一种制备高纯度金属钒的方法与流程

本发明属于有色金属冶炼，具体涉及一种制备高纯度金属钒的方法。

背景技术：

1、随着科学技术水平的飞跃发展，人类对新材料的要求日益提高。钒具有众多优异的物理性能和化学性能，因而钒的用途十分广泛。钒可应用于钢铁，通过细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，从而起到增加钢的强度、韧性和耐磨性的作用；钒也可应用于钛合金，促使航空航天工业取得了突破性的进展。与此同时，航空航天等高端领域所需要的高纯度和高品位的金属钒供不应求。

2、中国专利cn103498060a提供了一种制备金属钒的方法，将氧化钒和铝粉球磨混合，然后点火冶炼，得到金属钒。该专利提供的方法具有节能和成本低的优点，但是钒和铝会形成金属固溶体，得到的金属钒中铝含量过高，金属钒的纯度较低。

3、中国专利cn201580078650.0提供了一种金属钒的制备方法，将电解槽内的部分无机熔融盐电解生成的钙还原钒化合物，制备得到金属钒。该方法得到的金属钒具有纯度高的优点，但是含有碳、氢和氧等间隙杂质元素，导致金属钒回收率低。

4、中国专利cn111957984a提供了一种金属钒粉的制备方法，将三氧化二钒、ca和cao混合后在惰性气体下点火反应，反应结束后得到还原物料，还原物料经水洗、酸洗和真空热处理，得到金属钒粉。该专利提供的方法设备简单，成本低，但是由于金属ca的活泼性，难以大量保存和合理使用，得到的金属钒杂质多。

5、综上所述，目前本领域还没有一种高回收率制备高纯度金属钒的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种制备高纯度金属钒的方法，本发明提供的方法金属钒纯度高，回收率高。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种制备高纯度金属钒的方法，包括以下步骤：

4、(1)将钒氧化物、单质铝和钙化合物混合进行铝热还原反应，得到钒铝合金；

5、(2)将氯盐加热熔化，得到氯化电解质；

6、(3)将所述钒铝合金作为阳极，将阳极和阴极加入所述氯化电解质中，通入氯气，密封后在保护气氛下进行电解，得到金属钒；

7、(4)将所述金属钒在盐酸溶液中煮沸，得到高纯度金属钒；

8、所述高纯度金属钒的纯度不低于99.94wt％；

9、所述步骤(1)和步骤(2)的时间先后顺序没有要求。

10、优选的，所述钒氧化物为五氧化二钒或三氧化二钒；

11、当所述钒氧化物为五氧化二钒时，所述钒氧化物和单质铝的质量比为1.685～1.977:1，所述单质铝和钙化合物的质量比为1:1.142～1.158；

12、当所述钒氧化物为三氧化二钒时，所述钒氧化物和单质铝的质量比为2.137～2.574:1，所述单质铝和钙化合物的质量比为1:0.835～0.974。

13、优选的，所述钙化合物包括氟化钙和氧化钙中的一种或两种；

14、所述氯盐包括kcl和licl中的一种或两种。

15、优选的，所述氯气在氯化电解质中的质量浓度为5～6％。

16、优选的，所述氯化电解质电解时的温度为650～700℃。

17、优选的，所述铝热还原反应的温度为1820～1920℃。

18、优选的，所述煮沸的时间为1～1.5小时；所述盐酸溶液的浓度为24.6～25.4wt％。

19、优选的，所述电解的电源为直流电，电压为0.35～3.5v，电解时间为2～20小时。

20、优选的，所述将阳极加入所述氯化电解质中前，还包括将所述钒铝合金依次进行破碎和抛丸；所述破碎后所得铝钒合金的粒径为10～100mm。

21、优选的，所述阴极为钼棒。

22、本发明提供了一种制备高纯度金属钒的方法。本发明在铝热还原反应时，以单质铝作为还原剂，将钒氧化物还原为钒金属单质，参加反应的铝被氧化为氧化铝，并释放大量的热能使各种金属单质(包括铝、钒金属以及锡、钼和硅等杂质)熔化形成合金液，氧化铝浮于得到的合金液表面，冷却后氧化铝与金属合金自然分离，去除氧化铝得到钒铝合金；钙化合物作为造渣剂可以降低氧化铝的初晶温度，提供更长的杂质上浮时间，使得到的钒铝合金纯度更高；得到高纯度的钒铝合金后，本发明以电解的方式提取钒铝合金中的金属钒，并加以保护气(稀有气体)保护，得到的金属钒纯度高，回收率高；本发明利用钒氧化物冶炼钒铝合金，原材料成本低；本发明步骤简单，操作方便，适合工业化生产。

技术特征：

1.一种制备高纯度金属钒的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钒氧化物为五氧化二钒或三氧化二钒；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钙化合物包括氟化钙和氧化钙中的一种或两种；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯气在氯化电解质中的质量浓度为5～6％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化电解质电解时的温度为650～700℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝热还原反应的温度为1820～1920℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煮沸的时间为1～1.5小时；所述盐酸溶液的浓度为24.6～25.4wt％。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解的电源为直流电，电压为0.35～3.5v，电解时间为2～20小时。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将阳极加入所述氯化电解质中前，还包括将所述钒铝合金依次进行破碎和抛丸；所述破碎后所得铝钒合金的粒径为10～100mm。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阴极为钼棒。

技术总结
本发明属于有色金属冶炼技术领域，具体涉及一种制备高纯度金属钒的方法。本发明进行铝热还原反应时，以单质铝作为还原剂，将钒氧化物还原为钒金属单质，参加反应的铝被氧化为氧化铝，并释放大量的热能使各种金属单质熔化形成合金液，氧化铝浮于得到的合金液表面，冷却后氧化铝与金属合金自然分离，去除氧化铝得到钒铝合金；钙化合物作为造渣剂可以降低氧化铝的初晶温度，提供更长的杂质上浮时间，使得到的钒铝合金纯度更高；得到高纯度的钒铝合金后，本发明以电解的方式提取钒铝合金中的金属钒，并加以保护气保护，得到的金属钒纯度高，回收率高；本发明利用钒氧化物冶炼钒铝合金，原材料成本低。

技术研发人员：王巍,孙鑫,刘强,朱嘉琪,孟旭,李晓冉,侯丽伟,李玉青
受保护的技术使用者：承德天大钒业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11