金属钒粉的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属钒粉的制备方法，属于钒冶金技术领域。本发明专利技术为提高金属钒品位，并直接获得粉末状产品，提供了一种金属钒粉的制备方法，包括：以含钒粉料为钒源、氯气为氯化介质，进行沸腾氯化，得氯化钒初品；对氯化钒初品进行两步蒸馏，得氯化钒中间产物；将中间产物加热气化后，与高纯H

Preparation of vanadium powder

【技术实现步骤摘要】
金属钒粉的制备方法
本专利技术属于钒冶金
，具体涉及一种金属钒粉的制备方法。
技术介绍
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，主要原料以钒的氧化物和氯化物。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。CN201310395114提供了一种以钒氧化物为含钒原料，铝粉为还原剂制备金属钒的方法，所得产品品位为94～97％金属钒，具有工艺简单，成本低的特点。CN201580078650提供一种将电解槽内的部分无机熔融盐电解生成的钙还原钒化合物制备高纯度金属钒的方法，该方法得到的金属钒具有纯度高的优点。201910721720提供一种钒铁合金酸溶制备金属钒的方法，具工艺流程短、设备要求低的特点。201811157105公开了金属气基还原制备金属钒粉的方法，以活泼金属气体为还原剂与原料发生热还原后经酸洗、过滤、干燥得高纯金属钒粉，具有操作简单，流程短等优点。上述方法所制备得到的金属钒不仅品位低，且还有碳、氢、氧等间隙杂质元素，导致其硬度高、热塑性差，不利于后续加工；同时所得金属钒产品需进一步制粉工艺才能得到超细金属钒粉末，限制其作为钒基功能/结构材料制备原料的推广应用。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种金属钒粉的制备方法，其包括以下步骤：A、含钒粉料氯化：以含钒粉料为钒源、氯气为氯化介质，进行沸腾氯化，得氯化钒初品；B、氯化钒初品提纯：对氯化钒初品分别在110～140℃和160～180℃进行两步蒸馏，收集160～180℃蒸馏时的蒸馏物，得高纯氯化钒中间产物；C、氯化钒高温还原：将氯化钒中间产物加热气化后，与高纯H2混合，然后与反应载体接触，发生还原反应，得高纯超细金属钒粉。其中，上述金属钒粉的制备方法，步骤A中，所述高纯含钒粉料为含钒中间合金粉末，其纯度≥99.0％，粒度≤50目，O、Si、C、P和S非金属夹杂含量分别不高于0.20％、0.40％、0.10％、0.05％和0.05％，其他杂质含量不高于0.2％。优选的，上述金属钒粉的制备方法，步骤A中，所述高纯含钒粉料为FeV80、AlV85等高牌号含钒中间合金粉末。其中，上述金属钒粉的制备方法，步骤A中，所述氯气的纯度≥99.8％。其中，上述金属钒粉的制备方法，步骤A中，所述沸腾氯化的温度为400～700℃。其中，上述金属钒粉的制备方法，步骤C中，氯化钒加热气化的温度为500～700℃。其中，上述金属钒粉的制备方法，步骤C中，采用喷枪将氯化钒气体与高纯CH4和H2的混合气体混合，所述喷枪的壁温为500～700℃，压力为0.5～2.0MPa。其中，上述金属钒粉的制备方法，步骤C中，混合前，将H2预热至300～500℃。其中，上述金属钒粉的制备方法，步骤C中，所述反应载体为多层惰性金属高温网，其温度为1100～1400℃。本专利技术的有益效果：本专利技术以高纯度含钒中间合金为原料，并通过氯化工艺使原料中的钒全部转化为钒氯化物，从源头上避免了过程氧的引入，然后通过两步蒸馏，得到高纯度钒氯化物中间体，并通过气化后的钒氯化物及还原剂之间的气相接触，实现了原料间达到分子级混合，减少了反应扩散距离，从而有利于非平衡态下产物的快速形核，加快反应进程，不仅能够实现低间隙杂质含量的高纯氯化钒的制备，还能在相对低温条件下进行气-气反应获得具有纳米尺寸的金属钒粉末，有利于工业化生产及应用。具体实施方式具体的，金属钒粉的制备方法，包括以下步骤：A、含钒粉料氯化：以含钒粉料为钒源、氯气为氯化介质，进行沸腾氯化，得氯化钒初品；B、氯化钒初品提纯：对氯化钒初品分别在110～140℃和160～180℃进行两步蒸馏，收集160～180℃蒸馏时的蒸馏物，得高纯氯化钒中间产物；C、氯化钒高温还原：将氯化钒中间产物加热气化后，与高纯H2混合，然后与反应载体接触，发生还原反应，得高纯超细金属钒粉。