

さらに、上述した両発明によれば、より低酸素濃度の金属バナジウムを容易に製造することができる。酸素濃度が低い金属バナジウムは、水素吸蔵特性が大幅に向上することや原子炉材料に用いる場合不純物の放射化が低減する点で優れている。
つまり、上述した両発明は、低酸素濃度の金属バナジウムを容易に製造することができ、低コストを実現できる点で極めて優れている。
Furthermore, according to both the inventions described above, metallic vanadium with lower oxygen concentration can be easily manufactured. Metallic vanadium having a low oxygen concentration is excellent in that the hydrogen storage characteristics are significantly improved and when it is used for reactor materials, the activation of impurities is reduced.
That is, both of the above-described inventions are extremely excellent in that metallic vanadium with low oxygen concentration can be easily produced and low cost can be realized.

そして、上記金属バナジウムの製造方法としては、陰極における熱還元もしくは熱分解によって生成される無機溶融塩として、前記一部の無機溶融塩が生成されており、生成された無機溶融塩は前記溶融塩電解浴の一部を形成する製造方法であってもよい。
また、陽極におけるアノード反応によって硫黄を生成する金属バナジウムの製造方法であってもよい。
さらに、前記バナジウム化合物及び前記一部の無機溶融塩のうちの少なくともいずれか一方に、酸化物が含まれていると共に、電気分解の陽極として炭素材を用いており、陽極におけるアノード反応によって炭酸ガスを生成する、金属バナジウムの製造方法であってもよい。
And as a manufacturing method of the above-mentioned metallic vanadium, a part of inorganic molten salt is generated as an inorganic molten salt generated by thermal reduction or thermal decomposition in a cathode, and a generated inorganic molten salt is the above-mentioned molten salt. It may be a manufacturing method of forming a part of the electrolytic bath.
In addition, it may be a method of producing metallic vanadium that produces sulfur by an anodic reaction at the anode.
Furthermore, an oxide is contained in at least one of the vanadium compound and the part of the inorganic molten salt, and a carbon material is used as an anode for electrolysis, and carbon dioxide gas is produced by the anode reaction at the anode. May be a method of producing vanadium metal.

そして、電気分解用の陽極として炭素材を用いて溶融塩電解浴中の前記一部の無機溶融塩を電気分解し、陽極におけるアノード反応によって、少なくとも硫黄ガスを生成し、金属バナジウムの生成に伴い、少なくとも硫化カルシウムを生成し、当該生成物は溶融塩電解浴に溶解する、金属バナジウムの製造方法であってもよい。
また、電気分解用の陽極として炭素材を用いて溶融塩電解浴中の前記一部の無機溶融塩を電気分解し、陽極におけるアノード反応によって少なくとも炭酸ガスを生成し、金属バナジウムの生成に伴い少なくとも酸化カルシウムを生成し、当該生成物は溶融塩電解浴に溶解する、金属バナジウムの製造方法であってもよい。
さらに、電気分解用の陽極として炭素材を用いて溶融塩電解浴中の前記一部の無機溶融塩を電気分解し、前記バナジウム化合物及び前記一部の無機溶融塩のうちの少なくともいずれか一方に硫酸化合物が含まれていることで、金属バナジウムの生成に伴い少なくとも硫化カルシウムを生成し、当該生成物は溶融塩電解浴に溶解する、金属バナジウムの製造方法であってもよい。なお、金属バナジウムの生成に伴い、副生成物として硫化カルシウムCaSおよび酸化カルシウムCaOが生成されてもよい。これらの生成物も、共に溶融塩電解浴に溶解して再び電解される。さらに、陽極におけるアノード反応によって少なくとも亜硫酸ガスが生成されてもよい。
また、一部の硫黄を含むバナジウム化合物(例えば、バナジウム硫酸化合物、バナジウムのチオ硫酸化合物、硫酸バナジル)は、昇温による熱分解によって硫黄分が亜硫酸ガスとなって除去され、五酸化バナジウムV2O5にすることができる。このようなことから、バナジウム硫化物以外の、一部の硫黄を含むバナジウム化合物は、反応温度では残留硫黄分を含む五酸化バナジウムV2O5となるバナジウム化合物であってもよい。
Then, a part of the inorganic molten salt in the molten salt electrolytic bath is electrolyzed using a carbon material as an anode for electrolysis, and at least a sulfur gas is generated by an anode reaction at the anode, along with the formation of metallic vanadium. The method may be a method for producing vanadium metal, which produces at least calcium sulfide, and the product is dissolved in a molten salt electrolytic bath.
In addition, a carbon material is used as an anode for electrolysis, the above-mentioned part of the inorganic molten salt in the molten salt electrolytic bath is electrolyzed, and at least a carbon dioxide gas is generated by an anode reaction at the anode. It may be a method of producing vanadium metal which produces calcium oxide and the product is dissolved in a molten salt electrolytic bath.
Furthermore, a carbon material is used as an anode for electrolysis, the above-mentioned part of inorganic molten salt in the molten salt electrolytic bath is electrolyzed, and at least one of the above-mentioned vanadium compound and the above-mentioned part of inorganic molten salt The production method of metallic vanadium may be such that at least calcium sulfide is produced along with the production of metallic vanadium due to the inclusion of the sulfuric acid compound, and the product is dissolved in the molten salt electrolytic bath. Note that calcium sulfide CaS and calcium oxide CaO may be produced as by-products as the metal vanadium is produced. These products are also dissolved in the molten salt electrolytic bath and electrolyzed again. Furthermore, at least sulfurous acid gas may be generated by the anode reaction at the anode.
Also, vanadium compounds containing part of sulfur (for example, vanadium sulfate compounds, thiosulfuric acid compounds of vanadium, vanadyl sulfate vanadium) are removed by sulfurization as sulfur dioxide gas by thermal decomposition at elevated temperature, and vanadium pentoxide V 2 O 5 can be made. For this reason, other than vanadium sulfide, a portion of the vanadium compound containing sulfur in the reaction temperature may be a vanadium compound as a vanadium pentoxide V 2 O 5 containing residual sulfur.

