CN103641080B - 一种制备氮化钒/氮化钛的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备氮化钒/氮化钛的方法，具体地，将钒的氯化物或钛的氯化物通入至熔融的氮化镁中并在保护气氛下进行反应，反应结束后通过蒸馏除去氯化镁得到氮化钒或氮化钛。本发明的制备氮化钒/氮化钛的方法具有工艺简单、反应效率高、反应获得的产品杂质元素含量低、生产成本低等优点，获得的产品质量好，推广应用前景较好。
Description
技术领域
本发明属于钒钛冶炼技术领域，更具体地讲，涉及一种制备氮化钒/氮化钛的方法
背景技术
钒氮合金是一种新型合金添加剂，可以替代钒铁用于微合金化钢的生产。氮化钒添加于钢中能提高钢的强度、韧性、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良好的可焊性。在达到相同强度下，添加氮化钒节约钒加入量30～40％，进而降低了成本。
氮化钛具有许多优良的物理及化学性能,它耐酸耐碱,具有较高的熔点(3205℃)、硬度1990(×9.8N/mm2)、高温化学稳定性及优良的导热性能、导电性能、光学性能、生物相容性，广泛运用于耐高温、耐磨损、低辐射玻璃涂层及医学领域。手饰工业上也用氮化钛作金色涂料，主要用于涂表壳。
目前生产氮化钒的方法主要为在含氮的气氛中高温碳热还原钒氧化物制备氮化钒，但现有技术中基本采用碳质还原剂还原钒氧化物完成的，所获得的氮化钒产品中碳含量偏高（2～8％）。
目前氮化钛的生产方法主要有：（1）高温下，采用纯钛和氮气反应制备氮化钛；（2）以钛氧化物为原料，在含氮气氛中制备氮化钛。（3）含钛原料与氨气反应制备氮化钛等。这些方法存在生产成本高，应用规模较小等问题。
因此，有必要提供一种成本低、效率高、杂质元素含量低的氮化钒/氮化钛的制备方法。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决氮化钒生产产品中碳含量偏高、氮化钛生产成本高等问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种制备氮化钒/氮化钛的方法，将钒的氯化物或钛的氯化物通入至熔融的氮化镁中并在保护气氛下进行反应，反应结束后通过蒸馏除去氯化镁得到氮化钒或氮化钛。
根据本发明制备氮化钒/氮化钛的方法的一个实施例，所述钒的氯化物包括VCl2、VCl3、VCl4、VCl5中的至少一种。
根据本发明制备氮化钒/氮化钛的方法的一个实施例，所述钛的氯化物包括TiCl2、TiCl3、TiCl4中的至少一种。
根据本发明制备氮化钒/氮化钛的方法的一个实施例，所述钒的氯化物或钛的氯化物的用量大于氮化镁的理论用量。
根据本发明制备氮化钒/氮化钛的方法的一个实施例，所述钒的氯化物或钛的氯化物的用量为氮化镁的理论用量的1.05～1.2倍。
根据本发明制备氮化钒/氮化钛的方法的一个实施例，蒸馏温度为950～1000℃，蒸馏时的真空度小于0.1Pa。
根据本发明制备氮化钒/氮化钛的方法的一个实施例，所述保护气氛为氮气、氦气、氩气、二氧化碳中的至少一种。
本发明的制备氮化钒/氮化钛的方法具有工艺简单、反应效率高、反应获得的产品杂质元素含量低、生产成本低等优点，获得的产品质量好，推广应用前景较好。
具体实施方式
在下文中，将详细描述本发明的制备氮化钒/氮化钛的方法的示例性实施例。
发明人在研究过程中发现，将钒的氯化物或钛的氯化物通入熔融的氮化镁中后有黑色固体产生，分析黑色固体的成分发现其为氮化钒或氮化钛，并采用热力学对其反应进行计算，发现该反应能够自发进行，属于放热反应，由此提供了本发明。
根据本发明的制备氮化钒/氮化钛的方法，具体包括以下步骤：
（1）将钒的氯化物或钛的氯化物通入至熔融的氮化镁中并在保护气氛下进行反应。其中，钒的氯化物包括VCl2、VCl3、VCl4、VCl5中的至少一种，钛的氯化物包括TiCl2、TiCl3、TiCl4中的至少一种，即钒的氯化物或钛的氯化物可以包括一种也可以包括多种。并且，熔融的氯化镁的温度高于其熔点以确保熔融状态且低于其沸点以避免损失。
其中，钒的氯化物或钛的氯化物将和氮化镁发生反应并生成氮化钒或氮化钛以及氯化镁和氮气，总反应按下式（未配平，示意用）进行：
VClx/TiCly+Mg3N2→VN/TiN+MgCl2+N2↑
