钒渣钙化酸浸液制备高纯V2O5的工艺研究

钒电解液是钒电池储能系统的关键材料,钒电解液中Mn,Cr,Ti等杂质元素含量对钒电池性能影响很大。高纯V₂O₅作为钒电解液的重要原料,主要从钒渣钠化焙烧-水浸或者钙化焙烧-酸浸两种工艺获得。本文选取钙化焙烧-酸浸含钒浸出液进行研究,针对其中Mn,Cr,Ti等杂质离子的除杂,形成浸出液水解沉钒—碱溶和净化—铵盐沉钒—煅烧的工艺流程,制备高纯V₂O₅。确定优化的钒浸出液水解沉钒制备粗V₂O₅条件为:反应时间为2.0 h,反应pH值为2.2,反应温度为80℃;将获得的粗V₂O₅进行碱溶二次净化,在优化条件为:NaOH浓度为1%,碱溶终点pH值为8.0,加入阴离子型絮凝剂,温度为60℃时,Mn,Cr,Ti等杂质均得到进一步去除;以经过二次净化后的钒浸出液为原料,在条件为反应时间为60 min,pH值为2.0,温度为90℃,加铵系数(K)为1.2时制备多钒酸铵,再得到高纯V₂O₅,Mn,Cr,Ti等杂质离子都得到了有效去除。     

低共熔溶剂中直接电解还原V2O5制备VO2的研究

利用氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂(ChCl-EG DES)无毒、价廉、性质稳定且合成工艺简单的特性,以其为电解质,模压成型的多孔五氧化二钒(V₂O₅)块体为阴极,石墨片为阳极,在搅拌速率300 r·min^-1,温度80℃,槽电压2.8 V条件下直接电解还原V₂O₅块体制得二氧化钒(VO₂)。采用循环伏安曲线测试方法探讨了直接还原V₂O₅的电化学行为,通过X射线衍射(XRD)与扫描电镜(SEM)检测分别研究了槽电压对产物物相和形貌的影响规律,并探讨了V₂O₅直接电解还原的过程。循环伏安分析结果表明,80℃下在ChCl-EG DES中填入铂微孔电极的V₂O₅粉末能够被还原为VO₂;在2.4～2.8 V范围内,随着槽电压的不断升高,阴极反应速率明显加快,V₂O₅块体被逐...     

氨气还原氮化五氧化二钒制备V(N,O) 粉体与机理研究

通过氨气还原五氧化二钒（V₂O₅）,在773~873 K下成功地制备V（O, N）粉体.利用X射线衍射（XRD）,场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）,热重力分析（TGA）,X射线光电子能谱（XPS）,化学分析和比表面积（BET）等材料表征方法,分析了V₂O₅还原成V（O, N）过程中的物相和形貌演变.根据XRD,XPS和化学分析结果,最终产物应为V（O, N）;钒源的物相转变顺序依次为:V₂O₅→VO₂→V₄O₇→V₂O₃→V（O, N）.另外,还研究了氨还原过程中的形态演变,发现除了VN颗粒看上去似乎是由无数个小的VN晶粒组成外,VN颗粒的尺寸和形状与V₂O₅几乎保持相同.      

石煤中五价钒的检测方法及碱浸规律

V₂O₃、VO₂、V₂O₅纯试剂在不同反应温度、时间、NaOH浓度条件下进行碱溶,得到各个钒氧化物的溶解规律,从而确定分离不同价态钒氧化物的条件.利用电位滴定法检测碱溶分离液中的V5+含量,验证检测的准确性.采用上述方法,在不同温度时间条件下,对石煤进行空白焙烧,然后碱浸处理,并检测浸出液中V5+的含量:发现石煤氧化焙烧过程中,V5+含量在600℃开始上升,700℃以后趋于稳定;700℃以下时,时间对的V5+含量影响不大,当超过700℃后,随着时间的延长V5+的转变率增加明显,3h以上后基本趋于稳定.      