そして、前記一部の無機溶融塩はカルシウム化合物であり、当該カルシウム化合物の添加量は、0.01mol%〜30mol%であることが好ましい。
また、前記カルシウム化合物の添加量は、0.01mol%〜20mol%であることがより好ましい。
さらに、電気分解における溶融塩電解浴の温度(反応温度)は873K以上1423Kであり、電解電圧は1.6V以上3.21V以下であることが好ましい。
さらに、前記硫化バナジウムは、VS、V2S3、V5S8、V3S4、V2S5からなる群から選ばれる1種又は2種以上であり、前記バナジウムチオ硫酸化物は、VS2O3であり、前記バナジウム硫酸化合物は、VSO4、V2(SO4)3、VOSO4からなる群から選ばれる1種又は2種以上であることが好ましい。
And it is preferable that the said one part inorganic molten salt is a calcium compound, and the addition amount of the said calcium compound is 0.01 mol%-30 mol%.
Moreover, as for the addition amount of the said calcium compound, it is more preferable that it is 0.01 mol%-20 mol%.
Furthermore, the temperature (reaction temperature) of the molten salt electrolytic bath in the electrolysis is preferably 873 K or more and 1423 K, and the electrolysis voltage is preferably 1.6 V or more and 3.21 V or less.
Furthermore, the vanadium sulfide is one or more selected from the group consisting of VS, V 2 S 3 , V 5 S 8 , V 3 S 4 , and V 2 S 5 , and the vanadium thiosulfate is VS 2 O 3 is preferable, and the vanadium sulfate compound is preferably one or more selected from the group consisting of VSO 4 , V 2 (SO 4 ) 3 and VOSO 4 .

本出願に係る発明である金属バナジウムの製造方法によれば、より簡便且つ低コストで高純度の金属バナジウムを製造することができる。  According to the method for producing metallic vanadium as the invention according to the present application, metallic vanadium with high purity can be produced more simply and at low cost.

次に、本発明に係る金属バナジウムの製造方法について、図面を参照しながら説明する。  Next, a method of producing metallic vanadium according to the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明は、概略的には、バナジウム化合物を溶融塩中で熱還元して金属バナジウムを製造する方法である。バナジウム化合物としては、例えば、バナジウムの酸化物、硫化物を挙げることができる。  SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is generally a method of thermally reducing a vanadium compound in a molten salt to produce metallic vanadium. As a vanadium compound, the oxide of vanadium and a sulfide can be mentioned, for example.

