CN110306061A

CN110306061A - 钒铝合金制备金属钒的方法

Info

Publication number: CN110306061A
Application number: CN201910721738.XA
Authority: CN
Inventors: 余彬; 陈海军; 尹丹凤; 师启华
Original assignee: Pangang Group Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Research Institute Co Ltd
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2019-10-08

Abstract

本发明属于冶金领域，具体涉及以钒铝合金为原料制备金属钒的方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种钒铝合金制备金属钒的方法，包括以下步骤：将钒铝合金和无机酸混合反应，反应结束后，体系中剩余固体即为金属钒。本发明方法采用酸溶钒铝合金的方式制备金属钒，具有工艺流程短、设备要求低等特点。本发明方法不仅能够制备得到纯度高的金属钒粉，还能够对金属钒粉表观形貌进行适度控制。

Description

钒铝合金制备金属钒的方法

技术领域

本发明属于冶金领域，具体涉及钒铝合金制备金属钒的方法。

背景技术

金属钒具有熔点高、加工性能好、耐腐蚀性强、快中子吸收截面小等特点。随着世界航空航天工业、原子能工业、电子工业、超导工业技术的发展，钒产品的应用范围从钢铁行业迅速扩展，以金属钒为原料的功能材料需求量逐渐上升。高纯金属钒的制备主要通过真空热还原工艺制备初级金属钒后经过精炼获得。目前相关文献能够检测到初级金属钒的制备方法包括碳热、硅热等非金属热还原工艺和铝热、镁热、钙热等金属热还原工艺，主要原料为钒氧化物或氯化物为主。初级金属钒常用的精炼方法包括熔盐电解法、真空精炼法、碘化物热分解法等。

CN104404573A“金属钒的制备方法”利用熔盐电脱氧制备金属钒，将碳粉、五氧化二钒混合均匀，在惰性气体保护下，600～900℃温度条件下压制烧结成型后，作为电解阴极，以CaCl₂为电解质，在850～900℃条件下电解，制备得到金属钒。该发明具有工艺流程短、能耗低、污染小、易于连续生产等特点。CN101440507A“一种金属钒的制备方法”以V₂O₃粉末为原料，压片、烧结冷却后作为阴极，石墨作为阳极，插入熔盐CaCl₂-CaO中通直流电进行电解，清洗后得纯度大于99％的金属钒。该发明具有工艺简单、环保、产品质量稳定等特点。CN101492776A“制取金属钒的方法”提供了一种从钒铁合金原料中制取金属钒的方法，使用金属萃取剂萃取钒铁合金原料中的钒，得到金属萃取剂与钒的合金以及降低了钒含量的钒铁合金，将金属萃取剂在真空下进行蒸馏，得到金属钒和金属萃取剂。

从上述公开的现有技术来看，目前金属钒的制备方法多以不同含钒原料通过熔盐电解和萃取等方式，并在惰性气氛、高温、真空等冶金条件下进行，得到具有较高的纯度的金属钒粉。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钒铝合金制备金属钒的方法。该方法包括以下步骤：将钒铝合金和无机酸混合反应，反应结束后，体系中剩余固体即为金属钒。

具体的，上述钒铝合金制备金属钒的方法中，所述钒铝合金为AlV65合金。

进一步的，上述钒铝合金制备金属钒的方法中，所述钒铝合金中Fe、Si、C、O含量分别在0.30％、0.30％、0.20％、0.20％以下。

具体的，上述钒铝合金制备金属钒的方法中，所述钒铝合金的粒度≤30目。

具体的，上述钒铝合金制备金属钒的方法中，所述无机酸为盐酸或硝酸。

进一步的，上述钒铝合金制备金属钒的方法中，所述无机酸的浓度为0.5～2.5mol/L。

具体的，上述钒铝合金制备金属钒的方法中，所述反应温度为25～80℃。

具体的，上述钒铝合金制备金属钒的方法中，控制反应过程和终点体系pH为0.5～2.0。

具体的，上述钒铝合金制备金属钒的方法中，以无明显气体产生为反应终点。

具体的，上述钒铝合金制备金属钒的方法中，剩余固体经干燥即得干燥后的金属钒。

进一步的，上述钒铝合金制备金属钒的方法中，所述干燥条件为干燥时间为2～5h，干燥温度为50～100℃，真空度为10²～10⁴Pa。

本发明方法以钒铝合金为原料，利用钒铝合金的性质，采用无机酸快速溶解合金中固溶性钒、铝及其他酸溶杂质，实现金属钒的制备。本发明方法所得金属钒粒度根据原料钒铝合金粒度不同而有所不同；并且随着原料粒度的降低及酸溶反应的进行，产物金属钒粒度逐渐降低，钒粉的微观表面变得愈加平整，气孔明显减少。本发明方法所得金属钒纯度与原料纯度有一定相关性，在保证原料纯度的情况下，本发明所得金属钒纯度较高。

