五氧化二钒制备三氧化二钒的方法

摘要

本发明属于含钒合金冶炼领域，具体涉及一种五氧化二钒制备三氧化二钒的方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种不需在保护气氛围或真空条件下的用碳还原五氧化二钒制备三氧化二钒的方法。为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案包括以下步骤：a、配料：将五氧化二钒和碳粉按摩尔比2︰1的比例混合均匀；b、压料：将步骤a混合后的原料压制成料块，再在料块上覆盖碳粉；c、烧制：将步骤b成型的料块在950℃～1050℃烧制3～5h得三氧化二钒。该发明不需保护气氛围或真空条件，操作简单、成本更低。

说明书

技术领域

本发明属于含钒合金冶炼领域，具体涉及一种五氧化二钒制备三氧化二钒的方法。

背景技术

含钒合金在作为结构材料和功能材料方面都有很广阔的应用。如VFe或VAl作为冶炼上 一种很好的添加剂，能改善钢材的力学性能。在制备过程中，以五氧化二钒(V₂O₅)或以钒的 氧化物为基本原料，采用铝热还原。作为功能材料，钒基合金作为贮氢材料或电极材料，有 较高的贮氢量或放电容量。在熔炼钒基固溶体合金时，以添加纯钒或者采用五氧化二钒为原 料来降低成本。无论作为结构材料还是功能材料，钒的价格偏高都制约了钒在这些领域的应 用。若采用五氧化二钒这种钒的高价氧化物时，不仅增加铝的耗损，同时高价钒氧化物发生 铝热反应比低价钒氧化物放出更高的热量，容易造成其它元素挥发，需添加生石灰来降低单 位质量的放热量；还有过量的铝会留在合金中，照成合金成分的控制困难。因此，目前行业 内开始探索用三氧化二钒(V₂O₃)为原料，降低铝和生石灰的添加量，提高合金收益率。

现有技术中三氧化二钒的生产方法是由氢、碳或一氧化碳还原五氧化二钒制得，或在 1750℃下热分解五氧化二钒、在隔绝空气下煅烧钒酸铵制得。但这些生产方法都要求真空环 境或保护气环境下进行，成本高、操作复杂。

发明内容

本发明提供一种生产简单、成本低的碳还原五氧化二钒制备三氧化二钒的方法。为解决 上述技术问题，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

a、配料：将五氧化二钒和碳粉按摩尔比2︰1～1.01的比例混合均匀；

b、压料：将步骤a混合后的原料压制成料块，再在料块上覆盖碳粉；

c、烧制：将步骤b成型的料块在950℃～1050℃烧制3～5h得三氧化二钒。

优选的，步骤a中五氧化二钒和碳粉按摩尔比2︰1混合均匀。

上述方法中步骤a所述的碳粉并无粒度要求，能与五氧化二钒充分混合接触即可；优选 的，步骤a中将五氧化二钒和碳粉破碎至过200目筛，可提高五氧化二钒和碳粉的接触面积。

步骤b所述的碳粉无粒度要求，能充分覆盖料块，避免料块与空气直接接触导致生成的 三氧化二钒被氧化。

发明人实验发现，步骤a中所述的碳粉和步骤b中所述的碳粉可选用石墨、无定形碳等 市场上销售的常规碳原料，碳的种类不同，并不会对本发明结果造成影响。但如碳含量偏低， 杂质含量偏高，会在烧制过程中发生燃烧，损伤设备。此外，如采用碳含量偏低的碳原料作 为步骤b中的碳粉覆盖料块需增加碳粉的覆盖量，以保护生成的三氧化二钒。因此，出于防 止燃烧损伤设备目的，步骤a配料中所用的碳和步骤b中所用的碳粉优选碳含量≥99.9wt％的 碳。

因石墨价格便宜，粒度细，不需进一步破碎，步骤a中所述碳粉优选石墨；步骤b中所 述碳粉优选石墨。

与现有技术相比，本发明中要求保护的技术方案采用合理的配碳量与五氧化二钒反应， 并在料块上覆盖碳粉保护层，反应在不需要保护性气体或真空环境即可进行。本发明中的化 学反应是所得的三氧化二钒可用于制备含钒合金材料。