図1に示されるように、まず、ヒータ5で加熱可能なステンレス製の密閉容器4中に設置されたルツボ3を用意する。ここでは、緻密質酸化マグネシウム製のルツボを用いた。
また、ルツボ3内に配置する陽極1と、陰極2とを用意した。なお、陽極1は、上部のチタン製のロッド(チタン棒)1aと下端部の炭素棒1bとで構成されている。また、陰極2は、チタン棒2aと、バナジウム化合物を収容するための容器2bとで構成されている。容器2は、チタン製の網で構成されるかご形の容器であり、金属バナジウムの製造では、チタン棒2aを取り囲む位置に設置される(図1参照)。そして、陽極1と陰極2との間に直流電圧を印加するための直流電源(不図示)を用意した。
As shown in FIG. 1, first, the crucible 3 installed in the stainless steel closed vessel 4 that can be heated by the heater 5 is prepared. Here, a crucible made of dense magnesium oxide was used.
In addition, an anode 1 and a cathode 2 disposed in the crucible 3 were prepared. The anode 1 is composed of an upper titanium rod (titanium rod) 1a and a lower end carbon rod 1b. The cathode 2 is composed of a titanium rod 2a and a container 2b for containing a vanadium compound. The container 2 is a cage-shaped container composed of a mesh made of titanium, and is disposed at a position surrounding the titanium rod 2a in the production of metallic vanadium (see FIG. 1). Then, a DC power supply (not shown) for applying a DC voltage between the anode 1 and the cathode 2 was prepared.

その後、ルツボ3内に混合溶融塩8の原料を投入し、密閉容器4内に真空脱水処理を施した後、密閉容器4内にアルゴンガスArを吸気口9から注入し、アルゴンガス雰囲気下で昇温させる。ここでは、900℃に昇温させた。このようにしてルツボ3内に混合溶融塩8を用意した。混合溶融塩8は、後述しているように、塩化カルシム(CaCl2)と、硫化カルシウムや酸化カルシウムが混合されたものである。なお、ステンレス製の密閉容器4、ルツボ3及びルツボ3内の溶融塩8の温度を熱伝対6などの温度計で計測すると共に、通電時の電圧及び電流等を計測機器(不図示)で計測し、これらの計測値をデーターロガーによってパーソナルコンピューターに記録した。After that, the raw material of the mixed molten salt 8 is put into the crucible 3 and vacuum dewatering treatment is carried out in the closed vessel 4, then argon gas Ar is injected into the closed vessel 4 from the intake port 9 and under argon gas atmosphere. Allow the temperature to rise. Here, the temperature was raised to 900 ° C. Thus, the mixed molten salt 8 was prepared in the crucible 3. The mixed molten salt 8 is a mixture of calcium chloride (CaCl 2 ) and calcium sulfide or calcium oxide as described later. The temperature of molten salt 8 in stainless steel closed vessel 4, crucible 3 and crucible 3 is measured by a thermometer such as thermocouple 6, and the voltage and current at the time of energization are measured by a measuring device (not shown). It measured and recorded these measured values on a personal computer by a data logger.

温度が安定したところで、密閉容器4を密閉する前にあらかじめ密閉容器4内に配置しておいた陽極1及び容器2b内にバナジウム化合物12が収容された陰極2を溶融塩8中に浸漬させ、電解を開始する。
ここでは、バナジウム化合物の還元に必要なカルシウムを、電解によって過不足なく還元発生させるために、通電量の指標として、カルシウムを発生させるために必要な理論電気量Qと供給した電気量Qの比(Q /Q)を用いた。なお、後述の実施例では印加電圧を3.0Vに固定した。また、供給電気量は理論電気量比の200〜307%とした。
When the temperature is stabilized, the cathode 2 containing the vanadium compound 12 is immersed in the molten salt 8 in the anode 1 and the container 2 b which are disposed in advance in the container 4 before the container 4 is sealed. Start electrolysis.
Here, the calcium necessary for the reduction of the vanadium compound, in order to reducing generated just enough by electrolysis, as an indication of current amount, the quantity of electricity Q of supplying the theoretical quantity of electricity Q 0 required to generate calcium The ratio (Q 1 / Q 0 ) was used. In the embodiment described later, the applied voltage was fixed at 3.0V. Further, the amount of supplied electricity was 200 to 307% of the theoretical amount of electricity.

電解終了後、溶融塩8から引き出した陰極2すなわちチタン棒2a容器2bをアルゴンガス中で室温まで冷却した後、洗浄した。洗浄では、蒸留水、酢酸、蒸留水、エタノール、アセトンをこの順番で洗浄液として用いて洗浄を行った。そして、洗浄後の陰極2を真空乾燥した。このようにして得られた試料(製造試料)について、X線回折測定装置(図4及び図5参照)およびエネルギ分散X線分光分析装置を付属した走査型電子顕微鏡(図6及び図7参照)を用いて含有不純物の定量分析を行った(表1参照)。  After completion of the electrolysis, the cathode 2 extracted from the molten salt 8, that is, the titanium rod 2a container 2b was cooled to room temperature in argon gas and then washed. In the washing, washing was performed using distilled water, acetic acid, distilled water, ethanol and acetone in this order as a washing solution. Then, the cleaned cathode 2 was vacuum dried. A scanning electron microscope (see FIGS. 6 and 7) attached with an X-ray diffraction measurement apparatus (see FIGS. 4 and 5) and an energy dispersive X-ray spectrometry apparatus for the sample (manufacturing sample) obtained in this manner. The quantitative analysis of the contained impurities was performed using (see Table 1).

