一种高纯钒粉的制备方法与流程

本发明属于稀有金属提炼技术领域，具体涉及一种高纯钒粉的制备方法。

背景技术：

随着粉末冶金技术的发展及进步，对其主要原材料金属粉末的应用领域不断扩展，市场需求也急剧增加，且呈现出向高纯、超细方向发展，目前比较成熟的金属粉末制备方法主要有固相法和气相法，而两种方法都有一定的缺点和不足。

固相法(机械法)尽管制备粉体的处理量大，但其能量利用率低，在制备过程中易引入杂质，制备出的粉体粒径大且分布宽、形态难控制，同步作表面处理困难。气相法制备的纳米粉体纯度高、粒度小、分散性好，然而其制备设备昂贵、杂、能耗大、成本高的缺点从又严重制约了气相法的应用和发展。

钒粉活性高，极易吸附环境中的n、o等元素并在其表面形成氧化物，且粉末越细比表面积越大，越难以控制杂质的含量。因此，高纯高细的钒粉制备更为困难。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种高纯钒粉的制备方法，旨在解决现有技术成本高、能耗大、设备昂贵、反应条件苛刻等技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高纯钒粉的制备方法，包括以下几个步骤：

1)将含钒物料与碱金属或碱土金属氯化物盐混合，得到混合原料。将将含钒物料与碱金属或碱土金属氯化物盐混合是为了使含钒物料与碱土金属氯化物熔盐混合均匀，可有效的增加氢化钙还原含钒物料时的浸润性，增强含钒物料还原界面动力学过程，减少还原时间。

2)将步骤1)中得到的混合原料与氢化钙混合，形成混合产物；再将混合产物进行真空热还原，得到还原产物。为便于操作，可以使用真空管式炉。得到的还原产物为氢化钒和氧化钙。如下式所示，该反应会生成氢气，使用真空管式炉可以使该反应向正方向进行从而提高反应效率。

v2o5+5cah2＝2vh2+5cao+3h2(g)

3)用氯化铵溶液洗涤步骤2)得到还原产物，以去除其表面的氧化钙，得到初次洗涤产物。使用搅拌槽进行洗涤。

4)将初次洗涤产物，再依次进行碱洗和酸洗，以进一步去除杂质，得到最终洗涤产物，即氢化钒粉末。酸洗主要是去除铁离子、铬离子，碱洗主要是为了去除硅离子。

5)将最终洗涤产物置于一定温度下进行脱氢，得到高纯钒粉。

其中：在步骤1)中所述的含钒物料为五氧化二钒或偏钒酸中的至少一种；所述的五氧化二钒质量含量不小于99.5％；所述的偏钒酸的质量含量不小于98％。选择五氧化二钒或者偏钒酸作为反应原料主要是由于该原料相对而言易得，且成本相对较低。

所述的含钒物料与碱金属或碱土金属氯化物盐的摩尔比为1:5～6，其中含钒物料均以五氧化二钒计。选择该比例的主要是为了使碱土金属氯化物熔盐溶解在含钒物料表面生成的氧化钙，可以使该反应顺利进行。碱土金属氯化物熔盐量太少不足以溶解含钒物料表面生成的氧化钙，量太多又造成浪费。

步骤1)采用球磨混合，球磨时间为2h。优选采用高能球磨，以达到本发明所需要的细度，并使原料充分混合均匀。球磨可以使物料混合更均匀，改善含钒物料还原界面的浸润性。

在步骤2)中。氢化钙与混合原料中的含钒物料的摩尔比为5～6:1，其中含钒物料以五氧化二钒计。

真空热还原的温度为600～800℃。该温度可以使的碱金属氯化物熔盐充分熔化，有效溶解还原界面生成的氧化钙。改善动力学条件。

真空热还原的真空度不高于5pa；真空热还原时间为24～36h，以保证反应完全。

在步骤3)中，所述氯化铵溶液的摩尔浓度为1～2mol/l；氯化铵溶液的温度为70℃，洗涤时间为6～8h。将采用搅拌槽洗涤的方式，搅拌槽可以提高粉体物料与洗涤液之间的传递效率以及速率。并可有效减少洗涤液的用量，设置温度为70℃，可有效改善洗涤过程的动力学条件，加速杂质的溶解。

在步骤4)中，所述酸洗所使用的酸为1mol/l的盐酸；碱洗所使用的碱为1mol/l的氢氧化钠溶液；碱洗和酸洗洗涤的时间为2～3h。同样采用搅拌槽的方式洗涤，并检测洗涤的ph及杂质离子的浓度，以此判定是否需要更换洗涤液。

