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稀有金属钒的低成本制备过程研究

作　者: 万龙飞
导　师: 王淑兰
学　校: 东北大学
专　业: 物理化学
关键词: 钒三氧化二钒熔盐 FFC法电化学
分类号: TF841.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-29
  1.1 引言  9
  1.2 钒的性质  9-11
    1.2.1 钒的物理性质  9-10
    1.2.2 钒的化学性质  10-11
  1.3 钒的应用  11-15
    1.3.1 钒在钢铁行业中的应用  11-12
    1.3.2 钒在有色金属中的应用  12
    1.3.3 钒在固溶体贮氢合金中的应用  12-13
    1.3.4 钒在其他方面的应用  13-15
  1.4 钒资源及其生产、消费概况  15-19
    1.4.1 钒资源的分布概况  15-17
    1.4.2 钒产业及其消费概况  17-19
  1.5 钒的传统生产工艺概况及评述  19-23
    1.5.1 钒的制备  19-21
    1.5.2 钒的精炼  21-22
    1.5.3 钒的传统生产方法评述  22-23
  1.6 FFC法简介  23-26
    1.6.1 FFC法的发展背景  23
    1.6.2 FFC法的原理与方法  23-25
    1.6.3 FFC法的研究进展  25-26
  1.7 电化学还原速率的表征  26-27
  1.8 本课题的研究意义和内容  27-29
第2章实验部分  29-39
  2.1 熔盐体系的选择及槽电压的确定  29-32
    2.1.1 熔盐体系的选择  29-30
    2.1.2 槽电压的确定  30-32
  2.2 实验过程  32-37
    2.2.1 阴极制备  33-35
    2.2.2 实验准备  35-37
    2.2.3 预电解及电解  37
    2.2.4 电解产物处理与分析表征  37
  2.3 主要仪器与药品  37-39
第3章结果与讨论  39-57
  3.1 阴极制备工艺对实验结果的影响  39-42
    3.1.1 成型压力的影响  39-40
    3.1.2 粘结剂的影响  40-42
  3.2 熔盐中添加氯化钠对电解电流的影响  42-43
  3.3 预电解对实验结果的影响  43-44
  3.4 电解电流-时间曲线  44-46
  3.5 反应机理探讨  46-57
第4章结论  57-59
参考文献  59-63
致谢  63

稀有金属钒的低成本制备过程研究

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