ところで、金属バナジウムの製造時、混合溶融塩中では、2つの反応が同時にすすむ。
例えば、混合溶融塩が塩化カルシムと硫化カルシウムと酸化カルシウムを含むものであり、バナジウム化合物がバナジウムの硫化物及び酸化物である場合、同時に進行する2つの反応とは、次の式(1)及び式(3)に示されるような熱還元反応(バナジウム化合物のカルシウムによる熱還元反応)と、式(2)及び式(4)に示されるような高温化学反応(還元されたバナジウム中の硫黄や酸素の脱硫・脱酸である高温化学反応である。
V2S3 + 3Ca → 2V+3CaS (1)
S(inV)+Ca → V+CaS (2)
V2O3 +3Ca → 2V+3CaO (3)
O(inV)+Ca → V+CaO (4)
By the way, at the time of production of metallic vanadium, two reactions proceed simultaneously in the mixed molten salt.
For example, in the case where the mixed molten salt contains calcium chloride, calcium sulfide and calcium oxide, and the vanadium compound is a sulfide and an oxide of vanadium, the two reactions proceeding simultaneously may be expressed by the following formula (1) and Thermal reduction reaction as shown in formula (3) (thermal reduction reaction of vanadium compounds with calcium), high temperature chemical reaction as shown in formulas (2) and (4) (sulfur in reduced vanadium and It is a high temperature chemical reaction that is desulfurization and deoxidation of oxygen.
V 2 S 3 + 3Ca → 2V + 3CaS (1)
S (in V) + Ca → V + CaS (2)
V 2 O 3 + 3Ca → 2V + 3CaO (3)
O (in V) + Ca → V + CaO (4)

熱還元反応において酸化した還元剤CaSは、電解・再生である電気化学反応を行う(式
(5)、(6)、(7)参照)。
陽極: 2S2- →S2+4e- (5)
陰極: 2Ca2+ +4e- →2Ca (6)
合計: 2CaS →2Ca +S2 (7)
The reducing agent CaS oxidized in the thermal reduction reaction performs an electrochemical reaction which is electrolysis and regeneration (see Formulas (5), (6) and (7)).
Anode: 2S 2- → S 2 + 4e- (5)
Cathode: 2Ca 2+ + 4e-→ 2Ca (6)
Total: 2CaS → 2Ca + S 2 (7)

また、高温化学反応において酸化した還元剤CaOは、同じく、電解・再生である電気化学反応を行う(式(8)、(9),(10)、(11)、(12)参照)。硫黄に比べ反応性の強い酸素は陽極炭素と反応して一酸化炭素および二酸化炭素を生成する。
陽極: 2O2- +C →CO2+4e- (8)
O2- +C →CO+2e- (9)
陰極: 3Ca2+ +6e- →3Ca (10)

合計: 2CaO+C →2Ca+CO2 (11)
CaO+C →Ca+CO (12)
Further, the reducing agent CaO oxidized in the high temperature chemical reaction performs the electrochemical reaction which is also the electrolysis and regeneration (see the formulas (8), (9), (10), (11) and (12)). Oxygen, which is more reactive than sulfur, reacts with anode carbon to form carbon monoxide and carbon dioxide.
Anode: 2O 2- + C → CO 2 + 4e- (8)
O 2- + C → CO + 2e- (9)
Cathode: 3Ca 2+ + 6e-→ 3Ca (10)

Total: 2CaO + C → 2Ca + CO 2 (11)
CaO + C → Ca + CO (12)

このような反応が一つの容器で同時に行われ、連続的にバナジウム化合物の熱還元とCaS、CaOの電気分解が行われる。  Such reactions are simultaneously carried out in one vessel, and thermal reduction of vanadium compounds and electrolysis of CaS and CaO are continuously performed.

なお、陰極2では、還元力を持ったカルシウムが発生する。発生したカルシウムは、液体カルシウム又は塩化カルシウムに溶解した形で存在する。このカルシウムを用いてバナジウム化合物の還元・脱酸を行う。
また、陽極1である炭素棒1bでは、バナジウム化合物中に硫化バナジウムが含まれている場合はS2ガス(及び/又はCS2ガス)が発生し、バナジウム化合物中に酸化バナジウムが含まれている場合はCO2ガス(及び/又はCOガス)が発生する。そして、発生したガスは溶融塩から放出され、排気口10(図1参照)から排出される。なお、S2ガス(CS2ガス)は冷却により容易に析出回収可能であり排ガス対策に有効である。
At the cathode 2, calcium having a reducing power is generated. The evolved calcium is present in dissolved form in liquid calcium or calcium chloride. The calcium is used to reduce and deoxidize the vanadium compound.
Further, in the carbon rod 1b which is the anode 1, when vanadium sulfide contains vanadium sulfide, S 2 gas (and / or CS 2 gas) is generated, and vanadium oxide contains vanadium oxide. In the case, CO 2 gas (and / or CO gas) is generated. Then, the generated gas is released from the molten salt and discharged from the exhaust port 10 (see FIG. 1). The S 2 gas (CS 2 gas) can be easily precipitated and recovered by cooling, which is effective for exhaust gas countermeasures.