具体实施方式

本发明钒铝合金制备金属钒的方法，包括以下步骤：

a、将钒铝合金产品进行破碎并磨细，将磨细后合金粉筛分备用；

b、将筛分后的钒铝合金粉末与一定浓度的无机酸混合后，在一定温度条件下搅拌溶解，并逐渐加入无机酸控制酸溶过程及反应终点pH值；

c、酸溶反应结束后，对产物进行过滤清洗，并在真空干燥箱中烘干，得到具有一定纯度和表观形貌的金属钒粉。

本发明方法中，原料钒铝合金中，部分钒和铝以钒铝固溶体形式存在，部分以金属钒形式存在，基于钒的两种不同赋存状态采用无机酸溶解制备金属钒。本发明方法中，主要是采用无机酸溶解以固溶体形成存在的钒、铝以及其他能够被酸溶的杂质，以金属钒形式存在的钒一般不会被溶解或者少量溶解，从而剩余的固体即为金属钒。本发明方法中，若反应温度高、pH低，以金属钒形式存在的钒也易溶解，此时钒溶解包括了固溶体形式的钒溶解和金属钒形式的钒溶解，此时钒溶解率相对较高，若反应温度低、pH高，此时钒溶解率低，此时钒溶解包括了固溶体形式的钒溶解和少量金属钒形式的钒溶解、甚至没有金属钒形式的钒溶解，此时钒溶解率相对较低。一般情况下，常温条件下反应就能够很好地溶解固溶相物质，但如果酸浓度过高或/和反应温度过高可能会使金属钒溶解或大量溶解，但是这并不影响反应剩余的、即获得的金属钒产品，只是金属钒收率会变低，被溶解的钒也能够通过其它方式回收。

本发明方法中，所得金属钒粒度根据原料钒铝合金粒度不同而有所不同，并且随着原料粒度的降低及酸溶反应的进行，产物金属钒粒度逐渐降低，钒粉的微观表面变得愈加平整，气孔明显减少。本发明方法所得金属钒纯度与原料纯度有一定相关性，在保证原料纯度的情况下，本发明所得金属钒纯度较高。

本发明方法中，钒铝合金中杂质含量尽可能低，这样才能够保证所得金属钒纯度高。一般控制钒铝合金中Fe、Si、C、O含量分别在0.30％、0.30％、0.20％、0.20％以下，一方面是因为普通钒铝合金的质量要求，另一方面是控制原料中非金属夹杂的引入，从而为有效控制酸溶产物即金属钒粉非金属夹杂提供有利条件，因为酸溶过程不能有效的除去非金属夹杂。

本发明方法中，所述磨细采用球磨。所述磨细后钒铝合金粉末粒度≤30目。即30目或比30目细。

本发明方法中，所述无机酸为盐酸或硝酸。由于硫酸在该过程中易产生不溶于酸的反应产物，从而会影响产品纯度，所以不能采用硫酸。所述无机酸的浓度为0.5～2.5mol/L。

本发明方法中，反应温度为20～80℃。钒铝合金中固溶性物质，一般在常温即可溶解。

本发明方法中，若pH过高，整个酸溶过程动力学条件较差，若pH过低，易引起酸溶过程大量钒的溶解，导致钒粉收率降低，所以优选控制反应过程和终点体系pH为0.5～2.0。当pH高于2.0时，可直接补加0.5～2.5mol/L无机酸，因为整个酸溶过程中随着反应的进行，液固比逐渐增大，直接补加0.5～2.5mol/L无机酸不会引起体系pH值的剧烈变化，以免超出上述pH范围。

本发明方法中，由于钒铝合金中的铝与酸反应较易进行，会产生较多气体，所以为了保证铝充分反应，无明显气体产生则表明反应基本完成，剩余固相即为金属钒，所以本发明方法以无明显气体产生为反应终点。当无明显气体产生时继续反应，在低pH和/或高温度的情况下，金属钒也可能会被溶解，但是这并不影响反应剩余的、即获得的金属钒产品，只是金属钒收率会变低，被溶解的钒也能够通过其它方式回收。

