鋁熱還原法+碳熱還原法+氫還原法冶煉金屬釩

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1、實用標準文案鋁熱還原法+碳熱還原法+氫還原法冶煉金屬釩（釩渣-五氧化二釩-三氧化二釩-金屬釩-釩鐵-釩鋁合金-碳氮化釩-釩電池）原創(chuàng)鄒建新李俊翰教授等1鋁熱還原法1.1鋁熱還原法基本原理鋁熱還原法制取金屬釩通常采用五氧化二釩或三氧化二釩兩種原料。鋁還原五氧化二釩的還原反應(yīng)如下：3V2O5+2Al=3V2O4+Al2O33V2O4+2Al=3V2O3+Al2O33V2O3+2Al=6VO+Al2O33VO+2Al=3V+Al2O3由以上四式可得如下總反應(yīng)式：3V2O5+10Al=6V+5Al2O3上述總反應(yīng)式反應(yīng)的焓變?yōu)槊?m

2、olV為-3735kJ或每1gV與Al2O3渣為-4.579kJ，屬于高放熱反應(yīng)。另外，V、Al2O3的熔點分別為1910℃、2050℃，相對較低，有利于形成熔渣及金屬釩錠。但當(dāng)鋁過量時，會形成Al-V合金，使脫出鋁的難度加大。鋁還原三氧化二釩的還原反應(yīng)如下：V2O3+2Al=2V+Al2O3該反應(yīng)放熱量較低，達不到渣熔化的溫度，故只能制取粒狀產(chǎn)品，而鋁熱法的渣不溶于水，故不適于用浸出法處理。變通的方法為加入助熔劑，如KClO3，反應(yīng)如下：KClO3+2Al=KCl+Al2O3該反應(yīng)放出較多熱量，使渣熔化，冷卻后便于與金屬釩

3、錠分離。1.2還原工藝1966年，Carlson采用二步法用鋁還原V2O5制取釩。第一步制取Al-V合金，第二步再精練制取高純釩。采用Al2O3鋼罐內(nèi)襯，抽真空充氬氣，用燃氣爐外源加熱至750℃，點燃反應(yīng)，反應(yīng)迅速，冷卻后分離渣與合金，合金再用HNO3溶液浸洗，然后粉碎成6mm的塊。Peerfect對兩步法又作出改進，改用銅坩堝，并用夾套水冷，取代有內(nèi)襯的鋼罐，避免了內(nèi)襯耐火材料帶來的污染，銅坩堝也用高純材料制成。抽真空充氬氣，加入爐料V2O5500g、鋁屑400g，混勻壓緊；上部添加啟動料V2O590g、高純鋁粉50g、I

4、220g，用一個金屬釩絲盤條埋入啟動料中，抽真空、排氮氣、充氬氣；釩絲充電啟動點燃，升溫至精彩文檔實用標準文案2050℃，反應(yīng)迅速完成，冷卻后通過重力分離渣和含金。1.3粗釩精煉用鋁熱法還原五氧化二釩制得的金屬釩，釩含量為90%，可采用熔鹽電解法進行精煉提純，得到具有良好延展性、純度達99.6%的釩。試用過的5種電解液，包括Li、Na、K、Ca、Ba的氯化物與VCl2配成的電解液，以KCl-LiCl–VCl2，CaCl2-NaCl–VCl2為最好。熔鹽電解釩的反應(yīng)如下：陽極反應(yīng)：V（粗）+2Cl-=VCl2+2e陰極反應(yīng)：V

5、Cl2+2e=V（精）+2Cl-總反應(yīng)：V（粗）=V（精）使用V2O5為原料，用敞開式鋁熱還原法制得的還原釩，用KCl-NaCl–VCl2電解液，所得精釩，有效脫除了N、Si，剩余雜質(zhì)主要是Fe，還有O、Cr、Cu。2真空碳熱還原法2.1基本原理圖5.4.4釩氧化物、碳氧化物的生成自由能由圖5.4.4所知，只有當(dāng)溫度在1700℃以上時，碳還原釩氧化物在熱力學(xué)上才是可行的。同時，當(dāng)高于1700℃時，與釩的氧化物比較，CO是最穩(wěn)定的，為此碳熱還原反應(yīng)可以用下式予以概括：1/yVxOy+C=x/yV+CO但是碳與釩的親和力很強，新

6、生的釩極易與碳結(jié)合生成VC（或V2C），所以用碳還原氧化釩的歷程應(yīng)該如下式所示：1/yVxOy+(1+x/y)C=x/yVC+CO精彩文檔實用標準文案1/yVxOy+VC=(1+x/y)V+CO事實上的反應(yīng)歷程還要復(fù)雜些，例如釩的還原，要經(jīng)歷V2O5、V2O4、V2O3、VO、V(O)s、V等階段，而碳化釩也有VC、V2C、V(C)s、V等階段。此處的V(O)s和V(C)s分別代表O、C溶解于釩中形成晶系間化合物的形態(tài)。經(jīng)過前人所作的歸納，釩氧化物碳熱還原的過程可按如下步驟進行。當(dāng)溫度低于1000℃時，反應(yīng)按下式進行：V2O

7、5+CO=2VO2+CO2VO2+CO=V2O3+CO2當(dāng)溫度高于1000℃時，則反應(yīng)繼續(xù)進行，并形成CO：V2O3+5C=2VC+3CO2V2O3+VC=5VO+COVO+3VC=2V2C+COVO+V2C=3V+CO按上述反應(yīng)歷程，欲制取金屬釩，必須將釩氧化物先還原成VO、V2C，故必須采用多個還原步驟。2.2碳熱法多步還原過程①Joly用碳熱法還原V2O5，工藝流程見圖5.4.5。第一步：乙炔炭黑+V2O5，配比x(O)/x(C)=1.25(摩爾比，下同)，即V2O5+4C，400時540℃，還原至生成V2O4；第二步

8、：調(diào)整組分為V2O4+3.5C，加熱至1350℃，抽真空至10Pa，制成VC(含V86%-87%、含C5%-6%、含O7%-8%)；第三步：加炭黑或V2O3，調(diào)整O/C=1，熱至1500℃，抽真空至0.1Pa，3h，制得粗釩(含V96%-97%、含C1%-1.5%、含O2%-3%)；第四步