すなわち、バナジウム化合物中に硫化バナジウムが含まれている場合は、S2(及び/又はCS2)が排出され、バナジウム化合物中に酸化バナジウムが含まれている場合は陽極1である炭素棒1bの炭素が消費されてCO2が排出される。そして、その他の物質はリサイクルされ、連続的に使用される。これらを反応式で示すと、次のようになる。
2V2S3 → 4V+3S2 (13)
2V2O3+3C → 4V+3CO2 (14)
V2O3+3C → 2V+3CO (15)
That is, when the vanadium compound contains vanadium sulfide, S 2 (and / or CS 2 ) is discharged, and when the vanadium compound contains vanadium oxide, the anode 1 has a carbon rod 1 b Carbon is consumed and CO 2 is emitted. And other substances are recycled and used continuously. If these are shown by reaction formula, it will become as follows.
2V 2 S 3 → 4V + 3S 2 (13)
2V 2 O 3 + 3C → 4V + 3CO 2 (14)
V 2 O 3 + 3C → 2V + 3CO (15)

また、陰極1側でバナジウム化合物が還元されて得られる金属バナジウムは粉末状である(図7及び図8参照)。したがって、電解後のルツボから取り出した金属バナジウムを洗浄(水洗、酢酸洗浄等)して表面に付着した塩化カルシウム等を除去し、乾燥させることで、容易に金属バナジウム粉末を得ることができる。なお、得られた金属バナジウムは多孔質であるので(図7及び図8参照)、粉末でない部分についても粉末化が容易である。また、バナジウム化合物として硫化バナジウムを用いると、陽極1の炭素電極(炭素棒)1bが消耗することがないので、より効率良く粉末金属バナジウムを製造することができる。  The metallic vanadium obtained by reducing the vanadium compound on the cathode 1 side is in the form of powder (see FIGS. 7 and 8). Therefore, the metallic vanadium powder can be easily obtained by washing (washing with water, washing with acetic acid, etc.) the metal vanadium taken out from the crucible after electrolysis to remove calcium chloride and the like adhering to the surface and drying it. In addition, since the obtained metallic vanadium is porous (see FIG. 7 and FIG. 8), powderization is easy even for the non-powder part. In addition, when vanadium sulfide is used as the vanadium compound, since the carbon electrode (carbon rod) 1b of the anode 1 is not consumed, powder metal vanadium can be produced more efficiently.

次に実施例について説明する。
本実施例では、溶融塩(混合溶融塩)8として、塩化カルシウム(和光純薬製、試薬特級)600gに硫化カルシウム(和光純薬製、特級試薬)を0.5mol%添加したものをルツボ3(内径90mm、深さ200mm)に入れた。このルツボ3を密閉容器4(内径105mm、深さ480mm)に入れてフランジを装着して密閉し、真空脱水処理の後、アルゴンガス雰囲気下で900℃まで昇温した。
また、陽極1のチタン棒1a及び炭素棒1bと、陰極2のチタン棒2a及びチタン棒を取り囲むように取り付ける容器2bとを用意した。この容器2b内には硫化バナジウム12(フルウチ化学製 純度99%)を1.502g挿入した。
ルツボ内の溶融塩の温度が安定した後、両電極1,2を溶融塩8中に挿入して電解を開始した。印加電圧については3.0Vに固定し、装填した試料の硫化バナジウム量に対応して、その還元に必要なCa発生のために必要な電気量を通電した。ここでは理論電気量の307%の電気量を用いて電解を行った。
電解終了後、陰極2を溶融塩8から引き出し、アルゴンガス中で室温まで冷却した。そして、冷却後試料を蒸留水、酢酸、蒸留水、エタノール、アセトンの順に洗浄し、その後、真空乾燥を行って試料(製造試料)を得た。
Next, an example will be described.
In this example, a crucible 3 (containing 0.5 mol% of calcium sulfide (Wako Pure Chemical Industries, special grade reagent) added to 600 g of calcium chloride (Wako Pure Chemical Industries, reagent special grade) as molten salt (mixed molten salt) 8) The inner diameter was 90 mm and the depth was 200 mm). The crucible 3 was put in a closed vessel 4 (inner diameter 105 mm, depth 480 mm), a flange was attached and closed, and after vacuum dehydration treatment, the temperature was raised to 900 ° C. under an argon gas atmosphere.
In addition, a titanium rod 1a and a carbon rod 1b of the anode 1 and a container 2b attached so as to surround the titanium rod 2a and the titanium rod of the cathode 2 were prepared. Into this container 2b, 1.502 g of vanadium sulfide 12 (99% purity manufactured by Fluuchi Chemical Co., Ltd.) was inserted.
After the temperature of the molten salt in the crucible became stable, both electrodes 1 and 2 were inserted into the molten salt 8 to start electrolysis. The applied voltage was fixed at 3.0 V, and the amount of electricity necessary to generate Ca necessary for the reduction was applied according to the amount of vanadium sulfide of the loaded sample. Here, electrolysis was performed using an electrical charge of 307% of the theoretical electrical charge.
After completion of the electrolysis, the cathode 2 was extracted from the molten salt 8 and cooled to room temperature in argon gas. After cooling, the sample was washed in order of distilled water, acetic acid, distilled water, ethanol and acetone, and then vacuum dried to obtain a sample (manufacturing sample).