转炉提钒终点钒的分配行为

运用共存理论建立了钒渣活度计算模型,分析了钒渣成分和温度对渣中FeO、V₂O₃活度及活度系数的影响;通过实验和理论计算,分析了转炉提钒终点钒渣成分和温度对钒在渣和半钢间分配行为的影响.结果表明,渣中FeO的活度和活度系数随MnO和FeO含量的增加而增加,随V₂O₃、SiO₂和TiO₂含量的增加而减小,其值分别在10-1和100的数量级上,而渣中V₂O₃的活度及活度系数在同样条件下的变化与FeO相反,其值分别在10-2和10-1的数量级上;半钢V的质量分数一般在0.02%~0.06%之间,随温度以及渣中V₂O₃、TiO₂和SiO₂含量升高而升高,随FeO含量降低而升高;V在渣金间的分配比为100~500,随温度和渣中TiO₂、SiO₂含量升高而降低,随FeO含量升高而升高;存在一个临界V₂O₃含量使得V在渣金间的分配比达到最大,该值的理论计算结果为23.77%,实验结果在15%~20%.      

钒基多元合金制备中钒收得率及氮钒比的影响因素

为进一步提升钒基多元合金在炼钢过程中的细晶强化作用，研究了干法造粒对原料粒度的影响，以及不同粒度的V₂O₃及高温反应对钒基多元合金制备过程中N/V及钒收得率的影响。结果表明：采用大颗粒偏钒酸铵有助于获得大颗粒、高密度的V₂O₃,同时采用干法造粒后，V₂O₃颗粒的直径高于30.76μm占比在50%以上，使用其制备钒基多元合金钒收得率可提高5%。采用大粒度的V₂O₃为原料，在配碳系数0.29,碳化温度1 450℃,氮化温度1 400℃,氮气流量300 m³/h时，得到的钒基多元合金N/V比达到最高值0.225,同时发现在混合料中加入铁元素有助于改善合金质量，有利于炼钢生产。     

一步法制备碳氮化钒的工艺优化试验

围绕开发连续、高效、低成本的一步法合成碳氮化钒的技术,在总结氮化钒生产工艺过程研究的基础上,以V₂O₅为原料,焦炭为还原剂,经过破碎、混料和压制成块、烘干后进行还原氮化过程,在高纯氮气气氛下探索了高温碳热还原一步法制备碳氮化钒的最佳生产工艺条件。通过对V₂O₅的还原过程进行热力学分析计算并利用FactSage热力学软件对其进行理论研究,采用XRD、SEM等测试方法对反应温度、反应时间、氮气流量、制样压力等影响因素进行单因素试验分析,结果表明,碳化钒的氮化反应是逐级进行的,碳氮化钒的反应过程为V₂O₅→V₂O₄→V₂O₃→VC→VCN。试验中产生的CO会改变炉内气体分压,会对碳化温度和氮化温度产生影响,因此反应过程中应严格控制体系的CO和N₂分压;反应时间和氮气流量对反应产物的钒、氮、碳含量产生不同的影响,钒含量和氮含量随着反应时间的增加和氮气流量的...     

离子交换法回收沉淀母液中钒的工艺研究

用离子交换法回收水解沉钒工艺沉淀母液中的钒，考察了树脂类型、料液pH、温度和吸附时间等对钒吸附效果的影响，对D314树脂吸附钒的动力学和等温吸附模型进行了研究，并进行了柱式动态吸附和解吸钒的试验，提出采用解吸合格液溶解红钒。结果表明：在pH为2.4,温度为45℃,吸附时间为40 h的条件下，D314树脂对V₂O₅的饱和吸附容量为243 mg/mL。以5%NaOH+10%NaCl为解吸剂，解吸液峰值处V₂O₅浓度达67.5 g/L,富集比达23.6倍。D314树脂对钒的吸附行为符合准一级吸附动力学方程，等温吸附过程符合Langmuir模型。用离子交换法回收沉淀母液中的钒，吸附率大于95.5%,解吸率大于98.2%,解吸合格液可用来溶解红钒，技术可行，流程简单，为钒的回收提供了技术途径。     

