稀有金属钒的制备和机理研究

论文摘要

稀有高熔点金属钒具有体心立方结构,有良好的可塑性和低温抗腐蚀性,广泛应用于钢铁、航空航天、能源、化工、医药等领域。钒的传统生产工艺复杂,对环境污染大,极大地限制了钒的应用。剑桥大学提出的FFC-Cambridge法,是一种在高温熔盐中,直接电解还原金属氧化物而制备金属及合金的新工艺,通过控制电解过程中的电极电位,保证特定金属离子在阴极上获得电子,参与电解反应的只有金属氧化物而无其它物质,因此具有生产流程短、成本低、绿色环保、无污染等优点,被认为是有潜力取代传统Kroll法生产钒的新技术。本论文用FFC法从V2O3制备金属钒,重点探索了V203阴极片的制备条件、阳极尺寸、电解温度、电解电压及电解时间对制备金属钒过程中电流及产物组成和形貌的影响。通过对V203阴极片制备过程和阳极尺寸的研究得到最佳制备钒的工艺条件：成型压力为20MPa,烧结温度和时间为1100℃、4h、石墨坩埚作阳极。通过平行实验研究了电解温度、电解电压及电解时间对电解过程的影响得出如下结论：在电解电压为2.9V的条件下,提高电解温度减小了制备金属钒粉的粒度；对不同还原时间的产物进行XRD、SEM、EDS分析,结果表明V203的还原过程是从电极表面开始的由外到内,由高价到低价的逐步还原过程。本文还利用还原的金属钒进行了钒的阳极电解精炼实验。选用三种熔盐体系对粗钒的精炼进行研究,均未得到精炼的钒,主要原因是阳极钒片为粉末状态,在施加电场后耐不住熔盐的润湿和侵蚀作用,在电解进行很短的时间内,钒片就散落在熔盐中,以至电解过程无法持续进行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钒的性质
• 1.1.1 钒的物理性质
• 1.1.2 钒的化学性质
• 1.2 钒资源的分布
• 1.3 钒的应用
• 1.3.1 钢铁工业
• 1.3.2 航空航天工业
• 1.3.3 电池领域
• 1.3.4 合金
• 1.3.5 化学工业
• 1.4 金属钒的生产方法
• 1.4.1 传统方法
• 1.4.2 新方法
• 1.4.3 传统方法和新方法的比较
• 1.5 金属钒的精炼方法
• 1.5.1 熔盐电解
• 1.5.2 真空熔炼
• 1.5.3 碘化物热分解
• 1.5.4 电迁移法
• 1.6 本课题研究的内容和意义
• 第2章 电解制备金属钒
• 2.1 实验条件的选取
• 2.1.1 阴极
• 2.1.2 阳极
• 2.1.3 熔盐电解质
• 2.1.4 电压
• 2.1.5 温度
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验试剂和设备
• 2.2.2 实验装置
• 2.2.3 实验过程
• 2.2.4 电解产物的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 成型压力的影响
• 2.3.2 烧结温度的影响
• 2.3.3 阳极尺寸的影响
• 2.3.4 电解时间的影响
• 2.3.5 电解电压的影响
• 2.3.6 电解温度的影响
• 第3章 金属钒电解精炼的探索
• 3.1 实验原理
• 3.1.1 精炼原理
• 3.1.2 阳极极化
• 3.1.3 实验条件的选取
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 实验设备与试剂
• 3.2.2 实验装置
• 3.2.3实验过程
• 3.3 电解产物的表征
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 钒阳极的表征
• 2-NaCl（6:1 in mole）的熔盐体系中的精炼'>3.4.2 在CaCl₂-NaCl（6:1 in mole）的熔盐体系中的精炼
• 2-NaCl（1:1 in mole）熔盐体系中的精炼'>3.4.3 在CaCl₂-NaCl（1:1 in mole）熔盐体系中的精炼
• 3熔盐体系中的精炼'>3.4.4 在KCl-LiCl（0.689 in mole）-8%VCl₃熔盐体系中的精炼
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