本実施例では、溶融塩8として、塩化カルシウム(和光純薬製、試薬特級)600gに硫化カルシウム(和光純薬製、特級試薬)を0.5mol%添加したものをルツボ3(内径90mm、深さ200mm)に入れた。このルツボ3を密閉容器4(内径105mm、深さ480mm)に入れてフランジを装着して密閉し、真空脱水処理の後、アルゴンガス雰囲気下で900℃まで昇温した。
また、陽極1のチタン棒1a及び炭素棒1bと陰極2のチタン棒2a及びチタン棒を取り囲むように取り付ける容器2bとを用意した。この容器2bには、三酸化バナジウム12(太陽鉱工製 純度99%以上)を1.488g挿入した。
温度が安定した後、両電極1,2を溶融塩8中に挿入し、電解を開始した。印加電圧については3.0Vに固定し、装填した試料の三酸化バナジウム量に対応して、その還元に必要なCa発生のために必要な電気量を通電した。ここでは理論電気量の200%の電気量を用いて電解を行った。
電解終了後、陰極2を溶融塩8から引き出し、アルゴンガス中で室温まで冷却した。そして、冷却後試料を蒸留水、酢酸、蒸留水、エタノール、アセトンの順に洗浄し、その後、真空乾燥を行って試料(製造試料)を得た。なお、実施例1と共通の事項については説明を省略した。
In this example, crucible 3 (inner diameter: 90 mm, depth) containing 0.5 mol% of calcium sulfide (Wako Pure Chemical Industries, special grade reagent) added to 600 g of calcium chloride (Wako Pure Chemical Industries, reagent special grade) as molten salt 8 Put in the 200 mm). The crucible 3 was put in a closed vessel 4 (inner diameter 105 mm, depth 480 mm), a flange was attached and closed, and after vacuum dehydration treatment, the temperature was raised to 900 ° C. under an argon gas atmosphere.
Further, a titanium rod 1a and a carbon rod 1b of the anode 1, a titanium rod 2a of the cathode 2 and a container 2b attached so as to surround the titanium rod were prepared. 1.488 g of vanadium trioxide 12 (purity of 99% or more manufactured by Solar Mining Co., Ltd.) was inserted into this container 2 b.
After the temperature stabilized, both electrodes 1 and 2 were inserted into the molten salt 8 to start electrolysis. The applied voltage was fixed at 3.0 V, and an amount of electricity necessary to generate Ca necessary for reduction was applied in accordance with the amount of vanadium trioxide in the loaded sample. Here, electrolysis was performed using an electrical charge of 200% of the theoretical electrical charge.
After completion of the electrolysis, the cathode 2 was extracted from the molten salt 8 and cooled to room temperature in argon gas. After cooling, the sample was washed in order of distilled water, acetic acid, distilled water, ethanol and acetone, and then vacuum dried to obtain a sample (manufacturing sample). The description of items common to the first embodiment is omitted.