V2O5/石墨烯纳米复合材料的合成及储钠性能研究

五氧化二钒(V₂O₅)因其具有层状结构、高容量、低成本、资源丰富、高的Na⁺离子电导率、Na⁺嵌入/脱嵌时体积变化小、中等电位平台等优点而受到广泛关注。以V₂O₅和草酸为原料，采用水热法成功制备了V₂O₅/石墨烯纳米复合材料(V₂O₅/rGO)。结果表明：石墨烯与V₂O₅纳米线相互紧密交织，形成连续的V₂O₅-石墨烯网络结构；V₂O₅-石墨烯网络结构提供了快速的电子转移速度，扩展了电极材料与电解液的有效接触面积，提高了材料的导电性，缓冲了钠离子嵌入引起的体积变化，从而使V₂O₅/rGO纳米复合材料的储钠性能得到有效地改善(100 mA/g时，100次循环后，放电比容量为154 mAh/g)。     

Al2O3-V2O5体系的热力学优化

在对Al₂O₃-V₂O₅体系相图、热力学数据以及晶体结构数据进行综述与评估的基础上,采用相图计算方法对Al₂O₃-V₂O₅体系进行热力学优化.液相采用修正的似化学模型进行描述,利用对近似处理液相中存在的短程有序.将液相模型的最大短程有序设置在AlVO₄处,将VO₄3-当作液相中V₂O₅的基本组成单元.体系中AlVO₄相看作线性化合物.计算结果很好的重现了选定的实验数据,获得了一套合理、可靠、自洽的模型参数用来描述体系中各相的热力学性质,为Al₂O₃负载V₂O₅型催化剂催化性能的提高打下坚实的基础.      

高硅高钙钒渣钠化焙烧工艺的优化研究

针对某钒厂钒渣精粉中SiO₂、CaO含量增加的情况,在实验室以现有工艺参数进行了钠化焙烧,在获得实验室试验基准参数条件下进行了正交和单因素优化试验,较全面考察了焙烧高温区间、碱比、全钒含量和保温时间对钒渣钒焙烧转化率的影响,同时以优化参数进行了验证试验。结果表明,以钒硅比V₂O₅/Si0₂=0.8,钒钙比为V₂O₅/CaO=4.6的高硅高钙钒渣精粉进行钠化焙烧,最优焙烧工艺为:焙烧高温区间:550～820℃,碱比:1.8～2.0;全钒含量:4.8%～5.2%;保温时间:120～140 min,可以使钒焙烧转化率达到85%以上。     

钒泥铵浸提钒工艺研究

分析了 NH₄HCO₃、NaOH、Na₂CO₃三种浸出介质对钒浸出率及杂质溶出率的影响,优选 NH₄HCO₃作为浸出介质,确定了最佳工艺参数: NH₄HCO₃溶液质量分数 15% ,液固比 5∶ 1,反应温度 90 ℃ ,反应时间 30 min,搅拌速度 300 rpm,钒浸出率为 84. 52% 。将最佳反应条件下得到的浸出溶液进行沉钒实验,补加 NH₄HCO₃调节 p H 值至 8,搅拌速度 200 rpm,结晶温度 25 ℃ ,结晶时间 5 h 后,钒浓度降为0. 81 g / L。偏钒酸铵经过干燥、煅烧得到品位 99. 16% 的 V₂O₅。     

还原工艺对V2O3产品中TV的影响研究

对采用工业煤气还原多钒酸铵（APV）制取V₂O₃工艺及相关参数进行了研究,得到了合格的V₂O₃产品。试验表明:APV在还原温度700～750℃、保温时间10～15min的条件下能够得到TV≥63%的V₂O₃产品,还原温度>750℃、还原时间15min条件下,能够得到TV>65%的V₂O₃产品。通过对温度和时间的控制,可以得到较高品位的V₂O₃产品（TV>66%）。在实际生产中,可以通过对还原温度、还原时间的控制,得到不同TV含量的V₂O₃产品,以满足钒铁冶炼和氮化钒生产对V₂O₃产品中TV的不同要求。     

