V-Al合金电解精炼工艺的合理方法论有助于获得高纯度的钒金属

《RSC Advances》：Rational methodology of V–Al alloy-electrorefining protocols promotes high purity vanadium metal

熔盐电解制备高纯度金属钒采用可溶性钒铝合金阳极在KCl-LiCl熔盐体系，优化电流密度0.3A/cm2、温度500°C、时间6h条件下，电解效率达89.53%。电化学分析揭示三个还原步骤：Al3?→Al、V3?→V2?、V2?→V。钒离子以VCl?、VCl?、VCl?2?、VCl?3?配合物形式存在，铝离子以AlCl??形式存在。过程为扩散控制，计算得V3?扩散系数。成核机制显示双沉积路径：瞬时与渐进行程。氟离子通过置换铝配合物中的氯离子，提升反应动力学和离子迁移率。该法较传统冶金工艺在能效与产品纯度方面优势显著，为熔盐电解制备难熔金属提供新思路。

　　

张琪文|范勇|张一民|刘鹏|刘宏|张子涵宇|傅秀琼

武汉科技大学资源与环境工程学院，中国湖北省武汉市430081，邮箱：[e-mail]

熔盐电解是一种生产金属钒的有前景的方法，它克服了传统工艺的局限性，例如对原材料的高纯度要求以及高杂质含量问题。本研究介绍了一种创新方法，该方法使用可溶性的钒铝合金阳极在KCl–LiCl熔盐中进行电解，其中钒以V²⁺和V³⁺的形式存在。最佳工艺条件为电流密度0.3 A cm^?2、温度500 °C以及电解时间6小时。在这种条件下制备出了高纯度的金属钒，电解效率达到了89.53%。电化学分析揭示了三个还原过程：Al(III) → Al、V(III) → V(II) 和 V(II) → V。在熔盐中，钒离子以VCl₂、VCl₃、VCl₄^2? 和 VCl₆^3?的形式存在，而铝离子则以AlCl₄^?的形式存在。通过计算V(III)的扩散系数，证实该过程受扩散控制。成核机制分析表明钒的沉积途径有两种：瞬时成核和渐进成核。研究发现氟离子通过取代铝复合体中的氯离子来增强反应动力学，从而增加了钒配位的自由氯离子数量并提高了离子迁移率。与传统冶金方法相比，该方法在能源效率和产品质量方面具有显著优势，为难熔金属生产中的熔盐电解系统优化提供了有益的见解。