本実施例は、原料(バナジウム化合物12)として、メタバナジン酸アンモニウム(和光純薬 特級試薬)及び硫酸バナジル(新興化学)をそれぞれ4gずつ用意した。そして、用意した各原料ごとに前処理として加熱処理(加熱温度600℃、加熱時間10分)を施して処理物質を得た。得られた物質は、分析したところ、いずれも五酸化バナジウム酸化物(V2O5)であった。
このようにして得られた各五酸化バナジウム酸化物(V2O5)を用いて、それぞれ金属バナジウムの製造を行った。このとき、容器2に入れるバナジウム酸化物(V2O5)の量はいずれの場合とも1.500gであった。なお、バナジウム酸化物(V2O5)の量以外の製造条件は、実施例2と共通であったので、ここでは説明を省略した。
In this example, 4 g of ammonium metavanadate (special grade reagent from Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and vanadyl sulfate (emerging chemistry) were prepared as raw materials (vanadium compound 12). Then, heat treatment (heating temperature: 600 ° C., heating time: 10 minutes) was applied as pretreatment to each prepared raw material to obtain a treated substance. The obtained substances were analyzed and all were vanadium pentoxide oxides (V 2 O 5 ).
The vanadium pentoxide oxides (V 2 O 5 ) thus obtained were used to produce metallic vanadium. At this time, the amount of vanadium oxide (V 2 O 5 ) put into the vessel 2 was 1.500 g in each case. The production conditions other than the amount of vanadium oxide (V 2 O 5), so were common to Example 2 was omitted here.

各実施例における溶融塩電解還元によって製造された試料(製造試料)について、硫黄含有量及び酸素含有量(酸素濃度)の分析結果を次の表1に示す。なお、硫黄含有量の分析方法は、酸素ガス気流中溶解赤外分光分析法であり、酸素含有量の分析方法は、ヘリウムガス気流中溶解赤外分光分析法である。
表1及び図4、図5に示されるように、各実施例の製造方法によって、硫黄含有量及び酸素含有量の低い粉末金属バナジウムが得られた。なお、実施例3で得られた試料の分析結果は、実施例2で得られた試料の分析結果と同等であったので、ここではデータ掲載を省略した。
The analysis results of the sulfur content and the oxygen content (oxygen concentration) of the samples (production samples) produced by molten salt electrolytic reduction in each example are shown in Table 1 below. In addition, the analysis method of sulfur content is a dissolution infrared spectroscopy in oxygen gas flow, and the analysis method of an oxygen content is a dissolution infrared spectroscopy in helium gas flow.
As shown in Table 1 and FIGS. 4 and 5, according to the manufacturing method of each example, powder metal vanadium having low sulfur content and low oxygen content was obtained. In addition, since the analysis result of the sample obtained in Example 3 was equivalent to the analysis result of the sample obtained in Example 2, the data publication was omitted here.

なお、バナジウム化合物としては、バナジウムの酸化物や硫化物の他に、例えば、バナジウムの硫酸化合物、チオ硫酸化合物、メタバナジン酸アンモニウム(NH4VO3)および硫酸バナジル(VOSO4)を用いることができる。そして、酸化バナジウムとしては、V2O、VO、V2O3、VO2、V2O5を挙げることができる。また、硫化バナジウムとしては、VS、V2S3、V 5S8、V3S4、V2S5、V3S、V5S4、VS、V2S3、V2S5、V7S8、V3S8、VS4を挙げることができる。さらに、バナジウムの硫酸化合物としては、VSO4、V2(SO4)3、VOSO4、V(SO4)2を挙げることができる。バナジウムのチオ硫酸化合物としては、VS2O3を挙げることができる。
これらのうち、メタバナジン酸アンモニウムを用いる場合は、熱分解工程を前工程として実施することが好ましい。熱分解工程を実施すると、熱分解により酸化バナジウムが得られる。熱分解工程の条件としては、たとえば、空気中で550℃、4時間の熱分解工程を実施すると、熱分解によって五酸化バナジウムが得られる。また、五酸化バナジウムを、ロータリキルンを用い、水素ガス中で600℃、4時間の還元処理を行うと、三酸化バナジウムが得られる。
  In addition to vanadium oxides and sulfides, vanadium compounds include, for example, sulfuric acid compounds of vanadium, thiosulfuric acid compounds, ammonium metavanadate (NHFourVO3) And vanadyl sulfate (VOSO)FourCan be used. And, as vanadium oxide, V2O, VO, V2O3, VO2, V2OFiveCan be mentioned. Also, as vanadium sulfide, VS, V2S3, V FiveS8, V3SFour, V2SFive, V3S, VFiveSFour, VS, V2S3, V2SFive, V7S8, V3S8, VSFourCan be mentioned. Furthermore, as a sulfuric acid compound of vanadium, VSOFour, V2(SOFour)3, VOSOFour, V (SOFour)2Can be mentioned. As the thiosulfate compound of vanadium, VS2O3Can be mentioned.
  Among these, when using ammonium metavanadate, it is preferable to carry out the thermal decomposition step as the previous step. When the pyrolysis step is carried out, vanadium oxide is obtained by pyrolysis. As the conditions of the thermal decomposition step, for example, when a thermal decomposition step at 550 ° C. for 4 hours is performed in air, vanadium pentoxide is obtained by thermal decomposition. In addition, vanadium trioxide can be obtained by reduction treatment of vanadium pentoxide in hydrogen gas at 600 ° C. for 4 hours using a rotary kiln.