由于钒和氧的结合能力很强，常规制备工艺中主要以钒氧化物为原料进行金属钒粉制备，并通过进一步除杂等方式进行脱氧、脱铝等手段进行提纯；而钒氧化物一般以含钒矿物(钒的赋存状态一般为钒氧化物或尖晶石结构)为原料，经氯化后得到钒的氯氧化物，并需要进一步通过湿法冶金工艺进行分离提纯后所得，并不能直接得到单质钒。本专利技术方法为后续金属钒的制备提供了优质中间原料。步骤A中，以高纯度含钒中间合金为原料，并通过氯化工艺使原料中的钒全部转化为钒氯化物，从源头上避免了过程氧的引入。其中，高纯含钒粉料为高牌号含钒中间合金粉末，其纯度≥99.0％，粒度≤50目，O、Si、C、P和S非金属夹杂含量分别不高于0.20％、0.40％、0.10％、0.05％和0.05％，其他杂质含量不高于0.2％；而高牌号合金可减少氯气消耗，控制后期分离效果，因此以FeV80、AlV85等高牌号合金效果最佳。沸腾氯化对反应器没有严格要求，但流化床为粉末氯化效果最佳选择。步骤A中，所述氯气的纯度≥99.8％；沸腾氯化的温度为400～700℃。氯化过程中所得氯化产物为不同金属氯化物，而不同金属氯化物沸点和饱和蒸气压存在显著差异，其中钒氯化物的沸点为140～160℃，通过低温蒸馏可将混合氯化物中的低沸点氯化物脱除，后进一步通过高温蒸馏，两步蒸馏，得到高纯度钒氯化物，而流化床中剩余物质为高熔点金属氯化物(沸点≥180℃)；所得高纯度钒氯化物的纯度可达到99.5％以上。步骤C中，先将氯化钒于500～700℃加热气化，然后通过壁温为500～700℃喷枪在压力为0.5～2.0MPa下与H2混合；控制壁温的主要目的是保证原料处于气化状态，同时达到一定的预热效果；控制压力主要是保证反应过程流量及反应界面温度稳定；同时将H2预热至300～500℃，保证钒氯化物的气化状态，避免常温H2的进入导致钒氯化物受冷液化。步骤C中，将反应体系于温度为1100～1400℃的多层惰性金属高温网的反应载体上进行还原反应。多层惰性金属高温网的作用一是达到满足还原所需稳定温度条件，一是增大气体在高温条件下的接触反应面积；并且本专利技术通过气化后的钒氯化物及还原剂之间的气相接触，实现了原料间达到分子级混合，减少了反应扩散距离，从而有利于非平衡态下产物的快速形核，加快反应进程；因此还原温度相对于现有常规还原温度(一般≥1500℃)更低。本专利技术中，未特别说明时，纯度、含量均为质量百分含量。下面通过实施例对本专利技术作进一步详细说明，但并不因此将本专利技术保护范围限制在所述的实施例范围之中。实施例1将纯度为99.6％、平均粒度为50目、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.金属钒粉的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/nA、含钒粉料氯化：以含钒粉料为钒源、氯气为氯化介质，进行沸腾氯化，得氯化钒初品；/nB、氯化钒初品提纯：对氯化钒初品分别在110～140℃和160～180℃进行两步蒸馏，收集160～180℃蒸馏时的蒸馏物，得高纯氯化钒中间产物；/nC、氯化钒高温还原：将氯化钒中间产物加热气化后，与高纯H

【技术特征摘要】
1.金属钒粉的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、含钒粉料氯化：以含钒粉料为钒源、氯气为氯化介质，进行沸腾氯化，得氯化钒初品；
B、氯化钒初品提纯：对氯化钒初品分别在110～140℃和160～180℃进行两步蒸馏，收集160～180℃蒸馏时的蒸馏物，得高纯氯化钒中间产物；
C、氯化钒高温还原：将氯化钒中间产物加热气化后，与高纯H2混合，然后与反应载体接触，发生还原反应，得高纯超细金属钒粉。


2.根据权利要求1所述的金属钒粉的制备方法，其特征在于：步骤A中，所述高纯含钒粉料为含钒中间合金粉末，其纯度≥99.0％，粒度≤50目，O、Si、C、P和S非金属夹杂含量分别不高于0.20％、0.40％、0.10％、0.05％和0.05％，其他杂质含量不高于0.2％。


3.根据权利要求1所述的金属钒粉的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：余彬，师启华，尹丹凤，景涵，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51