不同型号镁碳砖对抗富钒钢渣侵蚀性能的影响

目前,提钒转炉采用镁碳砖作为炉衬,评估不同型号镁碳砖的侵蚀速率以及损毁机理对提高提钒转炉寿命具有重要的实用价值。在电阻炉条件下,采用静态抗渣方法模拟6种镁碳砖侵蚀情况,探讨镁碳砖抗富钒钢渣侵蚀及其机理。结果表明,MT-C12B、MT-C14A试样受熔渣冲刷、侵蚀后减薄较少,其中MT-C12B试样侵蚀面积所占比例为2.98%,MT-C14A试样侵蚀面积所占比例为2.74%。从试样侵蚀情况显微结构看,MT-C12B试样的脱碳层深度最小,对镁碳砖性能影响较小,为提钒转炉最优选择。6种镁碳砖侵蚀机理基本一致,镁碳砖中的石墨与钢渣中的V₂O₃、Cr₂O₃、FeO反应生成金属相,造成MgO颗粒的裸露,渣中V₂O₃随熔渣进入脱碳层并与在此处的MgO反应,在镁碳砖表面形成含钒尖晶石相(MgV₂O₄);另外,液态渣相中的SiO₂、CaO等与MgO颗粒反应生成新的低熔点液渣相,进而完成方镁石的溶解过程。含钒尖晶...     

高钙钒渣空白焙烧碳酸化浸出工艺研究

针对高钙高磷钒渣钙含量高,现有提钒工艺难以有效提钒的现状,采用空白焙烧-碳酸化浸出工艺进行了试验研究,并采用响应曲面法进行了优化。考察了高钙钒渣中CaO/V₂O₅(质量比)、焙烧温度、焙烧时间、浸出搅拌速度、浸出温度、浸出时间和碳酸钠溶液浓度等条件对高钙钒渣中钒浸出率的影响。结果表明：钒渣中的CaO/V₂O₅(质量比)=0.6、899℃钙化焙烧160 min,熟料在浸出温度95℃、浸出时间140 min、碳酸钠浓度168 g/L、搅拌速度为300 r/min等条件下浸出,钒浸出率平均为92.22%。相比于传统的提钒工艺,空白焙烧碳酸化浸出工艺对于高钙钒渣具有钒浸出率高的优势。     

高铬型钒钛铁精矿球团氧化焙烧-盐酸浸出提钒

以高铬型钒钛铁精矿为原料,研究其在氧化焙烧-盐酸浸出过程中球团强度与钒浸出行为之间的相互关系。热力学分析结果表明,在氧化钙存在的条件下,高铬型钒钛铁精矿中主要化合物的氧化反应顺序依次为：FeTiO₃>Fe3O₄>Fe₂SiO₄>FeV2O₄>FeCr₂O₄。氧化产物物相分析结果证实,钛铁矿比磁铁矿更易氧化,氧化产物的主要物相为Fe₂O₃和Fe₉TiO₁₅。氧化温度和盐酸浓度分别是氧化过程和浸出过程中影响钒浸出率和浸出后球团强度的关键因素;浸出后球团强度与V₂O₅浸出率呈现较为明显的负相关关系;返烧可以有效提升浸出后球团强度,在返烧温度1 200℃,返烧时间90 min条件下,返烧后球团强度大于3 000 N/球。     

二元过渡金属化合物中空结构的化学合成及相关性质研究

二元过渡金属化合物中空结构因具有独特物理化学性能,其制备及应用已成为近几年学术界研究的重点方向。为此,本文选用V₂O₅-SnO₂双层壳纳米胶囊与Co₃O₄各向异性纳米胶囊作为主要研究对象,探析二元过渡金属化合物中空结构的化学合成。通过对二元过渡金属化合物中空结构性质分析,研究了该材料对于电池材料使用寿命及稳定性的重要作用,存在较强研究价值。     