其中，2≤x≤5，2≤y≤4，且x、y为正整数。
在保护气氛下反应的主要目的是防止生成的氮化钒或氮化钛被氧化而影响产品的纯度。此外，反应放出的氮气也能起到较好的保护作用。保护气氛可以为氮气、氦气、氩气、二氧化碳中的至少一种，本发明不限于此。
反应时，为了确保氮化镁反应完全，钒的氯化物或钛的氯化物的用量应大于氮化镁的理论用量，并且所述氮化镁的理论用量即为按照具体反应式计算获得的氯化镁消耗量。优选地，钒的氯化物或钛的氯化物的用量为氮化镁的理论用量的1.05～1.2倍。并且，上述反应优选在反应器内进行，通入钒的氯化物或钛的氯化物的同时通入保护气氛进行反应即可。
（2）反应结束后，通过蒸馏除去氯化镁得到氮化钒或氮化钛。根据本发明的示例性实施例，反应结束后直接将盛装反应产物的反应器与蒸馏装置连接，然后通过蒸馏除去其中的氯化镁即得到所需产品，方便快捷。其中，蒸馏温度为950～1000℃，蒸馏时的真空度小于0.1Pa，蒸馏时间可根据产量具体确定。
所采用的蒸馏装置可以为三级泵的非标件，其工作方式可参考海绵钛的蒸馏设备，但本发明不限于此，只要能够实现对氯化镁的蒸馏即可。此外，采用蒸馏方式获得的产品较直接采用水洗的产品中的氧含量要低，且获得的纯氯化镁也可进行回收再利用，所得的氮化钒或氮化钛产品的检测参照相关分析标准即可。
下面结合具体示例对本发明的具体实施方式进行进一步描述，并不因此将本发明限制在所描述的示例范围内：
示例1：
在氮气保护气氛下，将800g TiCl4通入400g且温度为850℃的熔融氮化镁中，待完全反应后，将反应器移至蒸馏装置中，在950℃、真空度小于0.1Pa的条件下蒸馏8h，获得产品365g，分析其氮化钛含量为：99.6wt%。
示例2：
在氩气保护气氛下，将850g VCl4通入400g且温度为900℃的熔融氮化镁中，待完全反应后，将反应器移至蒸馏装置中，在950℃、真空度小于0.1Pa的条件下蒸馏8h，获得产品375g，分析其氮化钒含量为：99.2wt%。
示例3：
在氮气保护气氛下，将400g TiCl4和160g TiCl3通入300g且温度为850℃的熔融氮化镁中，待完全反应后，将反应器移至蒸馏装置中，在980℃、真空度小于0.1Pa的条件下蒸馏3h，获得产品240g，分析其氮化钛含量为：98.5wt%。
示例4：
在氮气保护气氛下，将400g VCl4和160g VCl3通入300g且温度为950℃的熔融氮化镁中，待完全反应后，将反应器移至蒸馏装置中，在950℃、真空度小于0.1Pa的条件下蒸馏6h，获得产品245g，分析其氮化钛含量为：99.3wt%。
综上所述，采用本发明的制备氮化钒/氮化钛的方法可以制备获得较高纯度的氮化钒或氮化钛，且制备过程简便易行、操作简单，工艺简单、反应效率高、生产成本低。
尽管上面结合实施例示出并描述了本发明的制备氮化钒/氮化钛的方法，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在这里做出形式和细节上的各种改变。
Claims (6)
1.一种制备氮化钒/氮化钛的方法，其特征在于，将钒的氯化物或钛的氯化物通入至熔融的氮化镁中并在保护气氛下进行反应，反应结束后通过蒸馏除去氯化镁得到氮化钒或氮化钛，其中，所述钒的氯化物或钛的氯化物的用量大于氮化镁的理论用量。
2.根据权利要求1所述的制备氮化钒/氮化钛的方法，其特征在于，所述钒的氯化物包括VCl2、VCl3、VCl4、VCl5中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备氮化钒/氮化钛的方法，其特征在于，所述钛的氯化物包括TiCl2、TiCl3、TiCl4中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备氮化钒/氮化钛的方法，其特征在于，所述钒的氯化物或钛的氯化物的用量为氮化镁的理论用量的1.05～1.2倍。
5.根据权利要求1所述的制备氮化钒/氮化钛的方法，其特征在于，蒸馏温度为950～1000℃，蒸馏时的真空度小于0.1Pa。
6.根据权利要求1所述的制备氮化钒/氮化钛的方法，其特征在于，所述保护气氛为氮气、氦气、氩气、二氧化碳中的至少一种。
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