【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钒铝合金，尤其涉及一种基于高纯氧化钙循环的高纯钒铝合金制备的方法。
技术介绍
1、钒铝合金是一种高级合金材料，具有硬度高、弹性高、耐海水腐蚀性强、质轻等特点，可用来制造水上飞机和水上滑翔机。除此之外，钒铝合金也是生产钛合金的重要原料，钒铝合金能改善钛合金的耐热性能与冷加工性能，使钛合金具有优异的焊接性能和机械强度。
2、目前，钒铝合金的生产工艺主要是以五氧化二钒为原料、铝粉作为还原剂，通过自蔓延高温合成法合成，该工艺主要包括原料混合、引燃反应、静置冷却、渣金分离、表面处理和破碎等步骤。但该工艺中渣金分离、表面处理和破碎等分离步骤流程长且渣金分离操作温度高，能耗高。此外，现有的还原工艺能顺行制备的钒铝合金中铝含量为40wt％，因渣金分离难度随铝含量升高而增大，更高铝含量的钒铝合金难以直接采用铝热还原法制备。
3、cn102127658a公开了一种高纯铝钒中间合金的制备方法，该方法以氮气或氩气为载体，将铝熔体用精炼剂均匀喷入熔体中，进行精炼除渣，但该工艺对氮气或氩气的流量、精炼剂的用量、温度等皆有要求，而且在熔铝表面撒入1mm至3mm的钾盐或钠盐的铝熔体用覆盖剂，工艺流程复杂。
4、cn113652567a公开了一种钒铝合金及其制备方法，该方法中将五氧化二钒粉、铝粉和造渣剂边混合边干燥，或预混后再边混合边干燥得混合物料，然后向所述混合物料表面添加氧化剂，引燃所述氧化剂使所述混合物料燃烧反应，反应结束后经后处理得合金锭，所述合金锭经破碎得所述钒铝合金。该方法需要先制备合金锭，粉末的质量
5、cn103849787a公开了一种宇航级钒铝合金的制备方法，该制备方法包括以下步骤：将五氧化二钒、金属铝和冷却剂混匀后装入冶炼炉中，点火冶炼得到含钒75～85wt％的钒铝合金和炉渣；将所述冶炼得到的钒铝合金加入真空感应炉中进行加铝重熔，精炼得到含钒45～55wt％的宇航级钒铝合金。该方法需要对钒铝合金进行加铝重熔，操作成本高，对设备要求高。
6、为了克服上述高纯钒铝合金制备过程中的问题，申请人采用氧化钙加入至铝还原过程中，从而使还原产物能够经过湿法处理后即实现分离，得到高纯钒铝合金，但该工艺中采用的商业氧化钙中含有si、fe、mg和s等杂质，需要先进行精制后再用于铝还原的过程中，导致整个过程的成本较高。
7、因此，需要进一步优化高纯钒铝合金制备工艺。
技术实现思路
1、鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于高纯氧化钙循环的高纯钒铝合金制备的方法，通过高纯cao的系统内部生成，从而能够在采用一步铝还原-湿法分离获得高纯钒铝合金的工艺中实现高纯氧化钙的循环，避免了高纯氧化钙的额外精制步骤，降低了成本，而且降低了高纯钒铝合金中的杂质元素含量，应用前景广阔。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供一种基于高纯氧化钙循环的高纯钒铝合金制备的方法，所述方法包括如下步骤：
4、(1)钒氧化物、高纯氧化钙和含铝还原剂混合后经还原，得到还原料；
5、(2)所述还原料经湿法处理和固液分离，得到alcl3-cacl2混合液和钒铝合金粉；
6、(3)调节步骤(2)所述alcl3-cacl2混合液的ph至5.0～8.0，再经固液分离，得到cacl2溶液；
7、(4)步骤(3)所述cacl2溶液依次经碳化氨化和固液分离，得到caco3固体；其中，所述caco3固体经洗涤和煅烧，得到纯度≥99.5％的高纯氧化钙，所述高纯氧化钙循环至步骤(1)中参与还原实现高纯氧化钙的循环利用。
8、值得说明的是，此前研发团队开发了在铝还原过程中加入氧化钙的工艺，但钒铝合金的制备工艺中商用cao需要先进行精制后才能用于铝还原，从而才能避免si、fe和mg等杂质的引入，还原过程中，氧化镁易与氧化铝还原副产物化合生成化学性质稳定的镁铝尖晶石，si、fe易被al还原形成金属杂质进入合金，从而影响产物合金品质，而高纯氧化钙的获得需要采用额外自行精制，能耗高且流程长。为此，本专利技术通过将alcl3-cacl2混合液的ph调节至5.0～8.0，再经固液分离，得到cacl2溶液，后续再制得碳酸钙，并相应得到氧化钙固相，从而在铝还原钒氧化物中循环使用高纯cao，以降低引入si、fe和mg等杂质的可能性，从而得到高纯钒铝合金。
9、进一步地，本专利技术中alcl3-cacl2混合液的ph调节至5.0～8.0十分关键，这是由于当alcl3-cacl2混合液的ph调节过低时，容易导致alcl3水解沉淀不完全；当alcl3-cacl2混合液的ph调节过高时，容易导致沉淀的al(oh)3反溶回混合液，同样得不到较为纯净的cacl2溶液。因此，本专利技术通过将alcl3-cacl2混合液的ph调节至5.0～8.0，能够保障cacl2溶液的纯度，最终得到的氧化钙纯度高，能够循环利用。
10、本专利技术所述高纯氧化钙的纯度≥99.5％，例如可以是99.5％、99.54％、99.57％、99.6％、99.64％、99.67％、99.7％、99.74％、99.77％或99.8％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
11、优选地，部分所述caco3固体不经煅烧直接循环至步骤(3)中用于ph调节，和/或，部分所述高纯氧化钙循环至步骤(3)中用于ph调节。
