[發(fā)明專利]一種由釩酸鹽直接電解制備三氧化二釩的方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201310681520.9 | 申請(qǐng)日： | 2013-12-12 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN103695954A | 公開(kāi)（公告）日： | 2014-04-02 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 王明涌;翁威;王志;公旭中;郭占成 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所 |
| 主分類號(hào)： | C25B1/00 | 分類號(hào)： | C25B1/00 |
| 代理公司： | 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251 | 代理人： | 成金玉;孟卜娟 |
| 地址： | 100190 *** | 國(guó)省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 釩酸鹽 直接 電解 制備 氧化 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及化工冶金領(lǐng)域，具體涉及一種三氧化二釩的制備方法。
背景技術(shù)
三氧化二釩是一種呈灰黑色有金屬光澤的結(jié)晶粉末，在冶金、電子、化工領(lǐng)域等有著重要的應(yīng)用。三氧化二釩可用于制取釩鐵或金屬釩粉，也可以將三氧化二釩制成的碳化釩或氮化釩加入鋼水制取特種鋼材。此外，三氧化二釩可直接用于生產(chǎn)熱元件等電子產(chǎn)品。
目前，三氧化二釩的制取方法主要分為兩種：一種是不外加還原劑的偏釩酸銨或多釩酸銨熱分解裂解法，如中國(guó)專利200610020405.7，利用加熱偏釩酸銨時(shí)產(chǎn)生的氨氣進(jìn)一步裂解產(chǎn)生的初生氫，對(duì)+5價(jià)釩進(jìn)行還原。此種方法不采用外加還原氣，雖然可以降低部分成本，但是原料分解出的氨氣裂解不完全，不僅導(dǎo)致還原氣氛不夠，而且沒(méi)有裂解的氨氣排出造成環(huán)境污染。
另外一種制取三氧化二釩的方法是外加還原劑的直接高溫還原法，即以C、NH3、H2、CO、CH4或工業(yè)煤氣等為還原劑，熱還原偏釩酸銨、五氧化二釩或多釩酸銨而獲得三氧化二釩，此種方法應(yīng)用最為廣泛。日本專利86/141622以五氧化二釩為原料，在不銹鋼鋼管內(nèi)，用氨氣作還原氣，在高壓條件下完成熱分解還原過(guò)程。氨還原法的缺點(diǎn)是：氨氣耗量大，成本高，存在泄漏危險(xiǎn)，且制備耐高壓反應(yīng)器成本高，高壓操作安全性差。中國(guó)專利CN1118765A公開(kāi)了一種三氧化二釩的生產(chǎn)方法，該方法在回轉(zhuǎn)窯中以偏釩酸銨或五氧化二釩為原料，通入工業(yè)煤氣，還原時(shí)間15～40分鐘，獲得三氧化二釩。缺點(diǎn)為：實(shí)際還原溫度為900℃以上，回轉(zhuǎn)窯存在高溫動(dòng)態(tài)密封的技術(shù)難點(diǎn)；受回轉(zhuǎn)窯的材料選取和制造工藝以及安裝的限制，生產(chǎn)過(guò)程中存在安全隱患；回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)器的填充率低（5%左右），生產(chǎn)效率低，對(duì)于工業(yè)煤氣等還原性氣體的浪費(fèi)大。中國(guó)專利CN101028938A公開(kāi)了一種采用流態(tài)化工藝生產(chǎn)三氧化二釩的方法，將粉體釩酸銨或五氧化二釩加入到流態(tài)化爐中，從流態(tài)化爐底部通入工業(yè)煤氣，在600～650℃下，還原3～9分鐘，得到三氧化二釩。此種工藝雖然物料填充率高（50%），反應(yīng)時(shí)間短，但是還原性氣體用量大、換熱面積小，只能適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室或小規(guī)模生產(chǎn)，不易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
從已公開(kāi)的資料可以看出，現(xiàn)有的三氧化二釩生產(chǎn)技術(shù)基本上都采用偏釩酸銨或五氧化二釩為原料，而偏釩酸銨和五氧化二釩均是通過(guò)堿金屬釩酸鹽氨沉或/和煅燒生產(chǎn)，銨沉過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的高鹽氨氮廢水，而煅燒過(guò)程釋放大量氨氣，嚴(yán)重污染環(huán)境；另外，以偏釩酸銨為原料，其在加熱過(guò)程中會(huì)分解出大量有害的氨氣，未反應(yīng)的氨氣釋放至大氣亦會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。另一方面，現(xiàn)有三氧化二釩的生產(chǎn)工藝中，一般采用還原性氣體如NH3、H2、CO、CH4、工業(yè)煤氣等作為還原劑，而還原性氣體不易得到且價(jià)格昂貴，需要特殊的密封設(shè)備和高壓條件，對(duì)設(shè)備要求高，因此使其工業(yè)應(yīng)用受到限制；另外，工業(yè)中應(yīng)用的回轉(zhuǎn)窯存在動(dòng)態(tài)密封技術(shù)難題，容易產(chǎn)生還原性氣體的泄露，而大多還原性氣體易燃易爆，導(dǎo)致工作環(huán)境惡劣并且存在很大的安全隱患。因此，急需開(kāi)發(fā)環(huán)境友好的三氧化二釩生產(chǎn)技術(shù)，解決工藝成本高與環(huán)境污染嚴(yán)重的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以釩酸鹽為原料直接電解制備三氧化二釩的方法，其不外加其它還原劑，工藝簡(jiǎn)單，流程短，操作安全，無(wú)氣體爆炸隱患，無(wú)環(huán)境污染。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種由釩酸鹽直接熔鹽電解制備三氧化二釩的方法，其特征在于包括以下步驟：
將釩酸鹽原料和堿金屬或堿土金屬氯化物熔鹽，置于石墨坩堝或剛玉坩堝內(nèi)，于密閉鋼制反應(yīng)器內(nèi)，在氮?dú)饣驓鍤鈿夥障律郎刂?50℃～250℃，恒溫12h～24h除去熔鹽中的水分；
升溫至500℃～1000℃，在陰、陽(yáng)極間通直流電，進(jìn)行電解，在陰極下部獲得產(chǎn)物三氧化二釩粉；
電解結(jié)束后，冷卻至室溫，分離出產(chǎn)物，經(jīng)洗滌、烘干獲得純度大于98%的三氧化二釩產(chǎn)品；
釩酸鹽原料為釩酸鈉、偏釩酸鈉、釩酸鉀、偏釩酸鉀、釩酸鋰、偏釩酸鋰中的一種或兩種以上；
堿金屬或堿土金屬氯化物熔鹽為氯化鋰、氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鋇中的一種或兩種以上；
釩酸鹽原料在熔鹽中的質(zhì)量百分比在1～100％之間；
陰極材料為石墨、Cu、Mo、Ni、FeCrAl或Al；
陽(yáng)極材料為石墨；
電解槽電壓為2.5～5.0V，電解時(shí)間為3h～12h，可獲得純度較高的V2O3；
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