V2O5/MXene纳米复合材料制备及储能性能

利用氢氟酸（HF）刻蚀MAX（Ti₃AlC₂）相获得一种新型二维层状材料MXene（Ti₃C₂T_x），利用液相插层法扩大MXene材料层间距，然后在MXene表面分别负载纳米片状（NSV）和纳米带状（NBV）的五氧化二钒（V₂O₅）。利用X射线衍射（XRD）、比表面积测试分析（BET）和高分辨场发射扫描电镜（FESEM）等手段对复合材料进行了结构表征。结果表明:MXene层间距增加；且两种形貌的五氧化二钒均匀的负载在MXene表面。这两种纳米复合材料的比表面积比MXene高，意味着它们可以为电化学反应提供更多的活性位点。利用多种电化学技术对V₂O₅，MXene和不同V₂O₅/MXene纳米复合材料在1.0 mol·L?1 Na₂SO₄和1.0 mol·L?1 LiNO₃电解液中进行了电化学性能测试。结果表明:当电流密度为1 A·g?1时，在1.0 mol·L?1 Na₂SO₄电解液中MXene，V₂O₅，NSV/MXene和NBV/MXene的比电容分别为8.1，15.7，96.8和88.5 F·g?1；在1.0 mol·L?1 LiNO₃电解液中NSV/MXene和NBV/MXene的比电容分别为64.6，46.7，180.0和114.0 F·g?1。表明所制备的NSV/MXene纳米复合材料是一种有研究和开发潜力的超级电容器电极材料。      

钒钛磁铁矿提钒尾渣钙化碱浸试验研究

由于钒钛磁铁矿提钒尾渣中Na₂O含量高,作为炼铁配矿使用时会造成高炉结瘤问题,难以规模化利用。本文针对此问题,以承钢钒钛磁铁矿提钒尾渣为原料,进行了钙化碱浸-偏钒酸铵沉钒试验,目的是对提钒尾脱碱的同时提取其中有价金属钒。试验主要考察了浸出温度、碱浓度、氧化钙添加量和液固比对钠和钒浸出率的影响,结果表明,在浸出温度160℃、碱浓度100 g·L^-1、氧化钙添加量15%、液固比6∶1、浸出时间60 min的条件下,钒和钠的浸出率分别达到82.25%和85.36%;对含钒碱浸液进行偏钒酸铵沉钒,得到了纯度大于97%的V₂O₅产品;终渣中Na₂O含量小于0.5%,Fe₂O₃含量达到30.10%,结合承钢高炉的碱金属平衡数据,可满足高炉炼铁配矿使用。本文研究结果可为相关企业钒钛磁铁矿提钒尾渣的规模化利用提供参考。     

电化学原位拉曼光谱技术在高温熔盐中的应用

综述了熔盐电化学原位拉曼光谱用样品池结构及特点、熔盐电化学原位拉曼光谱的研究进展。所用样品池主要以配合90°拉曼散射模式研究为主,且样品池通常都通入惰性气体。研究中主要采用恒电流/恒电位电解的电化学方法,研究内容涉及到在氯化物熔盐中电解还原金属铝、汞、镉和钽的阴极行为,(Li-K)CO₃和Li₂CO₃燃料电池中氧的还原,在以金属铝为阳极的高能熔盐电池中I₂在AlCl₃-NaCl熔盐中的电化学过程,钠-硫电池放电过程中S元素在AlCl₃-NaCl熔盐中的行为,Y₂O₃稳定的ZrO₂(YSZ)氧离子导体在Na₂SO₄熔盐中的电化学腐蚀,以及不同电位条件下熔融KNO₃、NaNO₃与铂电极界面的熔盐结构变化。最后,展望了熔盐电化学原位拉曼光谱的研究发展方向。