一种偏钒酸铵一步热解与碳渗透还原工艺，包括以下步骤：（1）将偏钒酸铵、碳酸钠、聚乙烯吡咯烷酮混合，球磨进行活化，得活化后的偏钒酸铵；（2）将步骤（1）所得活化后的偏钒酸铵与石墨烯混合均匀，抽真空，然后加热反应，即得三氧化二钒。本发明专利技术通过球磨，控制原料偏钒酸铵的粒径，并将原料偏钒酸铵活化，加少量碳酸钠和聚乙烯吡咯烷酮对偏钒酸铵进行前处理，有利于后续石墨烯的渗透还原。本发明专利技术加入石墨烯，并且在真空条件下反应，有利于其中碳原子的渗透，并且可以降低反应的温度，使得渗透和还原反应可以一步进行，操作简单方便，利于工业化生产。生产。
【技术实现步骤摘要】
一种偏钒酸铵一步热解与碳渗透还原工艺
[0001]本专利技术属于化工冶金
，具体涉及一种偏钒酸铵一步热解与碳渗透还原工艺。
技术介绍
[0002]偏钒酸铵，分子式为NH4VO3，白色或略带淡黄色的结晶粉末，相对密度2.326，分子量116.98，微溶于冷水、热乙醇和乙醚，溶于热水及稀氢氧化铵。空气中灼烧时变成五氧化二钒。
[0003]偏钒酸铵是提炼钒的中间产品，主要用于制取五氧化二钒（粉状或片状），再进一步生产金属钒、钒铁合金或其它钒基合金。也可用做化学试剂、催化剂、催干剂、媒染剂等。陶瓷工业广泛用作釉料。
[0004]我国钒矿资源较多，总储量以V2O5计算，为2596万吨，居世界第三位。钒矿分布较广，以四川攀枝花地区储量最为丰富，占我国总储量的49％；其次是河北承德地区，占21％，其它钒矿储量规模较大的还有湖南、湖北、河南、陕西、贵州、甘肃等省。
[0005]但现有技术中以偏钒酸铵制备三氧化二钒都是先将偏钒酸铵热解成五氧化二钒，再在950℃～1050℃烧制还原，得三氧化二钒，反应分两步进行，反应温度较高，操作不便。
技术实现思路
[0006]本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种偏钒酸铵一步热解与碳渗透还原工艺，反应温度较低，可以一步反应，操作简便。
[0007]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是，一种偏钒酸铵一步热解与碳渗透还原工艺，包括以下步骤：（1）偏钒酸铵前处理：将偏钒酸铵、碳酸钠、聚乙烯吡咯烷酮以质量比100：0.1
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0.2：0.1
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0.2混合，球磨进行活化，得活化后的偏钒酸铵；进一步，步骤（1）中，球磨机转速为20—30r/min，球磨10
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30小时。球磨过程中，对偏钒酸铵进行活化，有利于后续反应中石墨烯的渗透，有利于反应完全。如果球磨机转速过高，球的离心力会太大，到一定程度后，钢球会一直随着球磨机转动，达不到活化的效果。如果球磨机转速过低，也不利于后续石墨烯的渗透。球磨的时间过短，无法充分活化，球磨的时间过长，对效果提升有限，降低生产效率。
[0008]研究表明，加少量碳酸钠和聚乙烯吡咯烷酮对偏钒酸铵进行前处理（活化），有利于后续石墨烯的渗透还原，能够降低后续分解和渗透还原的温度，使得一步热解和碳渗透还原顺利、充分进行。
[0009]球磨过程中，既是一个活化的过程，也是一个球磨减小原料粒径的过程，因此，需要控制球磨的速度和时间，球磨速度太快或时间太长，可能使得偏钒酸铵尺寸偏小，当球磨后的偏钒酸铵尺寸偏小时，后续反应过程中可能会团聚，导致粉剂组分分散不均匀；球磨速度太慢或时间太短，可能使得偏钒酸铵尺寸偏大，当球磨后的偏钒酸铵尺寸太大时，会影响
石墨烯的渗透和还原程度，导致反应不充分，或者需要提高反应温度才能达到反应充分的要求。
[0010]（2）一步分解与还原：将步骤（1）所得活化后的偏钒酸铵与石墨烯混合均匀，抽真空，然后加热至温度为700
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800℃反应2
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5小时，即得三氧化二钒。
[0011]进一步，步骤（2）中，偏钒酸铵与石墨烯以偏钒酸铵与碳原子的摩尔比为1：0.26
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0.30的比例混合均匀。如果石墨烯加入偏少，会使得偏钒酸铵的热解产物五氧化二钒不能反应完全，如果石墨烯加入太多，会导致生成价态更低的钒氧化物，影响三氧化二钒的纯度。研究表明，偏钒酸铵与石墨烯以偏钒酸铵与碳原子的摩尔比为1：0.26