また、溶融塩を構成する際に、塩化カルシムに混合する無機溶融塩としては、硫化カルシウムや酸化カルシウムのほかに、例えば、カルシウムチオ硫酸化合物やカルシウム硫酸塩を挙げることができる。  In addition to calcium sulfide and calcium oxide, examples of the inorganic molten salt mixed with calcium chloride when forming the molten salt include calcium thiosulfate compounds and calcium sulfate.

金属バナジウムの製造装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing apparatus of metal vanadium. (a)及び(b)は、実施例1における通電時の電解電流曲線を示すグラフである。(A) And (b) is a graph which shows the electrolytic current curve at the time of electricity supply in Example 1. FIG. (a)及び(b)は、実施例2における通電時の電解電流曲線を示すグラフである。(A) And (b) is a graph which shows the electrolytic current curve at the time of electricity supply in Example 2. FIG. 実施例1で製造された試料のX線回折測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray-diffraction measurement result of the sample manufactured in Example 1. FIG. 実施例2で製造された試料のX線回折測定結果を示すグラフである。5 is a graph showing the results of X-ray diffraction measurement of the sample produced in Example 2. FIG. 実施例1で製造された試料の走査電子顕微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph of the sample produced in Example 1; 実施例2で製造された試料の走査電子顕微鏡写真である。3 is a scanning electron micrograph of the sample produced in Example 2.

1…陽極電極、1a…チタン棒、1b…炭素棒、2…陰極電極、2a…チタン棒、
2b…チタン製の籠状容器、3…緻密質酸化マグネシウム製のルツボ、
4…ステンレス製の密閉容器(容器部とフランジ部)、5…ヒータ、
6…熱電対(温度計)、8…溶融塩(混合溶融塩、CaCl2+CaS(CaO)、
9…吸気口、10…排気口、12…原料粉末(バナジウム化合物、V2S3、V2O3)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... anode electrode, 1a ... titanium rod, 1b ... carbon rod, 2 ... cathode electrode, 2a ... titanium rod,
2b ... A bowl made of titanium, 3 ... A crucible made of dense magnesium oxide,
4 ... Sealed container made of stainless steel (container and flange), 5 ... heater,
6 Thermocouple (thermometer), 8 Molten salt (mixed molten salt, CaCl 2 + CaS (CaO),
9: Intake port, 10: Exhaust port, 12: Raw material powder (vanadium compound, V 2 S 3 , V 2 O 3 ).

Claims (2)

反応槽内の溶融塩電解浴を形成する無機溶融塩のうちの一部の無機溶融塩を電気分解して還元性分解生成物を生成せしめ、還元性分解生成物により硫化バナジウムを熱還元して金属バナジウムを製造する金属バナジウムの製造方法であり、
前記一部の無機溶融塩として、硫化カルシウムが含まれており、
前記還元性分解生成物には、前記一部の無機溶融塩の電気分解により得られるカルシウムが含まれている、金属バナジウムの製造方法。
A portion of the inorganic molten salt of the inorganic molten salt forming the molten salt electrolytic bath in the reaction vessel is electrolyzed to form a reductive decomposition product, and the vanadium sulfide is thermally reduced by the reductive decomposition product. A method of producing metallic vanadium to produce metallic vanadium,
Wherein as part of the inorganic molten salt, are included sulfurized calcium,
Wherein the reducing decomposition products, the contains calcium obtained by electrolysis of a portion of inorganic molten salt method for producing a metal vanadium.
電気分解用の陽極として炭素材を用いて溶融塩電解浴中の前記一部の無機溶融塩を電気分解し、陽極におけるアノード反応によって、少なくとも硫黄ガスを生成し、金属バナジウムの生成に伴い、少なくとも硫化カルシウムを生成し、当該生成物は溶融塩電解浴に溶解する、請求項1に記載の金属バナジウムの製造方法。 A portion of the inorganic molten salt in the molten salt electrolytic bath is electrolyzed using a carbon material as an anode for electrolysis, and at least a sulfur gas is generated by an anodic reaction at the anode, and at least with the formation of metallic vanadium, at least The method for producing metallic vanadium according to claim 1 , wherein calcium sulfide is produced, and the product is dissolved in a molten salt electrolytic bath.
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