12、优选地，步骤(1)中所述钒氧化物包括v2o3、v2o5、vo2或钒酸钙中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为v2o3和v2o5的组合，v2o3和vo2的组合，vo2和v2o5的组合，钒酸钙和v2o5的组合。
13、优选地，所述钒氧化物中含有v2o5时，所述钒氧化物先经氢气进行预还原，再进行步骤(1)中的还原。
14、优选地，步骤(1)中所述还原的温度为900～1400℃，例如可以是900℃、950℃、1010℃、1060℃、1120℃、1170℃、1230℃、1280℃、1340℃或1400℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
15、优选地，所述还原的时间为0.25～12h，例如可以是0.25h、1h、3h、4h、5h、6h、8h、9h、10h、11h或12h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
16、优选地，所述还原的气氛为真空或保护气氛。
17、优选地，所述还原的保护气氛包括氩气、氢气或氦气中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为氩气和氢气的组合，氦气和氢气的组合，氩气和氦气的组合等。
18、优选地，步骤(1)中所述高纯氧化钙与还原剂的摩尔比为(12a～14a):(14a+21bx)，a为钒氧化物中氧的总摩尔量，b为钒铝合金中钒的总摩尔量，x为钒铝合金粉valx中al/v摩尔比，其中x的取值范围为0.本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于高纯氧化钙循环的高纯钒铝合金制备的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，部分所述CaCO3固体不经煅烧直接循环至步骤(3)中用于pH调节，和/或，部分所述高纯氧化钙循环至步骤(3)中用于pH调节。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述钒氧化物包括V2O3、V2O5、VO2或钒酸钙中的任意一种或至少两种的组合；
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述还原的温度为900～1400℃；
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述高纯氧化钙与还原剂的摩尔比为(12a～14a):(14a+21bx)，a为钒氧化物中氧的总摩尔量，b为钒铝合金中钒的总摩尔量，x为钒铝合金粉VAlx中Al/V摩尔比，其中x的取值范围为0.20≤x≤5.80。
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述还原剂的摩尔量y、钒氧化物中氧的总摩尔量a、钒铝合金中钒的总摩尔量b和钒铝合金中Al/V摩
7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述还原中还加入还原辅助剂；
8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述湿法处理和固液分离包括：所述还原料经水和/或酸液浆化，得到浆料；所述浆料依次经pH调节和固液分离，得到AlCl3-CaCl2混合液和固相，所述固相经水洗干燥，得到高纯钒铝合金粉；
9.根据权利要求1～8任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述碳化氨化包括：混合CaCl2溶液和碳化氨化剂，进行碳化氨化反应，生成CaCO3固体和NH4Cl溶液；
10.根据权利要求1～9任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述煅烧的温度为900～1000℃；
...【技术特征摘要】
1.一种基于高纯氧化钙循环的高纯钒铝合金制备的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，部分所述caco3固体不经煅烧直接循环至步骤(3)中用于ph调节，和/或，部分所述高纯氧化钙循环至步骤(3)中用于ph调节。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述钒氧化物包括v2o3、v2o5、vo2或钒酸钙中的任意一种或至少两种的组合；
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述还原的温度为900～1400℃；
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述高纯氧化钙与还原剂的摩尔比为(12a～14a):(14a+21bx)，a为钒氧化物中氧的总摩尔量，b为钒铝合金中钒的总摩尔量，x为钒铝合金粉valx中al/v摩尔比，其中x的取值范围为0.20≤x≤5.80。
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：张盈，郑诗礼，闫沛毅，蔡涛涛，穆天柱，张懿，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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