在步骤5)中，脱氢的温度为400～500℃，反应时间为5～7h。

本发明低成本以含钒物料为原料，利用氢化钙的高还原性，来还原含钒物料中的钒，并且并利用以碱土金属氯化物熔盐作为介质来溶解含钒物料表面生成的氧化钙，可以极大地提高反应速率使反应正向进行。采用真空热还原，降低能耗，极大地降低了钒粉制备的成本，所得的钒粉纯度高，钒粉的收得率高，为钒粉的生产提供了一条高效路径。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明借助氢化钙还原含钒物料，氢的存在可有效的保护钒粉表面并能净化气氛，避免氧化物形成，从而得到高纯钒粉。

2、本发明所使用的方法只需密闭管式炉以及真空泵等普通设备无需复杂的大型设备，操作简便，成本低廉。

3、本方法的工艺路径从含钒物料氧化物出发，制备出高纯钒粉，其综合能耗远低于从金属钒出发制备钒粉的方法。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图中：101—碱土金属氯化物盐；102—含钒物料；103—氢化钙；104—其他金属杂质；105—氢化钒；106—氧化钙；107—高纯钒粉。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

取100g五氧化二钒(99.5％)粉体与350g氯化钙与氯化钠(99％)共晶熔盐，加入高能球磨机球磨2h，之后加入170g氢化钙粉体(99％)混合0.5h，放入真空管式炉内进行热还原，控制炉内温度为600℃，在氩气气氛下还原12h后，进行真空热还原控制真空度小于5pa，还原时间16h，还原后的产物在洗涤槽中用1mol/l氯化铵溶液中洗涤，洗涤液温度70℃，洗涤时间7h。洗涤后的产物继续在洗涤槽中依次用1mol/l的氢氧化钠溶液和1mol/l盐酸溶液中洗涤，洗涤时间3h，最后对产物进行脱氢处理，脱氢温度400℃，之后可得到高纯钒粉，其纯度为99.95％。工艺流程图如图1所示。

实施例二

取110g偏钒酸(98％)粉体与350g氯化钙与氯化钠(99％)共晶熔盐，加入高能球磨机球磨2h，之后加入170g氢化钙粉体(99％)混合0.5h，放入真空管式炉内进行热还原，控制炉内温度为600℃，在氩气气氛下还原12h后，进行真空热还原控制真空度小于5pa，还原时间16h，还原后的产物在洗涤槽中用1mol/l氯化铵溶液中洗涤，洗涤液温度70℃，洗涤时间7h。洗涤后的产物继续在洗涤槽中依次用1mol/l的氢氧化钠溶液和1mol/l盐酸溶液中洗涤，洗涤时间3h，最后对产物进行脱氢处理，脱氢温度400℃，之后可得到高纯钒粉，其纯度为99.9％。工艺流程图如图1所示。

实施例三

取100g五氧化二钒(99.5％)粉体与350g氯化钙与氯化钠(99％)共晶熔盐，加入高能球磨机球磨2h，之后加入170g氢化钙粉体(99％)混合0.5h，放入真空管式炉内进行热还原，控制炉内温度为750℃，在氩气气氛下还原12h后，进行真空热还原控制真空度小于5pa，还原时间16h，还原后的产物在洗涤槽中用1mol/l氯化铵溶液中洗涤，洗涤液温度70℃，洗涤时间7h。洗涤后的产物继续在洗涤槽中依次用1mol/l的氢氧化钠溶液和1mol/l盐酸溶液中洗涤，洗涤时间3h，最后对产物进行脱氢处理，脱氢温度400℃，之后可得到高纯钒粉，其纯度为99.99％。工艺流程图如图1所示。

实施例四

取110g偏钒酸(98％)粉体与350g氯化钙与氯化钠(99％)共晶熔盐，加入高能球磨机球磨2h，之后加入170g氢化钙粉体(99％)混合0.5h，放入真空管式炉内进行热还原，控制炉内温度为750℃，在氩气气氛下还原12h后，进行真空热还原控制真空度小于5pa，还原时间16h，还原后的产物在洗涤槽中用1mol/l氯化铵溶液中洗涤，洗涤液温度70℃，洗涤时间7h。洗涤后的产物继续在洗涤槽中依次用1mol/l的氢氧化钠溶液和1mol/l盐酸溶液中洗涤，洗涤时间3h，最后对产物进行脱氢处理，脱氢温度400℃，之后可得到高纯钒粉，其纯度为99.95％。工艺流程图如图1所示。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。