稀有金属钒的低成本制备过程研究

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稀有金属钒具有熔点高、硬度大、密度小、抗腐蚀性好、核物理性能稳定、吸氢量高等一系列优异性能,在航空、航海、核工业、贮氢材料、超导、冶金、能源、建筑等方面有着广泛的应用,是世界上具有重要战略意义的稀有金属之一。全球钒的消费量呈逐年递增的趋势,目前金属钒的生产方法主要有氧化物钙、铝还原法和真空碳还原法,氯化物镁、氢还原法。这些生产方法普遍存在着生产过程复杂、工艺流程长、能耗大、成本高等缺点,以致金属钒的价格居高不下,限制了其在各个领域的应用,因此寻找一种高效、节能、经济、绿色的生产工艺,对于科学、合理地利用钒资源有着极其重要的意义。FFC Cambridge process是一种将固态氧化物一步电解还原为纯度较高的金属、合金及非金属的新方法,具有成本低、生产流程短、绿色环保等优点。本实验运用FFC法,将V203加工为固态阴极,在低于熔盐的分解电压和金属钒的熔点的条件下固态原位电解。通过热力学计算分析及不同熔盐体系的电解实验,确定了适宜的槽电压及熔盐组分等工艺参数;研究成型压力、粘结剂对阴极加工固定性能及电极反应的影响,确定阴极制备条件,得出适宜的工艺参数:V2O3添加1.7%聚乙烯醇(质量比)于10-20 MPa下加压成型、1000-1100℃烧结2-4 h,CaCl2-NaCl(10:1摩尔比)熔盐体系,槽电压2.9-3.1 V,电解温度900-1000℃。根据时间-电流曲线的不同变化趋势,对电解过程中各阶段不同还原程度的产物进行XRD.SEM、EDS分析表征,结果表明V203电极的还原是由外到内,由高价到低价的逐步还原过程,电解过程中熔盐中的Ca2+渗入阴极促进了氧元素的重新分布,有利于02-的脱除。
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