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0.30的比例混合均匀，既能保证五氧化二钒反应完全，又不会影响三氧化二钒的纯度。而本专利技术选择石墨烯，并不选择普通的碳粉，是因为石墨烯有其特殊的分子结构，能同时起到活化和还原的作用，如果换成普通碳粉，需要提高加热温度才能实现反应。
[0012]步骤（2）中，抽真空控制真空度为50
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100Pa，真空条件下有利于石墨烯的渗透及还原，当真空度不好时，会影响石墨烯的渗透，导致还原不充分，最终产品纯度不高，质量不好。
[0013]本专利技术加入石墨烯，并且在真空条件下反应，有利于其中碳原子的渗透，并且可以降低反应的温度，使得渗透和还原反应可以一步进行，操作简单方便，利于工业化生产。
[0014]本专利技术所得三氧化二钒的纯度≥99.90%。
[0015]本专利技术通过球磨，控制原料偏钒酸铵的粒径，并将原料偏钒酸铵活化，加少量碳酸钠和聚乙烯吡咯烷酮对偏钒酸铵进行前处理（活化），有利于后续石墨烯的渗透还原，能够降低后续分解和渗透还原的温度，使得一步热解和碳渗透还原顺利、充分进行。本专利技术加入石墨烯，并且在真空条件下反应，有利于其中碳原子的渗透，并且可以降低反应的温度，使得渗透和还原反应可以一步进行，操作简单方便，利于工业化生产。所得三氧化二钒纯度高。
具体实施方式
[0016]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0017]实施例1本实施例之偏钒酸铵一步热解与碳渗透还原工艺，包括以下步骤：（1）偏钒酸铵前处理：将偏钒酸铵、碳酸钠、聚乙烯吡咯烷酮以质量比100：0.1：0.1混合，球磨进行活化，得活化后的偏钒酸铵；步骤（1）中，球磨机转速为20r/min，球磨30小时。球磨过程中，对偏钒酸铵进行活化，有利于后续反应中石墨烯的渗透，有利于反应完全。如果球磨机转速过高，球的离心力会太大，到一定程度后，钢球会一直随着球磨机转动，达不到活化的效果。如果球磨机转速过低，也不利于后续石墨烯的渗透。球磨的时间过短，无法充分活化，球磨的时间过长，对效果提升有限，降低生产效率。
[0018]研究表明，加少量碳酸钠和聚乙烯吡咯烷酮对偏钒酸铵进行前处理（活化），有利于后续石墨烯的渗透还原，能够降低后续分解和渗透还原的温度，使得一步热解和碳渗透还原顺利、充分进行。
[0019]球磨过程中，既是一个活化的过程，也是一个球磨减小原料粒径的过程，因此，需
要控制球磨的速度和时间，球磨速度太快或时间太长，可能使得偏钒酸铵尺寸偏小，当球磨后的偏钒酸铵尺寸偏小时，后续反应过程中可能会团聚，导致粉剂组分分散不均匀；球磨速度太慢或时间太短，可能使得偏钒酸铵尺寸偏大，当球磨后的偏钒酸铵尺寸太大时，会影响石墨烯的渗透和还原程度，导致反应不充分，或者需要提高反应温度才能达到反应充分的要求。
[0020]（2）一步分解与还原：将步骤（1）所得活化后的偏钒酸铵与石墨烯混合均匀，抽真空，然后加热至温度为800℃反应2小时，即得三氧化二钒。
[0021]步骤（2）中，偏钒酸铵与石墨烯以偏钒酸铵与碳原子的摩尔比为1：0.26的比例混合均匀。如果石墨烯加入偏少，会使得偏钒酸铵的热解产物五氧化二钒不能反应完全，如果石墨烯加入太多，会导致生成价态更低的钒氧化物，影响三氧化二钒的纯度。而本专利技术选择石墨烯，并不选择普通的碳粉，是因为石墨烯有其特殊的分子结构，能同时起到活化和还原的作用，如果换成普通碳粉，需要提高加热温度才能实现反应。
[0022]步骤（2）中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种偏钒酸铵一步热解与碳渗透还原工艺，其特征在于，包括以下步骤：（1）偏钒酸铵前处理：将偏钒酸铵、碳酸钠、聚乙烯吡咯烷酮以质量比100：0.1
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0.2：0.1
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0.2混合，球磨进行活化，得活化后的偏钒酸铵；（2）一步分解与还原：将步骤（1）所得活化后的偏钒酸铵与石墨烯混合均匀，抽真空，然后加热至温度为700
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800℃反应2
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5小时，即得三氧化二钒。2.根据权利要求1所述的偏钒酸铵一步热解与碳渗透还原工艺，其特征在于，步骤（1）中，球磨机转速为20—30r/m...
【专利技术属性】
技术研发人员：张春雨，
申请(专利权)人：湖南众鑫新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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