本发明方法中，所述的干燥时间为2～5h，干燥温度为50～100℃，真空度为10²～10⁴Pa。

实施例1

将含钒66.8％的AlV65合金破碎、球磨，并筛分得到粒度范围为30～100目的1质量份合金粉末与有效酸浓度为2.5mol/L的10质量份无机酸溶液混合后，在搅拌速度为500rpm、酸溶温度为80℃条件下反应，期间控制酸溶体系pH值范围为0.5～0.8，30min后反应结束，对酸溶产物进行过滤洗涤，并将洗涤后的酸溶产物置于真空度为10⁴Pa、干燥温度为100℃的真空干燥箱中干燥5h，得金属钒粉末。

经上述操作，钒溶解率为94.2％，金属钒粉末纯度为97.5％，其中Al、Fe、Si、C含量分别为0.45％、0.24％、0.15％、0.25％，钒粉平均粒度为230目。

实施例2

将含钒65.6％的AlV65合金破碎、球磨，并筛分得到粒度范围为100～200目的1质量份合金粉末与有效酸浓度为1.5mol/L的20质量份无机酸溶液混合后，在搅拌速度为300rpm、酸溶温度为50℃条件下反应，期间控制酸溶体系pH值范围为0.8～1.0，30min后反应结束，对酸溶产物进行过滤洗涤，并将洗涤后的酸溶产物置于真空度为10³Pa、干燥温度为75℃的真空干燥箱中干燥5h，得金属钒粉末。

经上述操作，钒溶解率为78.5％，金属钒粉末纯度为98.6％，其中Al、Fe、Si、C含量分别为0.32％、0.21％、0.11％、0.19％，钒粉平均粒度为270目。

实施例3

将含钒67.2％的AlV65合金破碎、球磨，并筛分得到粒度范围为200～270目的1质量份合金粉末与有效酸浓度为1.0mol/L的15质量份无机酸溶液混合后，在搅拌速度为200rpm、酸溶温度为30℃条件下反应，期间控制酸溶体系pH值范围为1.0～1.5，50min后反应结束，对酸溶产物进行过滤洗涤，并将洗涤后的酸溶产物置于真空度为10³Pa、干燥温度为50℃的真空干燥箱中干燥5h，得金属钒粉末。

经上述操作，钒溶解率为57.2％，金属钒粉末纯度为99.1％，其中Al、Fe、Si、C含量分别为0.11％、0.01％、0.08％、0.13％，钒粉平均粒度为325目。

实施例4

将含钒67.4％的AlV65合金破碎、球磨，并筛分得到粒度范围为30～100目的1质量份合金粉末与有效酸浓度为0.5mol/L的20质量份无机酸溶液混合后，在搅拌速度为500rpm、酸溶温度为20℃条件下反应，期间控制酸溶体系pH值在1.5～2.0，80min后反应结束，对酸溶产物进行过滤洗涤，并将洗涤后的酸溶产物置于真空度为10²Pa、干燥温度为50℃的真空干燥箱中干燥5h，得金属钒粉末。

经上述操作，钒溶解率为54.3％，金属钒粉末纯度为99.3％，其中Al、Fe、Si、C含量分别为0.09％、0.01％、0.07％、0.11％，钒粉平均粒度为400目。

Claims

1.钒铝合金制备金属钒的方法，其特征在于：包括以下步骤：将钒铝合金和无机酸混合反应，反应结束后，体系中剩余固体即为金属钒。

2.根据权利要求1所述的钒铝合金制备金属钒的方法，其特征在于：所述钒铝合金为AlV65合金。

3.根据权利要求1或2所述的钒铝合金制备金属钒的方法，其特征在于：所述钒铝合金中Fe、Si、C、O含量分别在0.30％、0.30％、0.20％、0.20％以下。

4.根据权利要求1～3任一项所述的钒铝合金制备金属钒的方法，其特征在于：所述钒铝合金的粒度≤30目。

5.根据权利要求1～4任一项所述的钒铝合金制备金属钒的方法，其特征在于：所述无机酸为盐酸或硝酸。

6.根据权利要求1～5任一项所述的钒铝合金制备金属钒的方法，其特征在于：所述无机酸的浓度为0.5～2.5mol/L。

7.根据权利要求1～6任一项所述的钒铝合金制备金属钒的方法，其特征在于：所述反应温度为25～80℃。

8.根据权利要求1～7任一项所述的钒铝合金制备金属钒的方法，其特征在于：控制反应过程和终点体系pH为0.5～2.0。

9.根据权利要求1～8任一项所述的钒铝合金制备金属钒的方法，其特征在于：以无明显气体产生为反应终点。

10.根据权利要求1～9任一项所述的钒铝合金制备金属钒的方法，其特征在于：剩余固体经干燥即得干燥后的金属钒；进一步所述干燥条件为干燥时间为2～5h，干燥温度为50～100℃，真空度为10²～10⁴Pa。