本发明中要求保护的技术方案与现有技术相比，普通电炉即可生成，不需保护性气体或 真空环境；对设备要求更低、操作更简单、可有效降低生产成本。

附图说明

图1为实施例1、2、3中所得三氧化二钒的XRD图谱；

图2为用实施例1所得的三氧化二钒制得Al₅Ti₃V₂的XRD图谱。

具体实施方式

本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

a、配料：将五氧化二钒和碳粉按摩尔比2︰1～1.01的比例混合均匀；

b、压料：将步骤a混合后的原料压制成料块，再在料块上覆盖碳粉；

c、烧制：将步骤b成型的料块在950℃～1050℃烧制3～5h得三氧化二钒。

优选的，步骤a中五氧化二钒和碳粉按摩尔比2︰1混合均匀。

上述方法中步骤a所述的碳粉并无粒度要求，能与五氧化二钒充分混合接触即可；优选 的，步骤a中将五氧化二钒和碳粉破碎至过200目筛，可提高五氧化二钒和碳粉的接触面积。

步骤b所述的碳粉无粒度要求，保证能充分覆盖料块，避免料块与空气直接接触导致生 成的三氧化二钒被氧化即可。

发明人发现，步骤a中所述的碳粉和步骤b中所述的碳粉可选用石墨、无定形碳等市场 上销售的常规碳原料，碳的种类不同，并不会对本发明结果造成影响。但如杂质含量偏高， 会在烧制过程中发生燃烧情况，损伤设备。此外，如采用碳含量偏低的碳原料作为步骤b中 的碳粉覆盖料块，需增加碳粉的覆盖量以保护生成的三氧化二钒。因此，出于防止燃烧损伤 设备目的，步骤a配料中所用的碳粉和步骤b中所用的碳粉优选碳含量≥99.9wt％的碳。

因石墨价格便宜，粒度细，不需进一步破碎，步骤a中所述碳粉优选石墨；步骤b中所 述碳粉优选石墨。

在步骤a配料中碳满足五氧化二钒反应成三氧化二钒即可，如碳比例偏少则会导致三氧 化二钒接触空气被氧化，碳比例过高会导致生成价态更低的钒氧化物。发明人经试验发现五 氧化二钒和碳粉按摩尔比2︰1～1.01配料可满足本发明需求，当碳的摩尔比超过1.01即会生 成价态更低的钒氧化物。

为防止制得的三氧化二钒被大面积暴露在空气中被氧化，上述方法在步骤碳烧制前需将 步骤a混合后的原料压制成料块，料块的形状、大小并无要求，根据模具和烧制的需求进行 选择。因实验室的设备原因，实验室中一般压成直径为2-4cm高3cm的圆柱或同等体积大小 的方块。因本发明不需真空环境或保护气氛围，但为防止生成的三氧化二钒与空气接触，压 制成料块后，再在料块上覆盖碳粉。

与现有技术相比，本发明中要求保护的技术方案采用合理的配碳量与五氧化二钒反应， 并在料块上覆盖碳粉保护层，反应在不需要保护性气体或真空环境即可进行。本发明中的化 学反应是所得的三氧化二钒可用于制备含钒合金材料。

本发明所要求保护的方法制得的三氧化二钒纯度高，杂质含量低，可较好的适用于制备 含钒合金材料。

本发明还通过以下实例进一步加以说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例 之中。

实施例

按摩尔比2︰1取五氧化二钒和石墨在球磨机中破碎至过200目筛，混合均匀后，在模具 中压制成料块，再在料块上覆盖碳粉后，分别取3个料块放入电炉中依照表1的参数烧制后 取出。将出炉的产品经XRD图谱(本发明采用丹东方圆仪器有限公司生产的X射线衍射仪 DX-2700，扫描速度0.05o/s)检测，其检测结果见图1。

由图1可知，在实施例1-3设定的条件下，都获得了比较纯净的三氧化二钒，且随着温 度升高和增加烧结时间，杂相逐渐减少，三氧化二钒相衍射峰更加尖锐，衍射强度增加。

取实施例1所得的V₂O₃、Ti、Al分别各394g、377g和504g放入电弧炉中，同时配147g 的CaO改善渣的结构，降低渣的熔点，采用BaO₂作引燃剂，待反应完成后，开启电弧炉， 3-5分钟关闭电弧炉，冷却后出炉。

表1

实施例 烧制温度 烧制时间 实施例1 1050℃ 5h 实施例2 1000℃ 4h 实施例3 950 3h

将出炉的产品经XRD图谱检测，其检测结果见图2，由图中可知主相是Al₅Ti₃V₂，另有 少量的杂相。